Um novo estudo descobriu que os caminhos de descarbonização precisam incorporar tecnologias de aquecimento elétrico mais eficientes e mais fontes de energia renováveis ​​para minimizar a tensão na rede elétrica dos EUA durante o aumento do uso de eletricidade do aquecimento em dezembro e janeiro. Caso contrário, os combustíveis fósseis nocivos continuarão a alimentar esses picos sazonais na demanda de energia.
O consumo direto de combustível fóssil dos edifícios, queimado em aquecedores de água, fornos e outras fontes de aquecimento, é responsável por quase 10% das emissões de gases de efeito estufa nos Estados Unidos. Mudar para um sistema elétrico que alimenta o aquecimento por meio de fontes de energia renováveis, em vez de carvão, petróleo e gás natural – o processo conhecido como eletrificação de edifícios ou descarbonização de edifícios – é um passo crucial para alcançar as metas climáticas globais líquidas zero.

No entanto, a maioria dos modelos de descarbonização de edifícios não levou em conta as flutuações sazonais na demanda de energia para aquecimento ou resfriamento. Isso torna difícil prever o que uma eventual mudança para um aquecimento mais limpo e totalmente elétrico em edifícios pode significar para a rede elétrica do país, especialmente durante os picos de uso de energia.

Um novo estudo realizado por pesquisadores da Escola de Saúde Pública da Universidade de Boston (BU.S.PH), Harvard T.H. A Chan School of Public Health (Harvard Chan School), a Oregon State University (OSU) e a Home Energy Efficiency Team (HEET) examinaram essas mudanças sazonais na demanda de energia e descobriram que o consumo mensal de energia varia substancialmente e é mais alto no inverno meses.

Publicado em Relatórios Científicos , o estudo apresentou uma nova modelagem de vários cenários de eletrificação de edifícios e descobriu que esse aumento sazonal na demanda de energia no inverno será difícil de satisfazer por meio de fontes renováveis ​​atuais, se os edifícios mudarem para aquecimento eletrificado de baixa eficiência.

As descobertas enfatizam a necessidade de os edifícios instalarem tecnologias de aquecimento doméstico mais eficientes, como bombas de calor geotérmicas.

"Nossa pesquisa revela o grau de flutuação na demanda de energia do edifício e os benefícios do uso de tecnologias de aquecimento extremamente eficientes ao eletrificar edifícios", diz o líder do estudo e autor correspondente Dr. Jonathan Buonocore, Professor Assistente de Saúde Ambiental na BU.S.PH. "Historicamente, essa flutuação na demanda de energia dos edifícios tem sido gerenciada em grande parte por gás, petróleo e madeira, os quais podem ser armazenados ao longo do ano e usados ​​durante o inverno. Edifícios eletrificados e o sistema elétrico que os sustenta terão que fornecer este mesmo serviço de fornecer aquecimento confiável no inverno. Tecnologias de aquecimento elétrico mais eficientes reduzirão a carga elétrica colocada na rede e melhorarão a capacidade de atender a essa demanda de aquecimento com energias renováveis ​​sem combustão."

Para o estudo, Buonocore e colegas analisaram dados de energia de edifícios de março de 2010 a fevereiro de 2020 e descobriram que a média mensal total dos EUA para consumo de energia - com base no uso atual de combustíveis fósseis, bem como no uso futuro de eletricidade no inverno - varia por um fator de 1,6x, com a menor demanda em maio e a maior demanda em janeiro.

Os pesquisadores modelaram essas flutuações sazonais no que eles chamam de "Curva do Falcão" - já que um gráfico da mudança no consumo mensal de energia representa a forma de um falcão. Os dados mostram que a demanda de aquecimento no inverno leva o consumo de energia a seus níveis mais altos em dezembro. e janeiro, com pico secundário em julho e agosto devido ao resfriamento, e os níveis mais baixos em abril, maio, setembro e outubro.

