Le società di servizi pubblici si affidano a impianti "di punta" sporchi quando la domanda di energia aumenta, ma ci sono delle alternative

Gli Stati Unitisi sta avvicinando alla fine una delle estati più calde mai registrate.In tutta la nazione, ondate di calore hanno portato ai livelli di picco la domanda di elettricità in alcuni giorni ben al di sopra delle medie stagionali.

Gli operatori di rete si affidano ai cosiddetti impianti “di punta” per assicurarsi di avere un’offerta sufficiente per soddisfare questi picchi di domanda.Le unità Peaker possono avviarsi rapidamente e a costi relativamente bassi, ma in genere bruciano più carburante per unità di elettricità prodotta rispetto ad altri tipi di unità a combustibile fossile.

Poiché sono meno efficienti di altri impianti, i picchi funzionano generalmente solo durante i periodi di domanda elevata.Storicamente, picchi hanno funzionato per meno del 10% dell'anno, spesso solo per poche ore di seguito.

Tuttavia, le loro emissioni più elevate per unità di elettricità prodotta sollevano preoccupazioni per l’ambiente e la salute.Nel 2021 ce n'erano 999 impianti di punta negli Stati Uniti, in tutti i 50 stati.Circa il 70% di questi impianti bruciavano gas naturale, mentre il resto era alimentato da petrolio e carbone.

Per ridurre l’inquinamento atmosferico e combattere il cambiamento climatico, gli Stati Unitisi sta allontanando dai combustibili fossili e sta aumentando l’uso di fonti energetiche rinnovabili come l’energia eolica e solare.Paradossalmente, però, come si genera il cambiamento climatico ondate di caldo più frequenti e intense, molti sistemi elettrici fanno sempre più affidamento su impianti di punta per bilanciare le fluttuazioni nella produzione di energia rinnovabile.Proposte a costruire nuovi picchi O prolungare la vita dei vecchi hanno suscitato polemiche negli stati inclusi Wisconsin, Massachusetts, Texas E New York.

La mia ricerca si concentra su costi e benefici economici e ambientali della produzione di energia elettrica.Ecco come la transizione all’energia pulita sta cambiando il ruolo degli impianti di punta e alcune altre opzioni per mantenere le luci accese durante i periodi di punta della domanda.

Bilanciamento dell'alimentazione

Per gli operatori di sistema, una caratteristica chiave di una centrale elettrica è se è in grado di produrre energia su richiesta.Molte risorse rinnovabili, tra cui l'energia eolica, solare e alcuni tipi di energia idroelettrica, sono note come risorse non distribuibili perché sono governati dalla natura, producendo energia quando le condizioni lo consentono.Il costo per generare elettricità con loro è basso, quindi in genere vengono utilizzati alla loro capacità massima.

Le centrali elettriche che funzionano con combustibili fossili o energia nucleare sono chiamate risorse dispacciabili perché possono produrre energia ogni volta che è necessaria.Tuttavia, hanno costi operativi più elevati rispetto alle energie rinnovabili, principalmente perché gli impianti di gas, carbone, nucleare e petrolio devono acquistare carburante per funzionare.

Alcuni di questi impianti – storicamente quelli che funzionano a carbone o combustibile nucleare – vengono chiamati impianti di carico di base.Generano energia in modo relativamente economico ma richiedono tempo per avviarsi e raggiungere la piena potenza. Unità intermedie producono energia a un costo più elevato per ogni megawattora aggiuntivo prodotto, ma possono alternarsi su e giù più rapidamente rispetto agli impianti di carico di base.I peaker hanno i costi più elevati per megawattora, ma possono adeguare la loro produzione molto rapidamente.

Storicamente, le unità di carico di base operavano tutto l’anno, con le unità intermedie che adeguavano la produzione per soddisfare le fluttuazioni della domanda a breve termine.Le piante di picco venivano utilizzate solo durante rari periodi di punta della domanda.

Ma poiché i fornitori di energia aggiungono più energia eolica e solare alla rete, utilizzano più frequentemente unità di combustibile fossile dispacciabili per bilanciare i cambiamenti nella generazione rinnovabile, ad esempio per far funzionare i condizionatori d’aria quando il sole tramonta ma le temperature sono ancora elevate.Ciò favorisce le unità che possono cambiare rapidamente i livelli di produzione, anche se sono meno efficienti in termini di consumo di carburante.Il risultato è un ruolo crescente per le piante di punta.

