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Gli scienziati dell’energia e del clima discutono di sistemi energetici intelligenti per il clima

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Credito: Unsplash/CC0 di dominio pubblico

Ondate di calore, tempeste e incendi senza precedenti stanno spingendo al limite le reti elettriche negli Stati Uniti. Per lavorare verso un sistema elettrico sicuro e affidabile nei prossimi anni, le utility dovranno tenere conto dei potenziali effetti dei cambiamenti climatici e degli eventi estremi causati dai cambiamenti climatici nei loro piani per la distribuzione di energia, la capacità di generazione e lo stoccaggio di energia di riserva e le infrastrutture riparazione e sostituzione.

Ma come pianifichi il futuro, data l’ampia gamma di modi plausibili in cui il cambiamento climatico può influire sulla “nuova normalità” e sugli eventi meteorologici estremi?

Liyang Wang e Andrew Jones, due scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), fanno parte di un team che lavora per fornire strumenti pratici e guida ai pianificatori di reti. In questa sessione di domande e risposte, Wang e Jones condividono i risultati di uno studio di revisione che identifica come le migliori pratiche nella pianificazione dell’incertezza possono essere applicate nel settore elettrico e discutono di un prossimo progetto supportato dalla California Energy Commission che valuterà strategie alternative di resilienza della rete nell’ambito di un gamma completa di futuri climatici.

Il loro studio fa parte del progetto HyperFACETS in corso, finanziato dal Dipartimento dell’Energia, che sta sviluppando nuovi modi di valutare e produrre informazioni sul clima in stretta collaborazione con le parti interessate.

Liyang Wang è un ricercatore associato senior nella divisione Building Technology & Urban Systems dell’area Energy Technologies di Berkeley Lab.

Andrew Jones è uno scienziato del personale della divisione di scienze del clima e degli ecosistemi dell’area delle scienze della terra e dell’ambiente. Entrambi sono affiliati all’Energy and Resources Group della UC Berkeley.

D. Il cambiamento climatico è stato preso in considerazione nella pianificazione della rete, a partire da ora?

Jones: Non è necessario guardare molto lontano nel passato recente per trovare esempi drammatici di come gli eventi meteorologici estremi possano stressare le reti elettriche. Questi includono recenti incendi, ondate di calore estreme che portano a elevate richieste di aria condizionata, oltre a rischi diretti per le infrastrutture dovuti a tempeste e inondazioni. Il fuoco è un problema particolarmente delicato, sia in termini di accensioni guidate dalla rete che di danni alla rete stessa. Quindi, c’è sicuramente molto interesse nel capire come il cambiamento climatico stia influenzando questi eventi e i rischi associati. Tuttavia, le barriere tecniche all’utilizzo effettivo della scienza del clima in modo efficace sono piuttosto significative.

Non è che i pianificatori dell’elettricità non abbiano già affrontato le incertezze, ma l’incertezza che presenta il cambiamento climatico non è quella in cui puoi semplicemente raccogliere sempre più osservazioni finché non comprendi le incertezze. La pianificazione resiliente al clima implica la proiezione di molteplici condizioni future plausibili attraverso modelli. Ad esempio, non sappiamo quanto gas serra emetterà il mondo nei prossimi 30 anni, quindi ci sono diversi scenari di emissioni future. Esistono anche molti modelli diversi e ugualmente credibili dei processi climatici fisici. Queste non sono cose che possiamo semplicemente capire con più stazioni meteorologiche. Quindi, un grande cambiamento necessario nella pianificazione della griglia è passare da un quadro in cui si utilizzano principalmente osservazioni storiche a uno in cui si utilizzano più proiezioni future.

