Uvis klimafremtid kan forstyrre energisystemerne

Ekstreme vejrbegivenheder - såsom alvorlig tørke, storme, og hedebølger - er blevet spået til at blive mere almindelige og er allerede begyndt at forekomme. Hvad der er blevet mindre undersøgt, er indvirkningen på energisystemer, og hvordan samfund kan undgå dyre forstyrrelser, såsom delvise eller totale strømafbrydelser.

Nu har et internationalt hold af forskere offentliggjort en ny undersøgelse, der foreslår en optimeringsmetodologi til at designe klimaresistente energisystemer og for at sikre, at samfund vil være i stand til at opfylde fremtidige energibehov givet vejr- og klimavariabilitet. Deres resultater blev for nylig offentliggjort i Naturenergi .

"På den ene side er energibehovet - der er forskellige typer bygningsbehov, såsom opvarmning, afkøling, og belysning. På grund af langsigtede klimaændringer og kortsigtede ekstreme vejrbegivenheder, Udemiljøet ændrer sig, som fører til ændringer i bygningers energibehov, " sagde Tianzhen Hong, en Berkeley Lab-forsker, der hjalp med at designe undersøgelsen. "På den anden side, klimaet kan også påvirke energiforsyningen, såsom elproduktion fra vandkraft, sol- og vindmøller. De kan også ændre sig på grund af vejrforholdene."

Arbejde med samarbejdspartnere fra Schweiz, Sverige, og Australien, og ledet af en videnskabsmand ved Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), holdet udviklede en stokastisk-robust optimeringsmetode til at kvantificere påvirkninger og derefter bruge dataene til at designe klimabestandige energisystemer. Stokastiske optimeringsmetoder bruges ofte, når variabler er tilfældige eller usikre.

"Energisystemer er bygget til at fungere i 30 eller flere år. Nuværende praksis er blot at antage typiske vejrforhold i dag; byplanlæggere og designere tager ikke almindeligvis hensyn til fremtidige usikkerheder, " sagde Hong, en beregningsforsker, der leder multi-skala energimodellering og simulering ved Berkeley Lab. "Der er meget usikkerhed omkring fremtidens klima og vejr."

"Energisystemer, "som defineret i undersøgelsen, sørge for energibehov, og nogle gange energilagring, til en gruppe bygninger. Den leverede energi kan omfatte gas eller elektricitet fra konventionelle eller vedvarende kilder. Sådanne samfundsenergisystemer er ikke så almindelige i USA, men kan findes på nogle universitetscampusser eller i erhvervsparker.

Forskerne undersøgte en lang række scenarier for 30 svenske byer. De fandt ud af, at under nogle scenarier ville energisystemerne i nogle byer ikke være i stand til at generere nok energi. Især klimavariabilitet kan skabe et 34 % gab mellem den samlede energiproduktion og efterspørgsel og et fald på 16 % i strømforsyningens pålidelighed – en situation, der kan føre til strømafbrydelser.

"Vi observerede, at nuværende energisystemer er designet på en måde, der gør dem meget modtagelige for ekstreme vejrhændelser såsom storme og hedebølger, " sagde Dasun Perera, en videnskabsmand ved EPFL's Solar Energy and Building Physics Laboratory og hovedforfatter af undersøgelsen. "Vi fandt også ud af, at klima- og vejrvariationer vil resultere i betydelige udsving i vedvarende energi, der tilføres elektriske net samt energiefterspørgsel. Dette vil gøre det vanskeligt at matche energiefterspørgslen og elproduktionen. Håndtering af virkningerne af klimaændringer er vil vise sig sværere, end vi tidligere troede."

Forfatterne bemærker, at 3,5 milliarder mennesker bor i byområder, forbruger to tredjedele af den globale energi, og i 2050 forventes byområder at rumme mere end to tredjedele af verdens befolkning. "Distribuerede energisystemer, der understøtter integrationen af ​​vedvarende energiteknologier, vil understøtte energiomstillingen i bysammenhæng og spille en afgørende rolle i tilpasning og afbødning af klimaændringer, " skrev de.

Hong leder en byvidenskabelig forskningsgruppe ved Berkeley Lab, der studerer energi- og miljøspørgsmål i byskala. Gruppen er en del af Berkeley Labs Building Technology and Urban Systems Division, som i årtier har været på forkant med forskningen i at fremme energieffektivitet i det byggede miljø.