Aumentare le energie rinnovabili non salverà il mondo da un freddo inverno

Di solito non pensiamo al meraviglioso servizio che i combustibili fossili forniscono in termini di riserva di energia termica per l’inverno, il momento in cui c’è un maggiore bisogno di energia termica. La figura 1 mostra drammaticamente come, negli Stati Uniti, l’uso residenziale dei combustibili per riscaldamento aumenti durante i mesi invernali.

L’energia solare è più abbondantemente disponibile nel periodo maggio-giugno-luglio, il che la rende un candidato inadeguato per risolvere il problema del fabbisogno di calore invernale.

In un certo senso, la mancanza di disponibilità di combustibili per l’inverno è un problema nella miniera di carbone per quanto riguarda la futura carenza di energia. Le persone sono state preoccupate per la carenza di petrolio, ma la carenza di carburante invernale è, per molti versi, altrettanto grave. Possono causare il “congelamento al buio” delle persone.

In questo articolo, esaminerò alcuni dei problemi coinvolti.

[1] Le batterie sono adatte per regolare con precisione l’ora durante un periodo di 24 ore in cui viene utilizzata l’elettricità solare. Non possono essere ampliati per immagazzinare l’energia solare dall’estate all’inverno

Nel mondo di oggi, le batterie possono essere utilizzate per ritardare l’uso dell’elettricità solare per al massimo alcune ore. In situazioni eccezionali, forse il periodo di detenzione può essere aumentato a pochi giorni.

La California è nota sia per l’alto livello di accumulo della batteria che per l’alto livello di energie rinnovabili. Queste energie rinnovabili includono sia l’energia solare che quella eolica, oltre a quantità minori di elettricità generata negli impianti geotermici e di elettricità generata dalla combustione di biomassa. Il problema riscontrato è che l’elettricità generata dai pannelli solari tende a iniziare e terminare troppo presto durante la giornata, rispetto a quando i cittadini vogliono utilizzare questa elettricità. Dopo che i cittadini tornano a casa dopo il lavoro, vorrebbero cucinare la cena e utilizzare l’aria condizionata, il che porta a una notevole domanda dopo il tramonto.

La figura 3 illustra come le batterie in combinazione con la produzione idroelettrica vengono utilizzate per risparmiare la produzione di elettricità dalle prime ore del giorno per l’utilizzo nelle ore serali. Mentre l’uso della batteria è adatto per la messa a punto esattamente quando, durante un periodo di 24 ore, verrà utilizzata l’energia solare, la quantità di batterie non può essere aumentata sufficientemente per risparmiare elettricità dall’estate all’inverno. Il mondo finirebbe i materiali per la produzione di batterie, se non altro.

[2] Aumentare l’energia idroelettrica non è una soluzione al nostro problema di energia insufficiente per il riscaldamento in inverno

Un problema è che, nelle economie a lunga industrializzazione, le capacità idroelettriche sono state costruite anni fa.

È difficile credere che in questi paesi sia disponibile molto più buildout.

Un altro problema è che l’idroelettrico tende ad essere piuttosto variabile di anno in anno, anche su un’area grande come gli Stati Uniti, come mostrato nella Figura 4 sopra. Quando la variabilità è vista su un’area più piccola, la variabilità da un anno all’altro è ancora maggiore, come illustrato nella Figura 5 di seguito.

Il modello mostrato riflette la generazione di picco in primavera, quando la banchisa si sta sciogliendo. La bassa generazione si verifica generalmente durante l’inverno, quando la banchisa è congelata. Pertanto, l’idroelettrico tende a non essere utile per aumentare le forniture di energia invernale. Un modello simile tende ad accadere in altre aree temperate.

Un terzo problema è che la variabilità dell’approvvigionamento idrico sta già causando problemi. La Norvegia ha recentemente riferito che potrebbe essere necessario limitare le esportazioni idroelettriche nei prossimi mesi perché i serbatoi d’acqua sono bassi. Le esportazioni di elettricità della Norvegia vengono utilizzate per bilanciare l’energia eolica e solare dell’Europa. Pertanto, questo problema potrebbe portare a un altro problema energetico per l’Europa.

