De economie van zuidelijk Afrika ontwikkelt zich snel, waardoor de vraag naar elektriciteit toeneemt. Om efficiënt aan deze vraag te kunnen voldoen, moeten sociale, economische, geografische, technologische en milieuoverwegingen in evenwicht worden gebracht.

Onderzoekers van UC Santa Barbara leidden een internationaal team dat de hulpbronnen en het elektriciteitsnet van de regio analyseerde. Met behulp van deze gegevens hebben ze een energieportfolio ontwikkeld dat het meest effectief voldoet aan de energiebehoeften van Zuid-Afrika voor 2040, waarbij ze ontdekten dat wind- en zonne-energie de meest kosteneffectieve opties van de regio zijn. Wat meer is, het voorstel van hun model bevriest effectief de uitstoot van broeikasgassen op het niveau van 2020 en verdubbelt de hoeveelheid elektriciteit die het net kan produceren. Een gedetailleerde analyse verschijnt in het tijdschrift Joule .

Momenteel gebruiken de 315 miljoen mensen van Zuidelijk Afrika ongeveer 275 terawattuur, ongeveer hetzelfde aantal als Californië. "Er wordt echter verwacht dat zuidelijk Afrika zijn elektriciteitsvraag tegen 2040 zal verdubbelen", zegt co-lead en corresponderend auteur Ranjit Deshmukh, een assistent-professor in het Environmental Studies Program van UCSB. "Het ontwikkelen van de uitstekende wind-, zonne- en aardgasbronnen van de regio is de goedkoopste optie voor de consumenten en kan aan deze vraag voldoen zonder de koolstofemissies van de elektriciteitssector in de regio te verhogen."

Deshmukh en zijn collega's ontdekten ook dat, ondanks een verdubbeling van de elektriciteitsvraag, de Southern Africa Power Pool (SAPP) misschien geen kolencentrales nodig heeft, en evenmin de helft van de geplande waterkrachtprojecten, die beide potentieel enorme milieueffecten hebben .

Om tot deze conclusies te komen, gebruikte het team een ​​reeks modellen die een reeks structurele, klimatologische en economische factoren verklaren. Deshmukh en co-auteur Grace Wu, ook bij UC Santa Barbara, ontwikkelden een van de tools, MapRE genaamd, in 2020. "MapRE stelt ons in staat geschikte locaties voor wind- en zonneprojecten te identificeren op basis van windsnelheid, zonnestraling, nabijheid van transmissielijnen en wegeninfrastructuur en landgebruik", zegt Deshmukh, die het Clean Energy Transformation Lab (CETlab) leidt en onderzoeksmedewerker is bij het Environmental Markets Lab (emLab).

Hoofdauteur AFM Kamal Chowdhury, een postdoctoraal onderzoeker in de groep van Deshmukh, creëerde een waterkrachtmodel genaamd VIC-Res-Zuid-Afrika. Dit model schat de maandelijkse elektriciteitsopwekking van bestaande en geplande hydro-elektrische dammen.

De auteurs namen de gegevens van MapRE en VIC-Res, evenals bestaande en geplande opwekkings- en transmissiecapaciteit, en voerden deze naar een elektriciteitsplanningsmodel genaamd GridPath, dat werd ontwikkeld door Deshmukh en co-auteur Ana Mileva. Dit model levert een aanbevolen energieportfolio op. Zowel het model als de datasets zijn opensource en openbaar beschikbaar.

De resultaten waren bemoedigend. "Als technologie en brandstofkosten de verwachte trends volgen", schreven de auteurs, "zullen wind- en zonnetechnologieën waarschijnlijk de toekomstige investeringen in elektriciteitsopwekking in zuidelijk Afrika domineren en dus tegen 2040 de dominante bron van elektriciteit in de regio zijn."

