Forskare har utarbetat en metod för att fastställa klimatförändringarnas inverkan på tillgången och variationen av lokal förnybar energi.

En ökning av ovanliga vädermönster relaterade till klimatförändringar innebär att efterfrågan på kraft och tillgången på sol-, vatten- och vindenergi kan bli mer varierande.

Metoden av forskare vid University of Alaska Fairbanks Geophysical Institute och i Spanien kommer att hjälpa lokala energiplanerare att fastställa den optimala mixen av förnybara energikällor och energilagringsbehov.

Forskningen publicerades i augusti i tidskriften Land . Geofysiska institutets atmosfärvetenskapsprofessor Uma Bhatt är huvudförfattare.

"Det är viktigt för samhället att förstå effekterna av klimatförändringar och variationer på förnybara energiresurser för att kunna designa ett motståndskraftigt kraftsystem och förbereda sig för framtiden", sa Bhatt.

Forskarna studerade intermittens, kraftproduktion och energilagring i samband med historiska klimatdata på två platser:staden Cordova i Alaska i Prince William Sound, som har ett subpolärt oceaniskt klimat, och Palma de Mallorca, en stad på en subtropisk spansk ö. . Forskarna fick 60 års klimatdata för varje plats.

Vind-, sol- och vattenkraft är alla mottagliga för ett klimat som blir mindre förutsägbart och producerar mer extrema väderhändelser. Ökat molntäcke kan minska tillgången på solenergi. Minskad nederbörd skulle kunna minska tillgången på vattenkraft. Ökade vindar kan öka tillgången på vindkraft.

Utan ordentlig planering riskerar elnäten att bli mindre tillförlitliga eftersom förnybara energikällor utgör en allt större del av utbudet.

"Om du har en för hög procentandel av förnybar energi med hög variabilitet utan lämplig reservkraft i ditt system, försämrar det faktiskt systemets tillförlitlighet mycket", säger David Newman, en studie medförfattare och fysikprofessor vid UAF Geophysical Institute.

För att ytterligare komplicera situationen förändras efterfrågan på kraft på oförutsägbara sätt när vädret blir allt mer varierande. Även när efterfrågan är normal, kan en plötslig minskning av tillgången på en förnybar källa – vind som till exempel slutar vända turbinerna – orsaka strömavbrott om en reservkälla inte finns på plats för omedelbar användning.

"Hur fixar du det? Du måste hitta ett sätt att ta bort variationen eller ha ett sätt att snabbt kompensera för det," sa Newman.

Det enklaste och mest självklara sättet är att ha fossilbränslebaserade generatorer i beredskap. Av dessa kan generatorer som drivs med naturgas startas ganska snabbt när det behövs. Men det är fortfarande en fossilbränsleprodukt, fast renare än andra fossila bränslekällor.

En annan, renare metod är att lagra överskottsenergi som produceras av förnybara källor under tider av normal efterfrågan.

Teknikens framsteg har förbättrat batterier i nätskala, som kan lagra överskottskraft som kan distribueras för kortvarig användning under en omfattande strömavbrott.

Andra lagringsmetoder inkluderar pumpad lagringsvattenkraft, gravitationsenergilagring, svänghjulsenergilagring och lagring av tryckluftsenergi. Alla är i grunden enkla metoder och förklaras av National Renewable Energy Laboratory.

"Detta är ett av de riktigt spännande områdena [av studien] just nu," sa Newman.

Pumpad lagringsvattenkraft står för 95 % av all energilagringskapacitet i allmännyttiga skala i USA. Vatten pumpas från en vattenkraftreservoar till en annan på en högre höjd under tider av överskottskraft, vilket höjer nivån på den högre reservoaren. Det vattnet släpps ut till generatorerna i den nedre reservoaren vid behov.

Lagring av gravitationsenergi innebär att man använder överskottsenergi för att höja massiva vikter bestående av sand, grus eller sten och lämna vikterna svävande. När ström behövs, tillåts vikterna att falla, med sina bifogade kablar som vrider en generator.

Svänghjulsenergilagring används vanligtvis i små applikationer och för mycket kortare energibehov än andra lagringsmetoder. En motor driver ett svänghjul, ett tungt hjul som snurrar fritt när motorn tappar kraft. Det fritt snurrande hjulet sätter på en generator, som producerar elektricitet i flera minuter.

Lagring av tryckluftsenergi kan ge kraft på nätskala i flera dagar. Elektricitet används för att komprimera och lagra luft under jord, ofta i salthålor. Vid behov släpps luften ut och värms upp till expansion för att driva en generator.

Forskningsartiklarnas författare ger en anmärkningsvärd varning till sitt arbete:Klimatförändringarna är komplicerade och varierar beroende på plats, liksom de tillgängliga källorna till förnybar energi.

"Både klimat och energi är sammankopplade komplexa system, och det är viktigt att vi utbildar nästa generation att tänka över discipliner så att de är beredda att ta itu med de komplexa problem som hotar", sa Bhatt. + Utforska vidare

Institutet demonstrerar det första i sitt slag, småskaligt pumpat värmeenergilagringssystem