En av utmaningarna med sol- och vindkraft är att vilken dag som helst, solen skiner inte alltid, och vinden blåser inte alltid när vi vill. Nu, zooma ut, forskare vid Columbia's Earth Institute har funnit att detsamma kan vara sant på en skala från år till decennier.

Långsiktiga klimatmönster som El Niño "kan förändras där vinden blåser och där solen skiner" i ett till tio år i taget, säger studieförfattaren David Farnham, som avslutade forskningen vid Columbia Water Center. Farnhams arbete är det första som lyfter fram vad dessa långsiktiga mönster kan innebära för förnybar elproduktion.

Farnham presenterade sina resultat, som är baserade på amerikanska data från de senaste 50-70 åren, vid mötet i American Geophysical Union i Washington, D.C på tisdag. Forskningen är på väg att skickas till en peer-reviewed tidskrift, och är medförfattare av Upmanu Lall från Columbia Water Center och Vijay Modi från Columbias avdelning för jord- och miljöteknik och avdelningen för maskinteknik. Farnham är nu postdoc vid Carnegie Institution for Science.

"En av de viktigaste resultaten är att dessa variationer i elproduktion från år till år och årtionde till årtionde kan vara mycket stora, " säger han. Om ett decennium, vindkraft kan bara möta 61 till 98 procent av ett områdes behov av värme och kyla, ge sedan 129 till 200 procent under nästa decennium. Dessa variationer verkar vara relaterade till långsiktiga klimatmönster som El Niño Southern Oscillation, den nordatlantiska oscillationen, och Pacific Decadal Oscillation.

Förutom att förändra utbudet av vind- och solenergi, klimatsvängningar kan påverka kraven på elnätet, genom att påverka behovet av värme och kyla i våra hem och kontor.

Teamet fann att förhållandet mellan utbud och efterfrågan kan vara komplext. Ibland ökar utbud och efterfrågan samtidigt. Till exempel, om det är klarare himmel än vanligt under flera år, solenergiproduktionen kommer att öka, men det kan också krävas från luftkonditionering. Alternativt om vindar vanligtvis för varm luft in i ett område under vintertid, då kan brist på vind öka efterfrågan på uppvärmning på samma plats där vindkraften är lägre än normalt.

Att förstå hur dessa klimatcykler påverkar utbud och efterfrågan kan vara oerhört viktigt för energiföretag. Inte bara kan klimatet påverka vilken typ av förnybar energi som ska prioriteras inom ett visst område, men också företagens ekonomi och projektplaneringsdetaljer avseende energilagring och överföring.

Med smart planering och sammankopplade system, dessa klimatvariationer behöver inte orsaka betydande störningar i elnätet. Elverk kan balansera ut fluktuationerna genom att sprida produktionsanläggningar över områden som påverkas olika av samma klimatfenomen. Eller, om elbolaget vet att El Niño vanligtvis minskar solenergi men ökar vindkraftsproduktionen i Atlanta, GA, till exempel, att sedan integrera båda typerna av gårdar i nätet skulle kunna bidra till att jämna ut elförsörjningen. Studien råder företag att använda långtidsdata för att avslöja dessa trender.

Eftersom det amerikanska elnätet står inför en grönare framtid, med några större städer som strävar efter att få det mesta av sin energi från förnybar energi inom några decennier, Farnham säger att förståelse och redovisning av klimatpåverkan "kommer att bli viktigare och viktigare att överväga."

Denna berättelse publiceras på nytt med tillstånd av Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.