Ny model, der hjælper med at omformulere overgangen til lavkulstofstrøm

Regeringer og samfund over hele verden står over for et stigende behov for at reagere på klimaændringer ved at fremskynde overgangen til et kulstoffattigt energisystem, men der er stadig forskellige holdninger til den kombination af energiteknologier, der bedst vil nå dette mål. Identifikation af teknologiske veje er kompliceret af omfattende usikkerhed i økonomiske og teknologiske faktorer.

Mort Webster og et team af Penn State-forskere udviklede en model til at hjælpe med at omformulere diskussionerne om energiomstilling. Deres model demonstrerer værdien af ​​fleksible investeringsstrategier, og at der er brug for mange veje for at opfylde emissionsreduktionsmålene skitseret i Paris-aftalen.

Webster håber på deres resultater, offentliggjort i Environmental Science &Technology , vil vende politiske anbefalinger, der dukker op fra forskningslitteratur, der opfordrer til at vedtage snævre antagelser, der favoriserer eller begrænser visse teknologier, mens de fremmer meget specifikke porteføljeanbefalinger. Årsagen er enkel:fremtiden er svær at forudsige.

"Der er en masse gode analyser og simuleringer derude, men mange siger 'dette er vejen' og tegner en perfekt forudsigelig linje på vej direkte til år 2050," sagde Webster, professor i energiteknik ved Penn State College of Earth and Mineral. Videnskaber. "Men for to år siden kostede naturgas 3 USD pr. gallon, og i sommer steg den til 9 USD i Californien. Ingen så det komme. Hvordan kan vi forudsige omkostninger, eller hvor meget brændstof vi vil bruge i 2049?"

Webster bemærkede, at planlægningsmodeller med målrettede mandater og specifikke anbefalinger er velmente, men modviljen mod at kæmpe med usikkerhed begrænser deres praktiske funktion. Omvendt ser Webster værdi i at bevare muligheder og endda udskyde nogle beslutninger, som følger et veletableret beslutningsvidenskabskoncept kendt som option værdi.

Webster ser fordele ved at opdele planlægningsmodeller i to separate investeringsstrategier, kortsigtet og langsigtet, som en mere lovende måde at navigere på udfordringen med at trække eksisterende elproduktionskapacitet tilbage til nye teknologier. Fleksibiliteten opnået ved blot at erkende, at vi er mere sikre på forhold på kort sigt end de årtier, der er væk, hjælper med at undgå den selektive tilgang, der findes i det meste af akademisk og industriel litteratur.

Holdets forslag er ikke uden udfordringer. Mange kortsigtede og langsigtede strategier giver modstridende anbefalinger på grund af de enorme mængder af kapitalinvesteringer, tid og infrastruktur, som nogle teknologier kræver. For Webster understreger det blot vigtigheden af ​​at udvide teknologiporteføljen med fokus på tilpasningsevne.

"Vi behøver ikke gøre alt i dag, det skal vi gøre om 30 år. Lad os gøre nogle ting nu og give os selv muligheden for at ændre mening afhængigt af, hvordan tingene udvikler sig, før vi foretager resten af ​​investeringerne." sagde Webster.

Websters team testede deres forslag ved at simulere deres model med 2.000 forskellige scenarier for fremtidige forhold for at identificere de bedste teknologiske veje, der minimerede de gennemsnitlige samlede omkostninger på tværs af alle futures. Drift og vedligeholdelse, nybyggeri, variable brændsels- og ikke-brændstofomkostninger ved produktion blev beregnet som omkostninger. For at sikre gennemførligheden blev der også inkluderet bøder for udækket elbehov.

Casestudiet sammenlignede investeringsmuligheder i energiteknologier såsom nuklear, naturgas, sol, vind, geotermisk og kul, med og uden kulstoffangst. Analysen viste, at et lille antal porteføljetyper, der inkluderede vind, sol og naturgas med kulstoffangst, fungerede godt for et betydeligt antal mulige fremtider, mens andre kombinationer var ukonkurrencedygtige i enhver fremtid.

Det specifikke resultat overraskede ikke holdet. Analysen, som tager højde for usikkerhed, optionsværdi og teknologigrupper, der klarer sig godt, når de kombineres, viste den begrænsede anvendelighed af udsagn om, at en bestemt teknologi kan eller ikke kan bidrage til en fremtid med lavt CO2-udledning, eller at der bør forpligtes til en bestemt langsigtet portefølje. Modellerne signalerede også, at politikker på kort sigt skulle fokusere på investeringer over det næste årti, der gør fremskridt i retning af dekarboniseringsforpligtelser uden at udelukke muligheder for yderligere fremtidige investeringer.

Webster, som er fakultetsmedlem i John og Willie Leone Family Department of Energy and Mineral Engineering, sagde, at resultaterne følger afdelingens og colleges kollektive tilgang.

"I vores afdeling har vi en systemdækkende tilgang og kigger altid på tværs af flere discipliner og ressourcer," sagde Webster. "Vi er videnskabsmænd og ingeniører, der arbejder med olie, kul, sol eller energilagring, men i stedet for at promovere en bestemt energikilde eller teknologi, ser vi, at vi alle sammen kan være en del af løsningen på denne komplekse udfordring."

Webster mener, at en omformulering af samtalen vil hjælpe beslutningstagere med at omgå scenariespecifikke planer, der ofte fører til usammenhængende kortsigtede planer eller frygtsomme handlinger.

"Hvis vi ønsker at nå en kumulativ emissionsreduktion på 80% inden 2050, må vi omfavne usikkerhed og tage strategiske skridt nu, som er fleksible, så vi kan dreje til, hvilken vej fremtiden end fører os," sagde Webster. + Udforsk yderligere

På vej mod 100 % ren elektricitet:Seks potentielle strategier til at bryde igennem de sidste 10 %