Gli Stati Uniti devono aggiornare e integrare i loro sistemi irregolari di distribuzione dell’elettricità per farla arrivare dove è necessaria durante le sempre più frequenti ondate di calore, inondazioni, incendi e tempeste
James Temple
Le violente ondate di calore che hanno portato a temperature record in gran parte degli Stati Uniti negli ultimi giorni hanno messo a dura prova i sistemi elettrici, minacciando di non far arrivare l’elettricità nelle regioni vulnerabili del paese a causa di problemi locali e chiamate d’intervento che si sono accumulate in breve tempo. L’uso massiccio di condizionatori d’aria ad alto consumo di energia rappresentano il nodo più difficile da sciogliere. Ma il calore intenso può anche ridurre la produzione di centrali elettriche, danneggiare i trasformatori e far cedere le linee elettriche. Secondo la North American Electric Reliability Corporation (NERC), la grave siccità in gran parte del paese ha ridotto a sua volta significativamente la disponibilità di energia idroelettrica.
È improbabile che la situazione migliori rapidamente. Sempre secondo il rapporto NERC, un certo numero di gestori di rete potrebbe avere difficoltà a soddisfare il picco della domanda estiva, creando il rischio di blackout continui. Le reti isolate e antiquate della nazione hanno un disperato bisogno di aggiornamenti per mantenere accese luci, riscaldamento e aria condizionata nel mezzo di eventi meteorologici estremi che i cambiamenti climatici stanno rendendo più comuni, gravi e pericolosi. Un modo chiaro per alleviare molti di questi problemi è integrare più strettamente le reti regionali del paese, unendole insieme a linee di trasmissione più a lungo raggio.
Se l’elettricità generata in un’area può essere condivisa più facilmente in regioni molto più ampie, l’energia può arrivare dove è necessaria nei momenti in cui vengono accesi in massa i condizionatori d’aria o quando le centrali elettriche o le linee di alimentazione del carburante subiscono danni a causa delle temperature in aumento, incendi, uragani o altri eventi, afferma Liza Reed, un’esperta di sistemi elettrici del Niskanen Center, un think tank di Washington, DC. La difficoltà di costruire più interconnessioni di rete e di trasmissione a lungo raggio è legata a una serie di motivi, tra cui le mancate autorizzazioni per erigere cavi attraverso terreni privati e pubblici in città, contee e stati e la riluttanza delle autorità locali a rinunciare al controllo o sottoporsi a una maggiore supervisione federale.
Il caso del Texas
L’inaffidabilità della rete statunitense non è un problema nuovo. Il caldo intenso e le tempeste invernali hanno ripetutamente messo a nudo la fragilità dei sistemi elettrici negli ultimi anni, lasciando migliaia e migliaia di persone senza elettricità a causa dell’aumento o del calo delle temperature. Ci sono tre principali reti elettriche negli Stati Uniti: la rete orientale, la rete occidentale e l’Electric Reliability Council of Texas (ERCOT). Ma all’interno dei primi due sistemi ci sono numerose organizzazioni di trasmissione regionali, tra cui California Independent System Operator, Southwest Power Pool, PJM Interconnection, New York ISO e altro ancora. Queste complessa ragnatela di reti opera sotto diversi regolatori, norme e strutture di mercato, spesso con connessioni limitate tra di loro.
ERCOT è particolarmente isolata, in parte a causa del desiderio condiviso tra politici, cittadini e società elettriche locali di evitare una maggiore concorrenza, di seguire le regole di altri stati e di sottostare alla supervisione della Federal Energy Regulatory Commission (FERC). Ma lo stato offre un caso di studio sul perché questo può essere un problema serio in condizioni climatiche sempre più rigide, afferma Reed. L’operatore di rete del Texas ha supplicato più volte i clienti all’inizio di questo mese di ridurre il consumo di elettricità poiché le temperature estive torride hanno creato picchi di domanda che hanno minacciato di superare l’offerta e portare a blackout continui. Condizioni di vento debole, copertura nuvolosa e interruzioni delle centrali elettriche a combustibili fossili hanno aggravato la situazione.
