En ny analys från universitetsbaserade och nationella laboratorieforskare tillämpade en ny modell för långsiktig infrastrukturplanering för elproduktion som tar hänsyn till framtida klimat- och vattenresursförhållanden. Jämfört med traditionella prognoser, som inte beaktar klimatvattenpåverkan på elproduktion, resultaten av denna nya metod visar att det nationella elnätet kan behöva ytterligare 5,3% till 12% av elproduktionskapaciteten för att möta efterfrågan och tillförlitlighetskrav. Ändringarna skulle minska vattenanvändningen och koldioxidutsläppen, kan bidra till att mildra framtida klimatförändringar.

Den nya studien, som kommer att presenteras som omslagsartikel i den 3 december online och 13 december tryckta nummer av Miljövetenskap och teknik , finns online idag.

"Det här är första gången någon har modellerat framtida elinfrastruktur under klimatförändringar med en metod som inkluderar genomförbarhetskontroller för att säkerställa att resultaten uppfyller tillförlitliga tröskelvärden för strömförsörjning under klimat- och vattenresursbegränsningar, "sade studiens huvudförfattare Ariel Miara, en senior forskningsassistent med Advanced Science Research Center vid The Graduate Center, CUNY (CUNY ASRC) och en energi, vatten, och miljöforskare med U.S. Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL). "Vi kombinerade högupplöst hydrologisk, Värme kraft verk, och kapacitetsutvidgningsmodeller för att förbättra förtroendet för långsiktig planering av elinfrastruktur under framtida klimat-vattenpåverkan. Vanligtvis, detta är inte gjort för elinfrastrukturplanering, eller det är gjort men utan genomförbarhetskontroll av resultaten. Vårt tillvägagångssätt gjorde det möjligt för oss att bedöma regionspecifika klimatvatteneffekter på strömförsörjningens tillförlitlighet och identifiera potentiella anpassningssteg för att förbättra tillförlitligheten. "

Det nuvarande amerikanska nätet är starkt beroende av värmekraftverk som använder kol, kärn, och naturgasbränslen; dessa påverkas av varma omgivningstemperaturer och behöver stora mängder vatten för kyländamål. Förnybara energikällor som solceller och vind kräver minimala mängder vatten för drift eftersom de inte kräver kylning, men denna teknik spelar en mycket mindre roll för att generera energi över dagens elnät. Regionala skillnader i elnätskonfiguration och utveckling till år 2050, tillsammans med förändringar i klimat- och vattentillgänglighet, tyder på att vissa regioner kan ställas inför utmaningar om energitillförlitlighet.

Med sin studie, forskare ställde fyra frågor:

• Hur kommer framtida klimat- och vattenresursförhållanden att påverka fyra scenarier för elinfrastruktur?
• Hur kommer deras nya metod att modellera klimat-vatteneffekter på elproduktion att jämföras med tidigare insatser?
• Vilka typer av teknikval skulle behövas för att anpassa sig till framtida klimat-vattenförhållanden och uppfylla tillförlitliga elproduktionsnivåer?
• Vilka är de ekonomiska och miljömässiga konsekvenserna?

För att svara på dessa frågor, forskargruppen simulerade först scenarier för kapacitetsutvidgning för fyra elmixer som gynnar olika teknologityper (kol, kärn, sol, och som vanligt) utan att beakta klimat-vattenpåverkan. Dessa prognoser till år 2050 gav en grundläggande förståelse av resultat med hjälp av nuvarande tillvägagångssätt för kapacitetsutvidgning. För deras nästa steg, forskare som tar hänsyn till klimat-vattenpåverkan på varje elmix. Detta tillvägagångssätt gjorde det möjligt för dem att bedöma dess effekt på olika typer av system och belysa eventuella anpassningssteg som krävs för att var och en ska uppfylla energikraven. Deras analys visade att kapacitetsreservmarginaler sjunker under vissa tillförlitlighetsnivåer när kapacitetsprognoser inte tog hänsyn till klimatvattenpåverkan, eller när de försöker men inte inkluderar genomförbarhetskontroller.

"Vi visade att kraftsystem kan möta tillförlitlighetsutmaningar utan klimatvattenanpassning, "sa Miara." Lönsamma lösningar innefattade avvägningar i regional teknikval och vanligtvis mer förnyelsebaserad kontra värmekraftproduktion. Detta resulterar i lägre övergripande vattenanvändning och utsläpp för våra elproduktionsbehov. "

"Denna analys är grundstenen för en lång rad studier som detta forskargrupp har tagit fram för att analysera unika klimat-vatten-miljö-interaktioner i samband med långsiktig energiplanering under klimatförändringar, "sa Charles Vörösmarty, en medförfattare till studien och chef för CUNY ASRC Environmental Sciences Initiative. "Studien ger värdefull information och en första färdplan för forskare, infrastrukturplanerare, kraftbolag, och samhällen för att ha informerade samtal om hur vi planerar framtida system. "