Dvije nove studije koje je vodio istraživač Državnog sveučilišta Sjeverne Karoline nude pregled onoga što bi potrošači električne energije na Zapadnoj obali mogli iskusiti prema dva različita scenarija budućnosti: jednom u kojem pretjerana toplina zbog klimatskih promjena opterećuje opskrbu električnom energijom i drugom u kojem se mreža pomiče prema obnovljivim izvorima energije energije dok klima prati povijesne trendove. U oba slučaja, otkrili su da troškovi električne energije i pouzdanost ostaju osjetljivi na ekstremne vremenske uvjete.
"Utjecaji klimatskih promjena i ekstremnih vremenskih događaja na mrežu, uglavnom u obliku suše i toplinskih valova, pogoršat će se zbog klimatskih promjena", rekao je Jordan Kern, docent za šumarstvo i okolišne resurse na NC State. "Čak i dok se mreža Zapadne obale odmiče od fosilnih goriva prema vjetru i suncu, ovi ekstremni vremenski događaji i dalje će utjecati na pouzdanost sustava i cijenu energije."
Objavljene u časopisu Earth's Future, dvije studije predviđaju buduću ponudu i potražnju električne energije prema različitim scenarijima. U prvoj studiji istraživači su koristili računalne modele za simulaciju utjecaja klimatskih promjena na trenutnu električnu mrežu u Kaliforniji i pacifičkom sjeverozapadu. Procijenili su cijenu i pouzdanost mreže prema 11 različitih klimatskih scenarija između 2030. i 2060., oslanjajući se na više znanstvenih modela o tome kako bi se klima promijenila prema "najgorem scenariju" emisija fosilnih goriva i drugom manje ozbiljnom scenariju.
"Vrijedi razmotriti najgori mogući scenarij čak i ako postoje neki dokazi da će svijet dovoljno smanjiti emisije fosilnih goriva da to izbjegne", rekao je Kern.
Istraživači su otkrili veći rizik od nestanka struje ljeti i rane jeseni, uglavnom zbog ekstremne vrućine u Kaliforniji koja uzrokuje veliku potražnju za električnom energijom dok ljudi hlade svoje domove. Predvidjeli su da će biti manjka u svim scenarijima osim u jednom u kojem klimatske promjene utječu na proizvodnju električne energije u obje regije istovremeno.
Međutim, primijetili su da će ti nedostaci snage ostati relativno rijetki. Maksimum u najgorem slučaju bio je 72 sata nestašica opskrbe električnom energijom na cijeloj Zapadnoj obali tijekom 31 godine.
"Kako postaje sve toplije i toplije i toplije, a potražnja za električnom energijom sve veća, očekujemo da će mreža pasti", rekao je Kern. "Te ekstremne vrućine postat će mnogo ozbiljnije."
Ekstremna vrućina u Kaliforniji također bi utjecala na cijenu i opskrbu strujom na pacifičkom sjeverozapadu. Povijesno gledano, regije su dijelile vlast.
"Ako se, a to je veliko 'ako', povijesne razmjene električne energije nastave, a Kalifornija ima veliku potražnju za električnom energijom zbog vrućine, to bi moglo uzrokovati da pacifički sjeverozapad ostane bez struje, jer neće moći zadovoljiti vlastiti zahtjev", rekao je Kern.
Također su otkrili da klimatske promjene mogu izravno utjecati na pacifički sjeverozapad ograničavanjem opskrbe hidroenergijom, odnosno električnom energijom koju pokreće voda. Snijeg služi kao pohranjena energija, tako da smanjenje količine snijega ili promjene vremena otapanja smanjuju snagu dostupnu ljeti.
Najveći učinci klimatskih promjena na pacifičkom sjeverozapadu također bi bili u kasno ljeto ili ranu jesen, kada je mreža već pod stresom. Čak i mala smanjenja protoka u rujnu uzrokovana klimatskim promjenama, zajedno s povećanjem ljetne potražnje za električnom energijom, bila bi dovoljna da izazovu nove nedostatke na pacifičkom sjeverozapadu. Međutim, također su projicirali da će događaji manjka na zapadnoj obali zbog klimatskih utjecaja samo na pacifičkom sjeverozapadu biti rijetki.
Osim pitanja pouzdanosti, istraživači su također otkrili da će klimatske promjene povećati cijenu energije. U najgorem slučaju u kojem klimatske promjene utječu na ponudu i potražnju električne energije u Kaliforniji i na pacifičkom sjeverozapadu, očekivali su više sati u kojima će veleprodajna cijena električne energije doseći gornju granicu od 1 USD000 megavata po satu u Kaliforniji, posebno u kasno ljeto. Klimatske promjene u Kaliforniji također bi imale značajan utjecaj na cijene na sjeverozapadu Tihog oceana.
