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L'energia solare e l'ascesa di Internet dell'energia: il futuro dell'energia P4

David Tal, editore, futurista
@DavidTalWrites
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Mar, 09 / 15 / 2020 - 10: 00

Abbiamo parlato della caduta di energia sporca. Abbiamo parlato del fine dell'olio. E abbiamo appena parlato dell'ascesa di veicoli elettrici. Successivamente, parleremo della forza trainante dietro tutte queste tendenze, ed è destinata a cambiare il mondo come lo conosciamo tra due o tre decenni.

Energia quasi gratuita, illimitata, pulita e rinnovabile.

È un grosso problema. Ed è per questo che il resto di questa serie tratterà quelle tendenze e tecnologie che faranno passare l'umanità da un mondo vulnerabile all'energia a un mondo ricco di energia, coprendo al contempo gli effetti che ciò avrà sulla nostra economia, sulla politica mondiale e sulla tua vita quotidiana. Questa è una cosa piuttosto inebriante, lo so, ma non preoccuparti, non camminerò troppo velocemente mentre ti guiderò attraverso di essa.

Cominciamo con la forma più ovvia di energia quasi gratuita, illimitata, pulita e rinnovabile: l'energia solare.

Solare: perché spacca e perché è inevitabile

Ormai, abbiamo tutti familiarità con l'energia solare: fondamentalmente prendiamo grandi pannelli che assorbono energia e li puntiamo verso il più grande reattore a fusione del nostro sistema solare (il sole) con l'obiettivo di convertire la luce solare in elettricità utilizzabile. Energia gratuita, illimitata e pulita. Sembra incredibile! Allora perché il solare non è decollato decenni fa dopo l'invenzione della tecnologia?

Bene, a parte la politica e la nostra storia d'amore con il petrolio a buon mercato, il principale ostacolo è stato il costo. In passato era stupidamente costoso generare grandi quantità di elettricità usando l'energia solare, soprattutto rispetto alla combustione di carbone o petrolio. Ma come sempre, le cose cambiano e, in questo caso, in meglio.

Vedete, la differenza fondamentale tra le fonti di energia solare e quelle a base di carbonio (come carbone e petrolio) è che una è una tecnologia, mentre l'altra è un combustibile fossile. Una tecnologia migliora, diventa più economica e offre un maggiore ritorno nel tempo; mentre con i combustibili fossili, nella maggior parte dei casi, il loro valore aumenta, ristagna, diventa volatile e infine diminuisce nel tempo.

Questa relazione si è giocata fin troppo chiaramente dall'inizio degli anni 2000. La tecnologia solare ha visto la quantità di energia che genera in modo efficiente salire alle stelle, il tutto mentre i suoi costi sono crollati (75% solo negli ultimi cinque anni). Entro il 2020, l'energia solare diventerà competitiva in termini di prezzi rispetto ai combustibili fossili, anche senza sussidi. Entro il 2030, l'energia solare costerà una piccola parte di quanto fanno i combustibili fossili e funzioneranno in modo più efficiente. Nel frattempo, il costo del petrolio è esploso per gran parte degli anni 2000, insieme ai costi (finanziari e ambientali) di costruzione e manutenzione di centrali elettriche a combustibili fossili (come il carbone).

Se seguiamo le linee di tendenza del solare, il futurista Ray Kurzweil ha previsto che il solare potrebbe soddisfare il 100 percento del fabbisogno energetico odierno in poco meno di due decenni. La produzione di energia solare è già raddoppiata ogni due anni negli ultimi 30 anni. Allo stesso modo, il Predetto dall'Agenzia internazionale per l'energia che il sole (solare) diventerà la più grande fonte di elettricità del mondo entro il 2050, molto più avanti di tutte le altre forme di combustibili fossili e rinnovabili messe insieme.

Stiamo entrando in un'era in cui non importa quanta energia fossile sia disponibile, l'energia rinnovabile sarà comunque più economica. Quindi cosa significa questo nel mondo reale?

L'investimento solare e l'adozione stanno raggiungendo il punto di ebollizione

Il cambiamento all'inizio arriverà lentamente, poi all'improvviso tutto sarà diverso.

Quando alcune persone pensano alla generazione di energia solare, pensano ancora a centrali solari autonome in cui centinaia, forse migliaia, di pannelli solari tappezzano un'enorme striscia di deserto in una parte remota del paese. Ad essere onesti, tali installazioni giocheranno assolutamente un ruolo importante nel nostro futuro mix energetico, specialmente con il tipo di innovazioni in arrivo.