D’altra parte, non fornire l’elettricità necessaria per far funzionare l’aria condizionata a temperature alte mette le persone a rischio di ipetermia, colpi di calore e morte. Una forte tempesta all’inizio del 2021 ha provocato una serie di guasti al sistema che hanno interrotto l’erogazione di elettricità per circa 4 milioni di residenti e la mancanza di acqua e riscaldamento per molti. Ci sono stati centinaia di decessi.
Un’analisi dell’anno scorso di Grid Strategies, una società di consulenza nel settore energetico, ha rilevato che l’operatore di rete è stato in grado di importare circa 1.200 megawatt di elettricità nei giorni della tempesta polare sul Texas, principalmente da Southwest Power Pool, che gestisce la rete e il mercato elettrico negli Stati Uniti centrali. Nel frattempo, il più organizzato Midcontinent Independent System Operator, soggetto a condizioni meteorologiche simili nella parte meridionale della sua area di servizio, è stato in grado di importare 15 volte più energia da fonti tra cui PJM, Tennessee Valley Authority e altri operatori regionali.
In un rapporto separato, Grid Strategies ha osservato che le linee di trasmissione in grado di trasportare un ulteriore gigawatt di elettricità avrebbero risparmiato 1 miliardo di dollari in costi dell’elettricità che durante la tempesta sono saliti dai 100 ai 9.000 dollari per megawattora durante la tempesta (negli Stati Uniti, il proprietario di una casa media consuma poco meno di un megawattora al mese).
A dire il vero, anche altre regioni hanno bisogno di migliori connessioni. Nell’estate del 2020, il California Independent System Operator ha subito interruzioni continue durante una forte ondata di caldo. Anche se era in grado di importare abbastanza elettricità per evitare problemi a spirale, non poteva attingere alla capacità disponibile a nord a causa di una linea di trasmissione danneggiata nel Pacifico nord-occidentale. Inoltre, spiega il rapporto di Grid Strategies, non è stato in grado di sfruttare le ampie risorse eoliche della Southwest Power Pool perché l’interconnessione tra questi sistemi aveva una capacità limitata.
Altri benefici
Ci sono numerosi altri aggiornamenti della rete necessari per ridurre le emissioni di gas serra e i pericoli derivanti da eventi estremi. Avremo bisogno, tra le altre cose, di costruire impianti elettrici molto più puliti e progetti di stoccaggio dell’energia, modernizzare il monitoraggio delle reti e far incrociare le variazioni minuto per minuto della domanda e dell’offerta, sostenere le reti di distribuzione locale e migliorare i sistemi per richiedere ai consumatori di ridurre la domanda nei momenti chiave. Ma ci sono molteplici vantaggi nel costruire più linee di trasmissione a lungo raggio in tutta la nazione e nel tessere insieme le reti già disponibili.
Alcuni studi hanno indicato che si possono ridurre i costi complessivi del sistema e i prezzi dell’elettricità, se gli operatori di rete possono attingere a fonti più economiche in un pool più ampio di opzioni. Senza costruire centrali elettriche locali, le reti regionali possono attingere a più opzioni di elettricità rinnovabile in tutto il paese e fare affidamento su di esse per più ore del giorno, collegandosi a fonti eoliche lontane, solari, idroelettriche o geotermiche che possono raggiungere picchi e riflussi in momenti e stagioni diverse.
L’aumento della capacità di trasmissione nelle regioni più grandi aggiunge anche incentivi economici per favorire una maggiore produzione di energia solare ed eolica, poiché fornisce collegamenti ai clienti nei centri abitati e non obbliga a ridurre la produzione nei momenti in cui l’offerta è superiore alla domanda locale.
Come superare gli ostacoli?
Il disegno di legge da 1 trilione di dollari per le infrastrutture, che il presidente Joe Biden ha firmato alla fine del 2021, include alcune misure potenzialmente utili: dedicare miliardi di dollari alla costruzione di progetti di trasmissione, creare un programma di prestiti a rotazione e concedere a FERC più libertà nel portare avanti progetti che promettono di alleviare i vincoli di trasmissione. Questa settimana, il consiglio di amministrazione del Midcontinent Independent System Operator ha approvato la spesa di oltre 10 miliardi di dollari in 17 progetti di trasmissione che estendono cavi attraverso il Midwest degli Stati Uniti. Sono allo studio altre proposte legislative.
