Ny forskning kan hjælpe elselskaber med at tage højde for klimaændringer

Forskere har udtænkt en metode til at bestemme klimaændringernes indvirkning på forsyningen og variabiliteten af ​​lokal vedvarende energi.

En stigning i usædvanlige vejrmønstre relateret til klimaændringer betyder, at efterspørgslen efter strøm og tilgængeligheden af ​​sol-, vand- og vindenergi kan blive mere varierende.

Metoden fra forskere ved University of Alaska Fairbanks Geophysical Institute og i Spanien vil hjælpe lokale energiplanlæggere med at bestemme den optimale blanding af vedvarende energikilder og energilagringsbehov.

Forskningen blev offentliggjort i august i tidsskriftet Land . Geofysisk Instituts atmosfæriske videnskabsprofessor Uma Bhatt er hovedforfatteren.

"Det er vigtigt for samfundet at forstå indvirkningen af ​​klimaændringer og variabilitet på vedvarende energiressourcer for at designe et modstandsdygtigt elsystem og forberede sig på fremtiden," sagde Bhatt.

Forskerne studerede intermittens, strømproduktion og energilagring i sammenhæng med historiske klimadata på to steder:Alaska-byen Cordova i Prince William Sound, som har et subpolært oceanisk klima, og Palma de Mallorca, en by på en subtropisk spansk ø . Forskerne indhentede 60 års klimadata for hvert sted.

Vind-, sol- og vandkraft er alle modtagelige for et klima, der bliver mindre forudsigeligt og producerer mere ekstreme vejrbegivenheder. Øget skydække kan mindske tilgængeligheden af ​​solenergi. Mindsket nedbør kan reducere tilgængeligheden af ​​vandkraft. Øget vind kan øge tilgængeligheden af ​​vindkraft.

Uden ordentlig planlægning risikerer elnettene at blive mindre pålidelige, da vedvarende energi udgør en stadig større del af forsyningen.

"Hvis du har en for høj procentdel af vedvarende energi med høj variabilitet uden passende backup-strøm i dit system, forringer det faktisk systemets pålidelighed meget," siger David Newman, en studiemedforfatter og fysikprofessor ved UAF Geophysical Institute.

Yderligere komplicerer situationen, efterspørgslen efter strøm ændrer sig på uforudsigelige måder, efterhånden som vejret bliver mere og mere varierende. Selv når efterspørgslen er normal, kan et pludseligt fald i tilgængeligheden af ​​en vedvarende kilde - f.eks. vind, der holder op med at dreje turbinerne - forårsage strømafbrydelser, hvis en backupkilde ikke er på plads til øjeblikkelig brug.

"Hvordan løser du det? Du er nødt til at finde en måde at fjerne variabiliteten på eller have en måde at hurtigt kompensere for det," sagde Newman.

Den nemmeste og mest oplagte måde er at have fossilt brændstof-baserede generatorer på standby. Af dem kan generatorer drevet af naturgas startes ret hurtigt, når det er nødvendigt. Men det er stadig et fossilt brændstofprodukt, selvom det er renere end andre fossile brændstoffer.

En anden, renere metode er at opbevare overskydende energi produceret af vedvarende kilder i tider med normal efterspørgsel.

Fremskridt inden for teknologi har forbedret batterier i netskala, som kan lagre overskydende strøm, der kan distribueres til kortvarig brug under en udbredt strømafbrydelse.

Andre lagringsmetoder omfatter pumpet lagringsvandkraft, gravitationsenergilagring, svinghjulsenergilagring og komprimeret luftenergilagring. Alle er grundlæggende enkle metoder og forklaret af National Renewable Energy Laboratory.

"Dette er et af de virkelig spændende områder [for undersøgelse] lige nu," sagde Newman.

Vandkraft til pumpelagring tegner sig for 95% af al energilagringskapacitet i brugsskala i USA. Vand pumpes fra et vandkraftreservoir til et andet i en højere højde i tider med overskydende strøm, hvilket hæver niveauet af det højere reservoir. Det vand frigives til generatorerne i det nederste reservoir, når det er nødvendigt.

Opbevaring af tyngdekraftsenergi involverer at bruge overskydende energi til at rejse massive vægte bestående af sand, grus eller sten og efterlade vægtene suspenderet. Når der er brug for strøm, får vægtene lov til at falde, med deres vedhæftede kabler, der drejer en generator.

Energilagring af svinghjul bruges typisk i små applikationer og til meget kortere energibehov end andre lagringsmetoder. En motor driver et svinghjul, et tungt hjul, der drejer frit, når motoren mister kraft. Det frit roterende hjul drejer en generator, som producerer elektricitet i flere minutter.

Opbevaring af komprimeret luftenergi kan levere strøm på netskala i flere dage. Elektricitet bruges til at komprimere og opbevare luft under jorden, ofte i salthuler. Når det er nødvendigt, frigives luften og opvarmes til ekspansion for at drive en generator.

Forskningsartiklernes forfattere tilbyder en bemærkelsesværdig advarsel til deres arbejde:Klimaændringer er komplicerede og varierer fra sted til sted, ligesom de tilgængelige kilder til vedvarende energi.

"Både klima og energi er indbyrdes forbundne komplekse systemer, og det er vigtigt, at vi uddanner den næste generation til at tænke på tværs af discipliner, så de er parate til at løse de komplekse problemer, der truer," sagde Bhatt. + Udforsk yderligere

Instituttet demonstrerer det første af sin slags småskala pumpede varmeenergilagringssystem