Stocarea energiilor „verzi” – călcâiul lui Ahile pentru politicile Net Zero

Guvernele unor țări cu economii avansate din Europa, ale unor state din SUA, precum și cele din Canada, Australia, Noua Zeelandă ș.a. s-au îmbarcat într-o cursă ambițioasă de a atinge obiectivul climatic numit Net Zero sau ceea ce am numit recent Marele Salt Verde. Este vorba de decarbonizarea economiilor lor prin reducerea aproape la zero a emisiilor de CO2 și ale altor gaze cu efect de seră. Modalitatea principală de atingere a acestui obiectiv– cheia de boltă a politicilor climatice de genul Green New Deal sau European Green Deal– o reprezintă construirea și instalarea unui număr cât mai mare de panouri solare și turbine eoliene în încercarea de a elimina producerea de energie electrică și termică din combustibili fosili și înlocuirea lor cu energii regenerabile, aka „verzi”.

În ultimii trei ani, am analizat în mai multe articole „durerile facerii” suferite de tranziția către 100% energii colorate și diversele „medicamente” aplicate sau aplicabile, pe care le-am numit exerciții de gândire magică. De data aceasta nu voi mai aborda caracterul intermitent, controlat de capriciile vremii, al energiilor eoliene și solare, densitățile lor de putere, cu ordine de mărime mai mici față de cele ale combustibililor fosili, cantitățile de minerale necesare pentru noile construcții și linii de transmisie ori propriile emisii de CO2.

Ambele „vedete” ale energiilor regenerabile – solară și eoliană – suferă fundamental de intermitență: o deficiență structurală (soarele nu strălucește noaptea, vântul nu suflă tot timpul) și locală, controlată de variațiile meteo, altitudine, latitudine etc. În consecință, instalațiile eoliene și solare au nevoie permanentă de o altă sursă de energie (backup source) care să le înlocuiască în perioadele de non-producție: generatori pe bază de combustibili fosili, termocentrale nucleare, baterii sau o altă formă de stocare a energiei care să fie folosită instantaneu când vântul nu mai bate ori soarele nu mai strălucește, astfel încât rețelele naționale să nu cadă și luminile să rămână aprinse continuu.

Guvernelor care au îmbrățișat ideea eliminării totale sau cvasi-totale a energiilor fosile sau nucleare ca surse backup le rămâne în principal opțiunea stocării producției neconsumate de energie eoliană sau solară. Politicienii au presupus, pur și simplu, că o formă de stocare sau alta trebuie să existe sau să devină disponibilă la comandă. Dar până în prezent, considerațiile lor despre capacitățile de stocare necesare, cum funcționează acestea și cât vor costa (instalare, funcționare, mentenanță etc.) au fost inadecvate.

Stocarea energiei backup pentru un sistem de generare predominant eolian/solar reprezintă o ecuație complexă, enorm de greu de rezolvat. Așa cum am prezentat recent în articolul Trilema tranziției energetice – sustenabilitate, accesibilitate, siguranță, în acest moment „nu există nicăieri în lume un proiect pilot funcțional pe o perioadă de timp satisfăcătoare, să zicem 5 – 10 ani, în care o economie de orice dimensiune să funcționeze numai cu surse care nu emit dioxid de carbon (eoliană, solară, hidro) și fără să folosească vreo sursă de combustibili fosili. Nu există nici măcar un singur proiect pilot care să asigure doar energia electrică necesară unei economii (cca. 25 – 35% din consumul final de energie)”.

Cu toate acestea, guvernele angrenate în Marele Salt „Verde” continuă exercițiile lor de gândire magică și gândire cu rezoluție scăzută (apud Jordan Peterson): fără să aibă date reale despre cum funcționează și cât costă un sistem de stocare la nivel național pe o perioadă de timp nelimitată, guvernele pornesc orbește la drum. Dacă nu se va întâmpla vreun miracol, adevărul crud va persista o perioadă relevantă pentru oricare politică climatică: nu numai că nu există niciun proiect pilot funcțional, nicăieri în lume al sistemului energetic solar/eolian/de stocare, dar nu există nici măcar unul în construcție sau unul propus. În schimb, politicienii și Biserica Verde a Climatismului visează ca un stat întreg din SUA (California, New York) ori o țară întreagă să devină cobaiul ideilor lor nebunești.

Funcționarea unei rețele electrice impune existența unei balanțe echilibrate între cererea și oferta de energie, aproape minut cu minut. Spre deosebire de termocentralele pe bază de combustibili fosili, generatoarele eoliene și solare suferă de intermitență: soarele nu produce nimic noaptea sau când este acoperit de nori, iar vântul produce foarte puțin în perioadele intempestive de calm atmosferic.

De aceea, nicio o instalație solară sau eoliană, indiferent de capacitatea sa nominală, nu va putea alimenta singură o rețea națională. Dacă se renunță (de bună voie sau din cauza presiunilor impuse de politicile Net Zero) la termocentralele pe cărbune, petrol sau gaze, rămâne posibilitatea folosirii energiei nucleare, dacă și aceasta promovează examenele politice. În plus, noile facilități nucleare sunt greu de aprobat și construit, practic imposibile, din cauza obstacolelor regulatorii.

