A crescita di e rinnovabili ùn pò micca furnisce abbastanza energia termica in l’invernu

Scritta da Gail Tverberg via Our Finite World ,

Di solitu ùn pensemu micca à u meraviglioso serviziu chì i carburanti fossili furnisce in quantu à esse un magazzinu di energia termica per l'inguernu, u tempu quandu ci hè più bisognu di energia termica. A Figura 1 mostra dramaticamente cumu, in i Stati Uniti, l'usu residenziale di i carburanti di riscaldamentu picchi durante i mesi d'invernu.

L'energia solare hè più abbundante disponibile in u periodu di maghju-ghjugnu-lugliu, facendu un candidatu poveru per risolve u prublema di a necessità di u calore invernale .

In certi modi, a mancanza di dispunibilità di carburanti per l'invernu hè un canarinu in a minera di carbone in quantu à a futura mancanza di energia. A ghjente hè stata preoccupata per a penuria di petroliu, ma a carenza di carburante invernale hè, in parechji manere, cusì male. Puderanu chì e persone "congelanu in u bughju".

In questu post, fighjularaghju alcuni di i prublemi implicati.

[1] Batterie sò adattati per fine-tuning u tempu precisu durante un periodu di 24 ore chì l'electricità solare hè aduprata. Ùn ponu esse scalati per almacenà l'energia solare da l'estiu à l'invernu.

In u mondu d'oghje, e batterie ponu esse aduprate per ritardà l'usu di l'electricità solare per almenu uni pochi ore. In situazioni eccezziunali, forsi u periodu di mantene pò esse aumentatu à uni pochi di ghjorni.

A California hè cunnisciuta sia per u so altu livellu di almacenamentu di bateria è per u so altu livellu di rinnovabili. Queste rinnovabili includenu l'energia solare è eolica, più quantità più chjuche di elettricità generata in e piante geotermale è l'electricità generata da a biomassa brusgiata. U prublema scontru hè chì l'electricità generata da i pannelli solari tende à principià è finisce troppu prestu in u ghjornu, relative à quandu i citadini volenu aduprà sta electricità. Dopu chì i citadini tornanu in casa dopu à u travagliu, volenu cucini i so pranzi è aduprà a so aria condizionata, purtendu à una dumanda considerable dopu à u tramontu di u sole.

A figura 3 illustra cumu e batterie in cumbinazione cù a generazione idroelettrica (idro) sò aduprate per salvà a generazione di l'electricità da a prima ghjurnata per l'usu in l'ore di sera . Mentre l'usu di a batteria hè adattatu per a sintonizazione fine esattamente quandu, durante un periodu di 24 ore, l'energia solare serà aduprata, a quantità di batterie ùn pò micca esse aumentata abbastanza per salvà l'electricità da l'estiu à l'invernu. U mondu avaristi senza materiali di fabricazione di batterie, se nunda di più.

[2] Ramping up hydro ùn hè micca una suluzione à u nostru prublema di energia inadegwata per u calore in l'invernu.

Un prublema hè chì, in l'ecunumie longu industrializzate, e capacità idroelettriche sò state custruite anni fà.

Hè difficiuli di crede chì assai più buildout hè dispunibule in questi paesi.

Un altru prublema hè chì l'idro tende à esse abbastanza variabile da annu à annu, ancu nantu à una zona grande cum'è i Stati Uniti, cum'è mostra in a Figura 4 sopra. Quandu a variabilità hè vista nantu à una zona più chjuca, a variabilità annu à annu hè ancu più altu, cum'è illustratu in a Figura 5 sottu.

U mudellu indicatu riflette a generazione di punta in a primavera, quandu u pacchettu di ghiaccio si funnu. A bassa generazione hè generalmente durante l'inguernu, quandu u ghjacciu hè congelatu. Cusì, l'idraulica ùn tende micca esse d'aiutu per l'aumentu di l'energia invernale . Un mudellu simili tende à accade in altre zone temperate.

Un terzu prublema hè chì a variabilità in l'approvvigionamentu idrica hè digià causatu prublemi. A Norvegia hà recentemente infurmatu chì puderia avè bisognu di limità l'esportazioni idroelettriche in i mesi à vene perchè i serbatoi d'acqua sò bassi. L'esportazioni di l'electricità di a Norvegia sò aduprate per aiutà à equilibrà l'elettricità di u ventu è u sole di l'Europa. Cusì, stu prublema pò purtà à un altru prublema energeticu per l'Europa.

