Come portare il vento del Wyoming in California e ridurre l'80% delle emissioni di carbonio degli Stati Uniti

Adani

Diverse miglia a sud di Rawlins, nel Wyoming, in un allevamento di bestiame a est del Continental Divide, le squadre di costruzione hanno iniziato a costruire strade e piattaforme che potrebbero eventualmente sostenere fino a 1.000 turbine eoliche. Una volta completato, il progetto Chokecherry e Sierra Madre potrebbe generare circa 12 milioni di megawattora di elettricità all'anno, rendendolo il più grande parco eolico della nazione.

Ma come si fa a portare così tanta energia eolica dove è effettivamente necessaria?

La società con sede a Denver dietro il progetto spera di erigere una serie di torri di trasmissione in acciaio che estenderebbero una linea di trasmissione in corrente continua ad alta tensione per 730 miglia attraverso l'ovest americano. Potrebbe trasportare fino a 3.000 megawatt di energia eolica del Wyoming nei mercati elettrici di California, Nevada e Arizona. Con i giusti accordi in atto, la linea di trasmissione potrebbe restituire anche l'elettricità generata dal sole, bilanciamento I potenti venti del tardo pomeriggio del Wyoming con il brillante sole diurno della California.

Come il vento del Wyoming (in verde) potrebbe bilanciare il solare della California (in rosso) per tutta la giornata di giugno. Fonte: Wind Diversity Enhancement of Wyoming and California Wind Energy Projects, 2015. Jonathan Naughton, Wind Energy Research Center.

Il TransWest Express Transmission Project da 3 miliardi di dollari è tra le poche proposte di linee di trasmissione in corrente continua negli Stati Uniti e una delle più avanzate nel processo di pianificazione. Sottolinea l'enorme promessa di queste linee ad alta capacità di sbloccare il pieno potenziale delle energie rinnovabili.

La trasmissione non è sexy (vedi la nostra story art sopra). È un'infrastruttura di base. Fili lunghi e torri alte (vedi Come la blockchain potrebbe darci una rete energetica più intelligente).

Ma un numero crescente di studi conclude che la costruzione di una rete nazionale di linee di trasmissione CC potrebbe aiutare a consentire alle fonti rinnovabili di soppiantare la maggior parte della produzione di energia degli Stati Uniti, offrendo forse il modo più veloce, economico ed efficiente per ridurre le emissioni di gas serra.

Lo sviluppo di queste linee di trasmissione, tuttavia, richiede molto tempo e denaro. Il progetto TransWest è stato proposto per la prima volta nel 2005, ma gli sviluppatori avranno la fortuna di assicurarsi i loro permessi finali e di iniziare a spostare lo sporco alla fine del prossimo anno.

Non esiste un'unica agenzia incaricata di supervisionare o accompagnare tali progetti, lasciando le aziende a navigare in un boschetto di giurisdizioni federali, statali, di contea e cittadine sovrapposte, ognuna delle quali deve firmare per l'inizio di un progetto. Di conseguenza, poche di queste linee di trasmissione vengono mai costruite.

Una macro griglia

La corrente continua, in cui le cariche elettriche scorrono costantemente in un'unica direzione, è una vecchia tecnologia. Esso e la corrente alternata furono oggetto di una delle prime battaglie al mondo sugli standard tecnologici, contrapponendo Thomas Edison al suo ex protetto Nikola Tesla nel Guerra delle correnti a partire dal 1880 (vedi Edison's Revenge: The Rise of DC Power).

La corrente alternata vinse questa prima guerra, principalmente perché, grazie allo sviluppo dei trasformatori, la sua tensione poteva essere aumentata per la trasmissione a lunga distanza e ridotta per le case e le imprese.

Ma una serie di miglioramenti tecnologici hanno notevolmente incrementato la funzionalità di DC, aprendo nuove modalità di progettazione e interconnessione della rete elettrica.

A partire dagli anni '50, alcune aziende e paesi iniziarono a implementare linee di trasmissione CC ad alta tensione di prossima generazione. Questi sistemi potrebbero trasportare più energia molto più lontano delle linee CA, che subiscono molte più perdite su distanze maggiori. Fondamentalmente, le linee in corrente continua possono essere utilizzate anche per trasmettere energia tra sistemi asincroni a corrente alternata come le tre principali reti regionali della nazione, che altrimenti non possono condividere l'energia.

Negli ultimi due anni, James McCalley, professore di ingegneria presso la Iowa State University, ha studiato il modo migliore per collegare insieme questi enormi sistemi di rete nell'ambito dell'iniziativa di modernizzazione della rete da 220 milioni di dollari del Dipartimento dell'Energia.

Un modo per risolvere il problema è espandere le stazioni di conversione back-to-back esistenti per fornire una maggiore capacità di trasmissione da est a ovest. Questi sistemi consentono la trasmissione tra due reti, convertendo la potenza in CC e poi di nuovo in CA nel punto in cui attraversano il giunto.

