Два нові дослідження під керівництвом дослідника з Університету штату Північна Кароліна пропонують попередній огляд того, що споживачі електроенергії на Західному узбережжі можуть відчути за двох різних сценаріїв майбутнього: першого, коли надмірна спека через зміну клімату навантажує електропостачання, а іншого, коли мережа переходить у бік відновлюваних джерел. енергії, а клімат слідує історичним тенденціям. В обох випадках вони виявили, що вартість електроенергії та надійність залишаються вразливими до екстремальних погодних умов.
«Вплив зміни клімату та екстремальних погодних явищ на енергосистему, здебільшого у вигляді посухи та хвиль спеки, погіршиться через зміну клімату», — сказав Джордан Керн, доцент кафедри лісового господарства та екологічних ресурсів у штаті Північна Кароліна. «Навіть коли мережа Західного узбережжя відходить від викопного палива до вітру та сонця, ці екстремальні погодні явища все одно впливатимуть на надійність системи та ціну електроенергії».
Два дослідження, опубліковані в журналі Earth's Future, прогнозують майбутній попит на електроенергію за різними сценаріями. У першому дослідженні дослідники використовували комп’ютерні моделі для моделювання впливу зміни клімату на поточну електромережу в Каліфорнії та на північному заході Тихого океану. Вони оцінили ціну та надійність мережі за 11 різними кліматичними сценаріями між 2030 і 2060 роками, спираючись на численні наукові моделі того, як клімат зміниться за «найгіршого сценарію» викидів викопного палива та іншого менш суворого сценарію.
«Найгірший сценарій варто розглянути, навіть якщо є певні докази того, що світ збирається скоротити викиди викопного палива настільки, щоб цього уникнути», — сказав Керн.
Дослідники виявили більший ризик відключення електроенергії влітку та на початку осені, головним чином через сильну спеку в Каліфорнії, яка викликає високий попит на електроенергію, оскільки люди охолоджують свої будинки. Вони спрогнозували, що будуть випадки дефіциту за всіма сценаріями, крім одного, коли зміна клімату вплине на виробництво електроенергії в обох регіонах одночасно.
Однак вони відзначили, що ці перебої в електроенергії залишатимуться відносно рідкісними. Максимум у найгіршому випадку становив 72 години дефіциту електроенергії на всьому Західному узбережжі за 31 рік.
"Оскільки стає все спекотніше і спекотніше і спекотніше, а попит на електроенергію зростає, ми очікуємо, що мережа вийде з ладу", - сказав Керн. «Ці екстремальні спеки стануть набагато серйознішими».
Екстремальна спека в Каліфорнії також вплине на ціни та постачання електроенергії на північному заході Тихого океану. Історично склалося так, що регіони розділили владу.
«Якщо, і це велике «якщо», історичні обміни електроенергією триватимуть, і Каліфорнія матиме високий попит на електроенергію через спеку, це може призвести до того, що північно-західна частина Тихого океану залишиться без електроенергії, оскільки вони не зможуть зустрітися їхні власні вимоги", - сказав Керн.
Вони також виявили, що зміна клімату може безпосередньо вплинути на північний захід Тихого океану через обмеження постачання гідроенергії, тобто електрики, що отримується від води. Сніг служить запасом енергії, тому зменшення кількості снігу або зміна часу танення зменшує доступну енергію влітку.
Найбільші наслідки зміни клімату на північному заході Тихого океану будуть також наприкінці літа або на початку осені, коли сітка вже напружена. Навіть незначного зменшення потоку у вересні, спричиненого зміною клімату, разом із збільшенням літнього попиту на електроенергію, було б достатньо, щоб викликати більше випадків дефіциту на північному заході Тихого океану. Однак вони також передбачили, що випадки дефіциту по всьому Західному узбережжю через вплив клімату лише на північний захід Тихого океану будуть рідкісними.
Крім питань надійності, дослідники також виявили, що зміна клімату збільшить ціну електроенергії. У найгіршому випадку, коли зміна клімату вплине на постачання та попит на електроенергію як у Каліфорнії, так і на північному заході Тихого океану, вони очікували більше годин, протягом яких оптова ціна електроенергії сягатиме верхньої межі в 1${1}} мегават на годину в Каліфорнії, особливо в кінці літа. Зміна клімату в Каліфорнії також матиме значний вплив на ціни на північному заході Тихого океану.