Het model suggereerde met name dat steenkoolenergie niet kan concurreren met deze hernieuwbare energiebronnen. "De huidige vloot van kolencentrales is oud en duur in gebruik", zegt co-auteur Kudakwashe Ndhlukula. "Met een diepere regionale integratie zou het hoe dan ook oneconomisch zijn om deze energiecentrales te exploiteren." Ndhlukula is de uitvoerend directeur van het Southern African Development Community Centre for Renewable Energy and Energy Efficiency (SACREEE), een intergouvernementele organisatie die de 12 landen in de Southern African Power Pool omvat.

Met financiële steun van wereldwijde klimaatfondsen, zoals het Green Climate Fund, zouden de kolencentrales in de regio zelfs vervroegd kunnen worden uitgeschakeld, merkten de auteurs op. Het model voorspelde dat het 10 jaar eerder offline halen van de centrales de elektriciteitskosten met slechts 4% per jaar zou verhogen. Dit zou de uitstoot van broeikasgassen verder kunnen verminderen met 22% in vergelijking met het niveau van 2020.

De onderzoekers ontdekten ook dat zuidelijk Afrika veel minder waterkracht nodig heeft dan verwacht. Er is veel extra waterkracht in het Zuid-Afrikaanse Power Pool-plan en er is veel potentieel om deze hulpbron te ontwikkelen, merkte Deshmukh op. "Maar met behulp van de SAPP-kostenaannames voor waterkracht - en de nieuwste kosten voor wind-, zonne- en batterijopslag - ontdekten we dat ons model bijna de helft van de geplande waterkrachtprojecten niet koos", zei hij. "Kortom, het is niet rendabel om in die projecten te investeren."

Het team voerde ook een model uit met een doelstelling van 80% schone energie. Volgens dit doel zou een optimale portefeuille de uitstoot van 2020 in de regio tegen 2040 met de helft verminderen, terwijl de kosten slechts met ongeveer 6% stijgen, oftewel $ 3 per megawattuur.

Naast het plannen van de manier waarop Zuidelijk Afrika elektriciteit zal opwekken, is internationale samenwerking nodig om efficiënt aan de energievraag te kunnen voldoen. "Regionale integratie is de sleutel tot het ontsluiten van het immense potentieel van hernieuwbare energie voor een kostenconcurrerend elektriciteitssysteem in de regio," zei Ndhlukula.

Een robuuste elektriciteitsmarkt en de transmissiecapaciteit om deze te ondersteunen zullen ook cruciaal zijn. "Wind- en aardgasbronnen zijn ongelijk verdeeld over zuidelijk Afrika", zei Deshmukh. "Het hebben van een robuust transmissiesysteem zal landen helpen om handel te drijven en te profiteren van elkaars hulpbronnen."

Gelukkig heeft de regio al een elektriciteitsmarkt met onderling verbonden transmissielijnen in de vorm van het SAPP. "Het is een kwestie van het uitbreiden en schalen van die markt", zei Deshmukh. Het model suggereert dat dit kan worden bereikt met een matige toename van de transmissie-infrastructuur.

De SAPP heeft 12 landen op het vasteland, waarvan er nu negen fysiek met elkaar zijn verbonden via een gedeeld netwerk. De verbinding met Malawi zal in 2023 voltooid zijn en er zijn plannen om de overige twee toe te voegen:Angola en Tanzania.

Dit is de eerste van vier papers die het team heeft geproduceerd als onderdeel van een groter project gericht op de energietoekomst van Zuidelijk Afrika. Ze analyseren momenteel de resultaten van een enquête onder belanghebbenden en beleidsmakers om inzicht te krijgen in de belemmeringen voor de introductie van hernieuwbare energie in de regio. En ze kijken naar de mogelijke effecten op de biodiversiteit van verschillende hernieuwbare energiebronnen. Ten slotte is de groep van plan om te beoordelen hoe klimaatverandering de energiesector kan beïnvloeden.

"Dit specifieke document is gebaseerd op de huidige omgevingsomstandigheden," zei Deshmukh. "De volgende paper zal de invloeden van klimaatverandering omvatten." + Verder verkennen

India heeft een ambitieus plan om meer hernieuwbare energie te ontwikkelen; onderzoekers zeggen dat het land nog hoger kan mikken