Due rapidi esempi: nel prossimo decennio vedremo la tecnologia delle celle solari aumentare la sua capacità di farlo convertire la luce solare in energia dal 25% a quasi il 50%.. Nel frattempo, attori più grandi come IBM entreranno nel mercato con collettori solari che potrebbero magnificare la potenza di 2,000 soli.

Sebbene queste innovazioni siano promettenti, rappresentano solo una frazione di ciò in cui si evolverà il nostro sistema energetico. Il futuro dell'energia riguarda il decentramento, la democratizzazione, riguarda il potere delle persone. (Sì, mi rendo conto di quanto suonasse stupido. Affrontalo.)

Ciò significa che invece di centralizzare la generazione di elettricità tra le utenze, comincerà a essere prodotta sempre più elettricità dove viene utilizzata: a casa. In futuro, il solare consentirà alle persone di generare la propria elettricità a un costo inferiore rispetto a ottenere quell'elettricità dalla propria rete locale. In realtà, questo sta già accadendo.

Nel Queensland, in Australia, i prezzi dell'elettricità sono scesi quasi a zero nel luglio del 2014. Normalmente, i prezzi variano da $ 40 a $ 50 per megawattora, quindi cosa è successo?

Solar è successo. Solare sul tetto, per l'esattezza. 350,000 edifici nel Queensland hanno pannelli solari sul tetto, che insieme generano 1,100 megawatt di elettricità.

Nel frattempo, lo stesso sta accadendo in vaste regioni d'Europa (Germania, Spagna e Portogallo, in particolare), dove il solare su scala residenziale ha raggiunto la "parità di rete" (costa lo stesso) con i prezzi medi dell'elettricità residenziale alimentata dai servizi pubblici tradizionali. La Francia ha persino legiferato che tutti i nuovi edifici nelle zone commerciali siano costruiti con impianti o tetti solari. Chissà, forse una legislazione simile vedrà un giorno sostituire le finestre di interi edifici e grattacieli con pannelli solari trasparenti—sì, finestre a pannelli solari!

Ma anche dopo tutto questo, l'energia solare è ancora solo un terzo di questa rivoluzione.

Batterie, non più solo per la tua macchinina

Proprio come i pannelli solari hanno vissuto una rinascita nello sviluppo e negli investimenti su larga scala, così anche le batterie. Diverse innovazioni (es. prima, seconda, tre) stanno diventando online per renderli più economici, più piccoli, più rispettosi dell'ambiente e, cosa più importante, consentire loro di immagazzinare grandi quantità di energia per molto più tempo. La ragione alla base di questi investimenti in ricerca e sviluppo è ovvia: le batterie aiutano a immagazzinare l'energia che il solare raccoglie per utilizzarla quando il sole non splende.

In effetti, potresti aver sentito parlare di Tesla che ha fatto un grande successo di recente quando hanno debuttato con il Tesla Powerwall, una batteria domestica economica in grado di immagazzinare fino a 10 kilowattora di energia. Batterie come queste consentono alle famiglie la possibilità di uscire completamente dalla rete (se dovessero investire anche nel solare sui tetti) o semplicemente di fornire loro energia di riserva durante le interruzioni della rete.

Altri vantaggi della batteria per la famiglia di tutti i giorni includono una bolletta energetica molto più bassa per quelle famiglie che scelgono di rimanere collegate alla rete elettrica locale, in particolare quelle con prezzi dinamici dell'elettricità. Questo perché puoi regolare il consumo di energia per raccogliere e immagazzinare energia durante il giorno quando i prezzi dell'elettricità sono bassi, quindi uscire dalla rete prelevando l'energia domestica dalla batteria di notte quando i prezzi dell'elettricità aumentano. In questo modo, inoltre, la tua casa sarà molto più ecologica, perché riducendo la tua impronta energetica durante la notte si sposta l'energia normalmente generata da combustibili sporchi, come il carbone.

Ma le batterie non saranno solo un punto di svolta per il proprietario di casa medio; anche le grandi aziende e le utility stanno iniziando a installare batterie di dimensioni industriali proprie. In effetti, rappresentano il 90 percento di tutte le installazioni di batterie. Il motivo per cui usano le batterie è in gran parte lo stesso del proprietario di una casa medio: consente loro di raccogliere energia da fonti rinnovabili come solare, eolico e marea, quindi rilasciare quell'energia durante la sera, migliorando l'affidabilità della rete energetica nel processo.