Come altro esempio, la Cina segnala una  grave crisi energetica  nella sua provincia di Sichuan, legata alle scarse precipitazioni e alle alte temperature. La generazione di combustibili fossili non è disponibile per colmare il divario.

[3] L’energia eolica non è molto migliore di quella idroelettrica e solare, in termini di variabilità e scarsa tempistica di fornitura

Ad esempio, l’Europa ha subito una crisi energetica nel terzo trimestre del 2021 a causa di venti deboli. I maggiori produttori eolici d’Europa (Gran Bretagna, Germania e Francia)  hanno prodotto  solo il 14% della loro capacità nominale durante questo periodo, rispetto a una media dal 20% al 26% degli anni precedenti. Nessuno aveva pianificato questo tipo di carenza di tre mesi.

Nel 2021, la Cina ha sperimentato  un clima secco e senza vento , con il risultato che sia la sua generazione da eolico che idroelettrica è stata bassa. Il paese ha ritenuto necessario utilizzare i blackout continui per far fronte alla situazione. Ciò ha portato al guasto dei semafori e molte famiglie hanno avuto bisogno di mangiare cene a lume di candela.

Anche vista a livello nazionale, la produzione eolica degli Stati Uniti varia considerevolmente di mese in mese.

La produzione totale di elettricità eolica negli Stati Uniti tende ad essere più alta in aprile o maggio. Ciò può causare problemi di fornitura eccessiva perché la produzione di acqua tende ad essere alta più o meno nello stesso periodo. La domanda di elettricità tende ad essere bassa a causa del clima generalmente mite. Il risultato è che anche ai livelli odierni di energie rinnovabili, una primavera piovosa e ventosa può portare a una situazione in cui la combinazione di fornitura di elettricità idroelettrica ed eolica supera la domanda locale totale di elettricità.

[4] Man mano che più vento e solare vengono aggiunti alla rete, le sfide e i costi diventano sempre più grandi

Ci sono un numero enorme di problemi tecnici associati al tentativo di aggiungere una grande quantità di energia eolica e solare alla rete. Alcuni di essi sono illustrati nella Figura 7.

Uno dei problemi è la distorsione della coppia, in particolare legata all’energia eolica.

Ci sono anche molti altri problemi, inclusi alcuni delineati su questo  sito web di Drax . L’eolico e il solare non forniscono “inerzia” al sistema. Questo mi fa chiedere se la rete potrebbe funzionare anche senza una quantità sostanziale di combustibili fossili o la generazione nucleare che fornisca un’inerzia sufficiente.

Inoltre, l’eolico e il solare tendono a far fluttuare la tensione, rendendo necessari sistemi per assorbire e scaricare qualcosa chiamato ” potenza reattiva “.

[5] La parola “sostenibile” ha creato aspettative irrealistiche rispetto all’energia eolica e solare intermittente

Una persona nel settore della riparazione di turbine eoliche una volta mi ha detto: “Le turbine eoliche funzionano con una fornitura costante di pezzi di ricambio”. Le singole parti possono essere realizzate per durare 20 anni, o anche più, ma ci sono così tante parti che è probabile che alcune abbiano bisogno di essere sostituite molto prima di quel momento. Un  articolo di Windpower Engineering  afferma: “I riduttori a turbina hanno in genere una vita di progetto di 20 anni, ma pochi superano i 10 anni”.

C’è anche il problema dei danni causati dal vento, soprattutto in caso di forte temporale.

Inoltre, la vita operativa delle centrali a combustibili fossili e nucleari è in genere molto più lunga di quella eolica e solare. Negli Stati Uniti, alcune centrali nucleari hanno licenze per  funzionare per 60 anni . Sono in corso sforzi per estendere alcune licenze a 80 anni.

Con la breve durata di vita di eolico e solare, è necessaria la ricostruzione costante delle turbine eoliche e la generazione solare, utilizzando combustibili fossili. Tra il problema della ricostruzione e la necessità di combustibili fossili per mantenere la rete elettrica, non ci si può aspettare che la produzione di turbine eoliche e pannelli solari duri più a lungo della fornitura di combustibili fossili.