"Kada cijene porastu do $1,000 po megavat satu, to je mreža koja zvoni na uzbunu", rekao je Kern. "Poskupljuju električnu energiju dijelom kako bi potaknuli ljude da troše manje."
U drugoj studiji, istraživači su procijenili cijenu električne energije do 2050. s više obnovljivih izvora energije dodanih u mrežu, uz pretpostavku da će elektrane na prirodni plin i dalje biti na mjestu kao rezerva. Usporedili su pet scenarija za svako tržište: dva scenarija koja su mijenjala kombinaciju solarne energije i vjetra prema cijeni; jedan scenarij s više baterija dodanih za pohranu energije; scenarij u kojem mnogi ljudi usvajaju električna vozila; i status quo trend. Procijenili su cijenu električne energije u tim različitim sustavima u razdoblju od 100 reprezentativnih godina normalnih i ekstremnih vremenskih događaja koji bi se mogli dogoditi u povijesnim klimatskim uvjetima -- bez dodatnog zagrijavanja klime.
"S mrežom Zapadne obale sada znamo određene stvari o tome kako će funkcionirati jer se toliko oslanja na hidroenergiju -- da je sušna godina loša, a vlažna dobra", rekao je Kern. "Ono što smo htjeli znati je: kako dekarbonizirate mrežu na zapadu, dodajući električna vozila, baterije, solarnu energiju i vjetar, mijenja li se to uopće?"
Čak i s obnovljivim izvorima energije, otkrili su da će ekstremna suša i vrućina i dalje uzrokovati ekstremne cijene -- s "dobrim" godinama najnižih cijena potaknutih blagim temperaturama i visokim protokom, a najvišim cijenama potaknutim ekstremnom vrućinom ili sušom.
"Kada razmišljate o najgorim godinama, ti će uvjeti i dalje biti vođeni onim što pokreće te događaje danas: nedostatkom vode ili toplinskim valom usred ljeta", rekao je Kern. "Dodavanje obnovljive energije ne mijenja najgoru ili najbolju godinu, ali na neki način pomiče stvari u sredini."
U Kaliforniji je budući scenarij s povećanom energijom vjetra doveo do najnižih cijena, a slijedi je solarna. Na pacifičkom sjeverozapadu, scenariji s najvećom količinom vjetra i sunca imali su najniže cijene. Nedostaci u opskrbi bili bi najčešći u smjeru s najvećom potražnjom za električnim vozilima.
"Kako mreža koristi više vjetra i sunca, cijena pada jer je jeftiniji, a istiskuje prirodni plin", rekao je Kern. "Iznimka je to što kada imate veliku potražnju za električnom energijom iz električnih vozila, potražnja postane toliko visoka da pokvari sustav. To je prilično rijetko u našim modelima, ali događa se kada nema puno vode i postoji toplinski val."
Kern je rekao da su smanjenja koja su projicirali u emisijama stakleničkih plinova prema pet scenarija "konzervativna;" njihovi modeli prikazuju do 50 posto dekarbonizacije do 2050. godine, dok je većina država zapadne obale postavila ciljeve da što prije naprave značajnije pomake.
"Naše je ključno otkriće bilo da ćete, kako se mreža dekarbonizira, i dalje ostati ranjivi na vodu i toplinu", rekao je Kern. – Ovo je sustav koji od toga ne može pobjeći.
Studija, "Učinci klimatskih promjena na međuregionalnu dinamiku tržišta električne energije na zapadnoj obali SAD-a", objavljena je online u časopisu Earth's Future 7. prosinca 2021. Osim Kerna, drugi autori bili su Joy Hill, David E. Rupp , Nathalie Voisin i Gregory Characklis. Studiju je podržala Nacionalna znanstvena zaklada INFEWS program pod nagradama 1639268 T2 i 170082 T1.
Druga studija, "Tehnološki putevi mogli bi pomoći u povećanju izloženosti mreže Zapadne obale SAD hidrometrološkoj nesigurnosti," objavljena je online u časopisu Earth's Future 28. prosinca 2022. Osim Kerna, drugi autori su Jacob Wessel, Nathalie Voisin, Konstantinos Oikonomou i Jannik Haas. Studiju je financirao Ured za znanost Ministarstva energetike SAD-a kao dio istraživanja u MultiSector Dynamics, Earth and Environmental System Modeling Program, kao i Nacionalna znanstvena zaklada INFEWS program nagrada 1639268.