È qui che arriviamo al terzo tassello della nostra rivoluzione energetica.

L'ascesa di Internet dell'energia

C'è questo argomento che continua a essere spinto dagli oppositori delle energie rinnovabili che affermano che poiché le energie rinnovabili (soprattutto solare) non possono produrre energia 24 ore su 7, XNUMX giorni su XNUMX, non ci si può fidare di investimenti su larga scala. Ecco perché abbiamo bisogno delle tradizionali fonti di energia "baseload" come carbone, gas o nucleare per quando il sole non splende.

Ciò che quegli stessi esperti e politici non menzionano, tuttavia, è che gli impianti a carbone, gas o nucleari sono costantemente chiusi a causa di parti difettose o manutenzione programmata. Ma quando lo fanno, non spengono necessariamente le luci per le città che servono. Abbiamo qualcosa chiamato rete energetica nazionale. Se un impianto si spegne, l'energia di un impianto vicino riprende istantaneamente il gioco, sostenendo il fabbisogno energetico della città.

Con alcuni piccoli aggiornamenti, quella stessa rete è ciò che utilizzeranno le energie rinnovabili in modo che quando il sole non splende o il vento non soffia in una regione, la perdita di energia può essere compensata da altre regioni in cui le rinnovabili generano elettricità. E utilizzando le batterie di dimensioni industriali menzionate sopra, potremmo immagazzinare a buon mercato grandi quantità di energia rinnovabile durante il giorno per il rilascio durante la sera. Questi due punti significano che l'eolico e il solare possono fornire quantità affidabili di energia alla pari con le tradizionali fonti di energia di carico di base.

Questa nuova rete di scambio su scala domestica e industriale di energia rinnovabile costituirà una futura "Internet dell'energia", un sistema dinamico e autoregolato che (come Internet stesso) è immune alla maggior parte dei disastri naturali e degli attacchi terroristici, ma non è nemmeno controllato da chiunque monopolio.

Alla fine della giornata, l'energia rinnovabile arriverà, ma ciò non significa che gli interessi acquisiti non diminuiranno senza combattere.

Solar mangia il pranzo dei servizi pubblici

Abbastanza divertente, anche se bruciare carbone per l'elettricità era gratuito (cosa che è in gran parte il caso in Australia, uno dei maggiori esportatori di carbone del mondo), costa comunque denaro per mantenere e far funzionare la centrale, quindi trasportare la sua elettricità per centinaia di miglia di linee elettriche per raggiungere la tua casa. Tutta quell'infrastruttura costituisce una grossa fetta della tua bolletta elettrica. Ed è per questo che così tanti abitanti del Queensland di cui hai letto sopra hanno deciso di eludere quei costi generando la propria elettricità a casa:è solo l'opzione più economica.

Poiché questo vantaggio in termini di costi solari accelera nelle aree suburbane e urbane di tutto il mondo, sempre più persone abbandoneranno in parte o del tutto le reti energetiche locali. Ciò significa che i costi di manutenzione dell'infrastruttura di servizio esistente saranno sostenuti da un numero sempre minore di persone, aumentando potenzialmente le bollette elettriche mensili e creando un incentivo finanziario ancora maggiore per i "ritardanti utilizzatori del solare" per investire finalmente nel solare. Questa è la spirale di morte in arrivo che tiene sveglie di notte le società di servizi pubblici.

Guardando questo treno merci farsi strada, alcune delle società di servizi pubblici più arretrate hanno deciso di combattere questa tendenza fino alla fine sanguinosa. Hanno fatto pressioni per modificare o porre fine alle politiche di "misurazione della rete" che consentono ai proprietari di case di vendere l'energia solare in eccesso nella rete. Altri stanno lavorando per convincere i legislatori approvare supplementi sugli impianti solari, mentre altri ancora stanno lavorando congelare o ridurre il fabbisogno di energia rinnovabile e di efficienza sono stati legiferati per incontrarsi.

Fondamentalmente, le società di servizi pubblici stanno cercando di convincere i governi a sovvenzionare le loro operazioni e, in alcuni casi, legiferare sui loro monopoli sulle reti energetiche locali. Questo non è sicuramente capitalismo. E i governi non dovrebbero occuparsi di proteggere le industrie da nuove tecnologie dirompenti e superiori (ad esempio solare e altre energie rinnovabili) che hanno il potenziale per sostituirle (e per di più a vantaggio del pubblico).

