Een nieuwe analyse van universitaire en nationale laboratoriumonderzoekers paste een nieuwe modelleringsbenadering toe voor de planning van infrastructuur voor elektriciteitsopwekking op de lange termijn, waarbij rekening wordt gehouden met toekomstige klimaat- en watervoorraden. In vergelijking met traditionele projecties, die geen rekening houden met klimaat-watereffecten op elektriciteitsopwekking, De resultaten van deze nieuwe aanpak tonen aan dat het nationale elektriciteitsnet mogelijk 5,3% tot 12% extra elektriciteitsproductiecapaciteit nodig heeft om aan de vraag en betrouwbaarheidseisen te voldoen. De veranderingen zouden het waterverbruik en de koolstofemissies verlagen, mogelijk helpen om toekomstige klimaatveranderingen te beperken.

De nieuwe studie, dat als omslagartikel zal verschijnen in het online nummer van 3 december en het gedrukte nummer van 13 december van Milieuwetenschap en -technologie , staat vandaag online.

"Dit is de eerste keer dat iemand toekomstige elektriciteitsinfrastructuur onder klimaatverandering heeft gemodelleerd met behulp van een methode die haalbaarheidscontroles omvat om ervoor te zorgen dat de resultaten voldoen aan betrouwbare stroomvoorzieningsdrempels onder klimaat- en waterbeperkingen, " zei de hoofdauteur van de studie, Ariel Miara, een senior onderzoeksmedewerker bij het Advanced Science Research Center van The Graduate Center, CUNY (CUNY ASRC) en een energie, water, en milieuonderzoeker bij het National Renewable Energy Laboratory (NREL) van het Amerikaanse Department of Energy. "We combineerden hydrologische, thermische energiecentrale, en modellen voor capaciteitsuitbreiding om het vertrouwen in de langetermijnplanning van elektriciteitsinfrastructuur te verbeteren bij toekomstige klimaat-watereffecten. Typisch, dit wordt niet gedaan voor de planning van de elektriciteitsinfrastructuur, of het is gedaan, maar zonder haalbaarheidscontroles op resultaten. Onze aanpak stelde ons in staat om regiospecifieke klimaat-watereffecten op de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening te beoordelen en mogelijke aanpassingsstappen te identificeren om de betrouwbaarheid te verbeteren."

Het huidige Amerikaanse net is sterk afhankelijk van thermische energiecentrales die steenkool, nucleair, en aardgasbrandstoffen; deze worden beïnvloed door warme omgevingstemperaturen en hebben grote hoeveelheden water nodig voor koeling. Hernieuwbare energiebronnen zoals zon-PV en wind hebben minimale hoeveelheden water nodig om te kunnen werken, omdat ze geen koeling nodig hebben, maar deze technologieën spelen een veel kleinere rol bij het opwekken van energie via het huidige elektriciteitsnet. Regionale verschillen in configuratie en ontwikkeling van het elektriciteitsnet tot het jaar 2050, samen met veranderingen in klimaat en waterbeschikbaarheid, suggereren dat sommige regio's te maken kunnen krijgen met uitdagingen op het gebied van energiebetrouwbaarheid.

Met hun studie onderzoekers stelden vier vragen:

• Hoe zullen toekomstige klimaat- en watervoorraden van invloed zijn op vier scenario's voor elektriciteitsinfrastructuur?
• Hoe zal hun nieuwe methode voor het modelleren van klimaat-watereffecten op elektriciteitsopwekking zich verhouden tot eerdere inspanningen?
• Welke soorten technologische keuzes zijn nodig om zich aan te passen aan toekomstige klimaat-wateromstandigheden en om te voldoen aan betrouwbare elektriciteitsopwekkingsniveaus?
• Wat zijn de daaruit voortvloeiende economische en ecologische implicaties?

Om deze vragen te beantwoorden, het onderzoeksteam simuleerde eerst scenario's voor capaciteitsuitbreiding voor vier elektriciteitsmixen die verschillende technologietypes bevoordelen (kolen, nucleair, zonne, en business as usual) zonder rekening te houden met de gevolgen van klimaat en water. Deze projecties tot het jaar 2050 gaven een basisbegrip van de resultaten met behulp van de huidige benaderingen voor capaciteitsuitbreiding. Voor hun volgende stap, onderzoekers hielden rekening met klimaat-watereffecten op elke elektriciteitsmix. Deze aanpak stelde hen in staat om het effect ervan op verschillende soorten systemen te beoordelen en mogelijke aanpassingsstappen te verduidelijken die nodig zijn voor elk om aan de energievraag te voldoen. Uit hun analyse bleek dat de capaciteitsreservemarges onder bepaalde betrouwbaarheidsniveaus dalen wanneer capaciteitsprojecties geen rekening houden met klimaat-watereffecten, of wanneer ze proberen, maar geen haalbaarheidscontroles bevatten.

"We hebben aangetoond dat energiesystemen met uitdagingen op het gebied van betrouwbaarheid kunnen worden geconfronteerd zonder aanpassing aan het klimaat en het water, "Zei Miara. "Levensvatbare oplossingen omvatten afwegingen in regionale technologiekeuze en doorgaans meer op hernieuwbare energie gebaseerde versus thermische energieopwekking. Dit resulteert in een lager algemeen waterverbruik en lagere emissies voor onze elektriciteitsopwekkingsbehoeften."

"Deze analyse is het sluitstuk van een lange reeks onderzoeken die dit onderzoeksteam heeft geproduceerd om unieke klimaat-water-milieu-interacties te analyseren in de context van energieplanning op lange termijn onder klimaatverandering, " zei Charles Vörösmarty, een co-auteur van de studie en directeur van het CUNY ASRC Environmental Sciences Initiative. "De studie biedt waardevolle informatie en een eerste stappenplan voor wetenschappers, infrastructuurplanners, energiebedrijven, en gemeenschappen om geïnformeerde gesprekken te voeren over hoe we toekomstige systemen plannen."