Ερευνητές του MIT διαπιστώνουν ότι το πού θα κατασκευαστούν νέα ενεργειακά έργα μπορεί να είναι καθοριστικό για την αποφυγή διακοπών ρεύματος σε ένα μέλλον με θερμότερο κλίμα και άλλες προκλήσεις (news.mit.edu)
Θα οδηγήσουν το θερμαινόμενο κλίμα και τα μεταβαλλόμενα καιρικά μοτίβα σε περισσότερες διακοπές στο δίκτυο και άλλες ενεργειακές διαταραχές;
Η απάντηση σε αυτό το ερώτημα απαιτεί τη μελέτη τόσο των περιφερειακών κλιματικών προβλέψεων όσο και των τοπικών ενεργειακών συστημάτων, συμπεριλαμβανομένης της αναδυόμενης παραγωγής από ανανεώσιμες πηγές, της αποθήκευσης, των γραμμών μεταφοράς και των προβλέψεων ζήτησης.
Η έλλειψη τέτοιων μελετών είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους οι ενεργειακοί αναπτυξιακοί φορείς και οι διαχειριστές δικτύων σπάνια λαμβάνουν υπόψη την κλιματική αλλαγή όταν αποφασίζουν πού θα κατασκευάσουν το επόμενο έργο τους.
Τώρα, ερευνητές του MIT δημιούργησαν έναν τρόπο για τη λήψη αποφάσεων σχετικά με τη χωροθέτηση ενεργειακών έργων με μεγαλύτερη επίγνωση των κλιματικών δεδομένων και έδειξαν πώς αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να καταστήσει τα ενεργειακά συστήματα πιο ανθεκτικά και να μειώσει τις διακοπές ρεύματος.
Το πλαίσιο των ερευνητών, που περιγράφεται σήμερα στο Nature Energy, συνδυάζει μετεωρολογία υψηλής ανάλυσης με λεπτομερείς προσομοιώσεις ενεργειακών υποδομών.
Δείχνει πώς η τοποθεσία νέων ενεργειακών έργων θα διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην κάλυψη της μελλοντικής ζήτησης σε ένα μεταβαλλόμενο κλίμα.
Οι ερευνητές εφάρμοσαν το πλαίσιο αυτό σε απαλλαγμένα από άνθρακα ενεργειακά συστήματα στη Νέα Αγγλία και το Τέξας, διαπιστώνοντας ότι ενεργειακά συστήματα σχεδιασμένα με βάση ιστορικές κλιματικές συνθήκες θα μπορούσαν να αντιμετωπίσουν έως και πενταπλάσια αύξηση στις ελλείψεις ενέργειας, που ενδέχεται να οδηγήσουν σε διακοπές ρεύματος, έως το 2050.
Αντίθετα, η λήψη υπόψη της κλιματικής αλλαγής κατά τον σχεδιασμό του συστήματος βελτίωσε την ανθεκτικότητα των ενεργειακών συστημάτων και των δύο περιοχών χωρίς πρόσθετο ή με πολύ μικρό πρόσθετο κόστος.
«Καθώς μετριάζουμε την κλιματική αλλαγή με τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, μπορούμε επίσης να προσαρμοστούμε στην κλιματική αλλαγή χρησιμοποιώντας μελλοντικές προβλέψεις καιρού στον σχεδιασμό του ενεργειακού μας συστήματος, και το επιπλέον κόστος αυτής της προσαρμογής, τουλάχιστον σε αυτή τη μελέτη, δεν είναι μεγάλο», λέει ο κύριος συγγραφέας Michael Howland, καθηγητής Jeffrey Cheah Career Development του MIT.
«Διαφέρει από άλλες μελέτες προσαρμογής στην κλιματική αλλαγή, όπου η κατασκευή ενός μεγάλου θαλάσσιου τείχους ή άλλες προσπάθειες μετριασμού είναι πραγματικά δαπανηρές. Σε αυτή την περίπτωση, αν είμαστε έξυπνοι όταν σχεδιάζουμε τα σχέδιά μας για την απαλλαγή του ενεργειακού μας συστήματος από τον άνθρακα, θα μπορούσε να κοστίσει σχεδόν τίποτα επιπλέον η ταυτόχρονη προσαρμογή στην κλιματική αλλαγή».
Στη μελέτη συμμετείχαν επίσης η πρώτη συγγραφέας Liying Qiu, πρώην μεταδιδακτορική ερευνήτρια του MIT, οι Rahman Khorramfar και Shen Wang, τωρινοί μεταδιδακτορικοί ερευνητές στο MIT και ο Saurabh Amin, καθηγητής Πολιτικού Μηχανικού Edmund K. Turner του MIT.
Ένας καλύτερος τρόπος σκέψης για τα ενεργειακά έργα
Τα ενεργειακά συστήματα του κόσμου βρίσκονται σε περίοδο αλλαγής. Από την πλευρά της ζήτησης, αυτή η αλλαγή καθοδηγείται από τάσεις όπως η αυξανόμενη ζήτηση για τεχνητή νοημοσύνη και η ηλεκτροδότηση κλάδων όπως οι μεταφορές.
