Неопределенное будущее климата может нарушить энергетические системы

Прогнозируется, что экстремальные погодные явления, такие как сильная засуха, штормы и жара, станут более распространенными и уже начинают происходить. Менее изученным является влияние на энергетические системы и то, как сообщества могут избежать дорогостоящих сбоев, таких как частичное или полное отключение электроэнергии.

В настоящее время международная группа ученых опубликовала новое исследование, в котором предлагается методология оптимизации для проектирования устойчивых к изменению климата энергетических систем и для обеспечения того, чтобы общины могли удовлетворять будущие потребности в энергии с учетом погодных и климатических изменений. Их результаты были недавно опубликованы в журнале Nature Energy.

“С одной стороны спрос на энергию – существуют различные типы потребностей зданий, такие как отопление, охлаждение и освещение. Из-за долгосрочного изменения климата и кратковременных экстремальных погодных явлений меняется внешняя среда, что приводит к изменениям в повышение спроса на энергию”, – сказал Тяньчжэнь Хонг, ученый из лаборатории Беркли, который помогал в разработке исследования. “С другой стороны, климат может также влиять на энергоснабжение, такое, как выработка электроэнергии от гидро, солнечной и ветряных электростанций. Они также могут измениться из-за погодных условий”.

Работая с исследователями из Швейцарии, Швеции и Австралии под руководством ученого из Политехнической академии Лозанны (EPFL), команда разработала устойчиво-стохастический метод оптимизации для количественного определения воздействий, а затем использует данные для проектирования устойчивой к изменению климата энергетических систем. Стохастические методы оптимизации часто используются, когда переменные являются случайными или неопределенными.

“Энергетические системы созданы для работы в течение 30 или более лет. Сегодняшняя практика состоит в том, чтобы просто исходить из типичных погодных условий сегодня. Городские планировщики и проектировщики обычно не учитывают будущие неопределенности”, – сказал Хонг, специалист по вычислительной технике, ведущий широкомасштабное моделирование энергетики в лаборатории Беркли. – “Существует большая неопределенность в отношении будущего климата и погоды”.

Энергетические системы, как определено в исследовании, обеспечивают потребности в энергии, а иногда и запас энергии для промышленных зданий. Поставляемая энергия может включать газ или электричество из обычных или возобновляемых источников. Такие общественные энергетические системы не так распространены в США и других странах мира, но их можно найти в некоторых университетских городках или в бизнес-районах.

Ученые исследовали широкий спектр сценариев для 30 шведских городов. Они обнаружили, что при некоторых сценариях энергетические системы в некоторых городах не смогут генерировать достаточно энергии. Примечательно, что изменчивость климата может создать разрыв в 34% между общим производством и потреблением энергии и 16%-ное снижение надежности энергоснабжения – ситуация, которая может привести к отключению электроэнергии.

“Мы наблюдали, что современные энергетические системы спроектированы таким образом, что они очень чувствительны к экстремальным погодным явлениям, таким как штормы и жара”, – сказал Дасун Перера, ученый из Лаборатории физики солнечной энергии и строительства EPFL и ведущий автор исследования. – “Мы также обнаружили, что изменчивость климата и погоды приведет к значительным колебаниям возобновляемой энергии, подаваемой в электрические сети, а также к потреблению энергии. Это затруднит согласование потребности в энергии и ее выработки. Борьба с последствиями изменения климата будет сложнее, чем мы думали раньше.”

Авторы отмечают, что 3,5 миллиарда человек живут в городских районах, потребляя две трети мировой энергии, и к 2050 году городские районы, как ожидается, будут содержать более двух третей населения мира. “Распределенные энергетические системы, которые поддерживают интеграцию технологий возобновляемой энергии, будут поддерживать переход энергии в городских условиях и играть жизненно важную роль в адаптации к изменению климата и смягчении его последствий”, – написали они.

Хонг возглавляет исследовательскую группу по городской науке в лаборатории Беркли, которая изучает вопросы энергетики и окружающей среды в масштабе города. Эта группа входит в подразделение Berkeley Lab по строительным технологиям и городским системам, которое на протяжении десятилетий находится на передовом крае исследований в области повышения энергоэффективности в искусственной среде.