Dopo una svolta a sorpresa negli scorsi giorni, il pacchetto di spesa federale in sospeso ora include centinaia di miliardi di dollari per progetti legati all’energia pulita. Secondo una dichiarazione del senatore Joe Manchin, che era stato il principale oppositore alle misure relative al clima, sono previsti ora “meccanismi autorizzativi di buon senso che assicureranno che tutte le infrastrutture energetiche, dalla trasmissione ai gasdotti agli impianti di esportazione, possano essere costruite in modo efficiente e responsabile”.
All’inizio di luglio, il membro del Congresso Sean Casten dell’Illinois e altri hanno presentato un pacchetto di progetti di legge progettati per rafforzare la resilienza delle reti del paese. In queste proposte si richiede alla FERC di stabilire una regola per pianificare in modo comune “i requisiti minimi di capacità di trasmissione di rete tra le regioni”, in particolare per aiutare a rafforzare le reti contro i crescenti pericoli di condizioni meteorologiche estreme.
In un’intervista, Casten ha sottolineato che gli Stati Uniti devono aggiornare i propri sistemi di alimentazione per soddisfare un aumento della domanda in arrivo poiché sempre più persone e aziende fanno affidamento sull’elettricità per ricaricare i veicoli e riscaldare gli edifici. “Avremo bisogno di un’enorme quantità di energia di nuova generazione e già oggi il cambiamento climatico sta rendendo sempre più difficile per la rete persino soddisfare le attuali richieste”, ha affermato Casten. “Enormi aumenti dei carichi di elettricità renderanno la rete ancora più fragile se non troviamo un modo migliore per utilizzare le connessioni tra i diversi sistemi”.
Alcuni ricercatori hanno ricordato che si possono sfruttare da subito ulteriori modi per accelerare i progetti, inclusa la costruzione di linee di trasmissione lungo autostrade, linee ferroviarie e altre aree in cui i diritti di passaggio sono già in vigore. Esiste anche la tecnologia per aumentare l’elettricità che può fluire da un luogo all’altro, inclusa la semplice sostituzione dei cavi a bassa capacità con quelli a capacità maggiore. Una startup, VEIR, sta sviluppando tecnologie per spingere più elettricità su distanze più lunghe anche con diritti di passaggio limitati, utilizzando nastri superconduttori ad alta temperature e nuove tecniche di raffreddamento.
Le capacità tecnologiche non significano molto se non sono politicamente realizzabili sul territorio, afferma Carey King, vicedirettore dell’Energy Institute dell’Università del Texas, ad Austin. Oggi serve un decennio per approvare una linea a lunga distanza praticamente ovunque, il che gonfia notevolmente i costi e ritarda qualsiasi beneficio. E in Texas, i leader locali e le aziende elettriche sono ferocemente resistenti all’idea di integrarsi con altre reti e di dover rispettare le regole del mercato di un altro stato, affermano King e altri. Invece, il settore energetico ha l’urgente necessità di riparare e sostituire le vecchie centrali elettriche, svernare infrastrutture critiche, investire potenzialmente miliardi in impianti di gas naturale riservati all’uso emergenziale e costruire sistemi di stoccaggio dell’energia.
E’ un programma difficile da realizzare, tuttavia, nel “mercato della sola elettricità” del Texas, che ha regolamenti approssimativi e che paga gli operatori per l’energia che generano, Questo tipo di organizzazione non invia i segnali giusti per incentivare gli investimenti ora necessari per rafforzare la rete statale mentre il cambiamento climatico accelera. Per ora, il Texas sta ancora scegliendo di fare da solo. Ma i vantaggi dell’aumento delle connessioni elettriche continueranno probabilmente a diventare più evidenti lì e altrove, poiché ondate di calore, inondazioni, incendi e tempeste sottoporranno a dura prova le reti, mettendo a rischio vite e salute.
Fotografia:Pixabay, Geralt
(rp)
