A economia de cobrir o sistema de água da Califórnia com painéis solares

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Prolongar / Muito do sistema de distribuição de água da Califórnia fica exposto ao ar.

Um fator importante que impulsiona o crescimento da energia solar nos Estados Unidos tem sido a economia de projetos solares de grande porte. A escala das fábricas garante que seus desenvolvedores possam comprar componentes a granel; use hardware maior e mais robusto; e instalar tudo de forma eficiente. Isso está em grande contraste com a maioria das instalações distribuídas, como a energia solar no telhado.

Mas essas instalações têm desvantagens. Freqüentemente, ocorrem em terras subdesenvolvidas, o que pode compensar algumas de suas contribuições positivas para a mudança climática, especialmente se a terra que precisa ser desmatada estiver sequestrando carbono. Idealmente, seria melhor encontrar uma maneira de combinar os melhores recursos de ambos – usar sites desenvolvidos anteriormente, mas em uma escala que os coloque no mesmo nível de instalações dedicadas.

Uma das soluções que tem flutuado (trocadilho intencional) é colocar os painéis em reservatórios. Os reservatórios são grandes e já desenvolvidos, e há um benefício colateral de flutuar os painéis na água: ele reduz a evaporação, potencialmente aumentando o valor do reservatório. Agora, os pesquisadores examinaram uma alternativa: cobrir todos os aquedutos a céu aberto da Califórnia, que abastecem uma das regiões agrícolas mais produtivas do planeta, com energia fotovoltaica.

Múltiplos benefícios

Os pesquisadores aqui, baseados nas filiais da Universidade da Califórnia em Merced e Santa Cruz, referem-se ao sistema de distribuição de água da Califórnia como canais porque estão localizados no nível do solo. Mas eles não têm tráfego de barcos, e os moradores tendem a chamá-los de aquedutos, devido ao seu foco no transporte de água. Eles desempenham um papel crítico em tirar água de áreas do estado onde ela se acumula (em grande parte devido à neve acumulada nas montanhas) e distribuí-la nas regiões agrícolas do Vale Central do estado.

Independentemente de como você o descreve, há mais de 6.000 quilômetros de hidrovia envolvidos neste sistema, com larguras que geralmente chegam a 30 metros. Em outras palavras, o sistema pode hospedar um muito de painéis solares.

Mas para funcionar, a água nesses canais precisa se mover, entregando água aos locais que precisam dela. Portanto, não é uma simples questão de colocar vários painéis em um reservatório. Os pesquisadores consideram duas opções diferentes para colocar os painéis no canal: uma treliça sólida que os mantém acima da superfície ou um cabo ancorado em cada margem. Este último produz resultados melhores de forma consistente, pois envolve menos matéria-prima e é mais fácil de construir, portanto, ignoraremos a primeira opção. Ambas as opções foram usadas na Índia, portanto, há alguma experiência com sua operação.

Nessa configuração, os pesquisadores esperam que haja vários benefícios para um sistema baseado em canal. Por um lado, os painéis suspensos irão sombrear o canal e reduzir a evaporação, aumentando assim o fornecimento de água. Também diminuirá o crescimento de quaisquer plantas aquáticas e algas que poderiam fazer do canal sua casa, reduzindo a necessidade de manutenção e limpeza. Finalmente, a água relativamente fria no canal irá moderar a temperatura dos próprios painéis, o que pode melhorar a eficiência de algumas classes de painéis solares. (Os autores assumem a instalação de painéis CadTel de película fina.)

A questão era se esses benefícios adicionais compensariam o custo adicional de suspender os painéis sobre o canal. Para descobrir, os pesquisadores compararam a economia de uma instalação com a de uma instalação em escala de serviço público padrão em um terreno vizinho.

