A maior parte da infraestrutura da rede elétrica da América é 40 a 70 anos. Isto pode não parecer antigo, mas as pressões modernas estão a expor fissuras no sistema.
Em todo o país, os sistemas energéticos envelhecidos estão a desmoronar-se sob a pressão do increase da IA, das condições meteorológicas extremas e da paralisia política. Em diversas regiões, as reservas operacionais são apertandoaumentando o risco de o fornecimento ser insuficiente durante condições de pico, quando as interrupções de rotina são tidas em conta. Como resultado, os consumidores enfrentam custos crescentes de serviços públicos e uma fiabilidade reduzida.
Para este Giz Asks, perguntamos a especialistas o que será necessário para modernizar a rede elétrica dos EUA. Eles apontaram vários desafios, mas também delinearam maneiras claras de atualizar cada componente deste sistema desatualizado, desde a geração até a distribuição.
Eric Hittinger
Presidente do departamento e professor de políticas públicas no Rochester Institute of Know-how, cuja pesquisa se concentra em política energética.
Nos EUA, a procura de electricidade tem sido bastante consistente ao longo dos últimos 40 anos ou mais. Isto foi um benefício para os consumidores porque significava que não precisávamos expandir ou atualizar o sistema e podíamos gastar apenas o suficiente para mantê-lo. Mas isto deixa-nos num momento de transição complicado, em que décadas de atualizações adiadas ocorrem ao mesmo tempo que surge uma nova procura de eletricidade.
Num sentido físico, isto significa atualizações e expansão de todas as partes do sistema elétrico: nova geração e armazenamento de energia, linhas de transmissão de alta tensão, atualizações de subestações elétricas, contadores e aparelhos inteligentes, e sistemas de medição e controlo mais inteligentes a todos os níveis. Há muitos detalhes técnicos, mas a questão mais interessante sobre a modernização da rede pode ser: quem pagará por todas essas novidades?
Não há uma resposta óbvia. Uma possibilidade é que todos os clientes de electricidade partilhem os custos. Outra resposta é que os novos clientes – como os grandes centros de dados – devem arcar com a maior parte, uma vez que são eles que impulsionam a procura adicional. O governo também pode ter um papel importante no financiamento de infra-estruturas, uma vez que a electricidade acessível e fiável é um bem social.
Esta questão da repartição dos custos decidirá quem tem de pagar, mas também afecta a forma como o sistema eléctrico evolui. Se os clientes residenciais observarem um grande aumento nos custos de eletricidade, será menos provável que adotem tecnologias como veículos elétricos e bombas de calor, mas será mais provável que obtenham energia photo voltaic nos telhados. Se os knowledge facilities forem solicitados a pagar por atualizações da rede, eles poderão decidir gerar parte ou toda a sua própria eletricidade a partir de turbinas a gás no native.
É um problema complicado, sem solução fácil, mas os melhores planos surgirão da coordenação entre os serviços públicos, os reguladores governamentais e os decisores políticos, e os clientes de electricidade, para identificar uma forma de partilhar os custos da modernização que seja justa, acessível e que incentive a adopção de tecnologias limpas.
Alexandra Klass
James G. Degnan Professor de Direito na Michigan Regulation, especializado em direito energético. Klass também atuou como consultor geral adjunto para demonstrações de eficiência energética e energia limpa no Departamento de Energia dos EUA de abril de 2022 a julho de 2023.
Existem múltiplos componentes para a modernização da rede eléctrica dos EUA, incluindo novas infra-estruturas físicas e novas formas de governação da rede.
A rede eléctrica dos EUA foi descrita como a maior conquista de engenharia do século XX, mas para enfrentar os desafios actuais do século XXI, devemos modernizar e integrar cada um dos três componentes da rede: geração, transmissão e distribuição.
Para a produção (ou seja, centrais eléctricas), devemos expandir a nossa frota de produção para uma frota baseada principalmente em recursos energéticos isentos de carbono – uma combinação de energia eólica, photo voltaic, hidroeléctrica, geotérmica, nuclear e armazenamento de baterias com alguma utilização contínua do gás existente. A suspensão digital por parte da administração Trump do licenciamento e da construção de milhares de milhões de dólares em investimentos em energia eólica e photo voltaic onshore e offshore é atualmente uma das maiores barreiras à realização desta tarefa.
Para a transmissão, temos de investir em novas linhas de transmissão de longa distância e de alta tensão para apoiar uma “macrorrede” que transporta energia por todo o país para onde for necessária, quando for necessária. Isto deve ser combinado com investimentos em “tecnologias de melhoria de rede” (GETs) prontamente disponíveis, mas subutilizadas, como recondutores, classificações de linhas dinâmicas e controladores de fluxo de energia para obter maior quilometragem das linhas de energia que já construímos.
Para a distribuição, o investimento dos serviços públicos na integração de recursos energéticos distribuídos (photo voltaic, baterias e microrredes do lado do cliente) pode reduzir a necessidade de novas centrais eléctricas, reduzir os cortes de energia e reduzir os custos para o consumidor.
Ainda assim, muitos dos problemas da rede resultam de falhas de governação. São necessárias reformas de governação a nível federal, particularmente no que diz respeito ao planeamento de linhas de transmissão interestaduais, que os reguladores federais terceirizaram excessivamente a organizações geridas principalmente por empresas de serviços públicos privadas que muitas vezes ignoram as necessidades gerais. O governo federal também deve expandir o seu investimento no desenvolvimento e demonstração de inovação energética e na produção de tecnologia energética onshore.
Outras reformas necessárias estão no nível estadual. A modernização das práticas regulamentares dos serviços públicos estatais deve abordar três necessidades principais: tecnologia inovadora, investimento disciplinado na transmissão e distribuição e planos eficazes de operações e manutenção.
