Ursprünglich herausgegeben von North Carolina State University.
Durch Laura Oleniacz
Zwei neue Studien unter der Leitung eines Forschers der North Carolina State University bieten eine Vorschau darauf, was Stromverbraucher an der Westküste in zwei verschiedenen Zukunftsszenarien erleben könnten: eines, in dem übermäßige Hitze aufgrund des Klimawandels die Stromversorgung belastet, und eines, in dem das Stromnetz auf erneuerbare Energien umgestellt wird Energie, während das Klima historischen Trends folgt. In beiden Fällen stellten sie fest, dass die Stromkosten und die Zuverlässigkeit extremen Wetterbedingungen ausgesetzt sind.
„Die Auswirkungen des Klimawandels und extremer Wetterereignisse auf das Stromnetz, hauptsächlich in Form von Dürren und Hitzewellen, werden sich unter dem Klimawandel verschärfen“, sagte er Jordan Kern, Assistenzprofessor für Forstwirtschaft und Umweltressourcen am NC State. „Auch wenn sich das Netz an der Westküste von fossilen Brennstoffen zu Wind und Sonne verlagert, werden diese extremen Wetterereignisse immer noch die Systemzuverlässigkeit und den Strompreis beeinträchtigen.“
Veröffentlicht in der Zeitschrift Die Zukunft der Erde, projizieren die beiden Studien die zukünftige Energieversorgung und -nachfrage in separaten Szenarien. Im erstes Studiumverwendeten Forscher Computermodelle, um die Auswirkungen des Klimawandels auf das aktuelle Stromnetz in Kalifornien und im pazifischen Nordwesten zu simulieren. Sie bewerteten den Preis und die Zuverlässigkeit des Netzes unter 11 verschiedenen Klimaszenarien zwischen 2030 und 2060 und stützten sich auf mehrere wissenschaftliche Modelle, wie sich das Klima unter einem „Worst-Case-Szenario“ von Emissionen aus fossilen Brennstoffen und einem anderen weniger schwerwiegenden Szenario verändern würde.
„Das Worst-Case-Szenario ist einen Blick wert, auch wenn es Hinweise darauf gibt, dass die Welt die Emissionen fossiler Brennstoffe ausreichend reduzieren wird, um dies zu vermeiden“, sagte Kern.
Die Forscher stellten ein größeres Risiko für Stromausfälle im Sommer und frühen Herbst fest, was hauptsächlich auf die extreme Hitze in Kalifornien zurückzuführen ist, die einen hohen Strombedarf verursacht, wenn die Menschen ihre Häuser kühlen. Sie prognostizierten, dass es in allen Szenarios mit Ausnahme eines Szenarios, in dem der Klimawandel die Stromerzeugung in beiden Regionen gleichzeitig beeinflusste, zu Engpässen kommen würde.
Sie stellten jedoch fest, dass diese Stromausfälle relativ selten bleiben würden. Das Maximum im schlimmsten Fall waren 72 Stunden Stromausfälle an der gesamten Westküste über 31 Jahre.
„Da es immer heißer und heißer und heißer wird und die Nachfrage nach Strom steigt, erwarten wir, dass das Netz zusammenbricht“, sagte Kern. „Diese extremen Hitzeereignisse werden viel schlimmer werden.“
Extreme Hitze in Kalifornien würde auch den Preis und die Versorgung mit Strom im pazifischen Nordwesten beeinflussen. Historisch gesehen haben die Regionen eine gemeinsame Macht.
„Wenn, und das ist ein großes ‚Wenn’, der historische Stromaustausch fortgesetzt wird und Kalifornien aufgrund von Wärme einen hohen Strombedarf hat, könnte dies dazu führen, dass dem pazifischen Nordwesten der Strom ausgeht, da sie nicht in der Lage sein werden, sich zu decken ihre eigene Nachfrage“, sagte Kern.
Sie fanden auch heraus, dass der Klimawandel den pazifischen Nordwesten direkt beeinflussen könnte, indem er die Versorgung mit Wasserkraft einschränkt, bei der es sich um Strom aus Wasser handelt. Schnee dient als gespeicherte Energie, sodass weniger Schnee oder Änderungen des Zeitpunkts der Schneeschmelze die im Sommer verfügbare Energie reduzieren.
Die größten Auswirkungen des Klimawandels auf den pazifischen Nordwesten würden auch im Spätsommer oder Frühherbst auftreten, wenn das Stromnetz bereits belastet ist. Selbst kleine, durch den Klimawandel verursachte Abnahmen des Stromflusses im September zusammen mit einem Anstieg der Stromnachfrage im Sommer würden ausreichen, um mehr Defizitereignisse im pazifischen Nordwesten zu verursachen. Sie prognostizierten jedoch auch, dass westküstenweite Defizitereignisse aufgrund von Klimaauswirkungen allein im pazifischen Nordwesten selten sind.
Neben Fragen der Zuverlässigkeit stellten die Forscher auch fest, dass der Klimawandel den Strompreis erhöhen würde. Im schlimmsten Fall, in dem der Klimawandel sowohl in Kalifornien als auch im pazifischen Nordwesten Stromangebot und -nachfrage beeinflusst, erwarteten sie mehr Stunden, in denen der Großhandelspreis für Strom in Kalifornien die Obergrenze von 1.000 Megawatt pro Stunde erreicht, insbesondere im Spätsommer. Der Klimawandel in Kalifornien würde auch erhebliche Auswirkungen auf die Preise im pazifischen Nordwesten haben.