Meio Ambiente + econ

Descobrir isso não foi um processo fácil. O sistema de canais se estende por grande parte do estado, e os painéis no extremo norte do mesmo terão condições ambientais muito diferentes e capturarão menos luz do que os do sul. Esses mesmos fatores também influenciarão a evaporação, de modo que os pesquisadores incorporaram um modelo ambiental em seu sistema. Eles também encontraram várias maneiras de estimar a perda de água na literatura, então eles usaram esses métodos para criar faixas de limite superior e inferior da economia esperada com a evaporação.

Por fim, todos esses dados foram transformados em um cálculo econômico com base no que é chamado de valor presente líquido. Este cálculo incorporou os custos de instalação, o valor da água economizada, o valor da energia elétrica gerada e o valor da manutenção do canal que pode ser evitada. Tudo isso foi comparado ao valor gerado simplesmente pela instalação de um sistema de balança de utilidade padrão que operava nas mesmas condições de clima e luz solar.

No geral, conforme observado acima, qualquer sistema que usasse uma treliça sólida para apoiar o painel envolvia custos de instalação tão grandes que, na melhor das hipóteses, perderia dinheiro com base na energia gerada em todas as áreas, exceto nas mais ensolaradas do estado. Os sistemas suportados por cabo tiveram um desempenho significativamente melhor, gerando energia com um valor presente líquido positivo em todas as circunstâncias.

Os sistemas obviamente não eram tão lucrativos quanto instalar o sistema equivalente em terra. Mas uma vez que a manutenção do canal inferior e o aumento da eficiência dos painéis devido ao efeito de resfriamento da água foram considerados, os sistemas superaram significativamente os painéis baseados em terra em todos os locais examinados. No grande esquema das coisas, o valor da água que permaneceu no sistema graças aos painéis não era muito significativo; havia um único local no sul do estado onde os altos preços da água o tornavam um fator ainda maior.

Os pesquisadores também calcularam o custo nivelado de energia para cada um dos locais. Mas aqui não havia muita diferença entre as opções, já que o aumento da eficiência do painel devido ao resfriamento da água próxima acabou compensando os custos adicionais dos projetos sobre o canal.

Além dos custos

As incertezas sobre a taxa de evaporação deixam uma grande variedade de estimativas de economia de água, de 40.000 metros cúbicos de água a 250 milhões de metros cúbicos. Isso é algo em torno de um minuto de fluxo do Rio Sacramento para a Baía de São Francisco até um pouco menos de 5% do volume do maior reservatório do estado. Não é nada, mas também não muda vidas.

Há uma série de coisas, entretanto, que tornam esses cálculos mais complicados do que a análise econômica sugere. Por exemplo, o cabeamento sobre os canais pode complicar potencialmente a manutenção, mesmo que essa manutenção não precise acontecer com tanta frequência. E os canais nem sempre estão localizados perto de locais que seriam fáceis de conectar à rede elétrica da Califórnia. Ao contrário de um site mais compacto, a instalação de uma longa e esticada fileira de painéis pode aumentar consideravelmente o custo.

Mas também existem fatores de compensação. Por exemplo, durante as secas, o preço da água pode aumentar consideravelmente, de modo que a água extra no sistema esporadicamente assumiria um valor muito mais alto. A economia de água também pode ajudar a limitar o esgotamento das águas subterrâneas na Califórnia, que tem sido causando todos os tipos de problemas com a infraestrutura do estado, incluindo os próprios canais. Finalmente, muitas das bombas de irrigação no Vale Central são movidas por motores a diesel, que são altamente poluentes, então existe a possibilidade de que minirredes solares possam funcionar para reduzir a poluição e o uso de combustível fóssil, mesmo que não estejam conectadas a a grade.

De várias maneiras, no entanto, o valor desse trabalho não é necessariamente específico da Califórnia. O modelo desenvolvido aqui provavelmente será útil para qualquer contexto em que esses tipos de instalações sejam possíveis, permitindo que outros locais avaliem o potencial – e as compensações – dessa abordagem para a energia solar.

Sustentabilidade da Natureza, 2021. DOI: 10.1038 / s41893-021-00693-8 (Sobre DOIs)

Fonte: Ars Technica