Από την πλευρά της προσφοράς, η αλλαγή αυτή καθοδηγείται από την κατακόρυφη πτώση του κόστους ανανεώσιμων συστημάτων όπως η ηλιακή και η αιολική ενέργεια.
«Αυτή η μείωση του κόστους έχει επιτρέψει την ευρεία ανάπτυξη των ανανεώσιμων πηγών, επειδή αποτελούν τη φθηνότερη λύση παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε πολλές περιοχές», εξηγεί ο Howland.
«Ταυτόχρονα, για πρώτη φορά εδώ και περισσότερο από μία δεκαετία, η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας αρχίζει να αυξάνεται στις ΗΠΑ».
Καθώς αυξάνονται οι χαμηλού κόστους μεταβλητές ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, η εξισορρόπηση προσφοράς και ζήτησης καθ’ όλη τη διάρκεια της ημέρας μπορεί να γίνει δυσκολότερο πρόβλημα για τους διαχειριστές ενεργειακών συστημάτων.
Στην πολυπλοκότητα αυτή προστίθεται το γεγονός ότι τόσο οι ανανεώσιμες πηγές όσο και η ζήτηση ενέργειας επηρεάζονται από τον καιρό και το κλίμα με διαφορετικούς τρόπους σε διαφορετικές περιοχές.
Στο παρελθόν, οι ερευνητές μελετούσαν γενικά τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής σε μεμονωμένες τεχνολογίες, για παράδειγμα εξετάζοντας πώς μπορεί να αλλάξει τα παγκόσμια πρότυπα αιολικής και ηλιακής ενέργειας.
Άλλες μελέτες εξέταζαν την επίδραση της κλιματικής αλλαγής σε πολιτείες ή άλλες μεγάλες περιοχές, παραβλέποντας τις λεπτομέρειες των περιφερειακών ενεργειακών συστημάτων.
Πιο πρόσφατα, έχουν πραγματοποιηθεί μελέτες ειδικές για κάθε περιοχή, αλλά συνήθως βασίζονταν σε παγκόσμια κλιματικά μοντέλα χαμηλής ανάλυσης.
«Αυτό είναι το σημείο στο οποίο τα κλιματικά μοντέλα είναι καλά: να σου δίνουν τη συνολική εικόνα σε χαμηλή ανάλυση», εξηγεί ο Howland.
«Αυτό περιορίζει τις γνώσεις για τον περιφερειακό σχεδιασμό συστημάτων και τις αξιολογήσεις κινδύνου».
Πού πραγματοποιήθηκε η μελέτη του MIT
Για τη μελέτη τους, οι ερευνητές του MIT επέλεξαν να εξετάσουν το Τέξας και τη Νέα Αγγλία, επειδή προσέφεραν δύο διαφορετικούς τύπους κλίματος και ενεργειακών συστημάτων.
Η ομάδα χρησιμοποίησε μοντέλα μετεωρολογίας υψηλής ανάλυσης και εξέτασε την επίδραση της κλιματικής αλλαγής στις ενεργειακές αστοχίες που σχετίζονται με τον καιρό.
«Αυτή η μελέτη εξετάζει τις κοινές, ταυτόχρονες επιπτώσεις σε πολλαπλά στοιχεία του ενεργειακού συστήματος, παρόμοια με τα σύνθετα φαινόμενα που μελετώνται στην επιστήμη του κλίματος», εξηγεί ο Howland.
«Ένα ακραίο καιρικό φαινόμενο μπορεί να επηρεάσει την παραγωγή αιολικής και ηλιακής ενέργειας και τη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας ταυτόχρονα. Η υπόθεσή μας είναι ότι αυτό πιθανότατα θα είναι η μεγαλύτερη επίδραση που θα δούμε από την κλιματική αλλαγή στα ενεργειακά συστήματα».
Οι ερευνητές εξέτασαν επίσης την επίδραση της χρήσης μοντέλων κλιματικής αλλαγής για τη χωροθέτηση ενεργειακών έργων, με ορίζοντα το 2050, καθώς αυτή είναι η τυπική διάρκεια ζωής των αιολικών και ηλιακών εγκαταστάσεων που κατασκευάζονται σήμερα.
Διαπίστωσαν ότι οι τοποθεσίες που είναι καταλληλότερες για την παροχή της ανανεώσιμης αιολικής και ηλιακής ενέργειας που χρειάζεται το δίκτυο ήταν σημαντικά διαφορετικές υπό μελλοντικές κλιματικές συνθήκες σε σχέση με το ιστορικό κλίμα.
Πώς η κλιματική αλλαγή επηρεάζει την τοποθέτηση των συστημάτων
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η κλιματική αλλαγή θα μπορούσε να αυξήσει τις ενεργειακές αστοχίες έως και 500% μέχρι το 2050, εάν η χωροθέτηση δεν λάμβανε υπόψη τις μελλοντικές κλιματικές συνθήκες.
