Extreme weersomstandigheden, zoals ernstige droogte, stormen, en hittegolven - er wordt voorspeld dat ze meer gemeengoed zullen worden en beginnen zich nu al voor te doen. Wat minder is onderzocht, is de impact op energiesystemen en hoe gemeenschappen kostbare verstoringen kunnen voorkomen, zoals gedeeltelijke of totale black-outs.

Nu heeft een internationaal team van wetenschappers een nieuwe studie gepubliceerd waarin een optimalisatiemethode wordt voorgesteld voor het ontwerpen van klimaatbestendige energiesystemen en om ervoor te zorgen dat gemeenschappen in staat zullen zijn om aan toekomstige energiebehoeften te voldoen, gezien het weer en de klimaatvariabiliteit. Hun bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in Natuur Energie .

"Aan de ene kant is er de vraag naar energie - er zijn verschillende soorten gebouwbehoeften, zoals verwarming, koeling, en verlichting. Door de klimaatverandering op lange termijn en extreme weersomstandigheden op korte termijn, de buitenomgeving verandert, wat leidt tot veranderingen in de energievraag van gebouwen, " zei Tianzhen Hong, een Berkeley Lab-wetenschapper die heeft geholpen bij het ontwerpen van de studie. "Aan de andere kant, klimaat kan ook de energievoorziening beïnvloeden, zoals stroomopwekking uit waterkracht, zonne- en windturbines. Die kunnen ook veranderen door de weersomstandigheden."

Werken met medewerkers uit Zwitserland, Zweden, en Australië, en geleid door een wetenschapper aan de Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), het team ontwikkelde een stochastisch-robuuste optimalisatiemethode om de impact te kwantificeren en vervolgens de gegevens te gebruiken om klimaatbestendige energiesystemen te ontwerpen. Stochastische optimalisatiemethoden worden vaak gebruikt wanneer variabelen willekeurig of onzeker zijn.

"Energiesystemen zijn gebouwd om 30 jaar of langer te werken. De huidige praktijk is om uit te gaan van typische weersomstandigheden van vandaag; stedenbouwkundigen en ontwerpers houden gewoonlijk geen rekening met toekomstige onzekerheden, " zei Hong, een computationele wetenschapper die multi-scale energiemodellering en simulatie leidt bij Berkeley Lab. "Er is veel onzekerheid over het toekomstige klimaat en het weer."

"Energiesystemen, " zoals gedefinieerd in de studie, voorzien in de energiebehoefte, en soms energieopslag, aan een groep gebouwen. De geleverde energie kan bestaan ​​uit gas of elektriciteit uit conventionele of hernieuwbare bronnen. Dergelijke gemeenschapsenergiesystemen zijn niet zo gebruikelijk in de VS, maar zijn te vinden op sommige universiteitscampussen of op bedrijventerreinen.

De onderzoekers onderzochten een breed scala aan scenario's voor 30 Zweedse steden. Ze ontdekten dat in sommige scenario's de energiesystemen in sommige steden niet genoeg energie zouden kunnen opwekken. Opmerkelijk, klimaatvariabiliteit zou een kloof van 34% kunnen creëren tussen de totale energieopwekking en de vraag en een daling van 16% in de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening - een situatie die tot black-outs zou kunnen leiden.

"We hebben vastgesteld dat de huidige energiesystemen zo zijn ontworpen dat ze zeer vatbaar zijn voor extreme weersomstandigheden zoals stormen en hittegolven, " zei Dasun Perera, een wetenschapper bij EPFL's Solar Energy and Building Physics Laboratory en hoofdauteur van de studie. "We ontdekten ook dat klimaat- en weersvariabiliteit zal leiden tot aanzienlijke schommelingen in de invoeding van hernieuwbare energie in het elektriciteitsnet en in de energievraag. Dit zal het moeilijk maken om de energievraag en de stroomopwekking op elkaar af te stemmen. Omgaan met de effecten van klimaatverandering is gaat moeilijker blijken dan we eerder dachten."

De auteurs merken op dat 3,5 miljard mensen in stedelijke gebieden wonen, verbruiken twee derde van de wereldwijde energie, en tegen 2050 zullen stedelijke gebieden naar verwachting meer dan twee derde van de wereldbevolking bevatten. "Gedistribueerde energiesystemen die de integratie van hernieuwbare energietechnologieën ondersteunen, zullen de energietransitie in de stedelijke context ondersteunen en een cruciale rol spelen bij de aanpassing en matiging van de klimaatverandering, " Zij schreven.

Hong leidt een stadswetenschappelijke onderzoeksgroep bij Berkeley Lab die energie- en milieukwesties op stadsschaal bestudeert. De groep maakt deel uit van Berkeley Lab's Building Technology and Urban Systems Division, dat al decennialang voorop loopt in onderzoek naar het bevorderen van energie-efficiëntie in de gebouwde omgeving.