Extrema väderhändelser - till exempel svår torka, stormar, och värmeböljor - har prognostiserats att bli mer vanliga och börjar redan inträffa. Det som har studerats mindre är påverkan på energisystem och hur samhällen kan undvika kostsamma störningar, till exempel helt eller delvis avbrott.

Nu har ett internationellt team av forskare publicerat en ny studie som föreslår en optimeringsmetodik för att utforma klimatbeständiga energisystem och för att säkerställa att samhällen kommer att kunna möta framtida energibehov med tanke på väder och klimatvariation. Deras resultat publicerades nyligen i Naturenergi .

"På ena sidan är energibehovet - det finns olika typer av byggbehov, som uppvärmning, kyl, och belysning. På grund av långsiktiga klimatförändringar och kortsiktiga extrema väderhändelser, utemiljön förändras, vilket leder till förändringar i byggnadens energibehov, "sa Tianzhen Hong, en forskare från Berkeley Lab som hjälpte till att utforma studien. "På andra sidan, klimatet kan också påverka energiförsörjningen, såsom kraftproduktion från vattenkraft, sol- och vindkraftverk. De kan också förändras på grund av väderförhållandena. "

Arbeta med samarbetspartners från Schweiz, Sverige, och Australien, och ledd av en forskare vid Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), laget utvecklade en stokastiskt-robust optimeringsmetod för att kvantifiera effekter och sedan använda data för att designa klimatbeständiga energisystem. Stokastiska optimeringsmetoder används ofta när variabler är slumpmässiga eller osäkra.

"Energisystem är byggda för att fungera i 30 eller fler år. Nuvarande praxis är bara att anta typiska väderförhållanden idag; stadsplanerare och konstruktörer spelar inte ofta in i framtida osäkerheter, "sa Hong, en beräkningsvetare som leder energimodellering och simulering i flera skalor på Berkeley Lab. "Det finns mycket osäkerhet kring framtida klimat och väder."

"Energisystem, "enligt definitionen i studien, ge energibehov, och ibland energilagring, till en grupp byggnader. Den levererade energin kan omfatta gas eller el från konventionella eller förnybara källor. Sådana samhällsenergisystem är inte lika vanliga i USA, men kan finnas på vissa universitet eller på företagsparker.

Forskarna undersökte ett brett spektrum av scenarier för 30 svenska städer. De fann att under vissa scenarier skulle energisystemen i vissa städer inte kunna generera tillräckligt med energi. I synnerhet, klimatvariationer kan skapa ett gap på 34% mellan den totala energiproduktionen och efterfrågan och en minskning av tillförlitligheten i strömförsörjningen med 16% - en situation som kan leda till strömavbrott.

"Vi observerade att nuvarande energisystem är utformade på ett sätt som gör dem mycket mottagliga för extrema väderhändelser som stormar och värmeböljor, "sa Dasun Perera, en forskare vid EPFL:s laboratorium för solenergi och byggfysik och huvudförfattare till studien. "Vi fann också att klimat- och vädervariationer kommer att resultera i betydande fluktuationer i förnybar kraft som matas in i elnät och energibehov. Detta kommer att göra det svårt att matcha energibehovet och elproduktionen. Att hantera effekterna av klimatförändringar är kommer att visa sig svårare än vi tidigare trott. "

Författarna noterar att 3,5 miljarder människor bor i tätorter, konsumerar två tredjedelar av den globala energin, och fram till 2050 förväntas stadsområden ha mer än två tredjedelar av världens befolkning. "Distribuerade energisystem som stöder integrationen av förnybar energiteknik kommer att stödja energiomställningen i stadssammanhang och spela en viktig roll för anpassning och begränsning av klimatförändringar, " de skrev.

Hong leder en stadsvetenskaplig forskargrupp vid Berkeley Lab som studerar energi- och miljöfrågor i stadsskalan. Gruppen är en del av Berkeley Labs division Building Technology and Urban Systems, som i årtionden har gått i spetsen för forskning om att främja energieffektivitet i den byggda miljön.