[6] La modellazione energetica ha portato ad aspettative irrealistiche per l’eolico e il solare

I modelli energetici non tengono conto di tutti i numerosi adeguamenti al sistema di trasmissione necessari per supportare l’energia eolica e solare e i conseguenti costi aggiuntivi. Oltre al costo diretto della trasmissione aggiuntiva richiesta, c’è la continua necessità di ispezionare le parti per segni di usura. Anche la spazzola attorno alle linee di trasmissione deve essere ridotta. Se non viene eseguita un’adeguata manutenzione, le linee di trasmissione  possono provocare incendi . L’interramento delle linee di trasmissione a volte è un’opzione, ma farlo è costoso, sia in termini di consumo energetico che di costi.

I modelli energetici, inoltre, non tengono conto del modo in cui le turbine eoliche e i pannelli solari si comportano nella “vita reale”. In particolare, la maggior parte dei ricercatori non tiene conto del fatto che non ci si può aspettare che l’elettricità dai pannelli solari sia molto utile per soddisfare il nostro fabbisogno di energia termica in inverno. Se vogliamo aggiungere più aria condizionata estiva, i pannelli solari possono “in qualche modo” supportare questo sforzo, soprattutto se vengono aggiunte anche batterie per aiutare a mettere a punto quando, durante la giornata di 24 ore, verrà utilizzata l’elettricità solare. Sfortunatamente, non abbiamo alcun modo realistico per salvare la produzione dei pannelli solari dall’estate all’inverno.

Mi sembra che supportare l’aria condizionata sia un uso piuttosto frivolo per quella che sembra essere una quantità in diminuzione della fornitura di energia disponibile. Secondo me, le nostre prime due priorità dovrebbero essere  l’approvvigionamento alimentare adeguato  e  la prevenzione del congelamento al buio in inverno . Solar, in particolare, non fa nulla per questi problemi. Il vento può essere utilizzato per pompare acqua per colture e animali. Infatti, anche un comune mulino a vento, costruito 100 anni fa, può essere utilizzato per fornire questo tipo di servizio.

A causa del problema dell’intermittenza, in particolare del problema dell’intermittenza “da estate a inverno”, l’eolico e il solare non sono veramente sostituti dell’elettricità prodotta da combustibili fossili o nucleare. Il problema è che la maggior parte del sistema attuale deve rimanere in vigore, oltre al sistema delle energie rinnovabili. Quando i ricercatori effettuano un confronto dei costi, dovrebbero confrontare  il costo dell’energia intermittente, comprese le batterie necessarie e i miglioramenti della rete,  con il  costo del carburante risparmiato utilizzando questi dispositivi .

[7] I piani tariffari competitivi che consentono la crescita dell’elettricità eolica e solare fanno parte di ciò che sta spingendo diverse aree del mondo verso un problema di “congelamento al buio”

Agli albori della produzione di elettricità si usava generalmente il “prezzo delle utenze”. Con questo approccio è stata incoraggiata l’integrazione verticale della fornitura di energia elettrica. Un servizio di pubblica utilità stipulerebbe contratti a lungo termine con un certo numero di fornitori e fisserebbe i prezzi per i clienti in base al costo previsto a lungo termine della produzione e distribuzione di elettricità. L’utilità si assicurerebbe che le linee di trasmissione siano state adeguatamente riparate e aggiungerebbe nuova generazione secondo necessità.

I prezzi dell’energia di tutti i tipi sono aumentati alla fine degli anni ’70. Non molto tempo dopo, nel tentativo di evitare che i prezzi elevati dell’elettricità provocassero inflazione,  è  iniziato un cambiamento negli accordi sui prezzi . È stata incoraggiata una maggiore concorrenza, con il nuovo approccio chiamato  prezzi competitivi . I gruppi integrati verticalmente sono stati sciolti. I prezzi dell’elettricità all’ingrosso hanno iniziato a variare in base all’ora del giorno, in base a quali fornitori erano disposti a vendere la loro produzione al prezzo più basso, per quel particolare periodo di tempo. Questo approccio ha incoraggiato i fornitori a trascurare la manutenzione delle loro linee elettriche e a smettere di aggiungere più capacità di stoccaggio. Qualsiasi tipo di spesa generale è stata sconsigliata.

