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, quando rajadas de gelo do clima ártico danificaram as redes de energia e deixou 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 enfrentando cortes de energia.

Os analistas começaram a identificar alguns fatores-chave 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 por eletricidade além do pior cenário que os operadores da rede haviam planejado. Ao mesmo tempo, muitas das usinas termoelétricas do estado foram fechadas em meio a condições geladas, e algumas usinas pareceram sofrer com a escassez de combustível à medida que a demanda por gás natural disparou em todo o país. Muitas das turbinas eólicas do Texas também congelaram e pararam de funcionar, embora isso fosse uma pequena parte do problema.

A escassez de eletricidade resultante forçou os operadores da rede no Texas para impor apagões rotativos em residências e empresas, a partir de segunda-feira, para evitar um colapso mais amplo do sistema. Redes regionais separadas no sudoeste e no meio-oeste também estão sob grande pressão esta semana.

A crise destacou um alerta mais profundo para os sistemas elétricos de 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 e novos que vão além das condições históricas para as quais foram projetadas, colocando os sistemas em risco de falha catastrófica.

A construção de redes de energia que sejam resilientes em face de um clima cada vez mais selvagem e imprevisível será um grande desafio, disseram os especialistas. Em muitos casos, pode ser caro, embora, como mostra o Texas, os custos de falha de rede também possam ser extremamente altos.

“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. “

Uma grade levada ao limite

Do texas rede de energia principal, que opera independentemente do resto do país, foi projetada principalmente para lidar com os extremos climáticos mais previsíveis do estado – as altas temperaturas do verão que fazem milhões de texanos ligarem seus condicionadores de ar de uma vez.

Embora o tempo frio seja mais raro, os operadores de rede no Texas sabem há muito tempo que a demanda por eletricidade também pode aumentar no inverno, especialmente após as fortes ondas de frio de 2011 e 2018 que levaram milhões de texanos a ligar seus aquecedores elétricos e ligar o sistema.

Mas as tempestades de inverno desta semana, que enterraram o estado em neve e gelo e geraram temperaturas recordes, superaram todas as expectativas e levaram a rede ao seu ponto de ruptura.

Os operadores da rede do Texas previram que, na pior das hipóteses, o estado poderia precisar de 67 gigawatts de eletricidade para lidar com um pico de inverno. Mas na noite de domingo, a demanda de energia ultrapassou 69 gigawatts. À medida que as temperaturas caíam, muitas casas dependiam de aquecedores de resistência elétrica mais antigos e ineficientes, que consomem mais energia.

Os problemas pioraram a partir de então, com o tempo congelante desativando usinas de energia com mais de 30 gigawatts de capacidade na segunda-feira à noite. A grande maioria dessas falhas ocorreu em usinas térmicas, como geradores de gás natural, à medida que a queda das temperaturas paralisou as operações da usina e a crescente demanda por gás natural em todo o país pareceu deixar algumas usinas lutando por combustível. Várias usinas de energia no estado também estavam desligadas para manutenção programada em preparação para o pico do verão.

Às vezes, a frota de parques eólicos do estado também perdia até 5 gigawatts de capacidade, pois muitas turbinas congelavam nas condições geladas e paravam de funcionar.

“Nenhum modelo de sistema elétrico previu que todos os 254 condados do Texas estariam sob um alerta de tempestade de inverno ao mesmo tempo”, disse Joshua Rhodes, um especialista em rede elétrica do estado na Universidade do Texas, Austin. “Está colocando uma grande pressão na rede de eletricidade e na rede de gás que alimenta eletricidade e calor.”

Construindo mais resiliência

Em teoria, disseram os especialistas, existem soluções técnicas que podem evitar esses problemas. Mas sua instalação pode ser cara e a dificuldade é prever exatamente quando e onde essas soluções serão necessárias.

As turbinas eólicas, por exemplo, 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 prevalente. Usinas de gás podem ser construídas para armazenar óleo no local e queimar o combustível se necessário, como costuma ser feito no Nordeste, onde a escassez de gás natural é mais comum. Os reguladores da rede podem projetar mercados que pagam mais para manter uma frota de usinas de backup em reserva em caso de emergências, como geralmente 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 medidas de segurança se acharem que não vão precisar delas.

“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 estudam a tempestade de inverno desta semana, eles podem começar a se perguntar como e se a rede poderia ser fortalecida para suportar temperaturas extremamente baixas. Existe uma infraestrutura obsoleta que precisa urgentemente de reparos? Faria sentido construir mais conexões entre a rede elétrica do Texas e outras partes do país para equilibrar o fornecimento de eletricidade, um movimento ao qual o estado há muito tem resistido? Os proprietários de casas devem ser incentivados a instalar unidades de armazenamento de bateria de reserva caras ou bombas de calor mais eficientes que consomem menos eletricidade? Os mercados de eletricidade do estado devem ser ajustados para manter as usinas adicionais em reserva?

Uma dificuldade é que as mudanças climáticas tornam a preparação difícil. No geral, o estado está esquentando à medida que as temperaturas globais aumentam, e os extremos de frio são, em média, menos comuns ao longo do tempo.

Mas alguns cientistas do clima também sugeriram que o aquecimento global poderia, paradoxalmente, trazer mais tempestades de inverno como a vista esta semana. Há algumas pesquisas que sugerem 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 permite que o ar frio escape para o sul, especialmente quando uma explosão adicional de aquecimento atinge a estratosfera e deforma o vórtice. O resultado pode ser crises de queda de temperatura, mesmo em lugares que raramente experimentam geadas.

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 são cada vez mais frequentes, o que torna ainda mais difícil para os planejadores de rede prever os perigos que virão.

Em todo o país, as empresas de energia e operadoras de rede enfrentam problemas semelhantes à medida que as mudanças climáticas ameaçam intensificar as ondas de calor, secas, inundações, escassez de água e outras calamidades, que podem criar riscos novos e imprevistos para os sistemas elétricos do país. Enfrentar esses riscos terá 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 estão cada vez mais 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 do fracasso só aumentará.

“Este será um grande desafio”, disse Emily Grubert, especialista em sistemas elétricos da Georgia Tech. “Precisamos descarbonizar nossos sistemas de energia para que a mudança climática não continue piorando, mas também precisamos nos adaptar às mudanças nas condições 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 relatórios contribuídos.