Cum'è un altru esempiu, a Cina riporta un crunch severu di u putere in a so Pruvincia di Sichuan, ligata à a bassa precipitazione è à e alte temperature. A generazione di carburanti fossili ùn hè micca dispunibule per cumpensà a lacuna.

[3] L'energia eolica ùn hè micca assai megliu cà l'idraulica è u solare, in quantu à a variabilità è a scadenza di u fornimentu.

Per esempiu, l'Europa hà sperimentatu una crisa di putenza in u terzu trimestre di u 2021 in relazione à i venti debbuli. I più grandi pruduttori di u ventu d'Europa (Gran Bretagna, Germania è Francia) anu pruduciutu solu u 14% di a so capacità nominale durante stu periodu, cumparatu cù una media di 20% à 26% in l'anni precedenti. Nimu avia previstu per stu tipu di mancanza di trè mesi.

In u 2021, a Cina hà sperimentatu un clima seccu è senza ventu, chì hà risultatu in a so generazione da u ventu è l'idraulica bassa. U paese hà trovu chì avia bisognu à aduprà blackouts rolling per trattà a situazione. Questu hà purtatu à i semafori falluti è parechje famiglie chì anu bisognu di manghjà cene à candela.

Ancu vistu nantu à una basa naziunale, a generazione di u ventu di i Stati Uniti varia considerablemente da u mese à u mese.

A generazione di energia elettrica eolica di i Stati Uniti tende à esse più altu in aprile o maghju. Questu pò causà prublemi di soprappiù, perchè l'idrogenerazione tende à esse alta quasi à u stessu tempu. A dumanda di l'electricità tende à esse bassu per via di u clima generalmente mite. U risultatu hè chì ancu à i livelli rinnuvevuli di l'oghje, una primavera umida è ventu pò purtà à una situazione in quale a cumminazione di l'idro è l'energia elettrica eolica supera a dumanda lucale totale di l'electricità.

[4] Quandu più ventu è solare sò aghjuntu à a reta, i sfidi è i costi diventanu sempre più grandi.

Ci hè un gran numaru di prublemi tecnichi assuciati à pruvà à aghjunghje una grande quantità di energia di u ventu è di u sole à a reta. Alcuni di elli sò descritti in a Figura 7.

Unu di i prublemi hè a distorsione di torque, in particulare in relazione cù l'energia eolica.

Ci hè ancu parechje altre prublemi, cumpresu alcuni delineati in stu situ Drax . U ventu è u solar ùn furnisce micca "inerzia" à u sistema. Questu mi fa dumandassi se a rete puderia ancu funziunà senza una quantità sustanziale di carburante fossile o generazione nucleare chì furnisce una inerzia sufficiente.

Inoltre, u ventu è u sole tendenu à fà fluttuà a tensione, chì necessitanu sistemi per assorbe è scaricate qualcosa chjamata " putenza reattiva ".

[5] A parolla "sostenibile" hà creatu aspettative irrealistiche in quantu à l'elettricità di u ventu intermittenti è solare.

Una persona in l'industria di riparazione di turbine eoliche m'hà dettu una volta: "E turbine eoliche funzionanu cù un fornimentu stabile di pezzi di ricambio". I pezzi individuali ponu esse fatti per durà 20 anni, o ancu più longu, ma ci sò tanti pezzi chì alcuni sò prubabilmente bisognu di rimpiazzamentu assai prima di quellu tempu. Un articulu in Windpower Engineering dice: "I riduttori di turbine sò tipicamente datu una vita di designu di 20 anni, ma pochi superanu a marca di 10 anni".

Ci hè ancu u prublema di danni di u ventu, soprattuttu in u casu di una tempesta severa.

Inoltre, a vita operativa per i combustibili fossili è e piante di generazione nucleari sò tipicamente assai più longu di quelli per u ventu è u solare. In i Stati Uniti, alcune centrali nucleari anu licenze per operare per 60 anni . I sforzi sò in corso per allargà alcune licenze à 80 anni.

Cù a curta vita di u ventu è u solare, a ricustruzione constante di e turbine eoliche è a generazione solare hè necessaria, utilizendu carburanti fossili. Trà u prublema di ricustruzzione è a necessità di i combustibili fossili per mantene a rete elettrica, a pruduzzioni di turbine eoliche è pannelli solari ùn pò micca esse attesa di durà più di l'offerta di combustibili fossili.

[6] U mudellu energeticu hà purtatu à l'aspettattivi irrealisti per u ventu è u sole.

