Dvě nové studie vedené výzkumníkem ze Státní univerzity v Severní Karolíně nabízejí náhled toho, co by spotřebitelé elektřiny na západním pobřeží mohli zažít ve dvou různých budoucích scénářích: jeden, kdy nadměrné teplo v důsledku změny klimatu zatěžuje dodávky energie, a jeden, kdy se síť posouvá směrem k obnovitelným zdrojům energie. energie, zatímco klima sleduje historické trendy. V obou případech zjistili, že náklady na energii a spolehlivost zůstávají citlivé na extrémní počasí.
"Dopady změny klimatu a extrémních povětrnostních jevů na rozvodnou síť, většinou ve formě sucha a vln veder, se v důsledku změny klimatu zhorší," řekl Jordan Kern, odborný asistent lesnictví a environmentálních zdrojů na NC State. "I když se rozvodná síť na západním pobřeží odkloní od fosilních paliv směrem k větru a slunci, budou tyto extrémní jevy počasí stále ovlivňovat spolehlivost systému a cenu energie."
Tyto dvě studie, zveřejněné v časopise Earth's Future, projektují budoucí dodávky energie a poptávku v rámci samostatných scénářů. V první studii vědci použili počítačové modely k simulaci dopadů změny klimatu na současnou elektrickou síť v Kalifornii a na severozápadě Pacifiku. Hodnotili cenu a spolehlivost sítě podle 11 různých klimatických scénářů v letech 2030 až 2060, přičemž čerpali z mnoha vědeckých modelů, jak by se klima změnilo v případě „nejhoršího scénáře“ emisí fosilních paliv a dalšího méně závažného scénáře.
"Nejhorší scénář stojí za to se podívat, i když existují důkazy, že svět sníží emise fosilních paliv natolik, aby se tomu vyhnul," řekl Kern.
Výzkumníci zjistili větší riziko výpadků elektřiny v létě a na začátku podzimu, což je z velké části způsobeno extrémním teplem v Kalifornii, které způsobuje vysokou poptávku po energii, když lidé ochlazují své domovy. Předpokládali, že ve všech scénářích kromě jednoho, kdy změna klimatu ovlivnila výrobu elektřiny v obou regionech současně, dojde k výpadkům.
Poznamenali však, že tyto výpadky energie zůstanou relativně vzácné. Maximum v nejhorším případě bylo 72 hodin výpadku napájení na celém západním pobřeží během 31 let.
"Jak bude stále tepleji a tepleji a poptávka po elektřině se zvyšuje, očekáváme, že síť selže," řekl Kern. "Tyto extrémní vedra budou mnohem závažnější."
Extrémní horko v Kalifornii by také ovlivnilo cenu a dodávky elektřiny na severozápadě Pacifiku. Historicky se regiony dělily o moc.
„Pokud, a to je velké ‚kdyby‘, historické výměny elektřiny budou pokračovat a Kalifornie bude mít vysokou poptávku po elektřině kvůli teplu, mohlo by to způsobit, že severozápadnímu Pacifiku dojde elektřina, protože nebudou moci vyhovět jejich vlastní požadavek,“ řekl Kern.
Zjistili také, že změna klimatu by mohla ovlivnit severozápadní Pacifik přímo omezením dodávek vodní energie, což je elektřina poháněná vodou. Sníh slouží jako akumulovaná energie, takže snížení množství sněhu nebo změny v načasování tání sněhu snižují energii dostupnou v létě.
Největší dopady změny klimatu na pacifický severozápad by byly také koncem léta nebo začátkem podzimu, kdy je síť již namáhána. Dokonce i malé poklesy průtoku v září způsobené změnou klimatu spolu se zvýšením letní poptávky po energii by stačily k tomu, aby způsobily další výpadky na severozápadě Pacifiku. Předpokládali však také, že výpadky na celém západním pobřeží v důsledku klimatických dopadů na pacifický severozápad budou vzácné.
Kromě otázek spolehlivosti vědci také zjistili, že změna klimatu zvýší cenu energie. V nejhorším případě, kdy změna klimatu ovlivňuje nabídku a poptávku po elektřině jak v Kalifornii, tak na severozápadě Pacifiku, očekávali více hodin, kdy velkoobchodní cena elektřiny dosáhne limitu 1 $000 megawattů za hodinu v Kalifornii, zejména v pozdním létě. Změna klimatu v Kalifornii by také měla významný dopad na ceny na severozápadě Pacifiku.