Os pesquisadores também calcularam a quantidade de energia renovável adicional, especificamente eólica e solar, que precisaria ser gerada para atender a esse aumento na demanda de eletricidade. Sem armazenamento, resposta à demanda ou outras táticas para gerenciar a carga da rede, os edifícios exigiriam um aumento de 28 vezes na geração eólica de janeiro ou um aumento de 303 vezes na energia solar de janeiro para atender aos picos de aquecimento no inverno.

Mas com energias renováveis ​​mais eficientes, como bombas de calor de fonte de ar (ASHPs) ou bombas de calor de fonte de solo (GSHPs), os edifícios exigiriam apenas 4,5 vezes mais geração eólica de inverno ou 36 vezes mais energia solar - "achatando" a Curva do Falcão como menos nova demanda de energia é colocada na rede elétrica.

"Este trabalho realmente mostra que as tecnologias tanto do lado da demanda quanto do lado da oferta têm um forte papel a desempenhar na descarbonização", diz o coautor do estudo, Dr. Parichehr Salimifard, professor assistente da Faculdade de Engenharia da Oregon State University. Exemplos dessas tecnologias no lado do fornecimento de energia são o aquecimento geotérmico de edifícios e as tecnologias de energia renovável que podem fornecer energia a qualquer hora, diz ela – como energias renováveis ​​combinadas com armazenamento de longo prazo, recursos energéticos distribuídos (DERs) em todas as escalas e energia geotérmica geração de eletricidade sempre que possível. "Elas podem ser combinadas com tecnologias do lado da demanda - ou seja, em edifícios - como medidas de eficiência energética de edifícios passivas e ativas, redução de pico e armazenamento de energia em edifícios. Essas tecnologias de nível de edifício podem reduzir a demanda geral de energia do edifício em reduzindo tanto a linha de base quanto a demanda máxima de energia, bem como suavizar as flutuações na demanda de energia do edifício e, consequentemente, achatar a curva Falcon."

“A Falcon Curve chama nossa atenção para uma relação fundamental entre a escolha da tecnologia de eletrificação do edifício e o impacto da eletrificação do edifício em nossa rede elétrica”, diz o coautor do estudo Zeyneb Magavi, co-diretor executivo da HEET, uma incubadora de soluções climáticas sem fins lucrativos .

Magavi adverte que esta pesquisa ainda não quantifica essa relação com base em curvas de eficiência sazonal medidas para tecnologias específicas, ou para escalas de tempo ou regiões mais granulares, ou avalia as inúmeras estratégias e tecnologias que podem ajudar a enfrentar o desafio. Tudo isso deve ser considerado no planejamento da descarbonização.

No entanto, diz Magavi, esta pesquisa indica claramente que "usar uma combinação estratégica de tecnologias de bomba de calor (fonte aérea, fonte terrestre e em rede), bem como armazenamento de energia a longo prazo, nos ajudará a eletrificar edifícios com mais eficiência, econômica e equitativa. A curva Falcon nos mostra um caminho mais rápido para um futuro de energia limpa e saudável."

“Nossa pesquisa deixa claro que, ao contabilizar as flutuações sazonais no consumo de energia aparentes na Curva do Falcão, o impulso para eletrificar nossos edifícios deve ser combinado com um compromisso com tecnologias eficientes em termos de energia para garantir que os esforços de descarbonização dos edifícios maximizem os benefícios climáticos e de saúde”, diz. O autor sênior do estudo, Dr. Joseph G. Allen, Professor Associado de Ciência de Avaliação de Exposição e Diretor do programa Edifícios Saudáveis ​​da Harvard Chan School.

“Nosso trabalho aqui mostra um caminho para a eletrificação da construção que evita depender de combustíveis fósseis e evita combustíveis de combustão renováveis, que ainda podem produzir poluição do ar e possivelmente perpetuar disparidades na exposição à poluição do ar, apesar de serem neutros em termos de clima”, diz Buonocore. “Evitar questões como esta é a razão pela qual é importante que os especialistas em saúde pública estejam envolvidos na formulação de políticas de energia e clima”. + Explorar mais

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