L’energia eolica offshore galleggiante potrebbe portare un valore di miliardi alla costa occidentale degli Stati Uniti

RICHLAND, Washington – Un nuovo rapporto del Pacific Northwest National Laboratory mostra che lungo un tratto di oceano di 200 miglia al largo della costa dell’Oregon meridionale e della California settentrionale, i parchi eolici galleggianti potrebbero potenzialmente triplicare la capacità di energia eolica del Pacifico nordoccidentale compensando potenzialmente miliardi di dollari nei costi per i servizi pubblici, i contribuenti, le compagnie assicurative e altri in tutto l’Occidente che sostengono il costo degli effetti del cambiamento climatico.

“Questa ricerca mira a sbloccare una fonte di approvvigionamento non sfruttata dove oggi c’è una trasmissione limitata e poca capacità di spostare l’elettricità”, ha affermato Travis Douville, autore principale del rapporto e consulente del PNNL che guida la ricerca sull’integrazione dell’energia eolica nel griglia. “L’eolico offshore offre un’enorme opportunità per decarbonizzare gli Stati Uniti occidentali”.

L’approvvigionamento energetico della nazione è suddiviso in tre reti separate, con l’interconnessione occidentale che fornisce energia a più di 80 milioni di persone in 14 stati degli Stati Uniti occidentali e due province canadesi. Il nuovo rapporto approfondisce gli scenari futuri in cui i parchi eolici offshore galleggianti sono collegati alla costa tra Coos Bay, OR, ed Eureka, CA, tramite grandi linee di trasmissione – e il valore che tali parchi eolici potrebbero apportare sia ai servizi di pubblica utilità che ai contribuenti.

I vantaggi dell’eolico offshore

I parchi eolici terrestri negli Stati Uniti producono già più di 140 gigawatt di energia, contribuendo a circa il 10% del portafoglio energetico della nazione. Attualmente, il governo federale mira a installare 30 gigawatt di energia eolica offshore entro il 2030 e ad aumentare tale numero a 110 gigawatt di energia eolica offshore entro il 2050. Questa quantità di energia eolica potrebbe alimentare decine di milioni di case e ridurre più di 78 milioni di tonnellate di carbonio. emissioni.

Uno dei vantaggi delle turbine eoliche offshore – siano esse fissate al fondale oceanico o galleggianti sulla superficie – rispetto a quelle terrestri è che il vento sull’oceano è meno variabile e più costante, ha affermato Mark Severy, un ingegnere ricercatore presso PNNL. e coautore del rapporto. Il vento sulla terra è generalmente più variabile perché può essere influenzato dalla complessa relazione tra l’atmosfera e paesaggi come montagne, valli, pianure o foreste.

Anche il vento sull’oceano tende a raggiungere il picco la sera, il che potrebbe aiutare a fornire energia quando l’energia solare diminuisce mentre il sole tramonta, ha detto Severy. In luoghi come la California, dove l’energia solare costituisce la maggior parte dell’energia rinnovabile, le società di servizi pubblici potrebbero ricorrere all’energia eolica la sera, quando la domanda generalmente aumenta, invece che ai combustibili fossili per alimentare le case.

Modellazione dell’energia eolica offshore galleggiante

Per raggiungere gli ambiziosi obiettivi nazionali in materia di energia eolica, i potenziali parchi eolici offshore devono essere attentamente studiati e pianificati. E oltre a costruire turbine eoliche galleggianti nell’oceano, i ricercatori dovranno anche capire come portare l’energia generata sulla terra e collegarla alla rete elettrica.

Una sfida è determinare se le infrastrutture di trasmissione già esistenti potrebbero supportare l’energia in entrata dall’energia eolica offshore. In uno studio precedente, Douville e altri ricercatori avevano scoperto che l’energia eolica offshore potrebbe fornire 3 gigawatt di energia potenziando le attuali linee di trasmissione dell’Oregon. È energia sufficiente per alimentare 1 milione di case.

Ma cosa accadrà in futuro, con più linee di trasmissione e una maggiore capacità di trasportare energia? “Come sfruttare l’energia eolica offshore in modo da poter fornire elettricità in futuro in modo adeguato, affidabile e resiliente al costo più basso?” Ha detto Douville. “E qual è il ruolo della progettazione della trasmissione nell’influenzare il valore dell’energia eolica offshore?”

Per scoprirlo, il team ha modellato diversi scenari di trasmissione, due dei quali rappresentano un futuro in cui i parchi eolici offshore e le nuove e potenti linee di trasmissione aggiungono ulteriori 20 gigawatt di energia eolica all’interconnessione occidentale. Entrambi gli scenari includono linee di trasmissione in corrente continua ad alta tensione (HVDC) per trasportare energia, che verrebbe poi convertita in corrente alternata (CA) una volta a terra (la CC può trasmettere tensioni più elevate e quindi più energia, ma deve essere convertita in CA per essere utilizzata). distribuito agli utenti finali).

