Um olhar sobre o futuro da América: mudanças climáticas significam problemas para redes de energia

Enormes tempestades de inverno mergulharam grande parte do centro e do sul dos Estados Unidos em uma crise de energia nesta semana, com rajadas de gelo do clima ártico paralisando as redes de energia e deixando milhões de americanos sem energia em meio a temperaturas perigosamente baixas.

As falhas de rede foram mais graves no Texas, onde mais de quatro milhões de pessoas acordaram na terça de manhã para apagões contínuos. Redes regionais separadas no sudoeste e no meio-oeste também enfrentaram grande estresse. Começando terça à tarde, pelo menos 23 pessoas em todo o país morreram na tempestade ou suas consequências.

Os analistas começaram a identificar os principais fatores por trás das falhas de rede no Texas. O clima frio sem precedentes levou os residentes a ligar seus aquecedores elétricos e empurrou a demanda de energia além do pior cenário que as operadoras de rede haviam planejado. Ao mesmo tempo, uma grande fração das usinas movidas a gás do estado foram fechadas em meio a condições geladas, e algumas usinas sofreram com a escassez de combustível conforme a demanda por gás natural disparou. Muitas turbinas eólicas do Texas também congelaram e pararam de funcionar.

A crise soou um alarme para sistemas elétricos em todo o país. As redes de energia podem ser projetadas para lidar com uma ampla gama de condições severas, desde que os operadores de rede possam prever com segurança os perigos que virão. Mas, à medida que a mudança climática se acelera, muitas redes de energia enfrentarão eventos climáticos extremos que vão muito além das condições históricas para as quais esses sistemas foram projetados, colocando-os em risco de falha catastrófica.

Enquanto cientistas eles ainda estão olhando para o papel que a mudança climática causada pelo homem pode ter desempenhado Nas tempestades de inverno desta semana, está claro que o aquecimento global representa uma enxurrada de ameaças adicionais aos sistemas elétricos em todo o país, incluindo ondas de calor mais violentas e falta de água.

Medidas que podem ajudar a tornar as redes de energia mais robustas – como fortalecer usinas de energia contra condições climáticas extremas ou instalar mais fontes de energia de reserva – podem ser caras. Mas, como mostra o Texas, os apagões também podem ser extremamente caros. E, dizem os especialistas, a menos que os planejadores de rede comecem a planejar condições climáticas cada vez mais extravagantes e imprevisíveis, as falhas de rede acontecerão repetidamente.

“É essencialmente uma questão de quanto seguro você deseja comprar”, disse Jesse Jenkins, engenheiro de sistemas de energia da Universidade de Princeton. “O que torna esse problema ainda mais difícil é que agora estamos em um mundo onde, principalmente com as mudanças climáticas, o passado não é mais um bom guia para o futuro. Temos que melhorar muito na preparação para o inesperado. “

Um sistema levado ao limite

Texas ‘ rede de energia principal, que opera independentemente do resto do país, foi construída com os extremos climáticos mais comuns do estado em mente: altas temperaturas no verão que fazem milhões de texanos ligarem seus condicionadores de ar ao mesmo tempo.

Embora o tempo frio seja mais raro, os operadores de rede no Texas também sabem há muito tempo que a demanda por eletricidade pode aumentar no inverno, especialmente depois de períodos de frio danosos em 2011 e 2018. Mas as tempestades de inverno esta semana, que enterraram o estado em neve e gelo, e provocaram temperaturas recorde, superou todas as expectativas e levou a rede ao seu ponto de ruptura.

Operadores de rede do Texas tinha antecipado que, na pior das hipóteses, o estado usaria 67 gigawatts de eletricidade durante o pico do inverno. Mas no domingo à noite a demanda por energia Eu tinha excedido aquele nível. À medida que as temperaturas caíam, muitas casas dependiam de aquecedores elétricos mais antigos e ineficientes que usam mais energia.

Os problemas se agravaram a partir daí, com o tempo congelante na segunda-feira desativando usinas com capacidade total de mais de 30 gigawatts. A grande maioria dessas falhas ocorreu em usinas termelétricas, como geradores de gás natural, já que a queda das temperaturas paralisou os equipamentos das usinas e a crescente demanda por gás natural deixou algumas usinas lutando para obter combustível suficiente. Várias usinas de energia no estado também estavam desligadas para manutenção programada em preparação para o pico do verão.

A frota de parques eólicos do estado também perdeu 4,5 gigawatts de capacidade às vezes, já que muitas turbinas desligaram em condições de frio e gelo. esta foi uma pequena parte do problema.

