Netpålidelighed under klimaændringer kan kræve mere elproduktionskapacitet

En ny analyse fra universitetsbaserede og nationale laboratorieforskere anvendte en ny modelleringstilgang til langsigtet elproduktionsinfrastrukturplanlægning, der tager højde for fremtidige klima- og vandressourceforhold. Sammenlignet med traditionelle fremskrivninger, som ikke tager hensyn til klima-vandets indvirkning på elproduktion, Resultaterne af denne nye tilgang viser, at det nationale elnet kan have brug for yderligere 5,3 % til 12 % af elproduktionskapaciteten for at imødekomme efterspørgsel og pålidelighedskrav. Ændringerne vil sænke vandforbruget og kulstofemissionerne, potentielt bidrage til at afbøde fremtidige klimaændringer.

Den nye undersøgelse, som vil blive vist som forsideartiklen i online-udgaven den 3. december og den trykte udgave af den 13. december Miljøvidenskab og -teknologi , er tilgængelig online i dag.

"Dette er første gang nogen har modelleret fremtidig el-infrastruktur under klimaændringer ved hjælp af en metode, der inkluderer gennemførlighedstjek for at sikre, at resultaterne opfylder pålidelige strømforsyningstærskler under klima- og vandressourcebegrænsninger, " sagde undersøgelsens hovedforfatter Ariel Miara, en senior forskningsmedarbejder med Advanced Science Research Center på The Graduate Center, CUNY (CUNY ASRC) og en energi, vand, og miljøforsker ved U.S. Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL). "Vi kombinerede højopløsningshydrologiske, termisk kraftværk, og kapacitetsudvidelsesmodeller for at forbedre tilliden til langsigtet elinfrastrukturplanlægning under fremtidige klima-vandpåvirkninger. Typisk, dette gøres ikke til planlægning af elinfrastruktur, eller det er gjort, men uden gennemførlighedskontrol af resultater. Vores tilgang gjorde det muligt for os at vurdere regionsspecifikke klima-vandpåvirkninger på strømforsyningens pålidelighed og identificere potentielle tilpasningstrin for at øge pålideligheden."

Det nuværende amerikanske net er stærkt afhængig af termiske kraftværker, der bruger kul, atomisk, og naturgasbrændstoffer; disse påvirkes af varme omgivelsestemperaturer og har brug for store mængder vand til køleformål. Vedvarende energikilder såsom solceller og vind kræver minimale mængder vand til drift, da de ikke kræver køling, men disse teknologier spiller en meget mindre rolle i at generere energi på tværs af dagens elnet. Regionale forskelle i elnets konfiguration og udvikling frem til år 2050, sammen med ændringer i klima og vandtilgængelighed, tyder på, at nogle regioner kan stå over for udfordringer med strømpålidelighed.

Med deres studie, forskere stillede fire spørgsmål:

• Hvordan vil fremtidige klima- og vandressourceforhold påvirke fire elinfrastrukturscenarier?
• Hvordan vil deres nye metode til modellering af klima-vand-påvirkninger på elproduktion sammenlignes med tidligere indsats?
• Hvilke typer teknologivalg ville være nødvendige for at tilpasse sig fremtidige klima-vandforhold og opfylde pålidelige elproduktionsniveauer?
• Hvad er de resulterende økonomiske og miljømæssige konsekvenser?

For at besvare disse spørgsmål, forskerholdet simulerede først kapacitetsudvidelsesscenarier for fire elblandinger, der favoriserer forskellige teknologityper (kul, atomisk, sol, og business as usual) uden at tage højde for klima-vandpåvirkninger. Disse fremskrivninger til år 2050 gav en grundlæggende forståelse af resultater ved brug af de nuværende kapacitetsudvidelsestilgange. Til deres næste skridt, forskere indregnet klima-vand-påvirkninger på hver el-mix. Denne tilgang gjorde det muligt for dem at vurdere dens effekt på forskellige typer systemer og belyse potentielle tilpasningstrin, der kræves for hver for at opfylde energibehovet. Deres analyse fandt, at kapacitetsreservemargener falder under visse pålidelighedsniveauer, når kapacitetsfremskrivninger ikke tog højde for klima-vandpåvirkninger, eller når de forsøger at, men ikke inkluderer gennemførlighedstjek.

"Vi viste, at strømsystemer kan stå over for pålidelighedsudfordringer uden klima-vandtilpasning, " sagde Miara. "Levende løsninger omfattede afvejninger i regionalt teknologivalg og typisk mere vedvarende-baseret versus termisk elproduktion. Dette resulterer i lavere samlet vandforbrug og emissioner til vores elproduktionsbehov."

"Denne analyse er slutstenen til en lang række undersøgelser, som dette forskerhold har produceret for at analysere unikke klima-vand-miljø-interaktioner i sammenhæng med langsigtet energiplanlægning under klimaændringer, " sagde Charles Vörösmarty, en medforfatter af undersøgelsen og direktør for CUNY ASRC Environmental Sciences Initiative. "Undersøgelsen giver værdifuld information og en indledende køreplan for videnskabsmænd, infrastruktur planlæggere, elselskaber, og lokalsamfund til at have informerede samtaler om, hvordan vi planlægger fremtidige systemer."