Nos últimos anos, os verões nos EUA parecem um pouco apocalípticos. Incêndios florestais assolaram a costa oeste. As inundações roubaram casas. Em julho de 2021, o mês mais quente da Terra já foi registrado e as redes elétricas piscaram, causando apagões generalizados que desligavam o ar condicionado, purificadores de ar e máquinas de oxigênio. Essas falhas de energia representam um novo risco potencialmente mortal para as pessoas em todo o mundo em aquecimento.
Mas algo chamado energia hidrelétrica reversível pode ajudar. Feitas pela conexão de dois reservatórios, um a uma altitude maior que o outro, essas usinas bombeiam água para cima, armazenando-a no reservatório superior, antes de liberá-la por meio de uma turbina, que gira um gerador e bombeia energia de volta para a rede. Esses sistemas já fornecem 93% do armazenamento de energia em escala de rede dos Estados Unidos; e no clima mais quente e volátil de hoje, eles podem reabastecer a eletricidade durante apagões causados ​​por ondas de calor, furacões ou ataques cibernéticos e manter a energia renovável fluindo quando o sol se põe e os ventos não sopram. Em suma, eles tornam a rede elétrica mais resiliente.

Então, sua cidade ou cidade poderia usar em breve uma dessas instalações? É difícil dizer.

Até agora, existiam poucos dados sobre onde as usinas hidrelétricas reversíveis poderiam ser construídas nos Estados Unidos. E, embora a energia constante da energia hidrelétrica já complemente outras fontes de energia renovável, não está claro como ela apoiará uma futura rede de energia limpa que funcione com muita energia eólica e solar.

Agora, dois novos relatórios de pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) ajudam a preencher as duas lacunas de dados. O primeiro estudo identifica locais nos EUA que poderiam apoiar usinas hidrelétricas reversíveis, bem como quanto elas podem custar e quanta energia podem produzir. O segundo (que será publicado como um relatório técnico do NREL em breve) usa esse conjunto de dados e recursos adicionais para examinar como a energia flexível e de baixo custo da hidreletricidade poderia suportar a rede de amanhã. O trabalho foi financiado pelo Escritório de Tecnologias de Energia de Água do Departamento de Energia dos EUA e faz parte de sua iniciativa Hydro Water Innovation for a Resilient Electricity System Initiative.

Onde no mundo podemos construir hidrelétricas reversíveis?

Existe um mapa para isso.

Escolher um local para instalar uma turbina eólica ou painel solar é relativamente fácil. O vento é forte e constante? O sol brilha com mais frequência do que não? Se a resposta for sim, esse site pode funcionar. A instalação de uma usina hidrelétrica reversível é um pouco mais complicada. Você precisa de dois grandes lagos, um acima do outro, para armazenar energia. E, para construir plantas mais ecológicas, nenhuma delas precisa se conectar a um rio.

Encontrar sites para dar suporte a essas instalações é complicado — ou costumava ser.

"Com este mapa, as pessoas que vivem em Wyoming podem ampliar uma cordilheira e ver onde estão alguns dos melhores locais", disse Stuart Cohen, engenheiro de modelos do NREL e co-autor de ambos os relatórios. "Ninguém está produzindo um produto com esse escopo e granularidade para os Estados Unidos."

Em 2017, a Universidade Nacional Australiana desenvolveu um conjunto de dados de potenciais locais hidrelétricos reversíveis em todo o mundo, identificando cerca de 616.000 locais potenciais. Agora, Cohen, juntamente com uma equipe de pesquisadores, adaptaram o algoritmo original da universidade para criar dados geoespaciais mais detalhados em locais potenciais nos Estados Unidos.

Pesquisadores da Universidade Nacional Australiana e do NREL tiveram que tomar algumas decisões técnicas de design antecipadamente. Cada reservatório, por exemplo, precisa de uma barragem. E ambas as barragens poderiam ter um número infinito de alturas potenciais. "Você pode imaginar", disse Cohen, "como esse problema explode se você tiver um número infinito de opções".

Para controlar seu conjunto de dados, os pesquisadores do NREL fixaram parâmetros como altura da barragem e duração do armazenamento, selecionando uma duração de armazenamento de energia de 10 horas, por exemplo, porque tende a ser mais competitivo em termos de custo (para comparação, as baterias atuais fornecem cerca de 4 horas de energia armazenar). Usando seu algoritmo geoespacial, a equipe pesquisou no país todos os locais possíveis e, em seguida, reduziu-os em uma lista final que aderiu a considerações técnicas, ambientais e econômicas adicionais. Para encontrar o melhor local, qualquer aficionado por energia hidrelétrica pode classificar e filtrar esses locais por altura de cabeça (a diferença de elevação entre os dois reservatórios), capacidade de energia e custo.

Embora o primeiro lançamento de dados dependa desses parâmetros fixos, em breve Cohen e sua equipe planejam construir uma versão atualizada de seu mapa que dê aos usuários mais controle. "Queremos construir um mapa interativo onde você possa marcar caixas para escolher entre 12 ou 8 horas de armazenamento, 40 ou 60 metros de altura da barragem. O que as pessoas quiserem."

Então, uma vez que um desenvolvedor localiza um site, a ferramenta pode estimar quanto sua planta pode custar para construir. Também baseado no modelo original da Australian National University, o modelo de custo do NREL é adaptado para as condições financeiras e econômicas nos Estados Unidos, para que os desenvolvedores possam avaliar se devem construir sua planta (ou não).

Previsão do papel da energia hidrelétrica em uma rede de energia limpa

À medida que o clima muda, a energia hidrelétrica reversível pode fornecer energia de reserva confiável. Mas as usinas hidrelétricas convencionais também podem produzir e armazenar energia, e podem ligar e desligar conforme necessário, extraindo energia da energia armazenada em seus reservatórios. Então, como essas plantas flexíveis contribuem para um futuro mais limpo?

"Não estamos falando sobre a construção de novas barragens Hoover", disse Cohen. Ou quaisquer novas barragens, para esse assunto. Nos Estados Unidos, as usinas hidrelétricas existentes poderiam fornecer eletricidade ainda mais flexível e confiável do que já fornecem. Com algumas modificações, essas instalações podem funcionar rapidamente em resposta a mudanças na quantidade ou tipo de eletricidade na rede, equilibrando a entrada de energia variável de turbinas eólicas e painéis solares, por exemplo, ou fornecendo mais eletricidade durante os meses de inverno, quando esses as fontes de energia renovável tendem a diminuir.

Para analisar como a expansão da capacidade hidrelétrica poderia atender a essa rede de energia em evolução, Cohen e seus colegas do NREL desenvolveram novos recursos de modelagem de expansão de capacidade para representar com mais precisão o papel da hidreletricidade nos sistemas elétricos.

"Isso pode realmente fazer uma grande diferença, muito maior do que eu esperava", disse Cohen. (Como bônus, os dados de seu mapa de hidrelétricas reversíveis estão tornando esses modelos de capacidade ainda mais precisos).

A frota hidrelétrica de hoje tem barragens suficientes para produzir até 80 gigawatts de eletricidade. “Mais da metade disso já é bastante flexível”, disse Cohen, o que significa que as operadoras podem facilmente adicionar geração de eletricidade a outras funções vitais da frota, como gerenciamento de água, irrigação ou recreação.

"O que é emocionante é quando você deixa o resto da frota se tornar mais flexível", disse Cohen. “Se isso acontecer, essas instalações podem fazer uma grande diferença na economia e nas emissões em todo o país”.