As concessionárias dependem de usinas de “pico” sujas quando a demanda de energia aumenta, mas existem alternativas

Os EUAestá chegando ao fim um dos verões mais quentes já registrados.Em toda a nação, ondas de calor conduziram o pico da procura de electricidade em alguns dias a níveis excedendo em muito as médias sazonais.

Os operadores de rede dependem das chamadas centrais de “pico” para garantir que terão oferta suficiente para satisfazer estes picos de procura.As unidades de pico podem arrancar rapidamente e com um custo relativamente baixo, mas normalmente queimam mais combustível por unidade de electricidade produzida do que outros tipos de unidades de combustível fóssil.

Por serem menos eficientes do que outras usinas, os picos normalmente funcionam apenas durante períodos de alta demanda.Historicamente, os picos funcionaram por menos de 10% do ano, muitas vezes por apenas algumas horas seguidas.

No entanto, as suas emissões mais elevadas por unidade de eletricidade produzida levantam preocupações ambientais e de saúde.Em 2021, havia 999 fábricas de pico nos EUA, em todos os 50 estados.Cerca de 70% dessas usinas queimavam gás natural e o restante era movido a petróleo e carvão.

Para reduzir a poluição do ar e combater as alterações climáticas, os EUAestá a abandonar os combustíveis fósseis e a aumentar a utilização de fontes de energia renováveis, como a energia eólica e solar.Ironicamente, porém, à medida que as alterações climáticas geram ondas de calor mais frequentes e intensas, muitos sistemas eléctricos dependem cada vez mais de centrais de pico para equilibrar as flutuações na produção de energia renovável.Propostas para construir novos picos ou prolongar a vida dos idosos geraram polêmica em estados incluindo Wisconsin, Massachussets, Texas e Nova Iorque.

A minha investigação centra-se na custos e benefícios económicos e ambientais da produção de electricidade.Veja como a transição para a energia limpa está mudando o papel das usinas de pico e algumas outras opções para manter as luzes acesas durante os períodos de pico de demanda.

Equilibrando a fonte de alimentação

Para os operadores do sistema, uma característica fundamental de uma central eléctrica é a capacidade de produzir energia a pedido.Muitos recursos renováveis, incluindo energia eólica, solar e certos tipos de energia hidrelétrica, são conhecidos como recursos não despacháveis porque são governados pela natureza, produzindo energia quando as condições permitem.O custo de geração de eletricidade com eles é baixo, por isso normalmente são utilizados em sua capacidade máxima.

As usinas que funcionam com combustíveis fósseis ou energia nuclear são conhecidas como recursos despacháveis porque eles podem produzir energia sempre que necessário.No entanto, têm custos operacionais mais elevados do que as energias renováveis, principalmente porque as centrais de gás, carvão, nuclear e petrolífera têm de comprar combustível para funcionarem.

Algumas dessas usinas – historicamente, aquelas que funcionam com carvão ou combustível nuclear – são chamadas plantas de carga de base.Eles geram energia de forma relativamente barata, mas levam tempo para iniciar e atingir a potência total. Unidades intermediárias produzem energia a um custo mais elevado por cada megawatt-hora adicional produzido, mas podem aumentar e diminuir o ciclo mais rapidamente do que as centrais de carga de base.Os picos têm os custos mais elevados por megawatt-hora, mas podem ajustar a sua produção muito rapidamente.

Historicamente, as unidades de carga base operavam durante todo o ano, com unidades intermediárias ajustando a produção para atender às flutuações da demanda de curto prazo.As plantas de pico foram usadas apenas durante raros períodos de pico de demanda.

Mas à medida que os fornecedores de energia adicionam mais energia eólica e solar à rede, estão a utilizar unidades de combustíveis fósseis despacháveis ​​com mais frequência para equilibrar as mudanças na geração renovável – por exemplo, para ligar os aparelhos de ar condicionado quando o sol se põe, mas as temperaturas ainda estão elevadas.Isto favorece unidades que podem alterar rapidamente os níveis de produção, mesmo que sejam menos eficientes em termos de combustível.O resultado é um papel crescente para as plantas de pico.