"Když ceny stoupnou na 1 $000 za megawatthodinu, na poplach zazvoní síť," řekl Kern. "Zdražují elektřinu částečně proto, aby motivovali lidi ke spotřebě méně."
Ve druhé studii výzkumníci hodnotili cenu elektřiny do roku 2050 s více obnovitelnými zdroji energie přidanými do sítě, přičemž předpokládali, že elektrárny na zemní plyn budou stále na místě jako záložní. Porovnali pět scénářů pro každý trh: dva scénáře, které měnily kombinaci solární a větrné energie podle nákladů; jeden scénář s více bateriemi přidanými pro uložení energie; scénář, ve kterém mnoho lidí přijímá elektrická vozidla; a trend status quo. Posoudili náklady na elektřinu v těchto různých systémech za 100 reprezentativních let normálních i extrémních povětrnostních jevů, které by mohly nastat za historických klimatických podmínek -- bez dalšího oteplování klimatu.
„S rozvodnou sítí na západním pobřeží nyní víme určité věci o tom, jak bude fungovat, protože tolik spoléhá na vodní energii --, že suchý rok je špatný a vlhký rok dobrý,“ řekl Kern. "Chtěli jsme vědět, že když dekarbonizujete rozvodnou síť na západě, přidáváte elektrická vozidla, baterie, solární a větrné elektrárny, změní se to vůbec?"
Dokonce i v případě obnovitelných zdrojů zjistili, že extrémní sucho a teplo by stále vedly k cenovým extrémům -- s „dobrými“ roky nejnižších cen způsobených mírnými teplotami a vysokým průtokem a nejvyššími cenami způsobenými extrémním horkem nebo suchem.
"Když se zamyslíte nad těmi nejhoršími roky, tyto podmínky budou stále řízeny tím, co tyto události řídí dnes: nedostatek vody nebo vlna veder uprostřed léta," řekl Kern. "Přidání obnovitelné energie nemění úplně nejhorší nebo nejlepší rok, ale trochu to posouvá uprostřed."
V Kalifornii vedl budoucí scénář se zvýšenou větrnou energií k nejnižším cenám, následovaným solární energií. Na severozápadě Pacifiku měly scénáře s nejvyšším množstvím větru i slunce nejnižší ceny. Výpadky dodávek by byly nejčastější na trase s největší poptávkou po elektrických vozidlech.
"S tím, jak síť využívá více větru a slunce, cena klesá, protože je levnější, a vytlačuje zemní plyn," řekl Kern. "Výjimkou je, že když máte vysokou poptávku po energii z elektrických vozidel, poptávka je tak vysoká, že to narušuje systém. U našich modelů je to docela vzácné, ale stává se to, když je málo vody a je tam vlna veder."
Kern řekl, že snížení emisí skleníkových plynů, které předpokládali podle pěti scénářů, bylo „konzervativní“. jejich modely mapují až 50procentní dekarbonizaci do roku 2050, zatímco většina států západního pobřeží si stanovila cíle provést podstatnější změny dříve.
"Naším klíčovým zjištěním bylo, že jak se síť dekarbonizuje, stále vám zůstane tato zranitelnost vůči vodě a teplu," řekl Kern. "Toto je systém, který před tím nemůže utéct."
Studie „The Effects of Climate Change on Interregional Electricity Market Dynamics on the US West Coast“ byla publikována online v Earth's Future dne 7. prosince 2021. Kromě Kerna byli dalšími autory Joy Hill, David E. Rupp , Nathalie Voisin a Gregory Characklis. Studie byla podpořena programem National Science Foundation INFEWS v rámci ocenění 1639268 T2 a 170082 T1.
Druhá studie, „Technologické cesty by mohly pomoci řídit vystavení sítě amerického západního pobřeží hydrometrologické nejistotě“, byla zveřejněna online v Earth's Future dne 28. prosince 2022. Kromě Kerna mezi další autory patří Jacob Wessel, Nathalie Voisin, Konstantinos Oikonomou a Jannik Haas. Studie byla financována americkým ministerstvem energetiky Office of Science jako součást výzkumu v programu MultiSector Dynamics, Earth and Environmental System Modeling Program, stejně jako ocenění programu National Science Foundation INFEWS 1639268.
