Klimatförändringar kan leda till strömavbrott och högre energikostnader på västkusten

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

Ursprungligen publicerad av North Carolina State University.
By Laura Oleniacz

Två nya studier ledda av en forskare från North Carolina State University ger en förhandstitt på vad elkonsumenter på västkusten kan uppleva under två olika framtidsscenarier: ett där överdriven värme på grund av klimatförändringar belastar strömförsörjningen, och en där elnätet växlar mot förnybart energi samtidigt som klimatet följer historiska trender. I båda fallen fann de att strömkostnader och tillförlitlighet förblir sårbara för extremt väder.

"Konsekvenserna av klimatförändringar och extrema väderhändelser på nätet, mestadels i form av torka och värmeböljor, kommer att bli värre under klimatförändringarna," sa Jordan Kern, biträdande professor i skogsbruk och miljöresurser vid NC State. "Även när västkustens nät rör sig bort från fossila bränslen mot vind och sol kommer dessa extrema väderhändelser fortfarande att påverka systemets tillförlitlighet och priset på kraft."

Publiceras i tidskriften Jordens framtid, projekterar de två studierna framtida strömförsörjning och efterfrågan under separata scenarier. I den första studien, använde forskare datormodeller för att simulera effekterna av klimatförändringar på det nuvarande elnätet i Kalifornien och Pacific Northwest. De utvärderade nätets pris och tillförlitlighet under 11 olika klimatscenarier mellan 2030 och 2060, med hjälp av flera vetenskapliga modeller för hur klimatet skulle förändras under ett "värsta scenario" med utsläpp av fossila bränslen, och ett annat mindre allvarligt scenario.

"Det värsta scenariot är värt att titta på även om det finns några bevis för att världen kommer att minska utsläppen av fossila bränslen tillräckligt för att undvika det," sa Kern.

Forskarna fann större risk för strömavbrott på sommaren och tidigt på hösten, till stor del driven av extrem värme i Kalifornien som orsakar hög efterfrågan på ström när människor kyler sina hem. De förutspådde att det skulle finnas bristhändelser i alla utom ett scenario där klimatförändringar påverkade kraftproduktionen i båda regionerna samtidigt.

De noterade dock att dessa strömbrister skulle förbli relativt sällsynta. Maximalt under det värsta fallet var 72 timmars strömförsörjningsbrist över hela västkusten under 31 år.

"När det blir varmare och varmare och varmare, och efterfrågan på el blir högre, förväntar vi oss att nätet kommer att misslyckas," sa Kern. "De här extrema värmehändelserna kommer att bli mycket allvarligare."

Extrem värme i Kalifornien skulle också påverka priset och tillgången på kraft i Pacific Northwest. Historiskt sett har regionerna delat makt.

"Om, och det är ett stort 'om', historiska utbyten av el fortsätter, och Kalifornien har en hög efterfrågan på el på grund av värme, kan det få Pacific Northwest att få slut på elektricitet, eftersom de inte kommer att kunna möta deras eget krav, sa Kern.

De fann också att klimatförändringar kan påverka Pacific Northwest direkt genom att begränsa tillgången på vattenkraft, som är el som drivs av vatten. Snö fungerar som lagrad kraft, så minskningar av snö eller förändringar i tidpunkten för snösmältning minskar den tillgängliga kraften på sommaren.

De största effekterna av klimatförändringar på Pacific Northwest skulle också vara under sensommaren eller tidig höst, när nätet redan är stressat. Även små minskningar av strömflödet i september orsakade av klimatförändringar, tillsammans med ökningar av efterfrågan på kraft på sommaren, skulle vara tillräckligt för att orsaka fler bristhändelser i Pacific Northwest. Men de förutspådde också att underskottshändelser på västkusten på grund av klimatpåverkan enbart på Pacific Northwest var sällsynta.

Förutom frågor om tillförlitlighet fann forskarna också att klimatförändringar skulle öka priset på kraft. Under det värsta fallet där klimatförändringarna påverkar strömförsörjningen och efterfrågan i både Kalifornien och i nordvästra Stilla havet, förväntade de sig fler timmar då grossistpriset på el når taket på 1,000 XNUMX megawatt per timme i Kalifornien, särskilt på sensommaren. Klimatförändringar i Kalifornien skulle också ha betydande inverkan på priserna i Stilla havets nordvästra.

"När priserna går upp till $1,000 XNUMX per megawattimme, är det nätet som ringer i varningsklockan," sa Kern. "De gör elen så dyr, delvis för att uppmuntra människor att konsumera mindre."