Pontos críticos de justiça ambiental

Produção de eletricidade a partir de combustíveis fósseis nos EUA diminuiu com investimentos em grande escala na geração eólica e solar.Mas as centrais eléctricas que queimam combustíveis fósseis ainda produzem cerca de 60% dos EUAeletricidade – e essas plantas emitem poluentes que contribuem para as alterações climáticas e degradam a qualidade do ar local.

A exposição ao dióxido de enxofre, ao dióxido de azoto, às partículas e ao ozono está associada a doenças respiratórias e cardiovasculares e morte prematura.Embora a poluição geral do ar tenha diminuído nos EUAnas últimas décadas, bairros de baixa renda e minorias ainda sofrem desproporcionalmente com a má qualidade do ar.

Um relatório de 2022 estima que 32 milhões de americanos morar a menos de 3 milhas de uma planta de pico.Em 2024, os EUAO Government Accountability Office informou que as comunidades raciais ou étnicas historicamente desfavorecidas tinham estatisticamente maior probabilidade de serem localizadas mais próximo que a média dos picos.

Outras maneiras de atender aos picos de demanda

De que outra forma a oferta e a procura de electricidade podem ser equilibradas?Uma opção é usar baterias para armazenar eletricidade quando a produção eólica ou solar é alta e descarregando-a quando a demanda excede a oferta de recursos convencionais.

Embora os custos de investimento em baterias sejam atualmente elevados, eles são deverá diminuir significativamente nas próximas décadas.Em 2023, os EUAtinha um total de cerca de 15 gigawatts de capacidade de armazenamento de bateria – equivalente a 15 grandes usinas nucleares – e esse número pode dobrar em 2024.

Outra alternativa é a expansão dos sistemas de transmissão, que permitem aproveitar a eletricidade de unidades de baixo custo em áreas distantes em vez de depender de plantas de pico próximas.A construção de novas linhas de transmissão, no entanto, acarreta desafios significativos desafios regulatórios, de licenciamento e de uso da terra.

Uma terceira opção é programas de resposta à demanda, em que os consumidores de eletricidade pagam preços mais elevados durante períodos de maior procura.Isto poderia ajudar a reduzir picos e vales de demanda ao longo do dia, beneficiando unidades de carga de base mais eficientes, mas menos flexíveis, projetadas para funcionar 24 horas por dia.

A maioria dos consumidores, no entanto, atualmente não paga preços que refletir mudanças de curto prazo nos custos grossistas de eletricidade.Além disso, é incerto se os clientes residenciais alterariam o seu consumo com base nas flutuações de preços no curto horizonte.Tecnologias como termostatos inteligentes e aplicativos de gerenciamento de energia poderia ajudar, aliviando os consumidores do fardo de ajustar manualmente o seu consumo de electricidade em resposta às flutuações de preços.

Finalmente, os proprietários de centrais eléctricas podem investir em tecnologias para reduzir as emissões das unidades de combustíveis fósseis.Picos normalmente carecem de tecnologias de controle de poluição porque eles não são usados ​​com muita frequência.A modernização de centrais mais antigas para as tornar mais eficientes também poderia ajudar, uma vez que produziriam menos emissões por cada unidade de electricidade.

Estes investimentos são dispendiosos, pelo que os decisores políticos têm de pesar os benefícios para a saúde da redução da poluição atmosférica em relação aos custos de investimento para os proprietários das centrais eléctricas.

Aumentar o investimento em energia eólica e solar é reduzindo a poluição do ar local provenientes da produção de electricidade.Mas também está a desviar a produção de unidades de carga de base termicamente eficientes que não conseguem responder rapidamente às mudanças na procura ou na produção de energias renováveis.Acredito que é cada vez mais importante explorar políticas que criem incentivos ao investimento em alternativas, como o armazenamento de baterias e infra-estruturas de transmissão, bem como na modernização de centrais eléctricas para reduzir a exposição à poluição.