Kredit:Pixabay
Regeringar och samhällen runt om i världen står inför allt mer angeläget när det gäller att reagera på klimatförändringarna genom att påskynda övergången till ett energisystem med låga koldioxidutsläpp, men det finns fortfarande olika åsikter om kombinationen av energiteknik som bäst kommer att uppnå detta mål. Att identifiera tekniska vägar kompliceras av stora osäkerheter i ekonomiska och tekniska faktorer.
Mort Webster och ett team av Penn State-forskare utvecklade en modell för att hjälpa till att omformulera diskussionerna om energiomvandling. Deras modell visar värdet av flexibla investeringsstrategier och att det behövs många vägar för att uppfylla de utsläppsminskningsmål som beskrivs i Parisavtalet.
Webster hoppas deras resultat, publicerade i Environmental Science &Technology , kommer att vända på policyrekommendationer som kommer från forskningslitteratur som kräver att anta snäva antaganden som gynnar, eller begränsar, vissa teknologier samtidigt som de främjar mycket specifika portföljrekommendationer. Anledningen är enkel:framtiden är svår att förutse.
"Det finns många fantastiska analyser och simuleringar där ute, men många säger "det här är vägen" och drar en perfekt förutsägbar linje på väg rakt mot år 2050, säger Webster, professor i energiteknik vid Penn State College of Earth and Mineral Vetenskaper. "Men för två år sedan kostade naturgas 3 USD per gallon, och i somras gick den upp till 9 USD i Kalifornien. Ingen såg det komma. Hur kan vi förutsäga kostnader eller hur mycket bränsle vi kommer att använda 2049?"
Webster noterade att planeringsmodeller med riktade mandat och specifika rekommendationer är välmenande, men oviljan att brottas med osäkerhet begränsar deras praktiska funktion. Omvänt ser Webster värde i att bevara alternativ och till och med skjuta upp vissa beslut, vilket följer ett sedan länge etablerat beslutsvetenskapligt koncept som kallas optionsvärde.
Webster ser fördelarna med att dela upp planeringsmodeller i två separata investeringsstrategier, kortsiktiga och långsiktiga, som ett mer lovande sätt att navigera i utmaningen att avveckla befintlig elproduktionskapacitet för ny teknik. Flexibiliteten som uppnås genom att helt enkelt inse att vi är säkrare på kortsiktiga förhållanden än de årtionden bort, hjälper till att undvika det selektiva tillvägagångssätt som finns i de flesta akademiska och industriella litteraturerna.
Lagets förslag är inte utan utmaningar. Många kortsiktiga och långsiktiga strategier erbjuder motstridiga rekommendationer på grund av de stora mängder kapitalinvesteringar, tid och infrastruktur som vissa tekniker kräver. Men för Webster belyser det helt enkelt vikten av att bredda teknikportföljen med fokus på anpassningsförmåga.
"Vi behöver inte göra allt idag, det behöver vi göra om 30 år. Låt oss göra några saker nu och ge oss själva möjligheten att ändra oss beroende på hur saker och ting utvecklas innan vi gör resten av investeringarna." sa Webster.
Websters team testade deras förslag genom att simulera deras modell med 2 000 olika scenarier av framtida förhållanden för att identifiera de bästa teknikvägarna som minimerar de genomsnittliga totala kostnaderna för alla framtider. Drift och underhåll, nybyggnation, rörliga bränsle- och icke-bränslekostnader för produktion beräknades som kostnader. För att säkerställa genomförbarheten inkluderades också straffavgifter för otillfredsställt elbehov.
Fallstudien jämförde investeringsalternativ i energiteknik som kärnkraft, naturgas, sol, vind, geotermisk energi och kol, med och utan kolavskiljning. Analysen visade att ett litet antal portföljtyper som inkluderade vind, sol och naturgas med kolavskiljning fungerade bra för ett stort antal möjliga framtider, medan andra kombinationer inte var konkurrenskraftiga i någon framtid.
Det specifika resultatet överraskade inte laget. Analysen, som tar hänsyn till osäkerhet, optionsvärde och teknikgrupper som presterar bra när de kombineras, visade den begränsade användbarheten av uttalanden om att en viss teknik kan eller inte kan bidra till en framtid med låga koldioxidutsläpp eller att ett åtagande bör göras till en specifik långsiktig portfölj. Modellerna signalerade också att politik på kort sikt bör fokusera på investeringar under det kommande decenniet som gör framsteg mot åtaganden om koldioxidutsläpp utan att utesluta alternativ för ytterligare framtida investeringar.
Webster, som är fakultetsmedlem vid John och Willie Leones familjeavdelning för energi- och mineralteknik, sa att resultaten följer institutionens och högskolans kollektiva tillvägagångssätt.
"På vår avdelning har vi ett systemomfattande tillvägagångssätt och tittar alltid över flera discipliner och resurser", säger Webster. "Vi är forskare och ingenjörer som arbetar med petroleum, på kol, på solenergi eller energilagring, men snarare än att främja en viss energikälla eller teknologi ser vi att vi alla tillsammans kan vara en del av lösningen på denna komplexa utmaning."
Webster tror att omformulering av konversationen kommer att hjälpa beslutsfattare att kringgå scenariospecifika planer som ofta leder till osammanhängande planer på kort sikt eller skygga handlingar.
"Om vi vill nå en kumulativ utsläppsminskning på 80 % till 2050 måste vi omfamna osäkerhet och vidta strategiska steg nu som är flexibla så att vi kan vända oss till vilken väg framtiden än tar oss", säger Webster. + Utforska vidare
