Dwa nowe badania prowadzone przez badacza z North Carolina State University dają zapowiedź tego, czego konsumenci energii elektrycznej na Zachodnim Wybrzeżu mogą doświadczyć w dwóch różnych scenariuszach przyszłości: w jednym, w którym nadmierne ciepło z powodu zmiany klimatu obciąża dostawy energii, oraz w drugim, w którym sieć przestawia się na energię odnawialną. energii, a klimat podąża za historycznymi trendami. W obu przypadkach odkryli, że koszty energii i niezawodność pozostają podatne na ekstremalne warunki pogodowe.
„Wpływ zmian klimatycznych i ekstremalnych zjawisk pogodowych na sieć, głównie w postaci suszy i fal upałów, będzie się pogarszał wraz ze zmianami klimatu” – powiedział Jordan Kern, adiunkt ds. leśnictwa i zasobów środowiskowych w NC State. „Nawet gdy sieć zachodniego wybrzeża odchodzi od paliw kopalnych w kierunku wiatru i słońca, te ekstremalne zjawiska pogodowe nadal będą miały wpływ na niezawodność systemu i cenę energii”.
Opublikowane w czasopiśmie Earth's Future dwa badania przewidują przyszłą podaż i popyt na energię w ramach oddzielnych scenariuszy. W pierwszym badaniu naukowcy wykorzystali modele komputerowe do symulacji wpływu zmian klimatu na obecną sieć energetyczną w Kalifornii i północno-zachodnim Pacyfiku. Ocenili cenę i niezawodność sieci w 11 różnych scenariuszach klimatycznych w latach 2030–2060, opierając się na wielu modelach naukowych dotyczących zmian klimatu w „najgorszym scenariuszu” emisji z paliw kopalnych i innym mniej surowym scenariuszu.
„Warto przyjrzeć się najgorszemu scenariuszowi, nawet jeśli istnieją dowody na to, że świat zmniejszy emisje paliw kopalnych na tyle, aby tego uniknąć” – powiedział Kern.
Naukowcy odkryli większe ryzyko przerw w dostawie prądu latem i wczesną jesienią, głównie z powodu ekstremalnych upałów w Kalifornii, które powodują duże zapotrzebowanie na energię, gdy ludzie ochładzają swoje domy. Przewidywali, że we wszystkich scenariuszach poza jednym wystąpią niedobory, w których zmiany klimatu wpłyną jednocześnie na wytwarzanie energii w obu regionach.
Zauważyli jednak, że te niedobory mocy pozostaną stosunkowo rzadkie. Maksymalne w najgorszym przypadku były 72 godziny niedoborów zasilania na całym Zachodnim Wybrzeżu w ciągu 31 lat.
„W miarę jak robi się coraz goręcej i goręcej, a zapotrzebowanie na energię elektryczną rośnie, spodziewamy się awarii sieci” – powiedział Kern. „Te ekstremalne upały staną się znacznie bardziej dotkliwe”.
Ekstremalne upały w Kalifornii wpłynęłyby również na cenę i podaż energii w północno-zachodnim Pacyfiku. Historycznie regiony miały wspólną władzę.
„Jeśli, i to jest duże „jeśli”, historyczna wymiana energii elektrycznej będzie kontynuowana, a Kalifornia ma duże zapotrzebowanie na energię elektryczną z powodu ciepła, może to spowodować wyczerpanie energii elektrycznej w północno-zachodnim Pacyfiku, ponieważ nie będą w stanie sprostać ich własne żądanie – powiedział Kern.
Odkryli również, że zmiany klimatyczne mogą bezpośrednio wpłynąć na północno-zachodnie wybrzeże Pacyfiku, ograniczając dostawy energii wodnej, czyli energii elektrycznej zasilanej wodą. Śnieg służy jako zmagazynowana energia, więc zmniejszenie ilości śniegu lub zmiany czasu topnienia śniegu zmniejszają moc dostępną latem.
Największe skutki zmian klimatycznych na północno-zachodnim wybrzeżu Pacyfiku miałyby również miejsce późnym latem lub wczesną jesienią, kiedy sieć jest już obciążona. Nawet niewielkie spadki przepływu strumienia we wrześniu spowodowane zmianami klimatycznymi, wraz ze wzrostem letniego zapotrzebowania na energię, wystarczyłyby, aby spowodować więcej niedoborów na północno-zachodnim wybrzeżu Pacyfiku. Przewidywali jednak również, że niedobory na całym Zachodnim Wybrzeżu, spowodowane wpływem klimatu na sam północno-zachodni Pacyfik, będą rzadkie.
Oprócz kwestii niezawodności naukowcy odkryli również, że zmiany klimatyczne podniosą cenę energii. W najgorszym przypadku, gdy zmiana klimatu wpływa na podaż i popyt na energię, zarówno w Kalifornii, jak i na północno-zachodnim wybrzeżu Pacyfiku, spodziewano się większej liczby godzin, w których hurtowa cena energii elektrycznej osiągnie górną granicę 1 USD000 megawatów na godzinę w Kalifornii, zwłaszcza późnym latem. Zmiany klimatyczne w Kalifornii miałyby również znaczący wpływ na ceny na północno-zachodnim wybrzeżu Pacyfiku.