I mudelli energetichi ùn piglianu micca in contu tutti i numerosi aghjustamenti à u sistema di trasmissione chì sò necessarii per sustene u ventu è u sole, è i costi aghjuntu chì ne risultanu. In più di u costu direttu di a trasmissione extra necessaria, ci hè una necessità permanente di inspeccionà e parti per segni di usura. A spazzola intornu à e linee di trasmissione deve ancu esse tagliata. Se u mantenimentu adattatu ùn hè micca realizatu, e linee di trasmissione ponu causà incendi . Intarrà e linee di trasmissione hè qualchì volta una opzione, ma fà cusì hè caru, sia in l'usu di l'energia sia in u costu.

I mudelli energetichi ùn anu micca cunsideratu ancu a manera chì e turbine eoliche è i pannelli solari funzionanu in a "vita reale". In particulare, a maiò parte di i circadori mancanu u puntu chì l'electricità da i pannelli solari ùn pò micca esse espertu di esse assai utile per risponde à a nostra necessità di energia termica in l'invernu. Se vulemu aghjunghje l'aria condizionata d'estate, i pannelli solari ponu "sorta" sustene stu sforzu, soprattuttu s'ellu hè ancu aghjustatu e batterie per aiutà à fine tune quandu, durante u ghjornu di 24 ore, l'electricità solare serà utilizata. Sfortunatamente, ùn avemu micca un modu realisticu di salvà a pruduzzioni di pannelli solari da l'estiu à l'invernu.

Mi pare chì u sustegnu di l'aria condizionata hè un usu piuttostu frivulu per ciò chì pare esse una quantità diminuita di l'approvvigionamentu energeticu dispunibule. In u mo parè, i nostri primi dui priurità anu da esse un fornimentu alimentariu adattatu è impedisce a congelazione in u bughju in l'invernu . Solar, soprattuttu, ùn face nunda per questi prublemi. U ventu pò esse usatu per pompà l'acqua per i culturi è l'animali. In fatti, un mulinu ordinariu, custruitu 100 anni fà, pò ancu esse usatu per furnisce stu tipu di serviziu.

A causa di u prublema di intermittenza, in particulare u prublema di intermittenza "estate à invernu", u ventu è u sole ùn sò micca veramente rimpiazzamenti per l'electricità prodotta da i combustibili fossili o nucleari. U prublema hè chì a maiò parte di u sistema attuale deve esse in u locu, in più di u sistema di energia rinnuvevuli. Quandu i circadori facenu paraguni di i costi, duveranu paragunà u costu di l'energia intermittente, cumprese e batterie necessarie è e rinfurzazioni di a rete, cù u costu di u carburante risparmiatu cù l'operazione di sti dispositi .

[7] I piani di prezzi cumpetitivi chì permettenu a crescita di l'elettricità di u ventu è di u sole sò parti di ciò chì spinge una quantità di spazii in u mondu versu un prublema di "congelazione in u bughju".

In i primi tempi di a produzzione di l'electricità, u "prezzu di l'utilità" era generalmente utilizatu. Cù questu approcciu, l'integrazione verticale di l'alimentazione elettrica hè stata incuraghjita. Una utilità faria cuntratti à longu andà cù una quantità di fornituri è stabilisce i prezzi per i clienti basatu annantu à u costu previstu à longu andà di a produzzione è a distribuzione di l'electricità. L'utilità assicurarà chì e linee di trasmissione sò state riparate bè è aghjunghjenu a nova generazione in quantu necessariu.

I prezzi di l'energia di tutti i tipi anu spike in a fini di l'anni 1970. Pocu dopu, in un tentativu di prevene i prezzi elevati di l'electricità da pruvucà l'inflazione, un cambiamentu in l'arrangiamenti di i prezzi hà cuminciatu à fà. A più cumpetizione hè stata incuraghjata, cù u novu approcciu chjamatu prezzu competitivu . I gruppi integrati verticalmente sò stati divisi. I prezzi di l'elettricità à l'ingrossu cuminciaru à varià per l'ora di u ghjornu, basatu nantu à quale i fornituri eranu disposti à vende a so pruduzzione à u prezzu più bassu, per quellu periodu di tempu particulari. Stu approcciu hà incuraghjitu i fornituri à trascuratà di mantene e so linee elettriche è di cessà di aghjunghje più capacità di almacenamento. Ogni tipu di spesa generale hè stata scoraggiata.