Wang: Sì, penso che le persone ci stiano provando. Penso in particolare nelle località che hanno subito interruzioni significative dovute a condizioni meteorologiche estreme, le società di servizi pubblici e le loro autorità di regolamentazione stanno cercando di capire come tenere conto del cambiamento climatico nei loro processi di pianificazione. Ma è un problema davvero difficile. Per prima cosa, c’è un grado di incertezza sul futuro che si riflette nei modelli delle scienze del clima, ma non è immediatamente chiaro quali di queste incertezze siano abbastanza sostanziali da fare la differenza per i decisori. Per questo motivo, le persone sono un po’ titubanti perché non sono del tutto sicure su come utilizzare i dati in primo luogo. E secondo, penso che forse c’è anche una mancanza di innovazione nel modo in cui applicare i principi della scienza delle decisioni – un campo dedicato alla generazione di tecniche per il processo decisionale utilizzando statistiche, economia, apprendimento automatico e psicologia – nel settore energetico. La maggior parte delle volte, le utility utilizzano i dati meteorologici storici anziché le proiezioni climatiche future. I pochissimi operatori che stanno iniziando a utilizzare le proiezioni sono alquanto limitati nella gamma degli scenari futuri. Non stanno considerando la gamma plausibile completa di come potrebbe essere il clima futuro o di come potrebbe avere un impatto sulla rete.

Ed è molto impegnativo; la nostra attuale infrastruttura di rete è davvero vecchia e non è progettata sia per il cambiamento climatico senza precedenti che stiamo vedendo, sia per la necessità di ridurre le emissioni di carbonio, contemporaneamente.

Nel nostro articolo, abbiamo parlato molto di come gli strumenti di modellazione esistenti che le persone stanno utilizzando non abbiano la capacità di incorporare gran parte della profonda incertezza intrinseca delle proiezioni climatiche o di come il clima influenzerà il comportamento dei consumatori. Quindi, è una mancanza di strumenti e, inoltre, penso che sia una specie di mancanza di dare priorità alla pianificazione per il cambiamento climatico: non esiste un processo formale che guidi i servizi pubblici su come pianificare il cambiamento climatico.

D. Quali sono quindi alcuni strumenti che i pianificatori di utilità possono utilizzare?

Wang: I concetti principali che abbiamo distillato dalla letteratura sulla scienza delle decisioni sono la robustezza, la pianificazione adattiva e il coinvolgimento multi-stakeholder. L’idea di robustezza è che stai cercando di allontanarti dalla ricerca di una soluzione ottimizzata, che è ciò su cui si concentrano gli approcci decisionali tradizionali. Invece, una soluzione robusta è quella che funzionerà ragionevolmente bene in un’ampia gamma di scenari futuri. E l’idea della pianificazione adattiva in realtà non è super nuova. Le persone lo fanno da tempo nella conservazione e nel settore idrico; ma nel settore energetico non l’abbiamo visto molto. La pianificazione adattiva richiede fondamentalmente una pianificazione più proattiva in cui si monitorano i cambiamenti che si vedono nell’ambiente attuale. E sulla base di questi cambiamenti, quali sono i prossimi passi che puoi intraprendere? Allo stesso tempo, richiede anche un processo istituzionale formalizzato per sviluppare tali azioni e un sistema di monitoraggio.

Piuttosto che scegliere una singola strategia oggi, che può significare investire in modo eccessivo o insufficiente in misure correttive, pianificazione adattiva significa identificare una serie di azioni appropriate per la gamma di condizioni possibili, quindi monitorare i segnali che indicano quale scenario si sta effettivamente svolgendo. Quindi, ad esempio, c’è una certa incertezza su quanto e quanto velocemente il cambiamento climatico avrà un impatto sulle risorse idroelettriche. Se l’energia idroelettrica rimane stabile, può essere accettabile “aspettare e vedere” pur continuando a pianificare possibili cali; se l’energia idroelettrica sta chiaramente diminuendo rapidamente, potrebbe essere il momento di investire in ulteriore generazione; e se l’energia idroelettrica sta diventando sempre più variabile di anno in anno, allora potrebbe essere opportuno investire in stoccaggio aggiuntivo. La pianificazione per ogni possibilità ora e l’identificazione di “segnaletica” che indichino il percorso su cui dovremmo trovarci sono segni distintivi della pianificazione adattiva.

Quindi anche il concetto di coinvolgimento multi-stakeholder è un approccio collaudato. Questo è visto abbastanza comunemente in molti settori diversi. L’idea qui è di facilitare una discussione tra una serie di persone con priorità e competenze diverse.

