Due nuovi studi guidati da un ricercatore della North Carolina State University offrono un'anteprima di ciò che i consumatori di elettricità sulla costa occidentale potrebbero sperimentare in due diversi scenari futuri: uno in cui il calore eccessivo dovuto ai cambiamenti climatici mette a dura prova le forniture di energia e uno in cui la rete si sposta verso fonti rinnovabili energia mentre il clima segue le tendenze storiche. In entrambi i casi, hanno riscontrato che i costi energetici e l'affidabilità rimangono vulnerabili alle condizioni meteorologiche estreme.
"L'impatto dei cambiamenti climatici e degli eventi meteorologici estremi sulla rete, principalmente sotto forma di siccità e ondate di calore, peggioreranno sotto il cambiamento climatico", ha affermato Jordan Kern, assistente professore di risorse forestali e ambientali presso lo Stato dell'NC. "Anche se la rete della costa occidentale si allontana dai combustibili fossili verso l'eolico e il solare, questi eventi meteorologici estremi avranno comunque un impatto sull'affidabilità del sistema e sul prezzo dell'energia".
Pubblicati sulla rivista Earth's Future, i due studi proiettano la futura domanda e offerta di energia in scenari separati. Nel primo studio, i ricercatori hanno utilizzato modelli computerizzati per simulare l'impatto dei cambiamenti climatici sull'attuale rete elettrica in California e nel Pacifico nord-occidentale. Hanno valutato il prezzo e l'affidabilità della rete in 11 diversi scenari climatici tra il 2030 e il 2060, attingendo a più modelli scientifici su come il clima cambierebbe in uno "scenario peggiore" di emissioni di combustibili fossili e un altro scenario meno grave.
"Vale la pena guardare lo scenario peggiore anche se ci sono alcune prove che il mondo ridurrà le emissioni di combustibili fossili abbastanza da evitarlo", ha detto Kern.
I ricercatori hanno riscontrato un rischio maggiore di blackout elettrici in estate e all'inizio dell'autunno, in gran parte causati dal caldo estremo in California che causa un'elevata domanda di energia mentre le persone raffreddano le loro case. Hanno previsto che ci sarebbero stati eventi di carenza in tutti gli scenari tranne uno in cui i cambiamenti climatici avrebbero influenzato la produzione di energia in entrambe le regioni contemporaneamente.
Tuttavia, hanno notato che queste carenze di energia rimarrebbero relativamente rare. Il massimo nel peggiore dei casi è stato di 72 ore di carenza di alimentazione in tutta la costa occidentale in 31 anni.
"Man mano che diventa sempre più caldo e sempre più caldo e la domanda di elettricità aumenta, prevediamo che la rete fallirà", ha affermato Kern. "Quegli eventi di caldo estremo diventeranno molto più gravi".
Il caldo estremo in California influenzerebbe anche il prezzo e la fornitura di energia nel Pacifico nord-occidentale. Storicamente, le regioni hanno condiviso il potere.
"Se, e questo è un grande 'se', gli storici scambi di elettricità continuano e la California ha una forte domanda di elettricità a causa del calore, ciò potrebbe causare l'esaurimento dell'elettricità nel Pacifico nord-occidentale, poiché non sarà in grado di soddisfare la loro stessa richiesta", ha detto Kern.
Hanno anche scoperto che il cambiamento climatico potrebbe avere un impatto diretto sul Pacifico nord-occidentale limitando le forniture di energia idroelettrica, che è elettricità alimentata dall'acqua. La neve funge da energia immagazzinata, quindi le riduzioni della neve o i cambiamenti nei tempi di scioglimento della neve riducono la potenza disponibile in estate.
I maggiori effetti dei cambiamenti climatici sul Pacifico nord-occidentale sarebbero anche alla fine dell'estate o all'inizio dell'autunno, quando la rete è già sollecitata. Anche piccole diminuzioni del flusso di flusso a settembre causate dai cambiamenti climatici, insieme all'aumento della domanda estiva di energia, sarebbero sufficienti per causare più eventi di carenza nel Pacifico nord-occidentale. Tuttavia, hanno anche previsto che gli eventi di carenza in tutta la costa occidentale dovuti agli impatti climatici sul solo Pacifico nord-occidentale siano rari.
Oltre ai problemi di affidabilità, i ricercatori hanno anche scoperto che il cambiamento climatico aumenterebbe il prezzo dell'energia. Nel peggiore dei casi in cui il cambiamento climatico ha un impatto sull'offerta e sulla domanda di energia sia in California che nel Pacifico nord-occidentale, si aspettavano più ore in cui il prezzo all'ingrosso dell'elettricità raggiunge il limite di $ 1,{1}} megawatt all'ora in California, in particolare a fine estate. Il cambiamento climatico in California avrebbe anche un impatto significativo sui prezzi nel Pacifico nord-occidentale.
