“Secas Energéticas”

Uma coisa é reconhecer os riscos que acompanham as energias renováveis: o sol nem sempre brilha e o vento nem sempre sopra, mas o que acontece quando a rede perde ambas as fontes de energia ao mesmo tempo?
Este fenômeno é conhecido como seca energética composta. Num novo artigo, investigadores do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (PNNL) descobriram que, em algumas partes do país, estas secas energéticas podem durar quase uma semana.
“Quando temos uma rede completamente descarbonizada e dependemos fortemente da energia solar e eólica, as secas energéticas podem ter um enorme impacto na rede”, disse Cameron Bracken, cientista da Terra no PNNL e autor principal do artigo. Os operadores da rede precisam de saber quando ocorrerão secas energéticas para que possam preparar-se para extrair energia de diferentes fontes. Além disso, compreender onde, quando e durante quanto tempo ocorrem as secas energéticas ajudará os especialistas a gerir sistemas de baterias ao nível da rede que podem armazenar eletricidade suficiente para serem implementadas durante os períodos em que a energia é mais necessária.
A equipe publicou as descobertas na Renewable Energy e fará uma apresentação na reunião anual desta semana da União Geofísica Americana.
Caçando dias nublados
e sem vento
No passado, os investigadores estudaram secas energéticas compostas à escala estatal ou regional. Mas pouco foi estudado em escala nacional. Para saber mais sobre o risco de secas energéticas em todo o território continental dos EUA, os investigadores investigaram dados meteorológicos e, em seguida, utilizaram dados históricos da procura de energia para compreender com que frequência ocorre uma seca energética quando essa energia é mais necessária.
A equipe examinou 4 décadas de dados meteorológicos horários para o território continental dos EUA e se concentrou em áreas geográficas onde atualmente operam usinas de energia solar e eólica. Os dados meteorológicos incluíram a velocidade do vento no auge das turbinas eólicas, bem como a intensidade da energia solar que incide sobre os painéis solares. Momentos em que os dados meteorológicos mostraram ar estagnado e céus nublados traduziram-se numa menor geração de energia a partir das centrais eólicas e solares – uma seca energética composta.
“Basicamente, tiramos um instantâneo da infraestrutura em 2020 e o analisamos ao longo de 40 anos de dados meteorológicos, começando em 1980”, disse Bracken. “Estamos basicamente dizendo ‘isto é como a infraestrutura atual teria funcionado sob condições climáticas históricas’”.
Os investigadores descobriram que as secas energéticas podem ocorrer em qualquer estação do ano no território continental dos EUA, embora variem amplamente em frequência e duração. Na Califórnia, por exemplo, condições nubladas e sem vento podem durar vários dias, enquanto as mesmas condições podem durar apenas algumas horas no Texas. Utah, Colorado e Kansas enfrentam secas energéticas frequentes, tanto em escalas de tempo de várias horas como em escalas de tempo de vários dias. Entretanto, o Noroeste e Nordeste do Pacífico parecem sofrer secas energéticas que duram várias horas com mais frequência do que vários dias. Os diferentes prazos (horário versus diário) ajudarão a informar o impacto da seca energética na rede – durará apenas algumas horas ou vários dias?
No geral, os investigadores descobriram que a seca energética composta mais longa numa escala horária foi de 37 horas (no Texas), enquanto a seca energética mais longa numa escala diária foi de seis dias (na Califórnia).
Seca energética
no pico da demanda
Simplesmente saber onde e como ocorrem as secas energéticas é apenas uma peça do quebra-cabeça, disse Bracken. Ele também enfatizou que uma seca de energia solar e eólica não causará necessariamente uma escassez de energia. Os operadores de rede podem recorrer a outras fontes de energia, como energia hidrelétrica, combustíveis fósseis ou energia transmitida de outras regiões dos EUA.
Mas como a nação pretende afastar-se dos combustíveis fósseis e depender mais da energia solar e eólica, os operadores da rede devem compreender se ocorrerão secas energéticas durante períodos em que a procura de eletricidade poderá exceder a oferta. As alterações climáticas trazem verões mais quentes e tempestades de inverno mais intensas, e estes são tempos em que não só as pessoas utilizam mais energia para se manterem seguras (para arrefecimento ou aquecimento), mas o acesso à eletricidade pode significar vida ou morte.
Para compreender a possível ligação entre secas energéticas e procura de energia, a equipa mapeou os seus dados históricos e hipotéticos de geração em 40 anos de dados históricos de procura de energia que também abrangeram centrais eléctricas reais em todo o continente.Os dados mostraram que “as secas eólicas e solares acontecem durante eventos de pico de procura mais do que seria de esperar devido ao acaso”, disse Bracken, o que significa que na maioria das vezes, períodos sem vento e sem nuvens ocorreram durante períodos em que a procura de energia era elevada. Por enquanto, Bracken não tem certeza de que a correlação signifique causalidade. “Isso pode ser devido a fenômenos meteorológicos bem compreendidos, como inversões que suprimem o vento e aumentam as temperaturas, mas são necessários mais estudos”, disse Bracken.
Armazenamento de energia para secas energéticas
O estudo dos padrões de frequência e duração das secas energéticas também ajudará a informar a implantação de projetos de armazenamento de energia de longa duração, disse Nathalie Voisin, cientista da Terra no PNNL e coautora do artigo. O artigo é o primeiro a fornecer um padrão uniforme sobre o que é uma seca energética composta e quanto tempo ela pode durar em diferentes partes do país.
“Estamos fornecendo informações sobre como projetar e gerenciar adequadamente o armazenamento de vários dias. Então, quando você sabe que uma seca energética vai durar cinco horas ou cinco dias, você pode incentivar o armazenamento a ser gerenciado de acordo”, disse Voisin. Em seguida, Bracken e a equipe extrapolarão os dados meteorológicos e de demanda para o futuro para ver como as mudanças climáticas afetarão a frequência e a duração das secas energéticas.
A equipe planeja modelar secas energéticas até o final do século, combinadas com infraestrutura em evolução.