In fatti, sottu à questu arrangiamentu, u ventu è u sole anu ancu u privilegiu di "andà prima". Sì troppu energia in u tutale hè stata prudutta, i tassi negativi puderanu risultatu per altri fornituri. Stu approcciu era particularmente dannosu per l'energia nucleare. I centrali nucleari anu truvatu chì a so struttura generale di prezzu era troppu bassu. A volte chjusu per via di una prufittuità inadegwata. I novi investimenti in energia nucleari sò stati scoraggiati, cum'è u mantenimentu propiu. Stu effettu hè statu soprattuttu notevuli in Europa.

U risultatu hè chì circa un terzu di u guadagnu da u ventu è l'energia solare hè stata compensata da a diminuzione di a generazione di l'electricità nucleare. Di sicuru, u nucleare hè una altra forma di l'electricità à pocu carbonu. Hè assai più affidabile ch'è u ventu o u sole. Puderà ancu aiutà à prevene a congelazione in u bughju perchè hè prubabile di esse dispunibule in l'invernu, quandu più l'electricità per u riscaldamentu hè prubabilmente necessariu.

Un altru prublema hè chì i prezzi competitivi scoraggianu a custruzione di strutture di almacenamento adatte per u gasu naturale. Inoltre, tende à scoraggià l'acquistu di gas naturale sottu cuntratti à longu andà. U pensamentu hà dettu: "Piuttostu cà di custruisce un almacenamentu, perchè ùn aspittà micca finu à chì u gasu naturale hè necessariu, è poi cumprà à u prezzu di u mercatu?"

Sfurtunatamente, a pruduzzione di gas naturale richiede investimenti à longu andà. L'imprese chì producenu gasu naturale operanu pozzi chì producenu quantità apprussimatamente uguali in tuttu l'annu. U listessu mudellu d'altu cunsumu d'inguernu di gasu naturale tende à esse casi simultaneamente in parechji spazii di l'Emisferu Nordu cù l'inguerni friddi. Se u sistema hà da travaglià, i clienti anu da esse acquistatu gasu naturale, tuttu l'annu, è sguassate per l'invernu.

A pruduzzione di gasu naturale hè cascata in Auropa, cum'è a pruduzzione di carbone (micca mostrata), chì necessitanu più impurtazioni di carburante di sustituzione, spessu gas naturale.

Cù una qualificazione competitiva è e navi LNG chì parevanu vende gasu naturale nantu à una basa "cum'è necessariu", ci hè stata una tendenza in Europa à trascuratà a necessità di cuntratti à longu andà è di almacenamentu supplementu per andà cun l'impurtazioni di gas naturale crescente. Avà, l'Europa principia à scopre a follia di stu approcciu. Solar hè vicinu à senza valore per furnisce l'electricità in l'invernu; u ventu ùn pò micca esse fiducia. Ùn cresce micca abbastanza rapidamente, in ogni tempu raghjone. U periculu hè chì i paesi risicate chì i so citadini si congelanu in u bughju per via di una dispunibilità inadeguata di impurtazione di gas naturale.

[8] U mondu hè assai longu da pruduce abbastanza ventu è solare per risolve i so prublemi energetichi, in particulare u so bisognu di calore in l'invernu.

U supplyu di energia chì u mondu usa include assai più di l'electricità. Contene oliu è carburanti brusgiati direttamente, cum'è u gasu naturale. A parte percentuale di stu fornimentu energeticu tutale chì furnisce u ventu è u sole dipende da cumu si cunta. L'Agenzia Internaziunale di l'Energia tratta u ventu è u sole cum'è s'ellu solu rimpiazzà u carburante, invece di rimpiazzà l'electricità dispatchable.

In questa basa, a parte di l'energia tutale furnita da a categuria di u Ventu è u Solar hè assai bassu, solu 2,2% per u mondu sanu. A Germania hè u più altu di i gruppi analizati, ma ancu rimpiazzà solu 6,0% di a so energia tutale cunsumata. Hè difficiuli di imaginà cumu a terra è l'acqua intornu à a Germania puderianu tollerà e turbine eoliche è i pannelli solari chì sò abbastanza elevati per copre una tale mancanza. L'altri parti di u mondu sò ancu più alluntanati da rimpiazzà l'attuali pruvisti d'energia cù u ventu è u sole.

Chjaramente, ùn pudemu micca aspittà chì u ventu è u solare sò mai aumentati per risponde à i nostri bisogni energetichi, ancu in cumbinazione cù l'idro.