Un altro approccio aggiunge tre linee di trasmissione punto a punto, che corrono da est a ovest, collegando il cuore di ciascuna griglia a quella dell'altra. Un'altra soluzione ancora è una cosiddetta macrorete di lunghe linee di trasmissione in CC che coprono gran parte del paese. Risale il panhandle della Florida, attraverso il sud, a nord fino a Seattle, a est fino a Minneapolis e di nuovo in Louisiana, con diverse linee aggiuntive che attraversano l'ovest.

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McCalley e il suo team hanno sviluppato modelli per simulare ciascuno di questi scenari in un periodo di 15 anni. Hanno scoperto che tutti e tre hanno dimostrato un forte guadagno economico, fornendo un vantaggio di almeno $ 2,50 di risparmio per ogni $ 1 investito nel sistema di trasmissione.

Con le linee in corrente continua, gli operatori di rete hanno più opzioni per le fonti di energia durante il giorno, consentendo loro di attingere, ad esempio, a impianti eolici a basso costo a due stati di distanza durante i periodi di picco della domanda invece di rivolgersi a impianti di gas naturale vicini ma più costosi per un poche ore. Il fatto che le regioni possano dipendere dall'energia di stati lontani per la loro domanda di picco significa anche che non devono costruire a livello locale tanta produzione ad alto costo.

Lo scenario di trasmissione in c.c. point-to-point ha dimostrato il più alto ritorno economico immediato nello studio, che sarà pubblicato nei prossimi mesi. Ma l'approccio della macro-griglia offre una ridondanza e una resilienza di gran lunga maggiori, assicurando che la rete continui a funzionare in caso di guasto di una linea. Consente inoltre di sviluppare una produzione di energia molto più rinnovabile.

La griglia macro offre un'autostrada per tutti quei carichi e collega tutti quei mercati insieme, afferma Dale Osborn, direttore tecnico della pianificazione della trasmissione presso il Midcontinent Independent System Operator (MISO), che per primo ha progettato il sistema. Ottieni l'energia più efficiente e a basso costo possibile.

Batterie giganti

Una rete nazionale a corrente continua potrebbe anche aiutare a ridurre le emissioni fino all'80% al di sotto dei livelli del 1990 entro 15 anni, il tutto con la tecnologia disponibile in commercio e senza aumentare i costi dell'elettricità, secondo un precedente studia in Cambiamento climatico della natura.

I ricercatori hanno prodotto una rete di trasmissione idealizzata che collegava 32 nodi in tutta la nazione, collegando l'energia idroelettrica nel nord-ovest del Pacifico, l'energia solare in California, l'energia eolica nel sud-ovest e l'energia nucleare sulla costa orientale, tra le altre fonti.

Una rete nazionale di trasmissione in corrente continua ad alta tensione progettata da Vibrant Clean Energy.

In poche parole, il sistema bilancia l'intermittenza delle fonti di energia rinnovabile su lunghe distanze, il che significa che c'è sempre una generazione affidabile da qualche parte. Essere in grado di attingere ad essa da qualsiasi angolo della nazione riduce il costo della fornitura di energia al picco della domanda, riduce la quantità di generazione richiesta in ogni singola area, riduce al minimo la produzione in eccesso ed elimina la necessità di sviluppare costosi sistemi di accumulo su scala di rete ( vedere La nuova avventura dell'imprenditore di batterie seriali affronta il problema più grande dell'energia pulita).

Fondamentalmente stiamo ottenendo gratuitamente quella grande batteria che desideriamo, afferma Christopher Clack, uno degli autori principali dello studio e amministratore delegato di Vibrant Clean Energy.

Super fili

Alcune tecnologie emergenti potrebbero spingere ulteriormente i vantaggi della trasmissione in corrente continua ad alta tensione.

I convertitori di sorgente di tensione, sviluppati negli anni '90, consentono di attingere all'alimentazione in qualsiasi punto lungo le linee HVDC, anziché solo nei suoi due punti terminali. Non sono ampiamente utilizzati ora, ma potrebbero consentire una rete ancora più interconnessa di quella progettata da MISO, scrive Varun Sivaram, ricercatore scientifico e tecnologico del Council on Foreign Relations, nel suo prossimo libro Domare il sole .

Inoltre, i ricercatori stanno esplorando diversi tipi di semiconduttori per migliorare i costi e le prestazioni di interruttori automatici e convertitori di tensione, afferma Sivaram, e stanno lavorando su cavi superconduttori che potrebbero aumentare la capacità di alimentazione e ridurre le perdite di energia quasi a zero.

La Cina va avanti

Nel frattempo, la Cina ha già avviato un'ampia diffusione delle cosiddette linee di trasmissione CC ad altissima tensione, in grado di trasmettere circa un milione di volt.

Gran parte del boom della costruzione di trasmissioni della nazione è stato guidato da uno sforzo per collegare la produzione di energia concentrata nelle remote province settentrionali con centri abitati distanti, una discrepanza geografica che ha portato a enormi quantità di energia solare ed eolica in eccesso. Ma, ovviamente, riflette anche il fatto che lo sviluppo energetico della Cina non rallenta molto per i commenti pubblici e le relazioni sull'impatto ambientale.