Αυτές οι αστοχίες προκλήθηκαν κυρίως από την αλληλεπίδραση μεταξύ πολυήμερων ελλείψεων ανανεώσιμης παραγωγής και αποφάσεων σχεδιασμού του ενεργειακού συστήματος, όπως το πού θα κατασκευαστούν ηλιακά πάρκα και γραμμές μεταφοράς.
«Λέμε στους ανθρώπους ότι το πού τοποθετείτε την αιολική και την ηλιακή ενέργεια έχει μεγάλη σημασία για την ικανότητά σας να παρέχετε ενέργεια όταν τη χρειάζεστε», εξηγεί η Qiu.
«Χρειάζεται να σκεφτόμαστε περισσότερο το πότε και το πού προσθέτουμε ανανεώσιμες πηγές αντί να εστιάζουμε μόνο στην προσθήκη συνολικής δυναμικότητας».
Στο ενεργειακό σύστημα της Νέας Αγγλίας, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι διαταραχές στην ενεργειακή προσφορά που προκαλούνται από αλλαγές του καιρού λόγω κλιματικής αλλαγής απαιτούν επενδύσεις σε ηλιακή δυναμικότητα και γραμμές μεταφοράς κοντά σε κέντρα ζήτησης ενέργειας, όπως οι πόλεις.
Στο Τέξας, οι κίνδυνοι ενεργειακών διαταραχών προκλήθηκαν κυρίως από περιορισμούς στις γραμμές μεταφοράς.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα σχέδια που λαμβάνουν υπόψη το κλίμα θα έδιναν προτεραιότητα στην προσθήκη αιολικών πάρκων στο Δυτικό Τέξας, ώστε να ευθυγραμμίζονται καλύτερα με τα μελλοντικά πρότυπα ζήτησης.
Η μελέτη θεωρεί ότι και οι δύο περιοχές θα συνεχίσουν να προσθέτουν δυναμικότητα ανανεώσιμης ενέργειας, και έτσι οι ερευνητές κατέληξαν ότι το Τέξας θα μπορούσε να βελτιώσει την ανθεκτικότητα του δικτύου του με σχεδόν μηδενικό πρόσθετο κόστος.
«Δείχνουμε ότι η αύξηση της ενεργειακής ανθεκτικότητας απαιτεί περισσότερα από το να ξοδεύουμε απλώς περισσότερα χρήματα», λέει η Qiu. «Απαιτεί κυρίως καλύτερο και πιο έξυπνο σχεδιασμό».
Μια νέα προσέγγιση στην προσαρμογή
Ο Howland αναφέρει ότι η ευρύτερη θεώρηση της επίδρασης της κλιματικής αλλαγής στα ενεργειακά συστήματα βοήθησε την ομάδα του να αποκτήσει σαφέστερη εικόνα για τους κινδύνους διακοπών ρεύματος και άλλα πιθανά προβλήματα στην προσφορά.
«Σε επίπεδο μεμονωμένης μονάδας παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, δεν είναι απαραίτητα η κλιματική αλλαγή η κυρίαρχη αβεβαιότητα, επομένως το ζήτημα καταλήγει στο πώς όλα αυτά τα στοιχεία του ενεργειακού συστήματος και η ζήτηση ενέργειας συνδέονται μεταξύ τους», λέει ο Howland.
«Εκεί βλέπουμε τη μεγαλύτερη επίδραση της κλιματικής αλλαγής, και όχι στο επίπεδο μεμονωμένων αιολικών ή ηλιακών εγκαταστάσεων».
Επειδή οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ακριβά μοντέλα υψηλής ανάλυσης, ο Howland αναφέρει ότι το νέο μοντέλο τους δεν θα ήταν πρακτικό για τους διαχειριστές δικτύων να το χρησιμοποιούν σήμερα στην καθημερινή τους εργασία, αλλά ελπίζουν σύντομα να αναπτύξουν ταχύτερα μοντέλα που θα μπορούν να χρησιμοποιούν ευκολότερα οι διαχειριστές δικτύων.
«Αυτή η μελέτη δείχνει την ευκαιρία και την ανάγκη», λέει ο Howland. «Υπάρχουν κίνδυνοι αν δεν προσαρμόσουμε το σύστημά μας, αλλά αν το προσαρμόσουμε, μπορεί να υπάρξουν μεγάλες ευκαιρίες που δεν είναι δαπανηρές.
Τώρα η βασική πρόκληση είναι ότι πρέπει να αντιμετωπίσουμε το τεράστιο χάσμα δεδομένων και μετάφρασης που υπάρχει μεταξύ της μετεωρολογίας και του σχεδιασμού και της διαχείρισης των ενεργειακών συστημάτων.
Αυτή τη στιγμή υπάρχει ένα πολύ μεγάλο χάσμα μεταξύ των μοντελοποιητών κλίματος και καιρού και των επαγγελματιών των ενεργειακών συστημάτων. Θέλουμε να συνεχίσουμε να καταρρίπτουμε αυτό το εμπόδιο μέσω διεπιστημονικής έρευνας».
(Η εργασία υποστηρίχθηκε από το MIT Climate Grand Challenges, το MIT Climate and Sustainability Consortium και το MIT Energy Initiative Future Energy Systems Center)
www.worldenergynews.gr
