Energia renovável e eletricidade

Existe um apoio popular generalizado para o uso de energia renovável, em particular a energia solar e eólica, que fornecem eletricidade sem dar origem a emissões de dióxido de carbono.

Aproveitar estes recursos para a eletricidade depende do custo e eficiência da tecnologia, que está melhorando constantemente, reduzindo assim os custos por pico de kilowatt e por kWh.

Utilizar eletricidade a partir de energia solar e de vento em uma rede torna-se problemático em níveis elevados por motivos complexos, mas agora bem demonstrados. O fornecimento não corresponde à demanda.

A capacidade de geração de back-up é necessária devido à natureza intermitente da energia solar e do vento, mas em níveis elevados a economia está comprometida.

As configurações de políticas para apoiar as renováveis ​​são geralmente necessárias para conferir prioridade aos sistemas de rede e também subsidiá-los, e cerca de 50 países têm essas provisões.

A utilização de eletricidade solar e gerada por vento em um sistema autônomo requer bateria correspondente ou outra capacidade de armazenamento.

A possibilidade de uso em grande escala de hidrogênio no futuro como combustível de transporte aumenta o potencial de fontes de energia renováveis ​​e de carga básica.

A tecnologia para utilizar as forças da natureza para fazer o trabalho para fornecer necessidades humanas é tão antiga quanto o primeiro veleiro. Mas a atenção se afastou de fontes renováveis ​​à medida que a revolução industrial progrediu com base na energia concentrada trancada em combustíveis fósseis. Isso foi agravado pelo crescente uso de eletricidade reticulada com base em combustíveis fósseis e a importância das fontes de energia portáteis de alta densidade para o transporte - a era do petróleo.

À medida que a demanda de eletricidade aumentava, com a oferta dependendo em grande parte dos combustíveis fósseis, mais algumas fontes de energia e, em seguida, energia nuclear, surgiram preocupações sobre as emissões de dióxido de carbono que contribuíram para o possível aquecimento global. A atenção novamente voltou-se para as enormes fontes de energia que nos rodeavam na natureza - o sol, o vento e os mares em particular. Nunca houve qualquer dúvida sobre a magnitude destes, o desafio foi sempre em aproveitá-los para atender a demanda.

Hoje, estamos bem avançados para enfrentar esse desafio, ao mesmo tempo em que testamos os limites práticos de fazê-lo. As turbinas eólicas desenvolveram-se bastante nas últimas décadas, a tecnologia solar fotovoltaica é muito mais eficiente, e há melhores perspectivas de aproveitar a energia nas marés e nas ondas. As tecnologias térmicas solares em particular (com algum armazenamento de calor) têm um grande potencial em climas ensolarados. Com o incentivo do governo para utilizar tecnologias eólicas e solares, seus custos caíram e agora estão na mesma liga por quilowatt-hora como o aumento dos custos das tecnologias de combustíveis fósseis, especialmente com taxas prováveis ​​de emissão de carbono na geração de eletricidade a partir deles.

No entanto, a variabilidade da energia eólica e solar não corresponde à maioria das demandas, e como uma capacidade substancial foi construída em vários países em resposta a incentivos governamentais, a produção massiva ocasional dessas fontes cria grandes problemas na manutenção da confiabilidade e viabilidade econômica da todo sistema.

No seguinte, o custo nivelado da eletricidade (LCOE) é usado para indicar o custo médio por unidade de eletricidade gerada, permitindo a recuperação de todos os custos ao longo da vida útil da planta. Inclui capital, financiamento, operação e manutenção, combustível (se houver) e desmantelamento.

Outra métrica relevante é o retorno energético da energia investida (EROI). Isso não é citado para projetos específicos, mas é assunto de estudos mais gerais. EROI é a proporção da energia entregue por um processo à energia utilizada diretamente e indiretamente nesse processo, e faz parte da análise do ciclo de vida (LCA). Um EROI de cerca de 7 é considerado econômico para países desenvolvidos. O EROI médio dos EUA em todas as tecnologias geradoras é de cerca de 40. O principal estudo publicado sobre EROI, de Weissbach et al (2013), mostrou: "Os sistemas de energia de energia nuclear, hidrelétrica e de gás natural (nesta ordem) são uma ordem de grandeza mais eficaz do que a energia fotovoltaica e eólica ". Isso levanta questões sobre a sustentabilidade da energia solar eólica e solar que ainda não foram abordadas nas políticas energéticas nacionais. Uma conta mais completa da EROI na geração de eletricidade está no documento de informações sobre Energy Return on Investment .

O World Energy Outlook 2016 (WEO2016) faz com que os pontos que a energia eólica e solar tenham cinco propriedades técnicas que os tornem distintos das formas mais tradicionais de geração de energia. Primeiro, sua potência máxima flutua de acordo com a disponibilidade em tempo real de vento e luz solar. Em segundo lugar, tais flutuações podem ser previstas com precisão apenas algumas horas a dias de antecedência. Em terceiro lugar, eles usam dispositivos conhecidos como conversores de energia para se conectar à grade (isso pode ser relevante em termos de como garantir a estabilidade dos sistemas de energia). Em quarto lugar, eles são mais modulares e podem ser implantados de forma muito mais distribuída. Em quinto lugar, ao contrário dos combustíveis fósseis, o vento e a luz solar não podem ser transportados, e enquanto os recursos de energia renovável estão disponíveis em muitas áreas, os melhores recursos são freqüentemente localizados a uma distância dos centros de carga, assim, em alguns casos, aumentando os custos de conexão.