Jones: Giusto, il modo in cui penso alla parte multi-stakeholder è che ogni decisione energetica ha molteplici obiettivi in ​​competizione. Ad esempio, se si pensa alla pianificazione del settore elettrico, è necessario bilanciare i costi con l’affidabilità e la sostenibilità. Devi pensare alle prestazioni in condizioni molto estreme rispetto alle prestazioni nei giorni normali. Quanto vuoi investire o pagare per la resilienza durante quei tempi estremi che colpiscono diversi stakeholder in modi molto diversi? Sai, per qualcuno che ha un ventilatore, un’interruzione di corrente è pericolosa per la vita. Quella persona avrà una prospettiva molto diversa rispetto a qualcuno in una situazione diversa. E così, la prospettiva multi-stakeholder esplora come queste diverse priorità potrebbero svolgersi in scenari diversi, per rendere più chiari i compromessi e, si spera, per trovare le soluzioni che funzionano in modo più ampio.

Wang: Un’altra cosa che abbiamo evidenziato è la mancanza di professionisti qualificati che comprendano sia il lato della scienza del clima che il lato della pianificazione del sistema elettrico. Ed è forse qui che potrebbe entrare in gioco il coinvolgimento multi-stakeholder. Potrebbe facilitare un ambiente in cui gli scienziati del clima possono comunicare con gli ingegneri dei sistemi energetici in un modo più efficace e, insieme, possono integrare la scienza del clima più aggiornata nel processo di pianificazione.

D. Come stai mettendo in pratica queste idee?

Wang: Abbiamo un paio di progetti correlati a partire dal prossimo anno, in collaborazione con Energy & Environmental Economics e Eagle Rock Analytics, incentrati sulla pianificazione di un sistema energetico resiliente al clima per lo stato della California. È un team di scienziati del clima, ingegneri, scienziati delle decisioni e modellisti, e lavoreremo insieme per sviluppare strumenti che consentiranno ai responsabili delle decisioni di tenere conto delle incertezze nel nostro clima che cambia. Quindi questo è un lavoro in corso ora e quello che stiamo immaginando è che uno dei prodotti finali sarà uno strumento di modellazione online interattivo. Gli utenti saranno in grado di selezionare diverse variabili climatiche a cui tengono e vedere come potrebbero avere un impatto su una regione specifica. La visualizzazione di tali impatti potrebbe essere utile per la pianificazione della rete a lungo termine. E vedere come l’incertezza nelle variabili climatiche come la temperatura o le precipitazioni influenzerebbe cose come la domanda di energia o altri fattori a cui tengono.

Jones: In aggiunta a ciò, non so se possiamo o sapremo esattamente quale sia la soluzione giusta fino a quando non avremo un dialogo più esteso tra esperti di scienze del clima e professionisti del settore elettrico. Nel nostro lavoro in corso supportato dal DOE sul progetto HyperFACETS, stiamo sviluppando nuovi metodi fondamentali per produrre e valutare la scienza del clima in stretta collaborazione con le parti interessate. Il nostro nuovo progetto supportato dalla CEC estende quel dialogo per concentrarsi su strumenti pratici che traducono la scienza in informazioni utilizzabili. Insieme, questo portafoglio di progetti copre l’intero spettro, dal modo in cui modelliamo gli eventi estremi causati dal clima fino al modo in cui consideriamo soluzioni di adattamento alternative attraverso la gamma di possibili risultati.

È da notare che il settore elettrico è regolamentato in modo molto complesso e anche molto diverso nei diversi stati e nelle diverse aree geografiche. Quindi, ci sono alcuni elementi che dobbiamo capire, che queste collaborazioni affronteranno. Ma penso sia chiaro che, da un punto di vista tecnico, abbiamo bisogno di strumenti che ci consentano di esplorare le implicazioni di un’ampia gamma di scenari possibili e quindi di valutare le implicazioni per obiettivi multipli. La nostra impressione è che se riesci a farlo in modo interattivo e intuitivo, ciò consentirà un diverso tipo di pianificazione che può tenere conto di molti diversi possibili risultati futuri. Quindi questo è forse il cambiamento fondamentale.


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