Punti critici della giustizia ambientale

Produzione di elettricità da combustibili fossili negli Stati Uniti è diminuito con investimenti su larga scala nella produzione eolica e solare.Ma le centrali elettriche che bruciano combustibili fossili continuano a produrre circa il 60% degli Stati Unitielettricità – e quelle piante emettono sostanze inquinanti che contribuiscono al cambiamento climatico e degradano la qualità dell’aria locale.

Ad essa è collegata l’esposizione al biossido di zolfo, al biossido di azoto, al particolato e all’ozono malattie respiratorie e cardiovascolari e morte prematura.Mentre l’inquinamento atmosferico complessivo è diminuito negli Stati Unitinegli ultimi decenni, quartieri a basso reddito e appartenenti a minoranze soffrono ancora in modo sproporzionato della scarsa qualità dell’aria.

Un rapporto del 2022 stima che 32 milioni di americani vivere entro 3 miglia da una pianta peaker.Nel 2024, gli Stati UnitiIl Government Accountability Office ha riferito che le comunità razziali o etniche storicamente svantaggiate avevano statisticamente maggiori probabilità di essere localizzate più vicino della media ai picchi.

Altri modi per soddisfare i picchi di domanda

In quale altro modo è possibile bilanciare l’offerta e la domanda di elettricità?Un'opzione è utilizzare le batterie immagazzinare elettricità quando la produzione eolica o solare è elevata, scaricandola poi quando la domanda supera l’offerta delle risorse convenzionali.

Sebbene i costi di investimento nelle batterie siano attualmente elevati, lo sono destinato a diminuire in modo significativo nei prossimi decenni.Nel 2023, gli Stati Unitiaveva un totale di circa 15 gigawatt di capacità di stoccaggio delle batterie – equivalenti a 15 grandi centrali nucleari – e quella cifra potrebbe raddoppiare nel 2024.

Un’altra alternativa è l’ampliamento dei sistemi di trasmissione, che consentano di attingere elettricità unità a basso costo in aree distanti invece di fare affidamento sulle vicine piante peaker.La costruzione di nuove linee di trasmissione, tuttavia, comporta notevoli spese sfide normative, di autorizzazione e di uso del territorio.

Una terza opzione è programmi di risposta alla domanda, in cui i consumatori di elettricità pagano prezzi più alti durante i periodi di domanda più elevata.Ciò potrebbe contribuire a ridurre i picchi e gli avvallamenti della domanda durante il giorno, a vantaggio di unità di carico di base più efficienti ma meno flessibili progettate per funzionare 24 ore su 24.

La maggior parte dei consumatori, tuttavia, attualmente non paga prezzi così riflettono le variazioni a breve termine dei costi dell’energia elettrica all’ingrosso.Inoltre, non è chiaro se i clienti residenziali modificherebbero i loro consumi in base alle fluttuazioni dei prezzi a breve termine.Tecnologie come termostati intelligenti e app per la gestione dell'energia potrebbe aiutare togliendo ai consumatori l’onere di adeguare manualmente il proprio consumo di elettricità in risposta alle fluttuazioni dei prezzi.

Infine, i proprietari delle centrali elettriche possono investire in tecnologie per ridurre le emissioni delle unità a combustibili fossili.Peaker in genere mancano di tecnologie di controllo dell’inquinamento perché non vengono utilizzati molto spesso.Potrebbe essere d’aiuto anche l’ammodernamento degli impianti più vecchi per renderli più efficienti, poiché produrrebbero meno emissioni per ogni unità di elettricità.

Questi investimenti sono costosi, quindi i politici devono valutare i benefici per la salute derivanti dalla riduzione dell’inquinamento atmosferico rispetto ai costi di investimento per i proprietari delle centrali elettriche.

Aumentare gli investimenti nell’energia eolica e solare lo è ridurre l’inquinamento atmosferico locale dalla produzione di energia elettrica.Ma sta anche spostando la produzione dalle unità di carico di base termicamente efficienti che non possono rispondere rapidamente ai cambiamenti della domanda o della produzione di energie rinnovabili.Credo che sia sempre più importante esplorare politiche che creino incentivi per investire in alternative come lo stoccaggio delle batterie e le infrastrutture di trasmissione, nonché nell’ammodernamento delle centrali elettriche per ridurre l’esposizione all’inquinamento.