Ci sono già un manciata di linee di trasmissione CC negli Stati Uniti e un numero crescente di proposte, tra cui il New England Clean Power Link, che trasporterebbe 1.000 megawatt di energia rinnovabile dal Canada al New England. Clean Line Energy di Houston ha almeno un mezza dozzina di proposte in varie fasi, tra cui la Plains and Eastern Clean Line che collega l'Oklahoma occidentale ai mercati del sud-est e la Grain Belt Express Clean Line che si estende dal Kansas all'Indiana.

La Eastern Alberta Transmission Line, una linea ad alta tensione in corrente continua in Alberta, Canada.

Ma tutti questi si stanno muovendo attraverso il processo di approvazione a un ritmo lento. Gli sviluppatori di TransWest hanno ottenuto il permesso lungo i due terzi del percorso della linea che si trova su un terreno federale da quando hanno rilevato il progetto nel 2008. Ma stanno ancora lavorando per finalizzare le approvazioni da stati e proprietari terrieri privati.

La linea Grain Belt proposta da Clean Line è stata approvata da tre dei quattro stati che attraversa, ma le autorità di regolamentazione del Missouri lo hanno fatto rifiutato due volte .

La maggior parte degli sviluppatori e degli esperti di politica energetica afferma che ciò che è necessario per accelerare questi progetti è un'autorità federale con maggiore potere per portarli avanti. UN rapporto rilasciato da Stanford in ottobre ha evidenziato una serie di possibilità, inclusa la concessione alla Commissione federale di regolamentazione dell'energia della stessa autorità di localizzazione per le linee di trasmissione che ha già sui gasdotti.

Senza un'autorità di localizzazione chiara e prevedibile, sarà molto difficile costruire una rete HVDC intelligente e completa, afferma Dan Reicher, direttore esecutivo dello Steyer-Taylor Center for Energy Policy and Finance a Stanford, coautore del rapporto.

Un'altra sfida critica per la trasmissione a lungo raggio è che i servizi pubblici hanno pochi incentivi a pagare per queste linee, aggiunge Osborn di MISO. Le regole dovrebbero essere modificate per consentire ai servizi di pubblica utilità di recuperare i propri investimenti e incoraggiarli a cooperare tra le regioni, afferma.

Senza ulteriori cambiamenti normativi e un'autorità federale concentrata, è probabile che vedremo più di ciò che abbiamo visto: progetti una tantum in cui l'economia potrebbe lavorare per collegare una particolare fonte di energia a un particolare mercato. Ma non è probabile che vedremo una rete integrata come quelle immaginate da MISO e altri.

E senza queste o alcune innovazioni nello storage di rete, è improbabile che le energie rinnovabili raggiungano il loro pieno potenziale. Gli impianti a volte generano più energia eolica o solare di quella che un singolo mercato può utilizzare, a quel punto il prezzo scende e l'incentivo ad aggiungere più generazione rinnovabile diminuisce. E altre volte non genereranno abbastanza per quel mercato, costringendo la regione a continuare a fare affidamento sugli impianti a combustibili fossili.

Quindi finisci per deviare da ciò che sarebbe ottimale e a lungo termine puoi finire per danneggiare le energie rinnovabili, dice Clack.

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Una cosa che le linee di corrente continua hanno in loro favore, almeno in alcuni casi, è un forte sostegno bipartisan. In effetti, il team di transizione di Trump ha inserito diverse proposte di trasmissione su di esso lista di priorità di progetti di emergenza e di sicurezza nazionale, incluso TransWest.

Ciò potrebbe essere in parte dovuto al fatto che le linee stesse riducono i costi e collegano i mercati anche se trasportano elettricità da carbone o gas naturale anziché da fonti rinnovabili. Ma un altro fattore è quasi certamente che le aziende che propongono tali linee a volte sono sostenitrici del Partito Repubblicano. In particolare, il miliardario e importante donatore del GOP Philip Anschutz possiede la società dietro il parco eolico del Wyoming e la linea TransWest.

Ciò potrebbe significare che la trasmissione HVDC potrebbe rappresentare una delle poche aree, insieme all'energia nucleare avanzata, in cui i sostenitori dell'energia pulita potrebbero potenzialmente lavorare con l'amministrazione Trump su un obiettivo comune.

Ci sono già battaglie legali in corso, tuttavia, che metteranno alla prova quanto potere hanno gli organi federali su queste questioni. Diversi gruppi che rappresentano i proprietari terrieri dell'Arkansas hanno presentato istanza una lamentela presso il tribunale distrettuale degli Stati Uniti ha contestato l'uso da parte del Dipartimento dell'Energia di una legge del 2005 per far avanzare il progetto Clean Line's Plains and Eastern.

È probabile che casi simili emergano man mano che vengono sperimentati altri nuovi approcci. Ma il presidente di Clean Line, Michael Skelly, afferma che la società sta investendo molto per vincere questi combattimenti e creare i precedenti legali necessari per portare avanti altri progetti.

Il nostro motto è non lasciare indietro uno studio legale, dice.

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