I due scenari differiscono nel caso in cui ciascun parco eolico sia collegato separatamente alla riva (in una struttura radiale) o se i parchi eolici siano collegati tra loro e quindi alla riva (una struttura dorsale).

Sebbene entrambi gli scenari di trasmissione offrissero un valore di milioni di dollari, la struttura della dorsale offre vantaggi leggermente diversi, ha affermato Severy. Nello scenario radiale, l’energia può arrivare solo in un posto – ovunque sia collegato il parco eolico sulla costa – e poi distribuita da lì. Nella struttura dorsale, la potenza può essere deviata su e giù lungo la costa.

Nella loro indagine sui vantaggi economici dell’energia eolica offshore galleggiante, i ricercatori hanno esaminato due diversi modi in cui l’energia generata potrebbe essere trasportata a terra. Una era una struttura radiale, in cui i singoli parchi eolici (rappresentati da una singola turbina eolica nell’immagine sopra) sono collegati ciascuno alla riva dove viene fornita l’energia. (Illustrazione di Stephanie King per il Pacific Northwest National Laboratory)

Nella loro indagine sui vantaggi economici dell’energia eolica offshore, i ricercatori hanno esaminato due diversi modi in cui l’energia generata potrebbe essere trasportata a terra. La seconda struttura è chiamata backbone, in cui i parchi eolici sono collegati tra loro, quindi collegati alla riva in meno punti. (Illustrazione di Stephanie King per il Pacific Northwest National Laboratory)

Ad esempio, “nei periodi in cui c’è un eccesso di produzione solare in California, abbiamo scoperto che la dorsale fornisce un altro percorso affinché l’elettricità raggiunga il Pacifico nordoccidentale e quando c’è molta energia idroelettrica nel Pacifico nordoccidentale, la dorsale è un altro percorso verso sud , al di fuori delle linee di trasmissione congestionate sul corridoio I-5”, ha detto Severy.

Anche se entrambe le opzioni sarebbero costose, “i benefici superano i costi in quasi tutti gli scenari”, ha affermato Douville. In quegli scenari in cui i benefici superano i costi, i valori dei vari ritorni sugli investimenti variano tra 127 milioni di dollari e 6 miliardi di dollari. Questi numeri rappresentano i risparmi per produrre e fornire energia, nonché i costi evitati per gli effetti dell’inquinamento atmosferico e della distruzione provocati dai disastri legati al cambiamento climatico.

Le sfide per lo sviluppo dell’energia eolica offshore

Douville ha sottolineato che è necessario rispondere a molte altre domande prima che un piano eolico offshore possa essere attuato. Molte di queste domande verranno focalizzate sullo studio sulla trasmissione eolica offshore della costa occidentale, avviato nel maggio 2023 e mira a determinare come la nazione può espandere la trasmissione per sfruttare l’energia eolica offshore sulla costa occidentale.

Ad esempio, ricercatori e politici devono considerare come si comporteranno le linee di trasmissione sott’acqua. La profondità e la pendenza del fondale marino potrebbero influenzare il punto in cui potrebbe essere posato il cavo, e l’acqua salata può essere molto corrosiva, ha affermato Jason Fuller, ingegnere capo della resilienza energetica presso PNNL. La manutenzione potrebbe essere complessa, a seconda della profondità di posa dei cavi. Inoltre, la nazione semplicemente non ha utilizzato l’HVDC tanto quanto l’AC sulla rete, e modellare l’HVDC con gli strumenti attuali può essere difficile. I ricercatori del PNNL stanno lavorando alla modellazione delle prestazioni delle linee HVDC per supportare le attività eoliche offshore.

I ricercatori e i politici dovranno considerare anche gli altri soggetti interessati che dipendono dall’oceano, tra cui il settore della pesca e altre comunità costiere.

“Una pianificazione tempestiva e coordinata della trasmissione porta a soluzioni più economiche, per i servizi pubblici, i contribuenti e la società nel suo complesso”, ha affermato Douville. “Se pianifichiamo ora come pensiamo che sarà la rete tra 20 anni e i politici possano utilizzare queste intuizioni per guidare lo sviluppo, alla fine otterremo una soluzione migliore”.

Questo lavoro è stato finanziato dal Consorzio nazionale per la ricerca e lo sviluppo dell’energia eolica offshore e dal Bureau of Ocean Energy Management.

Articolo per gentile concessione del Pacific Northwest National Laboratory.

Illustrazione in primo piano Laboratorio nazionale del Pacifico nordoccidentale.