In effetti, in base a questa disposizione, anche il vento e il solare avevano il privilegio di “andare per primi”. Se viene prodotta troppa energia in totale, potrebbero verificarsi tassi negativi per altri fornitori. Questo approccio è stato particolarmente dannoso per l’energia nucleare. Le centrali nucleari hanno riscontrato che la loro struttura complessiva dei prezzi era troppo bassa. A volte hanno chiuso a causa della redditività inadeguata. Nuovi investimenti nell’energia nucleare sono stati scoraggiati, così come una corretta manutenzione. Questo effetto è stato particolarmente evidente in Europa.

Il risultato è che circa un terzo del guadagno derivante dall’energia eolica e solare è stato compensato dal calo della produzione di elettricità nucleare. Naturalmente, il nucleare è un’altra forma di elettricità a basse emissioni di carbonio. È molto più affidabile dell’eolico o del solare. Può anche aiutare a prevenire il congelamento al buio perché è probabile che sia disponibile in inverno, quando è probabile che sia necessaria più elettricità per il riscaldamento.

Un altro problema è che i prezzi competitivi scoraggiavano la costruzione di strutture di stoccaggio adeguate per il gas naturale. Inoltre, tendeva a scoraggiare l’acquisto di gas naturale con contratti a lungo termine. Il pensiero è andato: “Invece di costruire depositi, perché non aspettare che il gas naturale sia necessario e poi acquistarlo al tasso di mercato?”

Sfortunatamente, la produzione di gas naturale richiede investimenti a lungo termine. Le aziende che producono gas naturale gestiscono pozzi che producono quantità approssimativamente uguali tutto l’anno. Lo stesso modello di elevato consumo invernale di gas naturale tende a verificarsi quasi contemporaneamente in molte aree dell’emisfero settentrionale con inverni freddi. Se il sistema funziona, i clienti devono acquistare gas naturale tutto l’anno e riporlo per l’inverno.

La produzione di gas naturale è in calo in Europa, così come la produzione di carbone (non mostrata), rendendo necessarie maggiori importazioni di combustibile sostitutivo, spesso gas naturale.

Con rating competitivo e navi GNL che sembrano vendere gas naturale “in base alle necessità”, c’è stata la tendenza in Europa a trascurare la necessità di contratti a lungo termine e stoccaggio aggiuntivo per andare con l’aumento delle importazioni di gas naturale. Ora, l’Europa sta iniziando a scoprire la follia di questo approccio. Il solare è quasi inutile per fornire elettricità in inverno; non si può fare affidamento sul vento. Non aumenta abbastanza rapidamente, in un lasso di tempo ragionevole. Il pericolo è che i paesi rischino che i loro cittadini si blocchino all’oscuro a causa dell’inadeguata disponibilità di importazione di gas naturale.

[8] Il mondo è molto lontano dal produrre abbastanza vento e solare per risolvere i suoi problemi energetici, in particolare il suo bisogno di calore in inverno

La fornitura di energia che il mondo utilizza include molto di più dell’elettricità. Contiene petrolio e combustibili bruciati direttamente, come il gas naturale. La quota percentuale di questa fornitura totale di energia fornita dall’energia eolica e solare dipende da come viene conteggiata. L’Agenzia internazionale per l’energia tratta l’energia eolica e solare come se sostituissero solo il carburante, invece di sostituire l’elettricità dispacciabile.

Su questa base, la quota di energia totale fornita dalla categoria Eolico e Solare è molto bassa, solo il 2,2% per il mondo nel suo insieme. La Germania risulta essere il primo dei gruppi analizzati, ma anche sta sostituendo solo il 6,0% dell’energia totale consumata. È difficile immaginare come la terra e l’acqua intorno alla Germania possano tollerare che le turbine eoliche e i pannelli solari vengano potenziati a sufficienza per coprire una tale carenza. Altre parti del mondo sono ancora più lontane dal sostituire le attuali forniture energetiche con eolico e solare.

Chiaramente, non possiamo aspettarci che l’eolico e il solare vengano mai potenziati per soddisfare il nostro fabbisogno energetico, anche in combinazione con l’idroelettrico.

Fonte:oilprice.com 22 settembre 2022

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