"Quando i prezzi salgono a $ 1,{1}} per megawattora, è la griglia a suonare il campanello d'allarme", ha detto Kern. "Stanno rendendo l'elettricità così costosa in parte per incentivare le persone a consumare meno".
In un secondo studio, i ricercatori hanno valutato il prezzo dell'energia fino al 2050 con l'aggiunta di più fonti di energia rinnovabile alla rete, supponendo che le centrali elettriche a gas naturale sarebbero ancora in atto come riserva. Hanno confrontato cinque scenari per ciascun mercato: due scenari che variavano il mix di solare ed eolico in base al costo; uno scenario con più batterie aggiunte per immagazzinare energia; uno scenario in cui molte persone stanno adottando veicoli elettrici; e la tendenza dello status quo. Hanno valutato il costo dell'elettricità in questi diversi sistemi in 100 anni rappresentativi di eventi meteorologici sia normali che estremi che potrebbero verificarsi in condizioni climatiche storiche -- senza ulteriore riscaldamento climatico.
"Con la griglia della costa occidentale ora, sappiamo alcune cose su come funzionerà perché si basa così tanto sull'energia idroelettrica -- che un anno secco è negativo e un anno piovoso è buono", ha affermato Kern. "Quello che volevamo sapere è: mentre decarbonizza la rete a ovest, aggiungendo veicoli elettrici, batterie, energia solare ed eolica, questo si sposta?"
Anche con le energie rinnovabili, hanno scoperto che la siccità e il caldo estremi porterebbero comunque gli estremi di prezzo -- con anni "buoni" di prezzi più bassi guidati da temperature miti e flusso elevato e i prezzi più alti guidati da caldo estremo o siccità.
"Quando si pensa agli anni peggiori, quelle condizioni saranno ancora guidate da ciò che guida quegli eventi oggi: mancanza di acqua o un'ondata di caldo nel bel mezzo dell'estate", ha detto Kern. "L'aggiunta di energia rinnovabile non cambia l'anno peggiore o migliore, ma in qualche modo cambia le cose nel mezzo".
In California, lo scenario futuro con l'aumento dell'energia eolica ha portato ai prezzi più bassi, seguita dal solare. Nel Pacifico nord-occidentale, gli scenari con la più alta quantità di energia eolica e solare hanno avuto i prezzi più bassi. Le carenze di approvvigionamento sarebbero più frequenti nel percorso con la maggiore domanda di veicoli elettrici.
"Poiché la rete utilizza più vento e solare, il prezzo scende perché è meno costoso e spinge fuori il gas naturale", ha detto Kern. "L'eccezione è che quando si ha una forte domanda di energia dai veicoli elettrici, la domanda diventa così alta da rompere il sistema. È piuttosto raro nei nostri modelli, ma succede quando non c'è molta acqua e c'è un'ondata di caldo".
Kern ha affermato che le riduzioni previste nelle emissioni di gas serra nei cinque scenari sono state "conservative"; i loro modelli tracciano una decarbonizzazione fino al 50% fino al 2050, mentre la maggior parte degli stati della costa occidentale ha fissato obiettivi per apportare prima cambiamenti più sostanziali.
"La nostra scoperta chiave è stata che mentre la griglia si decarbonizza, rimarrai ancora con quella vulnerabilità all'acqua e al calore", ha detto Kern. "Questo è un sistema che non può scappare da quello."
Lo studio, "The Effects of Climate Change on Interregional Electricity Market Dynamics on the US West Coast", è stato pubblicato online su Earth's Future il 7 dicembre 2021. Oltre a Kern, gli altri autori erano Joy Hill, David E. Rupp , Nathalie Voisin e Gregory Characklis. Lo studio è stato sostenuto dal programma INFEWS della National Science Foundation con i premi 1639268 T2 e 170082 T1.
Il secondo studio, "I percorsi tecnologici potrebbero aiutare a guidare l'esposizione della griglia della costa occidentale degli Stati Uniti all'incertezza idrometrologica", è stato pubblicato online su Earth's Future il 28 dicembre 2022. Oltre a Kern, gli altri autori includono Jacob Wessel, Nathalie Voisin, Konstantinos Oikonomou e Jannik Haas. Lo studio è stato finanziato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, Office of Science, nell'ambito della ricerca nel MultiSector Dynamics, Earth and Environmental System Modeling Program, nonché nel premio del programma INFEWS della National Science Foundation 1639268.
