Onderzoekers hebben een methode bedacht om de impact van klimaatverandering op het aanbod en de variabiliteit van lokale hernieuwbare energie te bepalen.

Een toename van ongebruikelijke weerpatronen in verband met klimaatverandering betekent dat de vraag naar stroom en de beschikbaarheid van zonne-, waterkracht- en windenergie allemaal variabeler kunnen worden.

De methode van onderzoekers van het Fairbanks Geophysical Institute van de Universiteit van Alaska en in Spanje zal lokale energieplanners helpen bij het bepalen van de optimale mix van hernieuwbare energiebronnen en energieopslagbehoeften.

Het onderzoek werd in augustus gepubliceerd in het tijdschrift Land . Geofysisch Instituut atmosferische wetenschappen professor Uma Bhatt is de hoofdauteur.

"Het is belangrijk voor de samenleving om de impact van klimaatverandering en variabiliteit op hernieuwbare energiebronnen te begrijpen om een ​​veerkrachtig energiesysteem te ontwerpen en voor te bereiden op de toekomst," zei Bhatt.

De onderzoekers bestudeerden intermitterend vermogen, stroomproductie en energieopslag in de context van historische klimaatgegevens op twee locaties:de Alaska-stad Cordova in Prince William Sound, met een subpolair zeeklimaat, en Palma de Mallorca, een stad op een subtropisch Spaans eiland . De onderzoekers verkregen 60 jaar klimaatgegevens voor elke locatie.

Wind, zon en waterkracht zijn allemaal gevoelig voor een klimaat dat minder voorspelbaar wordt en meer extreme weersomstandigheden veroorzaakt. Toenemende bewolking kan de beschikbaarheid van zonne-energie verminderen. Minder neerslag kan de beschikbaarheid van waterkracht verminderen. Meer wind zou de beschikbaarheid van windenergie kunnen vergroten.

Zonder een goede planning lopen elektriciteitsnetten het risico minder betrouwbaar te worden, aangezien hernieuwbare energie een steeds groter deel van het aanbod uitmaakt.

"Als je een te hoog percentage hernieuwbare energie met een hoge variabiliteit hebt zonder de juiste back-upstroom in je systeem, verslechtert dit de betrouwbaarheid van het systeem aanzienlijk", zegt David Newman, co-auteur van het onderzoek en hoogleraar natuurkunde aan het UAF Geophysical Institute.

Wat de situatie nog ingewikkelder maakt, verandert de vraag naar stroom op onvoorspelbare manieren naarmate het weer steeds veranderlijker wordt. Zelfs als de vraag normaal is, kan een plotselinge daling van de beschikbaarheid van een hernieuwbare bron - bijvoorbeeld wind die de turbines niet meer draait - stroomstoringen veroorzaken als er geen back-upbron is voor onmiddellijk gebruik.

"Hoe los je het op? Je moet een manier vinden om de variabiliteit te verwijderen of een manier hebben om het snel te compenseren," zei Newman.

De gemakkelijkste en meest voor de hand liggende manier is om generatoren op basis van fossiele brandstoffen stand-by te zetten. Daarvan kunnen generatoren op aardgas vrij snel worden gestart wanneer dat nodig is. Maar het is nog steeds een product van fossiele brandstoffen, hoewel schoner dan andere bronnen van fossiele brandstoffen.

Een andere, schonere methode is het opslaan van overtollige energie geproduceerd door hernieuwbare bronnen in tijden van normale vraag.

Vooruitgang in technologie heeft geleid tot verbeterde batterijen op netschaal, die overtollige stroom kunnen opslaan die kan worden gedistribueerd voor kortdurend gebruik tijdens een wijdverbreide stroomuitval.

Andere opslagmethoden zijn onder meer waterkrachtcentrales, zwaartekracht-energieopslag, vliegwiel-energieopslag en perslucht-energieopslag. Het zijn allemaal fundamenteel eenvoudige methoden en worden uitgelegd door het National Renewable Energy Laboratory.

"Dit is op dit moment een van de echt opwindende gebieden [van studie]," zei Newman.

Waterkrachtcentrales met pompopslag zijn goed voor 95% van alle energieopslagcapaciteit op grote schaal in de Verenigde Staten. Water wordt van het ene waterkrachtreservoir naar het andere op grotere hoogte gepompt in tijden van overmatig vermogen, waardoor het niveau van het hogere reservoir stijgt. Dat water wordt indien nodig afgegeven aan de generatoren van het onderste reservoir.

Zwaartekracht-energieopslag houdt in dat overtollige energie wordt gebruikt om enorme gewichten, bestaande uit zand, grind of steen, op te heffen en de gewichten te laten hangen. Als er stroom nodig is, mogen de gewichten vallen, terwijl de eraan bevestigde kabels een generator laten draaien.

Energieopslag met vliegwiel wordt meestal gebruikt in kleine toepassingen en voor veel kortere energiebehoeften dan andere opslagmethoden. Een motor drijft een vliegwiel aan, een zwaar wiel dat vrij ronddraait als de motor vermogen verliest. Het vrij draaiende wiel laat een generator draaien, die gedurende enkele minuten elektriciteit produceert.

Perslucht-energieopslag kan meerdere dagen stroom leveren op netschaal. Elektriciteit wordt gebruikt om lucht onder de grond te comprimeren en op te slaan, vaak in zoutcavernes. Indien nodig wordt de lucht vrijgegeven en verwarmd tot expansie om een ​​generator aan te drijven.

De auteurs van de onderzoekspapers maken een opmerkelijk voorbehoud bij hun werk:klimaatverandering is gecompliceerd en verschilt per locatie, net als de beschikbare bronnen van hernieuwbare energie.

"Zowel klimaat als energie zijn onderling verbonden complexe systemen, en het is belangrijk dat we de volgende generatie opleiden om over disciplines heen te denken, zodat ze voorbereid zijn om de complexe problemen die opdoemen aan te pakken," zei Bhatt. + Verder verkennen

Instituut demonstreert eerste in zijn soort kleinschalig gepompt warmte-energieopslagsysteem