„Kiedy ceny wzrosną do 1 USD,000 za megawatogodzinę, sieć dzwoni dzwonkiem alarmowym” – powiedział Kern. „Sprawiają, że elektryczność jest tak droga, częściowo po to, aby zachęcić ludzi do mniejszego zużycia”.
W drugim badaniu naukowcy ocenili cenę energii do 2050 r. z większą liczbą odnawialnych źródeł energii dodanych do sieci, przy założeniu, że elektrownie na gaz ziemny nadal będą działać jako rezerwa. Porównali pięć scenariuszy dla każdego rynku: dwa scenariusze, które różniły mieszankę energii słonecznej i wiatrowej według kosztów; jeden scenariusz z dodatkowymi bateriami dodanymi do przechowywania energii; scenariusz, w którym wiele osób przyjmuje pojazdy elektryczne; oraz trend status quo. Ocenili koszt energii elektrycznej w tych różnych systemach w okresie 100 reprezentatywnych lat zarówno normalnych, jak i ekstremalnych zjawisk pogodowych, które mogą wystąpić w historycznych warunkach klimatycznych -- bez dodatkowego ocieplenia klimatu.
„Dzięki sieci Zachodniego Wybrzeża wiemy już pewne rzeczy o jej wydajności, ponieważ opiera się ona tak bardzo na energii wodnej --, że rok suchy jest zły, a rok mokry jest dobry” – powiedział Kern. „Chcieliśmy wiedzieć: kiedy dekarbonizujecie sieć na Zachodzie, dodając pojazdy elektryczne, baterie, energię słoneczną i wiatrową, czy to się w ogóle zmienia?”
Nawet w przypadku odnawialnych źródeł energii stwierdzili, że ekstremalne susze i upały nadal będą decydować o ekstremach cenowych -- przy „dobrych” latach najniższych cen spowodowanych łagodnymi temperaturami i wysokim przepływem strumienia, a najwyższe ceny powodowane ekstremalnymi upałami lub suszą.
„Kiedy myślisz o najgorszych latach, te warunki nadal będą napędzane przez to, co napędza te wydarzenia dzisiaj: brak wody lub fala upałów w środku lata” – powiedział Kern. „Dodanie energii odnawialnej nie zmienia najgorszego ani najlepszego roku, ale w pewnym sensie zmienia sytuację w środku”.
W Kalifornii przyszły scenariusz ze wzrostem energii wiatrowej doprowadził do najniższych cen, a następnie energii słonecznej. Na północno-zachodnim Pacyfiku scenariusze z największą ilością energii wiatrowej i słonecznej miały najniższe ceny. Niedobory podaży byłyby najczęstsze w ramach ścieżki o największym popycie na pojazdy elektryczne.
„Ponieważ sieć zużywa więcej wiatru i energii słonecznej, cena spada, ponieważ jest tańsza i wypiera gaz ziemny” – powiedział Kern. „Wyjątkiem jest to, że gdy masz duże zapotrzebowanie na energię z pojazdów elektrycznych, zapotrzebowanie jest tak duże, że psuje system. To dość rzadkie w naszych modelach, ale zdarza się, gdy nie ma dużo wody i jest fala upałów”.
Kern powiedział, że przewidywane przez nich redukcje emisji gazów cieplarnianych w ramach pięciu scenariuszy były „konserwatywne”; ich modele wskazują na 50-procentową dekarbonizację do 2050 roku, podczas gdy większość stanów Zachodniego Wybrzeża wyznaczyła sobie cele, aby szybciej dokonać bardziej znaczących zmian.
„Naszym kluczowym odkryciem było to, że w miarę dekarbonizacji sieci nadal pozostaniesz z podatnością na wodę i ciepło” – powiedział Kern. „To system, od którego nie można uciec”.
Badanie „The Effects of Climate Change on Interregional Electricity Market Dynamics on the US West Coast” zostało opublikowane online w Earth's Future 7 grudnia 2021 r. Oprócz Kerna, innymi autorami byli Joy Hill, David E. Rupp , Nathalie Voisin i Gregory Characklis. Badanie było wspierane przez program INFEWS Narodowej Fundacji Nauki w ramach nagród 1639268 T2 i 170082 T1.
Drugie badanie, „Ścieżki technologiczne mogą pomóc w narażeniu sieci Zachodniego Wybrzeża Stanów Zjednoczonych na niepewność hydrometrologiczną”, zostało opublikowane w Internecie w Earth's Future 28 grudnia 2022 r. Oprócz Kerna do innych autorów należą Jacob Wessel, Nathalie Voisin, Konstantinos. Oikonomou i Jannik Haas. Badanie zostało sfinansowane przez Biuro Nauki Departamentu Energii USA w ramach badań w ramach programu MultiSector Dynamics, Earth and Environmental System Modeling Program oraz nagrody programu National Science Foundation INFEWS 1639268.