Embora existam várias abordagens transformadoras que poderiam ser eficazes (por exemplo, propriedade pública ou propriedade do consumidor), também estão disponíveis reformas mais modestas. Estas incluem o incentivo ao investimento regulamentado dos serviços públicos em tecnologia inovadora e benefícios centrados no cliente que podem modernizar a rede, diminuir interrupções, incorporar o aumento da procura da IA e de outras grandes cargas, e reduzir os custos do cliente.
Miroslav M. Begovic
Moore Professor de engenharia elétrica e diretor associado do Sensible Grid Middle da Texas A&M College. Begovic também é ex-presidente da IEEE Energy and Power Society.
A modernização da envelhecida rede eléctrica da América exigirá um programa de investimento nacional impulsionado por três pressões convergentes: rápido crescimento da carga, fenómenos climáticos extremos e um combine de geração em mudança.
Depois de décadas de crescimento relativamente modesto da procura, espera-se agora que a rede sirva a electrificação dos transportes, a expansão industrial e centros de dados de IA que consomem muita energia. Só os centros de dados poderão crescer de cerca de 4% da carga eléctrica dos EUA em 2023 para até 9% em 2030, enquanto os VE poderão adicionar 100 a 185 terawatts-hora de procura anual de electricidade até 2030 – cerca de 2,5% a 4,6% do consumo previsto de electricidade nos EUA – e quase 468 TWh até 2040.
Esta modernização não pode ser limitada à geração adicional. Deve incluir novos corredores de transmissão, recondução dos direitos de passagem existentes, estruturas de torres mais fortes, classificações dinâmicas, sensores e proteção avançada. As condições meteorológicas extremas tornam isto urgente: 80% das grandes interrupções nos EUA de 2000 a 2023 estiveram relacionadas com o clima, com tempestades severas, tempestades de inverno e furacões dominantes. Portanto, as escolhas de condutores e estruturas devem ser avaliadas não apenas pela ampacidade [the maximum amount of current that a wire or cable can safely carry] e primeiro custo, mas também por serem resistentes às condições climáticas, com custos de ciclo de vida razoáveis.
Condutores de alta temperatura reforçados e suportados com aço mais novos podem ser altamente competitivos com condutores de núcleo composto em ambientes mecânicos difíceis, especialmente onde carga de gelo, vento forte, tensão do condutor e temperaturas operacionais de emergência dominam o projeto. Sistemas de cabos aéreos também estão sendo considerados em corredores selecionados propensos a furacões, incêndios florestais, vegetação e formação de gelo, onde as coberturas protetoras podem reduzir falhas relacionadas ao contato e melhorar a resiliência a tempestades. As implicações adicionais de peso, custo e design térmico os tornam soluções direcionadas, em vez de soluções universais.
Pequenos reatores nucleares modulares avançados em termos de geração proporcionarão nova capacidade; O DOE estima que a energia nuclear avançada poderá adicionar cerca de 200 GW até 2050. Ao mesmo tempo, turbinas a gás eficientes e de rápida aceleração continuarão a ser importantes para a fiabilidade, flexibilidade e rápida implantação, com 18,7 GW de nova capacidade de ciclo combinado dos EUA já planeados até 2028.
Do lado da distribuição, a modernização significa transformar alimentadores passivos em plataformas ativas. Energia photo voltaic em telhados, baterias atrás do medidor, carregadores EV, termostatos inteligentes e cargas flexíveis podem ser agregadas em usinas de energia virtuais (VPPs). O DOE estima que os VPPs poderão atingir 80-160 GW até 2030, cobrir 10% a 20% da carga de pico e poupar cerca de 10 mil milhões de dólares anualmente. Assim, a futura rede deve ser maior, mais forte, mais digital, mais distribuída e mais flexível.
Rob Gramlich
Fundador e presidente da Grid Methods LLC, uma empresa de consultoria do setor de energia.
A modernização da rede dos EUA exigirá uma acção coordenada em termos de planeamento, política e investimento, afastando-se das melhorias incrementais que têm sido o establishment nas últimas décadas.
Primeiro, se quisermos um sistema fiável e acessível, teremos de expandir drasticamente a infra-estrutura de transmissão. A rede atual não foi concebida para as necessidades atuais e, essencialmente, ficamos sem capacidade em muitas regiões. Investir na transmissão inter-regional ajudaria a garantir o acesso a diversos tipos de geração, melhoraria a resiliência durante eventos climáticos extremos e períodos de tensão e permitiria o crescimento económico.
A legislação de reforma de autorização federal contribuiria muito para permitir a expansão da rede. As filas de interconexão exigem melhorias contínuas. Precisamos de processos de estudo mais eficientes e de uma mudança em direção ao planejamento proativo para que possamos trazer novas cargas e geração.
O planeamento da rede intra e inter-regional precisa de ser voltado para o futuro. Deveríamos identificar necessidades futuras – seja o crescimento da carga impulsionado pelo knowledge heart ou condições climáticas extremas – e antecipar essas tendências, e não reagir depois que as restrições aparecerem. No curto prazo, devemos investir em tecnologias que melhorem a rede e em condutores de alto desempenho, que possam expandir a capacidade e a eficiência da rede. Estas tecnologias podem ajudar-nos a reduzir os prazos para atualizações da rede, evitar problemas de licenciamento e gerar milhares de milhões em poupanças anuais para os consumidores.
O alinhamento político e regulamentar também desempenhará um papel decisivo. O debate sobre a alocação de custos, a lentidão na concessão de licenças e a fragmentação da tomada de decisões são pontos de estrangulamento. Se conseguirmos alinhar incentivos e agilizar as aprovações, poderemos construir o que é necessário. O caminho é claro, mas temos de avançar mais rapidamente e numa escala muito maior.
