10 set 2021 · 6 min read

Il piano di Biden rifarebbe il sistema elettrico degli USA

pannelli solari
Source: iStock/Petmal

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Il presidente Joe Biden ha chiesto importanti investimenti in energia pulita come modo per frenare il cambiamento climatico e creare posti di lavoro. L'8 Settembre 2021, la Casa Bianca ha pubblicato un rapporto prodotto dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti che ha rilevato che l'energia solare potrebbe generare fino al 45% della fornitura di elettricità degli Stati Uniti entro il 2050, rispetto a meno del 4% di oggi. Joshua D. Rhodes, ricercatore di tecnologie energetiche e politiche presso l'Università del Texas ad Austin, spiega cosa sarebbe necessario per raggiungere questo obiettivo.

Perché una così forte attenzione all'energia solare? Un futuro a basse emissioni di carbonio non richiede molti tipi di energia pulita?

Il Solar Futures Study del Dipartimento dell'Energia delinea tre percorsi futuri per la rete statunitense: business as usual; decarbonizzazione, che significa un massiccio passaggio a fonti di energia a basse emissioni di carbonio e prive di carbonio; e la decarbonizzazione con l'elettrificazione a livello economico delle attività che ora sono alimentate da combustibili fossili.

Conclude che gli ultimi due scenari richiederebbero circa 1.050-1.570 gigawatt di energia solare, che soddisferebbero circa il 44%-45% della domanda di elettricità prevista nel 2050. In prospettiva, un gigawatt di capacità di generazione è equivalente a circa 3,1 milioni di pannelli solari o 364 turbine eoliche di grandi dimensioni.

Il resto proverrebbe principalmente da un mix di altre fonti a basse o zero emissioni di carbonio, tra cui turbine eoliche, nucleari, idroelettriche, bioelettriche, geotermiche e a combustione alimentate con combustibili sintetici a zero emissioni di carbonio come l'idrogeno. Anche la capacità di accumulo di energia – sistemi come grandi installazioni di batterie ad alta capacità – si espanderebbe all'incirca alla stessa velocità del solare.

Un vantaggio che l'energia solare ha su molte altre tecnologie a basse emissioni di carbonio è che la maggior parte degli Stati Uniti ha molto sole. Le risorse eoliche, idroelettriche e geotermiche non sono distribuite in modo così uniforme: ci sono grandi zone in cui queste risorse sono scarse o inesistenti.

Mappa delle risorse solari annuali degli Stati Uniti.

La maggior parte delle aree degli Stati Uniti può generare almeno un po' di energia solare tutto l'anno. Questa mappa mostra l'irradiamento orizzontale globale annuale, ovvero la quantità di luce solare che colpisce una superficie orizzontale al suolo. NREL

Affidarsi maggiormente a tecnologie specifiche per regione significherebbe svilupparle in modo estremamente denso dove sono più abbondanti. Richiederebbe anche la costruzione di più linee di trasmissione ad alta tensione per spostare quell'energia su lunghe distanze, il che potrebbe aumentare i costi e attirare l'opposizione dei proprietari terrieri.

È possibile generare il 45% dell'elettricità negli Stati Uniti da energia solare entro il 2050?

Penso che sarebbe tecnicamente possibile ma non facile. Richiederebbe un dispiegamento accelerato e sostenuto molto più grande di quello che gli Stati Uniti hanno raggiunto finora, anche se il costo dei pannelli solari è diminuito drasticamente. Alcune regioni hanno raggiunto questo tasso di crescita, anche se da punti di partenza bassi e di solito non per lunghi periodi.

Il Solar Futures Study stima che la produzione del 45% dell'elettricità della nazione da energia solare entro il 2050 richiederebbe la distribuzione di circa 1.600 gigawatt di generazione solare. Si tratta di un aumento del 1.450% rispetto ai 103 gigawatt installati oggi negli Stati Uniti. Per prospettiva, ci sono attualmente circa 1.200 gigawatt di capacità di generazione di elettricità di tutti i tipi sulla rete elettrica degli Stati Uniti.

Il rapporto presuppone che il 10%-20% di questa nuova capacità solare verrebbe distribuito su case e aziende. Il resto sarebbero grandi implementazioni su larga scala, per lo più pannelli solari, oltre ad alcuni sistemi solari termici su larga scala che utilizzano specchi per riflettere il sole su una torre centrale.

