Tvær nýjar rannsóknir undir forystu vísindamanns í North Carolina State University bjóða upp á sýnishorn af því hvað raforkuneytendur á vesturströndinni gætu upplifað við tvær mismunandi framtíðarsviðsmyndir: einni þar sem ofhiti vegna loftslagsbreytinga þvingar aflgjafa, og einni þar sem netið færist í átt að endurnýjanlegum orku á meðan loftslagið fylgir sögulegri þróun. Í báðum tilfellum komust þeir að því að orkukostnaður og áreiðanleiki er enn viðkvæmur fyrir aftakaveðri.
„Áhrif loftslagsbreytinga og öfgakenndra veðuratburða á netið, aðallega í formi þurrka og hitabylgna, munu versna við loftslagsbreytingar,“ sagði Jordan Kern, lektor í skógrækt og umhverfisauðlindum við NC State. „Jafnvel þegar netkerfi vestanhafs fjarlægist jarðefnaeldsneyti í átt að vindi og sólarorku munu þessir öfgaveðursviðburðir samt hafa áhrif á áreiðanleika kerfisins og orkuverðið.
Birtar í tímaritinu Earth's Future, tvær rannsóknirnar spá fyrir um framtíðarorkuframboð og eftirspurn samkvæmt aðskildum sviðsmyndum. Í fyrstu rannsókninni notuðu vísindamenn tölvulíkön til að líkja eftir áhrifum loftslagsbreytinga á núverandi raforkukerfi í Kaliforníu og Kyrrahafs norðvesturhluta. Þeir metu verð og áreiðanleika kerfisins samkvæmt 11 mismunandi loftslagssviðsmyndum á milli 2030 og 2060, og byggðu á mörgum vísindalíkönum um hvernig loftslagið myndi breytast við „versta tilfelli“ af losun jarðefnaeldsneytis og annarri minna alvarlegri atburðarás.
„Versta dæmið er þess virði að skoða, jafnvel þó að einhverjar vísbendingar séu um að heimurinn ætli að draga nægilega úr losun jarðefnaeldsneytis til að forðast hana,“ sagði Kern.
Rannsakendur fundu meiri hættu á rafmagnsleysi á sumrin og snemma hausts, að mestu knúin áfram af miklum hita í Kaliforníu sem veldur mikilli eftirspurn eftir orku þegar fólk kælir heimili sín. Þeir spáðu að það yrðu skortsatburðir í öllum atburðarásum nema einni þar sem loftslagsbreytingar hefðu áhrif á orkuframleiðslu á báðum svæðum samtímis.
Hins vegar tóku þeir fram að þessi orkuskortur yrði áfram tiltölulega sjaldgæfur. Hámarkið í versta falli var 72 klukkustundir af aflgjafaskorti vestanhafs á 31 ári.
„Þegar það verður heitara og heitara og heitara og eftirspurn eftir rafmagni verður meiri, gerum við ráð fyrir að netið muni bila,“ sagði Kern. „Þessir miklu hitatilburðir munu verða miklu alvarlegri.“
Mikill hiti í Kaliforníu myndi einnig hafa áhrif á verð og framboð á orku í Kyrrahafsnorðvesturhlutanum. Sögulega hafa svæðin deilt völdum.
„Ef, og það er stórt „ef“, söguleg raforkuskipti halda áfram, og Kalifornía hefur mikla eftirspurn eftir rafmagni vegna hita, gæti það valdið því að norðvestur Kyrrahafið verði rafmagnslaust, þar sem þeir munu ekki geta mætt eigin kröfu,“ sagði Kern.
Þeir komust einnig að því að loftslagsbreytingar gætu haft bein áhrif á Kyrrahafsnorðvesturhlutann með því að takmarka birgðir af vatnsorku, sem er rafmagn knúið með vatni. Snjór þjónar sem geymt afl, þannig að minnkun á snjó eða breytingar á tímasetningu snjóbræðslu draga úr afli sem er í boði á sumrin.
Stærstu áhrif loftslagsbreytinga á Kyrrahafsnorðvesturhlutanum yrðu einnig síðsumars eða snemma hausts, þegar netið er þegar stressað. Jafnvel lítil minnkun á straumstreymi í september af völdum loftslagsbreytinga, ásamt aukinni sumareftirspurn eftir orku, myndi nægja til að valda fleiri skortsatburðum í Kyrrahafsnorðvesturhlutanum. Hins vegar spáðu þeir einnig að skortsatburðir um vesturströndina vegna loftslagsáhrifa á Kyrrahafsnorðvesturhlutann eitt og sér væru sjaldgæfir.
Til viðbótar við áreiðanleikavandamál komust vísindamennirnir einnig að því að loftslagsbreytingar myndu hækka orkuverðið. Í versta falli þar sem loftslagsbreytingar hafa áhrif á framboð og eftirspurn bæði í Kaliforníu og Kyrrahafssvæðinu, bjuggust þeir við fleiri klukkustundum þar sem heildsöluverð á raforku nær hámarkinu $1,000 megavött á klukkustund í Kaliforníu, sérstaklega síðsumars. Loftslagsbreytingar í Kaliforníu myndu einnig hafa veruleg áhrif á verð í Kyrrahafs norðvesturhluta.
