La sfida dell’intermittenza rinnovabile

Gli Stati Uniti hanno un mix energetico dinamico, con una gamma di fonti energetiche che generano elettricità in diversi momenti della giornata.

In ogni momento, la quantità di elettricità generata deve corrispondere alla domanda per mantenere in equilibrio la rete elettrica , il che porta a modelli ciclici nella generazione di elettricità giornaliera e settimanale .

Il grafico sottostante, tramite Govind Bhutada e Sabrina Lam di Visual Capitalist , tiene traccia dei cambiamenti orari nella produzione di elettricità negli Stati Uniti nell'arco di una settimana, sulla base dei dati della US Energy Information Administration ( EIA ).

I tre tipi di centrali elettriche

Prima di addentrarci, è importante distinguere tra i tre principali tipi di centrali elettriche nel mix elettrico statunitense:

• Gli impianti di carico di base generalmente funzionano a piena o quasi piena capacità e vengono utilizzati per soddisfare il carico di base o la quantità minima di elettricità richiesta in ogni momento. Si tratta tipicamente di centrali elettriche a carbone o nucleari. Se disponibili a livello regionale, anche gli impianti geotermici e idroelettrici possono essere utilizzati come fonti di carico di base.

• Le centrali elettriche con carico di picco o picco sono in genere dispacciabili e possono essere aumentate rapidamente durante i periodi di domanda elevata. Questi impianti di solito funzionano alla massima capacità solo per poche ore al giorno e comprendono centrali idroelettriche alimentate a gas e ad accumulo di pompaggio.

• Gli impianti a carico intermedio sono utilizzati nelle ore transitorie tra il carico di base e la domanda di carico di punta. Le fonti rinnovabili intermittenti come l'eolico e il solare (senza accumulo di batterie) sono adatte per un uso intermedio, insieme ad altre fonti.

Zoom avanti: il mix orario di elettricità negli Stati Uniti

In tale contesto, la tabella seguente fornisce una panoramica della produzione oraria media di elettricità per fonte per la settimana dal 7 marzo al 14 marzo 2023, nel fuso orario orientale.

Vale la pena notare che mentre questo è rappresentativo di una tipica settimana di generazione di elettricità, questi modelli possono cambiare con le stagioni. Ad esempio, nel mese di giugno, la domanda di elettricità di solito raggiunge il picco intorno alle 17:00, quando la generazione solare è ancora elevata, a differenza di marzo.

Il gas naturale è la principale fonte di elettricità del paese, con impianti alimentati a gas che generano una media di 176.000 MWh di elettricità all'ora per tutta la settimana sopra descritta. La natura dispacciabile del gas naturale è evidente nel grafico, con la generazione a gas che diminuisce nelle ore piccole e aumenta durante l'orario lavorativo.

Nel frattempo, la produzione di elettricità nucleare rimane costante per tutti i giorni e la settimana indicati, con un range compreso tra 80.000 e 85.000 MWh all'ora. Gli impianti nucleari sono progettati per funzionare per lunghi periodi (da 1,5 a 2 anni) prima del rifornimento e richiedono meno manutenzione, consentendo loro di fornire energia di base affidabile.

D'altra parte, la generazione eolica e solare tende a registrare grandi fluttuazioni durante la settimana. Ad esempio, durante la settimana dal 7 al 14 marzo, la produzione eolica è stata compresa tra 26.875 MWh e 77.185 MWh all'ora, in base alla velocità del vento. La generazione solare ha avuto estremi più forti, spesso raggiungendo lo zero o il netto negativo di notte e salendo a oltre 40.000 MWh nel pomeriggio.

Poiché l'eolico e il solare sono spesso variabili e specifici per località, integrarli nella rete può rappresentare una sfida per gli operatori di rete, che si affidano alle previsioni per mantenere in equilibrio la domanda e l'offerta di elettricità. Quindi, quali sono alcuni modi per risolvere questi problemi?

Risolvere la sfida dell'intermittenza rinnovabile

Man mano che viene implementata una maggiore capacità rinnovabile, ecco tre modi per rendere più agevole la transizione.

• I sistemi di accumulo dell'energia possono essere combinati con le rinnovabili per mitigare la variabilità. Le batterie possono immagazzinare elettricità durante i periodi di alta generazione (ad esempio, nel pomeriggio per il solare) e fornirla durante i periodi di picco della domanda.

• La gestione della domanda può essere utilizzata per spostare la domanda flessibile in tempi di elevata generazione rinnovabile. Ad esempio, le utility possono collaborare con i loro clienti industriali per garantire che alcune linee di fabbrica funzionino solo nel pomeriggio, quando la generazione solare raggiunge il picco.

• L'espansione delle linee di trasmissione può aiutare a collegare risorse solari ed eoliche di alta qualità in regioni remote ai centri della domanda. Infatti, alla fine del 2021, oltre 900 gigawatt di capacità solare ed eolica (notevolmente più dell'attuale capacità rinnovabile del Paese) erano in coda per l'interconnessione alla rete.