Em essência, dizem os especialistas, uma rede elétrica otimizada para fornecer grandes quantidades de energia nos dias mais quentes do ano foi pega de surpresa quando as temperaturas despencaram.

Enquanto os analistas ainda estão trabalhando para desvendar todas as razões por trás das falhas da rede do Texas, alguns também se perguntam se a forma única como o estado administra seu sistema elétrico amplamente desregulamentado pode ter desempenhado um papel. Em meados da década de 1990, por exemplo, o Texas decidiu não pagar aos produtores de energia para manter um número fixo de usinas de reserva na reserva, deixando que as forças do mercado ditassem o que aconteceria na rede.

Na terça-feira, o governador Greg Abbott pediu uma reforma emergencial do Texas Electric Reliability Council, a corporação sem fins lucrativos que supervisiona o fluxo de energia no estado, e disse que seu desempenho foi “tudo menos confiável” nas 48 horas anteriores.

“Um ato de equilíbrio difícil”

Em teoria, disseram os especialistas, existem soluções técnicas que podem evitar esses problemas.

As turbinas eólicas podem ser equipadas com aquecedores e outros dispositivos para que possam operar em condições de gelo, como costuma ser feito no meio-oeste superior, onde o frio é mais comum. Usinas de gás podem ser construídas para armazenar óleo no local e passar a queimar o combustível se necessário, como costuma ser feito no Nordeste, onde a escassez de gás natural é comum. Os reguladores da rede podem projetar mercados com pagamentos mais altos para manter uma frota maior de usinas de backup em reserva em caso de emergências, como é feito no Meio-Atlântico.

Mas todas essas soluções custam dinheiro e as operadoras de rede costumam ter medo de forçar os consumidores a pagar mais por garantias.

“Construir resiliência geralmente tem um custo e existe o risco de pagar a menos, mas também a mais”, disse Daniel Cohan, professor associado de engenharia civil e ambiental da Rice University. “É um ato de equilíbrio difícil.”

Nos próximos meses, conforme os legisladores e operadores de rede do Texas investigam os apagões desta semana, eles provavelmente irão explorar como a rede pode ser fortalecida para lidar com o clima extremamente frio. Algumas idéias possíveis incluem: Construir mais conexões entre o Texas e outros estados para equilibrar o fornecimento de eletricidade, uma medida que o estado há muito tempo resiste; encorajar os proprietários a instalar sistemas de backup de bateria; ou manter usinas de energia adicionais em reserva.

A busca por respostas será complicada pelas mudanças climáticas. No geral, o estado está esquentando à medida que as temperaturas globais aumentam e os extremos de frio, em média, se tornam menos comuns com o tempo.

Mas alguns cientistas do clima também sugeriram que o aquecimento global poderia, paradoxalmente, causar tempestades de inverno mais violentas do que o normal. Algumas pesquisas indicam que o aquecimento do Ártico é enfraquecendo a corrente de jato, a corrente de ar de alto nível que cerca as latitudes do norte e geralmente desacelera o vórtice polar gelado. Isso pode permitir que o ar frio escape periodicamente para o sul, resultando em períodos de frio intenso em locais que raramente são afetados pela geada.

Mas esta continua sendo uma área ativa de debate entre os cientistas do clima, com alguns especialistas menos confiantes que as interrupções dos vórtices polares estão se tornando mais frequentes, tornando ainda mais difícil para os planejadores de eletricidade prever os perigos que virão.

Em todo o país, as operadoras de serviços públicos e de rede enfrentam problemas semelhantes à medida que as mudanças climáticas ameaçam intensificar as ondas de calor, inundações, falta de água e outras calamidades, que podem criar novos riscos para os sistemas elétricos do país. A adaptação a esses riscos pode ter um preço alto: um estudo recente descobriram que apenas o Sudeste pode precisar de 35% a mais de capacidade elétrica até 2050 simplesmente para lidar com os perigos conhecidos das mudanças climáticas.

E a tarefa de construir resiliência é cada vez mais urgente. Muitos legisladores são promoção de carro elétrico e aquecimento elétrico como forma de reduzir as emissões de gases de efeito estufa. Mas, à medida que a economia do país depende cada vez mais de fluxos confiáveis ​​de eletricidade, o custo dos apagões só vai piorar.

“Este será um grande desafio”, disse Emily Grubert, especialista em infraestrutura da Georgia Tech. “Precisamos descarbonizar nossos sistemas de energia para que as mudanças climáticas não piorem, mas também precisamos nos adaptar às mudanças nas condições ao mesmo tempo. E o último só vai ser muito caro. Já podemos ver que os sistemas que temos hoje não estão lidando com isso muito bem. “

John Schwartz, Dave Montgomery Y Ivan Penn relatórios contribuídos.