Twee nieuwe onderzoeken onder leiding van een onderzoeker van de North Carolina State University bieden een voorproefje van wat elektriciteitsconsumenten aan de westkust zouden kunnen ervaren in twee verschillende toekomstscenario's: een waarin overmatige hitte als gevolg van klimaatverandering de stroomvoorziening onder druk zet, en een waarin het net verschuift naar hernieuwbare energie terwijl het klimaat historische trends volgt. In beide gevallen vonden ze dat de stroomkosten en de betrouwbaarheid kwetsbaar blijven voor extreem weer.
"De gevolgen van klimaatverandering en extreme weersomstandigheden op het netwerk, meestal in de vorm van droogte en hittegolven, zullen door klimaatverandering erger worden", zegt Jordan Kern, assistent-professor bosbouw en milieuhulpbronnen bij NC State. "Zelfs als het elektriciteitsnet aan de westkust weggaat van fossiele brandstoffen naar wind en zonne-energie, zullen deze extreme weersomstandigheden nog steeds van invloed zijn op de betrouwbaarheid van het systeem en de prijs van stroom."
De twee studies, gepubliceerd in het tijdschrift Earth's Future, projecteren de toekomstige vraag naar en het aanbod van stroom in afzonderlijke scenario's. In de eerste studie gebruikten onderzoekers computermodellen om de effecten van klimaatverandering op het huidige elektriciteitsnet in Californië en de Pacific Northwest te simuleren. Ze evalueerden de prijs en betrouwbaarheid van het net onder 11 verschillende klimaatscenario's tussen 2030 en 2060, op basis van meerdere wetenschappelijke modellen voor hoe het klimaat zou veranderen in een "worst-case scenario" van de uitstoot van fossiele brandstoffen, en een ander minder ernstig scenario.
"Het worstcasescenario is het bekijken waard, zelfs als er enig bewijs is dat de wereld de uitstoot van fossiele brandstoffen voldoende zal verminderen om dit te vermijden", zei Kern.
De onderzoekers vonden een groter risico op stroomuitval in de zomer en vroege herfst, grotendeels veroorzaakt door extreme hitte in Californië, die een grote vraag naar stroom veroorzaakt als mensen hun huizen koelen. Ze voorspelden dat er tekorten zouden optreden in alle scenario's op één na, waarbij klimaatverandering de elektriciteitsopwekking in beide regio's tegelijkertijd zou beïnvloeden.
Ze merkten echter op dat deze stroomtekorten relatief zeldzaam zouden blijven. Het maximum in het slechtste geval was 72 uur aan West Coast-brede stroomvoorzieningstekorten gedurende 31 jaar.
"Naarmate het heter en heter en heter wordt en de vraag naar elektriciteit groter wordt, verwachten we dat het net zal falen", zei Kern. "Die extreme hitte-evenementen zullen veel ernstiger worden."
Extreme hitte in Californië zou ook van invloed zijn op de prijs en het aanbod van stroom in de Pacific Northwest. Historisch gezien hebben de regio's de macht gedeeld.
"Als, en dat is een grote 'als', historische uitwisselingen van elektriciteit doorgaan, en Californië een grote vraag naar elektriciteit heeft vanwege warmte, kan dit ertoe leiden dat de Pacific Northwest zonder elektriciteit komt te zitten, omdat ze niet in staat zullen zijn om te voldoen aan hun eigen vraag," zei Kern.
Ze ontdekten ook dat klimaatverandering rechtstreeks van invloed kan zijn op de Pacific Northwest door de toevoer van waterkracht, elektriciteit die wordt aangedreven door water, te beperken. Sneeuw dient als opgeslagen vermogen, dus vermindering van sneeuw of veranderingen in de timing van het smelten van sneeuw vermindert het beschikbare vermogen in de zomer.
De grootste effecten van klimaatverandering op de Pacific Northwest zouden ook in de late zomer of vroege herfst zijn, wanneer het net al onder druk staat. Zelfs een kleine afname van de stroomstroom in september als gevolg van klimaatverandering, samen met een toename van de vraag naar stroom in de zomer, zou voldoende zijn om meer tekorten te veroorzaken in de Pacific Northwest. Ze voorspelden echter ook dat tekorten aan de westkust als gevolg van klimaateffecten op de Pacific Northwest alleen zeldzaam zouden zijn.
Naast betrouwbaarheidskwesties, ontdekten de onderzoekers ook dat klimaatverandering de prijs van stroom zou verhogen. In het ergste geval, waarin klimaatverandering de vraag naar en het aanbod van elektriciteit beïnvloedt in zowel Californië als in de Pacific Northwest, verwachtten ze meer uren waarin de groothandelsprijs van elektriciteit de limiet van $1,000 megawatt per uur zou bereiken in Californië, vooral in de nazomer. Klimaatverandering in Californië zou ook een aanzienlijke invloed hebben op de prijzen in de Pacific Northwest.