«Коли ціни підвищуються до 1 дол. США000 за мегават-годину, мережа б’є на сполох», — сказав Керн. «Вони роблять електроенергію такою дорогою частково для того, щоб спонукати людей споживати менше».
У другому дослідженні дослідники оцінили ціну на електроенергію до 2050 року з додаванням до мережі більшої кількості відновлюваних джерел енергії, водночас припускаючи, що електростанції, що працюють на природному газі, все ще залишаться в якості резерву. Вони порівняли п’ять сценаріїв для кожного ринку: два сценарії, які варіюють поєднання сонячної та вітрової енергії за вартістю; один сценарій із додаванням додаткових батарей для накопичення енергії; сценарій, за яким багато людей використовують електромобілі; і тенденція статус-кво. Вони оцінили вартість електроенергії в цих різних системах за 100 репрезентативних років як звичайних, так і екстремальних погодних явищ, які могли статися в історичних кліматичних умовах -- без додаткового потепління клімату.
«З електромережею Західного узбережжя зараз ми знаємо певні речі про те, як вона працюватиме, оскільки вона настільки сильно залежить від гідроенергії --, що сухий рік є поганим, а вологий — хорошим», — сказав Керн. «Ми хотіли знати: коли ви декарбонізуєте мережу на Заході, додаючи електромобілі, батареї, сонячну енергію та вітер, чи зміниться це взагалі?»
Навіть якщо використовувати відновлювані джерела енергії, вони виявили, що надзвичайна посуха та спека все одно призведуть до екстремальних цін -- із «хорошими» роками найнижчих цін через помірні температури та високий потік, а найвищі ціни — через надзвичайну спеку чи посуху.
«Якщо ви думаєте про найгірші роки, ці умови все одно будуть зумовлені тим, що спонукає ці події сьогодні: нестачею води чи хвилею спеки в середині літа», — сказав Керн. «Додавання відновлюваних джерел енергії не змінює найгірший чи найкращий рік, але якось змінює ситуацію в середині».
У Каліфорнії сценарій майбутнього зі збільшенням вітрової енергії призвів до найнижчих цін, а потім сонячної. На північному заході Тихого океану сценарії з найбільшою кількістю як вітру, так і сонця мали найнижчі ціни. Дефіцит пропозиції буде найчастішим на шляху з найбільшим попитом на електромобілі.
«Оскільки мережа використовує більше вітрової та сонячної енергії, ціна падає, тому що це дешевше, і це витісняє природний газ», — сказав Керн. «Виняток полягає в тому, що коли у вас є високий попит на електроенергію від електромобілів, попит стає настільки високим, що він порушує систему. Це досить рідко в наших моделях, але це трапляється, коли мало води та є хвиля спеки».
Керн сказав, що прогнозовані скорочення викидів парникових газів за п’ятьма сценаріями були «консервативними». їхні моделі відображають декарбонізацію до 50 відсотків до 2050 року, тоді як більшість штатів Західного узбережжя поставили перед собою цілі якнайшвидшого здійснення істотних змін.
«Наш ключовий висновок полягав у тому, що коли мережа декарбонізується, ви все ще залишатиметеся вразливими до води та тепла», — сказав Керн. «Ця система не може втекти від цього».
Дослідження «Вплив зміни клімату на динаміку міжрегіонального ринку електроенергії на західному узбережжі США» було опубліковано в Інтернеті в Earth's Future 7 грудня 2021 року. Окрім Керна, іншими авторами були Джой Хілл, Девід Е. Рупп. , Наталі Вуазен і Грегорі Каракліс. Дослідження було підтримано програмою Національного наукового фонду INFEWS під нагородами 1639268 T2 та 170082 T1.
Друге дослідження «Технологічні шляхи можуть допомогти підвищити вплив гідрометрологічної невизначеності мережі Західного узбережжя США» було опубліковано в Інтернеті в Earth's Future 28 грудня 2022 року. Окрім Керна, інші автори включають Джейкоба Весселя, Наталі Вуазен, Константіноса Ойконому та Яннік Хаас. Дослідження було профінансовано Управлінням науки Міністерства енергетики США в рамках досліджень у програмі багатосекторної динаміки, моделювання систем Землі та навколишнього середовища, а також нагородою 1639268 Національного наукового фонду INFEWS.