Supponendo che l'energia solare su larga scala richieda circa 8 acri per megawatt, questa espansione richiederebbe da 10,2 a 11,5 milioni di acri. È un'area grande all'incirca quanto il Massachusetts e il New Jersey messi insieme, sebbene sia meno dello 0,5% della massa terrestre totale degli Stati Uniti.

Penso che valga la pena porsi obiettivi come questi, ma è bene rivalutarli nel tempo per assicurarsi che rappresentino il percorso più prudente.

Quali sono i maggiori ostacoli?

A mio avviso, la sfida più grande è che guidare un cambiamento su questa scala richiede una volontà politica sostenuta. Anche altri problemi potrebbero rallentare i progressi, tra cui la carenza di materiali critici per i pannelli solari come il silicio policristallino, le controversie commerciali e le recessioni economiche. Ma le sfide ingegneristiche sono comprese e piuttosto semplici.

Il gas naturale, il carbone e il petrolio hanno fornito quasi l'80% dell'input di energia primaria all'economia degli Stati Uniti nel 2020, compresa la produzione di energia elettrica. Sostituirne gran parte con fonti a basse emissioni di carbonio richiederebbe anche la riorganizzazione della maggior parte delle principali società energetiche statunitensi.

Diagramma del consumo energetico degli Stati Uniti per tipo di carburante e settore.

Passare a un'economia a basse emissioni di carbonio richiederebbe la generazione di molta più energia da fonti a basse e zero emissioni di carbonio e l'elettrificazione di molte attività ora alimentate da combustibili fossili. LLNL

È probabile che un tale cambiamento incontrerà resistenza, sebbene alcune società energetiche stiano iniziando a espandersi in questo modo. L'amministrazione Biden prevede di utilizzare il Programma di Pagamento dell'Elettricità Pulita, una disposizione nel piano di budget da 3,5 trilioni di dollari in attesa al Congresso, per creare incentivi affinché le società elettriche generino più energia da fonti prive di carbonio.

Studi come questo rapporto solare presumono anche che saranno disponibili molte infrastrutture di supporto essenziali per soddisfare i loro scenari. Secondo il Solar Futures Study, gli Stati Uniti dovrebbero espandere la propria capacità di trasmissione elettrica del 60%-90% per supportare i livelli di dispiegamento solare che prevedono.

Costruire linee di trasmissione a lunga distanza è molto difficile negli Stati Uniti, specialmente quando attraversano i confini di stato, che è ciò che richiederebbe un massiccio dispiegamento solare. A meno che qualche agenzia, come la Federal Energy Regulatory Commission, non sia autorizzata ad approvare nuove linee di trasmissione, questo tipo di espansione potrebbe essere quasi impossibile.

Una possibile soluzione sta prendendo piede: costruire linee di trasmissione lungo i diritti di passaggio esistenti accanto alle autostrade e alle linee ferroviarie, evitando la necessità di ottenere l'accordo di numerosi proprietari terrieri privati.

Torri solari

L'impianto solare termico Ivanpah nel deserto del Mojave in California utilizza specchi per concentrare l'energia del sole su tre collettori solari, che riscaldano l'acqua per far funzionare le turbine a vapore. Jon G. Fuller, VWPics/Universal Images Group via Getty Images

Come dovrebbe cambiare il sistema attuale per supportare così tanta energia solare?

Il nostro sistema energetico attualmente ottiene circa il 59% della sua elettricità da carbone e gas naturale. Queste risorse sono generalmente, anche se non sempre, disponibili su richiesta. Ciò significa che quando i clienti delle utility richiedono più energia per le loro luci o condizionatori d'aria, le aziende possono ricorrere a questi tipi di impianti per aumentare la loro produzione.

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Passare a una rete dominata dalle energie rinnovabili richiederà alle utility e ai regolatori dell'energia di ripensare al vecchio modo di far incontrare domanda e offerta. Penso che la rete del futuro avrà bisogno di livelli molto più elevati di trasmissione, accumulo di energia e programmi che incoraggino i clienti a spostare i tempi in cui usano l'energia a periodi in cui è più abbondante e conveniente. Richiederà anche un coordinamento molto maggiore tra le reti elettriche regionali del Nord America, che ora non sono ben configurate per spostare l'elettricità senza soluzione di continuità su lunghe distanze.

Tutto ciò è fattibile e sarà necessario se gli Stati Uniti sceglieranno di fare affidamento su una rete elettrica decarbonizzata ad alto consumo di energia solare per soddisfare in modo conveniente la domanda futura.

The Conversation

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.

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