"Als de prijzen oplopen tot $ 1,000 per megawattuur, is dat het netwerk dat de alarmbel doet rinkelen," zei Kern. "Ze maken elektriciteit zo duur, deels om mensen te stimuleren om minder te verbruiken."
In een tweede onderzoek evalueerden onderzoekers de prijs van stroom tot 2050 met meer hernieuwbare energiebronnen toegevoegd aan het net, terwijl ze ervan uitgingen dat aardgascentrales nog steeds als back-up aanwezig zouden zijn. Ze vergeleken vijf scenario's voor elke markt: twee scenario's die de mix van zon en wind op kosten varieerden; één scenario met meer batterijen toegevoegd om stroom op te slaan; een scenario waarin veel mensen elektrische voertuigen gebruiken; en de status-quo-trend. Ze beoordeelden de elektriciteitskosten in deze verschillende systemen onder 100 representatieve jaren van zowel normale als extreme weersomstandigheden die zich zouden kunnen voordoen onder historische klimaatomstandigheden -- zonder extra klimaatopwarming.
"Met het West Coast-net weten we nu bepaalde dingen over hoe het zal presteren, omdat het zo afhankelijk is van waterkracht -- dat een droog jaar een slecht jaar is en een nat jaar goed", zei Kern. "Wat we wilden weten is: als je het netwerk in het westen koolstofarm maakt en elektrische voertuigen, batterijen, zonne-energie en wind toevoegt, verschuift dat dan?"
Zelfs met hernieuwbare energiebronnen, ontdekten ze dat extreme droogte en hitte nog steeds de extremen in prijs -- zouden veroorzaken, met 'goede' jaren van de laagste prijzen die worden aangedreven door milde temperaturen en een hoge stroomafvoer, en de hoogste prijzen die worden aangedreven door extreme hitte of droogte.
"Als je denkt aan de ergste jaren, zullen die omstandigheden nog steeds worden bepaald door wat die gebeurtenissen vandaag de dag drijft: gebrek aan water of een hittegolf midden in de zomer," zei Kern. "Het toevoegen van hernieuwbare energie verandert niet het slechtste of beste jaar, maar het verschuift de zaken een beetje in het midden."
In Californië leidde het toekomstscenario met meer windenergie tot de laagste prijzen, gevolgd door zonne-energie. In de Pacific Northwest hadden de scenario's met de meeste wind en zon de laagste prijzen. Aanbodtekorten zouden het meest voorkomen onder het traject met de grootste vraag naar elektrische voertuigen.
"Naarmate het net meer wind en zonne-energie gebruikt, daalt de prijs omdat het minder duur is en het aardgas verdringt", zei Kern. "De uitzondering is dat wanneer je een grote vraag naar stroom van elektrische voertuigen hebt, de vraag zo hoog wordt dat het systeem kapot gaat. Het is vrij zeldzaam in onze modellen, maar het gebeurt als er niet veel water is en er een hittegolf is."
Kern zei dat de reducties die ze voorspelden in de uitstoot van broeikasgassen onder de vijf scenario's "conservatief" waren; hun modellen brengen tot 50 procent decarbonisatie tot 2050 in kaart, terwijl de meeste staten aan de westkust doelen hebben gesteld om eerder substantiële verschuivingen door te voeren.
"Onze belangrijkste bevinding was dat naarmate het netwerk koolstofarmer wordt, je nog steeds kwetsbaar blijft voor water en warmte", zei Kern. "Dit is een systeem dat daar niet voor weg kan lopen."
De studie, "The Effects of Climate Change on Interregional Electricity Market Dynamics on the US West Coast", werd op 7 december 2021 online gepubliceerd in Earth's Future. Naast Kern waren de andere auteurs Joy Hill, David E. Rupp , Nathalie Voisin en Gregory Characklis. De studie werd ondersteund door het INFEWS-programma van de National Science Foundation onder onderscheidingen 1639268 T2 en 170082 T1.
De tweede studie, "Technologiepaden kunnen helpen om de blootstelling van het Amerikaanse westkust-raster aan hydrometerologische onzekerheid te stimuleren", werd online gepubliceerd in Earth's Future op 28 december 2022. Naast Kern zijn de andere auteurs Jacob Wessel, Nathalie Voisin, Konstantinos Oikonomou en Jannik Haas. De studie werd gefinancierd door het Amerikaanse Department of Energy Office of Science als onderdeel van onderzoek in het MultiSector Dynamics, Earth and Environmental System Modeling Program en de INFEWS-programmaprijs 1639268 van de National Science Foundation.
