Новое исследование, которое будет представлено в качестве обложки в онлайн-выпуске журнала Environmental Science & Technology за 3 декабря и в печатном выпуске от 13 декабря, доступно сегодня в Интернете.
«Это первый случай, когда кто-либо смоделировал будущую инфраструктуру электроснабжения в условиях изменения климата, используя метод, включающий технико-экономические проверки, чтобы гарантировать, что результаты соответствуют надежным пороговым значениям энергоснабжения в условиях ограничений, связанных с климатом и водными ресурсами», – сказал ведущий автор исследования Ариэль Миара, старший научный сотрудник. с Центром перспективных научных исследований в Центре аспирантов, CUNY (CUNY ASRC) и исследователем энергетики, воды и окружающей среды с U.S. Национальная лаборатория 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 будущего воздействия климата и воды. Как правило, это не делается для планирования инфраструктуры электроснабжения или делается без технико-экономического обоснования результатов.
Наш подход позволил нам оценить влияние климата и воды на надежность электроснабжения в конкретных регионах и определить возможные меры адаптации для повышения надежности."
Текущий U.S. энергосистема в значительной степени зависит от тепловых электростанций, использующих уголь, ядерное топливо и природный газ; они подвержены влиянию высоких температур окружающей среды и нуждаются в большом количестве воды для охлаждения.
Возобновляемые источники энергии, такие как солнечные фотоэлементы и ветер, требуют минимального количества воды для работы, поскольку они не требуют охлаждения, но эти технологии играют гораздо меньшую роль в выработке энергии в сегодняшней энергосистеме. Региональные различия в конфигурации и развитии энергосистемы до 2050 года, а также изменения климата и доступности воды предполагают, что некоторые регионы могут столкнуться с проблемами надежности электроснабжения.
В своем исследовании исследователи задали четыре вопроса:
Как будущее состояние климата и водных ресурсов повлияет на четыре сценария развития инфраструктуры электроэнергетики?
Как их новый метод моделирования воздействия климата и воды на производство электроэнергии будет сравниваться с предыдущими усилиями??
Какие типы технологий потребуются для адаптации к будущим водно-климатическим условиям 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, отдавая предпочтение различным типам технологий (уголь, атомная энергия, солнечная энергия и обычный бизнес) без учета воздействия климата и воды. Эти прогнозы до 2050 года обеспечили базовое понимание результатов с использованием текущих подходов к расширению производственных мощностей.
На следующем этапе исследователи учли влияние климата и воды на каждую комбинацию электроэнергии. Этот подход позволил им оценить его влияние на различные типы систем и выяснить потенциальные меры адаптации, необходимые для каждой из них, чтобы удовлетворить потребности в энергии. Их анализ показал, что запасы мощности опускаются ниже определенных уровней надежности, когда прогнозы мощности не учитывают воздействия климата и воды, или когда они пытаются, но не включают проверки осуществимости.
«Мы показали, что энергосистемы могут столкнуться с проблемами надежности без адаптации к климату и воде», – сказала Миара. «Жизнеспособные решения включают компромисс в выборе региональных технологий и, как правило, использование возобновляемых источников энергии по сравнению с выработкой тепловой энергии. Это приводит к снижению общего водопотребления и выбросов для наших нужд в производстве электроэнергии."
«Этот анализ является краеугольным камнем в 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 Воросмарти, соавтор книги исследование и директор Инициативы CUNY ASRC по экологическим наукам. «Исследование предоставляет ценную информацию и первоначальную дорожную карту для ученых, специалистов по планированию инфраструктуры, энергетических компаний и сообществ, чтобы они могли обсудить, как мы планируем будущие системы."
Это исследование было совместным усилием NREL и Sandia National Laboratories. Исследование финансировалось в рамках Программы устойчивого развития водных ресурсов и климата Национального научного фонда (главный исследователь: Чарльз Воросмарти).