Prin urmare, pentru o obține un regim de full backup al energiilor „verzi” intermitente singura soluție care rămâne este stocarea energiei într-o formă sau alta. Pentru aceasta, vor trebui construite capacități solare și eoliene a căror producție să egaleze cererea anuală medie de energie. Uneori vor fi perioade cu surplus, alteori perioade cu deficit de producție. Dacă surplusurile vor putea fi stocate, energia respectivă va putea fi extrasă pentru a compensa perioadele deficitare.

Un sistem de stocare a energiei regenerabile la scară mare (regiune, stat, țară) are nevoie de un plan cu trei elemente esențiale:

– Capacitatea de stocare necesară pentru un full backup

– Costul stocării

– Fezabilitatea tehnică a sistemelor de stocare considerate

Dintre modalitățile posibile de stocare a energiei „verzi” excedentare, voi considera pe cea mai utilizată în prezent: bateriile Li-ion. Alte tipuri de baterii, propuse de Form Energy și ESS Inc., ambele bazate pe un proces de „ruginire reversibilă”, sunt încă prea „necoapte” pentru a fi considerate înlocuitori veritabili ai actualelor baterii bazate pe litiu. Despre forme complementare de stocare (hidrogen „verde” și pompare sau transportul apei din aval în amonte am discutat în alte articole).

Câtă capacitate de stocare este necesară?

Dacă vom considera scenariul cel mai rău posibil – o „secetă” eoliană și solară, extinsă pe mai multe zile consecutive în mijlocul iernii, când producția surselor intermitente este aproape zero – atunci putem răspunde simplu. De exemplu, dacă „seceta” soare/vânt acoperă 5 zile consecutive cu producție zero, atunci capacitatea necesară de stocare este de 120 MWh (5 zile x 24 ore) pentru fiecare 1 MW din cererea medie de consum.

Dacă planificarea noastră se extinde pe un an întreg, capacitățile de stocare depind de istoricul producției din sursele eoliene și solare existente de-a lungul unui an, incluzând numărul de zile când producția de energie este excedentară, precum și numărul de zile cu producție insuficientă. Modele create pentru diverse țări sugerează că anual este nevoie de 500 până la peste 1000 MWh de stocare per 1 MW de cerere medie.

Un calcul bazat pe scenariul „secetei” solare pentru câteva zile a fost publicat în ianuarie 2022 și apoi a fost aplicat imediat în cazul statului New York.

Întrebarea la care s-a căutat un răspuns a fost următoarea: Ce capacitate solară trebuie instalată și stocată pentru a furniza 1.000 MW timp de cinci zile fără soare, urmate de două zile însorite, urmate apoi de alte cinci zile fără soare?

Răspunsul a fost următorul: Pentru a furniza 1.ooo MW conform scenariului de mai sus, utilizând numai energie solară și baterii pentru stocare, va fi nevoie de panouri solare cu o putere de 10.500 MW și o capacitate de stocare de 120.000 MWh.

În cazul Germaniei, respectiv Californiei, capacitățile de stocare a energiilor „verzi” au fost calculate în 2018 și au inclus necesarul de energie backup pentru un an întreg. Autorul a compilat date oficiale și a găsit că cererea medie zilnică de electricitate a Germaniei în 2016 a fost de circa 50.000 MW, iar în California, la nivelul anului 2017, s-a înregistrat o cerere medie zilnică de circa 35.000 MW. După care, presupunând că toată electricitatea consumată de Germania și California ar fi produsă de panouri solare și turbine eoliene, cu intermitențele lor structurale, fiecare parte ar fi avut nevoie de aproximativ 25.000 GWh capacitate de stocare. Aceasta reprezentă circa 714 MWh stocare per MW mediu utilizat în California (29,75 zile de utilizare medie) sau 500 MWh de stocare per MW mediu utilizat în Germani (21,83 zile de utilizare medie).

În cazul altui stat american – New York, cu un necesar de stocare estimat la 10.000 – 12.000 GWh pentru o rețea bazată în principal pe energie regenerabilă, se plănuiește achiziționarea a circa 6 GW de stocare în rețea, ceea ce înseamnă aproximativ 24 GWh. Adică, aproximativ 0,2% din necesar. Desigur, dacă statul New York continuă cu planurile sale de a tripla cererea de energie din rețea prin electrificarea tuturor automobilelor și a încălzirii locuințelor, cei 24 GW vor reprezenta mai puțin de 0,1% din necesarul de stocare.

Capacitatea de stocare anuală necesară Statelor Unite (cele 48 state continentale) a fost calculată de un alt cercetător anul acesta, folosind date ale producției eoliene și solare din perioada 2019-2020. Conform calculelor efectuate, cererea anuală de stocare a energiilor „verzi” este de aproximativ 233.000 GWh.

233.000 GWh de stocare a energiei este o cantitate enormă. Dar înainte de a stoca și utiliza GWh din baterii, ele trebuie umplute cu o cantitate de energie „verde” egală (sau mai mare) de 233.000 GWh. Pentru a pune lucrurile în perspectivă, să considerăm ferma solară Topaz din California, una din cele mai mari din lume. Citeste intregul artiol si comenteaza pe Contributors.ro