„Wenn die Preise auf 1.000 Dollar pro Megawattstunde steigen, läutet das Netz die Alarmglocken“, sagte Kern. „Sie machen Strom teilweise so teuer, um die Menschen dazu anzuregen, weniger zu verbrauchen.“
In einem zweites Studium, bewerteten Forscher den Strompreis bis 2050 mit mehr erneuerbaren Energiequellen, die an das Netz angeschlossen werden, während sie davon ausgingen, dass weiterhin Erdgaskraftwerke als Backup vorhanden sein würden. Sie verglichen fünf Szenarien für jeden Markt: zwei Szenarien, die die Mischung aus Sonne und Wind nach Kosten variierten; ein Szenario mit zusätzlichen Batterien zum Speichern von Strom; ein Szenario, in dem viele Menschen auf Elektrofahrzeuge umsteigen; und der Status-Quo-Trend. Sie bewerteten die Stromkosten in diesen verschiedenen Systemen unter 100 repräsentativen Jahren sowohl normaler als auch extremer Wetterereignisse, die unter historischen Klimabedingungen auftreten könnten – ohne zusätzliche Klimaerwärmung.
„Mit dem Netz an der Westküste wissen wir jetzt bestimmte Dinge darüber, wie es funktionieren wird, weil es so sehr auf Wasserkraft angewiesen ist – dass ein trockenes Jahr ein schlechtes und ein nasses Jahr ein gutes ist“, sagte Kern. „Was wir wissen wollten, ist: Wenn Sie das Netz im Westen dekarbonisieren und Elektrofahrzeuge, Batterien, Sonne und Wind hinzufügen, ändert sich das überhaupt?“
Selbst bei erneuerbaren Energien stellten sie fest, dass extreme Dürre und Hitze immer noch die Preise in die Höhe treiben würden – mit „guten“ Jahren mit den niedrigsten Preisen, die von milden Temperaturen und hohem Stromfluss getrieben werden, und den höchsten Preisen, die von extremer Hitze oder Dürre getrieben werden.
„Wenn Sie an die schlimmsten Jahre denken, werden diese Bedingungen immer noch von dem bestimmt, was diese Ereignisse heute antreibt: Wassermangel oder eine Hitzewelle mitten im Sommer“, sagte Kern. „Das Hinzufügen erneuerbarer Energien ändert nicht das schlechteste oder beste Jahr, aber es verschiebt die Dinge in der Mitte.“
In Kalifornien führte das Zukunftsszenario mit verstärkter Windenergie zu den niedrigsten Preisen, gefolgt von Solar. Im pazifischen Nordwesten hatten die Szenarien mit dem höchsten Anteil an Wind und Sonne die niedrigsten Preise. Unter dem Pfad mit der größten Nachfrage nach Elektrofahrzeugen würden Versorgungsengpässe am häufigsten auftreten.
„Wenn das Netz mehr Wind und Sonne nutzt, sinkt der Preis, weil es weniger teuer ist, und es verdrängt Erdgas“, sagte Kern. „Die Ausnahme ist, dass bei einem hohen Strombedarf von Elektrofahrzeugen die Nachfrage so hoch wird, dass das System zusammenbricht. Bei unseren Modellen ist das ziemlich selten, aber es passiert, wenn es nicht viel Wasser gibt und es eine Hitzewelle gibt.“
Kern sagte, die von ihnen prognostizierten Reduzierungen der Treibhausgasemissionen in den fünf Szenarien seien „konservativ“; Ihre Modelle sehen eine Dekarbonisierung von bis zu 50 % bis 2050 vor, während die meisten Westküstenstaaten sich zum Ziel gesetzt haben, größere Veränderungen früher vorzunehmen.
„Unsere wichtigste Erkenntnis war, dass Sie bei der Dekarbonisierung des Netzes immer noch diese Anfälligkeit für Wasser und Wärme haben werden“, sagte Kern. „Das ist ein System, das davor nicht davonlaufen kann.“
Die Studium, “Die Auswirkungen des Klimawandels auf die interregionale Strommarktdynamik an der US-Westküste,“ wurde online veröffentlicht in Die Zukunft der Erde am 7. Dezember 2021. Neben Kern waren die weiteren Autoren Joy Hill, David E. Rupp, Nathalie Voisin und Gregory Characklis. Die Studie wurde vom INFEWS-Programm der National Science Foundation unter den Auszeichnungen 1639268 T2 und 170082 T1 unterstützt.
Die zweite Studie, „Technologiepfade könnten dazu beitragen, das Stromnetz der US-Westküste stärker hydrometerologischen Unsicherheiten auszusetzen.“ wurde online veröffentlicht in Die Zukunft der Erde am 28.12.2022. Zu den weiteren Autoren gehören neben Kern Jacob Wessel, Nathalie Voisin, Konstantinos Oikonomou und Jannik Haas. Die Studie wurde vom Office of Science des US-Energieministeriums als Teil der Forschung im MultiSector Dynamics, Earth and Environmental System Modeling Program sowie vom INFEWS-Programmpreis 1639268 der National Science Foundation finanziert.
Quelle:
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- „Die Auswirkungen des Klimawandels auf die interregionale Strommarktdynamik an der US-Westküste“
- Autoren: Joy Hill, Jordan Kern, David E. Rupp, Nathalie Voisin und Gregory Characklis
- Veröffentlicht online ein Die Zukunft der Erde am 7. Dezember 2021.
- DOI: 10.1029/2021EF002400
- „Technologiepfade könnten dazu beitragen, das Stromnetz der US-Westküste stärker hydrometerologischen Unsicherheiten auszusetzen“
- Autoren: Jacob Wessel, Jordan D. Kren, Nathalie Voisin, Konstantinos Oikonomou und Jannik Haas
- Veröffentlicht online ein Die Zukunft der Erde am 28. Dezember 2022.
- DOI: /10.1029/2021EF002187
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