De acordo com a WEO2016, altos níveis de renováveis ​​renováveis ​​(eólica e solar) "exigirão um aprimoramento significativo das medidas de integração do sistema". Essas medidas incluem fontes de energia flexíveis, como turbinas de gás de hidromassagem e de ciclo aberto, medidas do lado da demanda, armazenamento de eletricidade, redes inteligentes de transmissão e distribuição. Os custos de todos estes, além dos custos de geração, geralmente são referidos como custos do sistema. Os custos do sistema de nível de grade para renováveis ​​renováveis ​​são grandes ($ 15-80 / MWh), mas dependem do país, contexto e tecnologia (vento terrestre <vento offshore <PV solar).(Consulte a seção posterior sobre os custos de integração do sistema de geração de energia renovável intermitente.)

Um outro aspecto de considerar fontes como o vento e a energia solar no contexto do fornecimento da rede é que sua verdadeira capacidade é descontada para permitir a intermitência. No Reino Unido, isto é por um fator de 0,43 para o vento e 0,17 para o PV solar, portanto, a capacidade líquida declarada (DNC) é o valor usado no relatório nacional - "a capacidade máxima nominal de um grupo gerador para fornecer eletricidade aos consumidores". tem um efeito considerável sobre os fatores de carga e capacidade publicados. Esta nova convenção não é seguida neste documento informativo.

Demanda de energia limpa

Existe uma atracção fundamental sobre o aproveitamento de tais forças em uma época que é muito consciente dos efeitos ambientais da queima de combustíveis fósseis e onde a sustentabilidade é uma norma ética. Por isso, hoje, o foco está na adequação do fornecimento de energia a longo prazo e também nas implicações ambientais de fontes específicas. A esse respeito, a quase certeza de que os custos são impostos às emissões de dióxido de carbono nos países desenvolvidos, pelo menos, mudou profundamente a visão econômica das fontes de energia limpas.

Um preço de carbono determinado pelo mercado criará incentivos para fontes de energia que sejam mais limpas do que as fontes atuais de combustíveis fósseis sem distinguir entre as diferentes tecnologias. Isso coloca a responsabilidade no utilitário de geração de empregar tecnologias que fornecem energia eficientemente ao consumidor a um preço competitivo. Vento, energia solar e nuclear são os principais concorrentes.

O sol, o vento, as ondas, os rios, as marés e o calor da decomposição radioativa no manto terrestre, bem como a biomassa são todos abundantes e contínuos, daí o termo "renováveis". Apenas um, o poder de cair água nos rios, foi significativamente aproveitado por eletricidade por muitos anos, embora a utilização do vento esteja aumentando rapidamente e agora é reconhecida como uma fonte de energia principal. A principal aplicação humana da energia solar tem sido na agricultura e silvicultura, através da fotossíntese, e cada vez mais é aproveitado para o calor. Até recentemente, a eletricidade foi uma aplicação de nicho para a energia solar. A biomassa (por exemplo, resíduos de cana-de-açúcar) é queimada, onde pode ser utilizada, mas há questões sérias quanto ao uso mais amplo. Os outros são pouco utilizados até agora.

No que diz respeito ao uso de fontes de energia renováveis ​​abundantes, além da hidrelétrica em larga escala para eletricidade, há desafios em efetivamente aproveitá-los. Além dos sistemas fotovoltaicos (PV) que produzem eletricidade diretamente, a questão é como torná-los a transformar os dínamos para gerar eletricidade. Se for o calor que é aproveitado, isto é através de um sistema de geração de vapor.

Se a oportunidade fundamental destas energias renováveis ​​é a sua abundância e ocorrência relativamente generalizada, o desafio fundamental, especialmente para o fornecimento de eletricidade, é aplicá-los para atender à demanda, dada sua natureza variável e difusa *. Isso significa que deve haver fontes de eletricidade duplicadas confiáveis ​​além da reserva normal do sistema, ou alguns meios de armazenamento elétrico em larga escala (veja a seção posterior).

* A principal exceção é geotérmica, que não é amplamente acessível.

Podem também ser necessárias políticas que favoreçam renováveis ​​em outras fontes. Tais políticas, agora em vigor em cerca de 50 países, incluem despachos prioritários para eletricidade a partir de fontes renováveis ​​e tarifas de alimentação especiais, obrigações de cotas e isenções de impostos sobre energia.

Em 2015, mais de 140 países apresentaram à Secretaria-Geral da Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudanças Climáticas (UNFCCC) suas contribuições nacionais previstas (INDCs) para combater as mudanças climáticas. Juntos, isso levaria a uma redução per capita de 8% nas emissões de CO2 em 2025 e 9% até 2030. O papel dos INDCs da Índia e da China é digno de nota aqui. Em relação à capacidade solar, a Índia prometeu 246 GWe e China 352 GWe até 2030 no mundo atual 178 GWe. Em relação ao vento, a China prometeu capacidade de 345 GWe e Índia 78 GWe até 2030 em relação à capacidade mundial de 2015.

Hoje, a energia solar é uma excelente solução para pessoas ou empresas que procuram economia na conta de energia e o mercado está em ascendência e a procura por profissionais capacitados para realizar instalações, que está alta e continuará crescendo.

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Texto original: World Nuclear/Adaptação: Mundo Auto-sustentável