„Þegar verð fer upp í $1,000 á megavattstund, þá er það rist sem hringir viðvörunarbjöllunni,“ sagði Kern. „Þeir eru að gera rafmagn svo dýrt að hluta til til að hvetja fólk til að neyta minna.“
Í annarri rannsókn mátu vísindamenn verð á orku til 2050 með fleiri endurnýjanlegum orkugjöfum bætt við netið, á meðan þeir gerðu ráð fyrir að jarðgasorkuver væru enn til staðar sem varabúnaður. Þeir báru saman fimm sviðsmyndir fyrir hvern markað: tvær sviðsmyndir sem skiptu blöndu sólar og vinds eftir kostnaði; ein atburðarás með fleiri rafhlöðum bætt við til að geyma orku; atburðarás þar sem margir eru að samþykkja rafknúin farartæki; og óbreytt þróun. Þeir mátu raforkukostnað í þessum mismunandi kerfum undir 100 dæmigerðum árum af bæði venjulegum og öfgafullum veðuratburðum sem gætu átt sér stað við sögulegar loftslagsaðstæður -- án frekari hlýnunar loftslags.
„Með vesturstrandarnetinu núna vitum við ákveðna hluti um hvernig það mun standa sig vegna þess að það byggir svo mikið á vatnsafli -- að þurrt ár er slæmt og blautt ár er gott,“ sagði Kern. „Það sem við vildum vita er: þegar þú dregur úr kolefniskerfinu fyrir vestan, bætir við rafknúnum farartækjum, rafhlöðum, sól og vindi, breytist það þá yfirleitt?
Jafnvel með endurnýjanlega orku, komust þeir að því að miklir þurrkar og hiti myndu samt knýja fram öfgar í verði -- með „góðum“ árum með lægsta verði sem knúið er áfram af vægu hitastigi og miklu straumflæði, og hæsta verð sem knúið er áfram af miklum hita eða þurrkum.
„Þegar þú hugsar um verstu árin, þá verða þessar aðstæður enn knúnar áfram af því sem knýr þessa atburði í dag: vatnsleysi eða hitabylgja á miðju sumri,“ sagði Kern. "Að bæta við endurnýjanlegri orku breytir ekki verstu eða besta árinu, en það breytir hlutunum á miðjunni."
Í Kaliforníu leiddi framtíðaratburðarás með aukinni vindorku til lægsta verðsins og síðan sólarorka. Í norðvesturhluta Kyrrahafs var lægsta verðið á þeim atburðarásum með mest magn af bæði vindi og sól. Framboðsskortur væri algengast undir brautinni með mestri eftirspurn eftir rafknúnum ökutækjum.
„Þegar netið notar meiri vind og sól, lækkar verðið vegna þess að það er ódýrara og það ýtir út jarðgasi,“ sagði Kern. "Untekningin er sú að þegar þú ert með mikla eftirspurn eftir afli frá rafknúnum ökutækjum verður eftirspurnin svo mikil að það brýtur kerfið. Það er frekar sjaldgæft í okkar gerðum, en það gerist þegar það er lítið vatn og það er hitabylgja."
Kern sagði að minnkunin sem þeir gerðu ráð fyrir í losun gróðurhúsalofttegunda samkvæmt sviðsmyndunum fimm væru „íhaldssamar; Líkön þeirra sýna allt að 50 prósenta kolefnislosun til 2050, en flest vesturstrandarríki hafa sett sér markmið um að gera meiri breytingar fyrr.
„Lykiluppgötvun okkar var sú að þegar ristið afkolefnis, muntu enn sitja eftir með þessa viðkvæmni fyrir vatni og hita,“ sagði Kern. „Þetta er kerfi sem getur ekki hlaupið frá því.“
Rannsóknin, „Áhrif loftslagsbreytinga á millisvæða raforkumarkaðsvirkni á vesturströnd Bandaríkjanna,“ var birt á netinu í Earth's Future þann 7. desember 2021. Auk Kerns voru aðrir höfundar Joy Hill, David E. Rupp , Nathalie Voisin og Gregory Characklis. Rannsóknin var studd af National Science Foundation INFEWS áætluninni undir verðlaununum 1639268 T2 og 170082 T1.
Önnur rannsóknin, „Tæknileiðir gætu hjálpað til við að knýja fram óvissu á vesturströnd Bandaríkjanna fyrir vatnamælafræðilegri óvissu,“ var birt á netinu í Earth's Future þann 28. desember 2022. Auk Kern eru hinir höfundarnir Jacob Wessel, Nathalie Voisin, Konstantinos Oikonomou og Jannik Haas. Rannsóknin var styrkt af vísindaskrifstofu orkumálaráðuneytisins í Bandaríkjunum sem hluti af rannsóknum í MultiSector Dynamics, Earth and Environmental System Modeling Program sem og National Science Foundation INFEWS verðlaunin 1639268.
