Новый анализ, проведенный исследователями из университетских и национальных лабораторий, применил новый подход к моделированию для долгосрочного планирования инфраструктуры производства электроэнергии, который учитывает будущие условия климата и водных ресурсов. По сравнению с традиционными прогнозами, которые не учитывают воздействие климата и воды на производство электроэнергии, результаты этого нового подхода показывают, что национальной энергосистеме может потребоваться дополнительно 5. От 3% до 12% генерирующих мощностей для удовлетворения спроса и требований надежности. Изменения снизят потребление воды и выбросы углерода, что потенциально поможет смягчить будущие изменения климата.
Новое исследование, которое будет представлено в качестве обложки онлайн-выпуска журнала «Environmental Science & Technology» от 3 декабря и печатного номера журнала «Environmental Science & Technology» от 13 декабря, доступно в Интернете сегодня.
«Это первый случай, когда кто-либо смоделировал будущую инфраструктуру электроснабжения в условиях изменения климата, используя метод, который включает в себя проверку осуществимости, чтобы гарантировать, что результаты соответствуют пороговым значениям надежного энергоснабжения в условиях ограничений, связанных с климатом и водными ресурсами», - сказал ведущий автор исследования Ариэль Миара., старший научный сотрудник Центра перспективных научных исследований в Центре аспирантуры CUNY (CUNY ASRC) и исследователь энергетики, воды и окружающей среды в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США (NREL). «Мы объединили гидрологические модели с высоким разрешением, модели тепловых электростанций и модели увеличения мощности, чтобы повысить уверенность в долгосрочном планировании инфраструктуры электроснабжения в условиях будущих воздействий на климат и воду. Как правило, это не делается для планирования инфраструктуры электроснабжения или делается, но без проверки осуществимости результатов. Наш подход позволил нам оценить влияние воды и климата на надежность электроснабжения в конкретном регионе и определить потенциальные шаги по адаптации для повышения надежности».
Существующая энергосистема США в значительной степени зависит от тепловых электростанций, которые используют уголь, атомную энергетику и природный газ; они подвержены влиянию высоких температур окружающей среды и нуждаются в большом количестве воды для охлаждения. Возобновляемые источники энергии, такие как солнечная фотоэлектрическая энергия и ветер, требуют минимального количества воды для работы, поскольку они не требуют охлаждения, но эти технологии играют гораздо меньшую роль в производстве энергии в сегодняшней энергосистеме. Региональные различия в конфигурации и развитии электросетей до 2050 года, а также изменения климата и наличия воды предполагают, что некоторые регионы могут столкнуться с проблемами надежности электроснабжения.
В своем исследовании исследователи задали четыре вопроса:
- Как будущие условия климата и водных ресурсов повлияют на четыре сценария инфраструктуры электроснабжения?
- Как их новый метод моделирования воздействия воды и климата на выработку электроэнергии будет сравниваться с предыдущими попытками?
- Какие технологические решения потребуются для адаптации к будущим условиям климата и воды и обеспечения надежного уровня выработки электроэнергии?
- Каковы в результате экономические и экологические последствия?
Чтобы ответить на эти вопросы, исследовательская группа сначала смоделировала сценарии расширения мощностей для четырех комбинаций электроэнергии в пользу различных типов технологий (уголь, атомная энергетика, солнечная энергия и обычный бизнес) без учета воздействия на климат и воду. Эти прогнозы до 2050 года обеспечили базовое понимание результатов с использованием текущих подходов к расширению мощностей. В качестве следующего шага исследователи учли воздействие климата и воды на каждую электрическую смесь. Этот подход позволил им оценить его влияние на различные типы систем и выяснить потенциальные шаги по адаптации, необходимые для каждого из них для удовлетворения потребностей в энергии. Их анализ показал, что пределы резерва мощности падают ниже определенных уровней надежности, когда в прогнозах мощности не учитывалось воздействие на климат и воду, или когда они пытались это сделать, но не включали технико-экономические обоснования.
«Мы показали, что энергосистемы могут столкнуться с проблемами надежности без адаптации к климату и воде», - сказала Миара. «Жизнеспособные решения включали в себя компромиссы в выборе региональных технологий и, как правило, больше основанных на возобновляемых источниках энергии, чем на тепловой энергии. Это приводит к снижению общего потребления воды и выбросов для наших нужд производства электроэнергии».
«Этот анализ является краеугольным камнем длинной серии исследований, проведенных этой исследовательской группой для анализа уникальных взаимодействий климата, воды и окружающей среды в контексте долгосрочного энергетического планирования в условиях изменения климата», - сказал Чарльз Вёрёсмарти, соавтор исследования и директор Инициативы экологических наук CUNY ASRC.«Исследование предоставляет ценную информацию и начальную дорожную карту для ученых, специалистов по планированию инфраструктуры, энергетических компаний и сообществ, чтобы они могли вести информированные разговоры о том, как мы планируем будущие системы».