I en andra studien, utvärderade forskare priset på kraft fram till 2050 med fler förnybara energikällor som lades till nätet, samtidigt som de antog att naturgaskraftverk fortfarande skulle finnas på plats som reserv. De jämförde fem scenarier för varje marknad: två scenarier som varierade blandningen av sol och vind efter kostnad; ett scenario med fler batterier för att lagra ström; ett scenario där många människor adopterar elfordon; och status quo-trenden. De bedömde kostnaden för el i dessa olika system under 100 representativa år av både normala och extrema väderhändelser som kunde inträffa under historiska klimatförhållanden – utan ytterligare klimatuppvärmning.

"Med västkustens nät nu vet vi vissa saker om hur det kommer att fungera eftersom det är så beroende av vattenkraft - att ett torrt år är ett dåligt och ett vått år är bra," sa Kern. "Vad vi ville veta är: när du avkarboniserar nätet västerut, lägger till elfordon, batterier, sol och vind, förändras det överhuvudtaget?"

Även med förnybara energikällor fann de att extrem torka och värme fortfarande skulle driva extremerna i pris – med "bra" år med de lägsta priserna drivna av milda temperaturer och högt flöde, och de högsta priserna drivna av extrem värme eller torka.

"När du tänker på de allra värsta åren, kommer de förhållandena fortfarande att drivas av det som driver dessa händelser idag: brist på vatten eller en värmebölja mitt i sommaren," sa Kern. "Att lägga till förnybar energi förändrar inte det allra sämsta eller bästa året, men det förändrar liksom saker och ting på mitten."

I Kalifornien ledde framtidsscenariot med ökad vindenergi till de lägsta priserna, följt av solel. I nordvästra Stilla havet hade scenarierna med den högsta mängden både vind och sol de lägsta priserna. Utbudsbrister skulle vara vanligast under den väg som har störst efterfrågan på elfordon.

"Eftersom nätet använder mer vind och sol, sjunker priset eftersom det är billigare, och det trycker ut naturgas," sa Kern. "Undantaget är att när man har hög efterfrågan på kraft från elfordon blir efterfrågan så hög att det bryter sönder systemet. Det är ganska sällsynt i våra modeller, men det händer när det inte finns mycket vatten och det finns en värmebölja.”

Kern sa att de minskningar som de projicerade i utsläpp av växthusgaser under de fem scenarierna var "konservativa." deras modeller kartlägger upp till 50 % avkolning fram till 2050, medan de flesta västkuststater har satt upp mål att göra mer omfattande förändringar tidigare.

"Vårt viktigaste fynd var att när nätet avkolas kommer du fortfarande att sitta kvar med den sårbarheten för vatten och värme," sa Kern. "Det här är ett system som inte kan fly från det."

Studien, "Effekterna av klimatförändringar på interregional elmarknadsdynamik på den amerikanska västkusten,” publicerades online i Jordens framtid den 7 december 2021. Förutom Kern var de andra författarna Joy Hill, David E. Rupp, Nathalie Voisin och Gregory Characklis. Studien stöddes av National Science Foundation INFEWS-programmet under utmärkelserna 1639268 T2 och 170082 T1.

Den andra studien, "Teknikvägar kan hjälpa till att driva USA:s västkustnäts exponering för hydrometerologisk osäkerhet," publicerades online i Jordens framtid den 28 december 2022. Till de andra författarna hör förutom Kern Jacob Wessel, Nathalie Voisin, Konstantinos Oikonomou och Jannik Haas. Studien finansierades av US Department of Energy Office of Science som en del av forskningen inom MultiSector Dynamics, Earth and Environmental System Modeling Program samt National Science Foundation INFEWS program award 1639268.

Källa:

- "Effekterna av klimatförändringar på interregional elmarknadsdynamik på USA:s västkust"
- Författarna: Joy Hill, Jordan Kern, David E. Rupp, Nathalie Voisin och Gregory Characklis
- publicerade online i Jordens framtid den X. 7, 2021.
- DOI: 10.1029/2021EF002400
- "Teknikvägar kan hjälpa till att driva USA:s västkustnäts exponering för hydrometerologisk osäkerhet"
- Författarna: Jacob Wessel, Jordan D. Kren, Nathalie Voisin, Konstantinos Oikonomou och Jannik Haas
- publicerade online i Jordens framtid den X. 28, 2022.
- DOI: /10.1029/2021EF002187