Ma mentre ingenti somme di denaro per lobbismo vengono spese nel tentativo di rallentare l'avanzata del solare e di altre energie rinnovabili, le linee di tendenza a lungo termine sono fisse: solare e rinnovabili sono destinate a mangiare il pranzo dei servizi pubblici. Ecco perché le società di servizi pubblici lungimiranti stanno adottando un approccio diverso.

I servizi pubblici del vecchio mondo aiutano a guidare il nuovo ordine energetico mondiale

Anche se è improbabile che la maggior parte delle persone si stacchi completamente dalla rete - chissà, cosa succede quando il tuo futuro figlio guida ubriaco la tua Tesla nella batteria di casa nel tuo garage - la maggior parte delle persone comincerà a utilizzare le reti energetiche locali sempre meno ogni decennio che passa .

Con la scritta sul muro, alcune utilities hanno deciso di diventare leader nella futura rete di energia rinnovabile e distribuita. Ad esempio, un certo numero di utilities europee stanno investendo una parte dei loro profitti attuali in nuove infrastrutture di energia rinnovabile, come quella solare, eolica e delle maree. Queste utility hanno già beneficiato del loro investimento. Le energie rinnovabili distribuite hanno contribuito a ridurre la pressione sulle reti elettriche durante le calde giornate estive, quando la domanda era elevata. Le energie rinnovabili riducono anche la necessità delle utility di investire in nuove e costose centrali elettriche centralizzate e linee di trasmissione.

Altre società di servizi pubblici stanno guardando ancora più avanti nella transizione dall'essere puramente fornitori di energia a diventare fornitori di servizi energetici. SolarCity, una startup che progetta, finanzia e installa sistemi di energia solare, ha iniziato a farlo passaggio a un modello basato sui servizi dove possiedono, mantengono e fanno funzionare le batterie domestiche delle persone.

In questo sistema, i clienti pagano un canone mensile per installare pannelli solari e una batteria domestica nella loro casa, potenzialmente collegati a una rete energetica comunitaria iper-locale (microgrid), e quindi far gestire l'energia domestica dall'utilità. I clienti pagherebbero solo per l'energia che utilizzano e gli utenti di energia modesti vedranno le loro bollette energetiche tagliate. Possono anche realizzare un profitto utilizzando l'energia in eccesso generata dalle loro case per alimentare i loro vicini più affamati di potere.

Cosa significa davvero energia pulita, quasi gratuita e illimitata

Entro il 2050, gran parte del mondo dovrà sostituire completamente la sua vecchia rete energetica e le sue centrali elettriche. Sostituire questa infrastruttura con energie rinnovabili più economiche, più pulite e che massimizzano l'energia ha solo senso finanziario. Anche se sostituire questa infrastruttura con le energie rinnovabili costa quanto sostituirla con fonti di energia tradizionali, le rinnovabili continuano a vincere. Pensaci: a differenza delle tradizionali fonti di energia centralizzate, le rinnovabili distribuite non portano lo stesso bagaglio negativo delle minacce alla sicurezza nazionale derivanti da attacchi terroristici, uso di combustibili sporchi, alti costi finanziari, effetti negativi sul clima e sulla salute e vulnerabilità a larga scala blackout

Gli investimenti nell'efficienza energetica e nelle energie rinnovabili possono svezzare il mondo industriale dal carbone e dal petrolio, far risparmiare ai governi trilioni di dollari, far crescere l'economia attraverso nuovi posti di lavoro nell'installazione di reti rinnovabili e intelligenti e ridurre le nostre emissioni di carbonio di circa l'80%.

Mentre ci dirigiamo verso questa nuova era energetica, la domanda che dobbiamo porci è: che aspetto ha davvero un mondo con energia illimitata? Come influirà sulla nostra economia? La nostra cultura? Il nostro modo di vivere? La risposta è: più di quanto pensi.

Esploreremo come sarà questo nuovo mondo alla fine della nostra serie Future of Energy, ma prima dobbiamo menzionare le altre forme di energia rinnovabile e non rinnovabile che potrebbero alimentare il nostro futuro. Prossimo: Renewables vs the Thorium e Fusion Energy Wildcards: Future of Energy P5.