Các nhà khoa học năng lượng và khí hậu thảo luận về hệ thống điện thông minh với khí hậu
Ảnh: Unsplash / CC0
Những đợt nắng nóng, bão và cháy rừng chưa từng có đang đẩy mạng lưới điện ở Hoa Kỳ đến giới hạn của chúng. Để hướng tới một hệ thống điện an toàn và đáng tin cậy trong những năm tới, các công ty tiện ích sẽ cần đưa các tác động tiềm tàng của biến đổi khí hậu và các sự kiện cực đoan do biến đổi khí hậu vào kế hoạch phân phối điện, công suất phát, dự trữ năng lượng và cơ sở hạ tầng. sửa chữa và thay thế.
Nhưng làm thế nào để bạn lập kế hoạch cho tương lai với nhiều cách hợp lý mà biến đổi khí hậu có thể tác động đến "hiện tượng bình thường mới" và các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt?
Liyang Wang và Andrew Jones, hai nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley (Phòng thí nghiệm Berkeley), là một phần của nhóm làm việc để cung cấp các công cụ thực tế và hướng dẫn cho các nhà quy hoạch lưới. Trong phần Hỏi & Đáp này, Wang và Jones chia sẻ những phát hiện của một nghiên cứu đánh giá xác định cách thức áp dụng các phương pháp hay nhất trong việc lập kế hoạch cho sự không chắc chắn trong ngành điện và thảo luận về một dự án sắp tới được hỗ trợ bởi Ủy ban Năng lượng California sẽ đánh giá các chiến lược thay thế về khả năng phục hồi lưới điện theo một phạm vi toàn diện của tương lai khí hậu.
Nghiên cứu của họ là một phần của dự án HyperFACETS do Bộ Năng lượng tài trợ đang phát triển các phương pháp mới để đánh giá và sản xuất thông tin khí hậu với sự hợp tác chặt chẽ với các bên liên quan.
Liyang Wang là cộng sự nghiên cứu cấp cao trong Bộ phận Công nghệ Xây dựng & Hệ thống Đô thị thuộc Khu vực Công nghệ Năng lượng của Phòng thí nghiệm Berkeley.
Andrew Jones là một nhà khoa học thuộc Ban Khoa học Khí hậu và Hệ sinh thái của Khu vực Khoa học Môi trường và Trái đất. Cả hai đều liên kết với Nhóm Năng lượng và Tài nguyên tại UC Berkeley.
Q. Hiện tại, biến đổi khí hậu có được đưa vào quy hoạch lưới điện không?
Jones: Bạn không cần phải nhìn quá xa về quá khứ gần đây để tìm ra những ví dụ ấn tượng về việc các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt có thể làm căng thẳng lưới điện như thế nào. Chúng bao gồm cháy rừng gần đây, các đợt nắng nóng khắc nghiệt dẫn đến nhu cầu điều hòa không khí cao, cộng với rủi ro trực tiếp đối với cơ sở hạ tầng do bão và lũ lụt. Cháy là một vấn đề đặc biệt phức tạp, cả về khả năng đánh lửa hướng vào lưới điện và thiệt hại đối với chính lưới điện. Vì vậy, chắc chắn có rất nhiều người quan tâm đến việc hiểu biến đổi khí hậu đang ảnh hưởng như thế nào đến những sự kiện này và những rủi ro liên quan của chúng. Tuy nhiên, các rào cản kỹ thuật để thực sự sử dụng khoa học khí hậu một cách hiệu quả là khá lớn.
Không phải là các nhà lập kế hoạch điện chưa từng đối mặt với những bất ổn trước đây, nhưng sự không chắc chắn mà biến đổi khí hậu thể hiện không phải là nơi bạn có thể thu thập ngày càng nhiều quan sát cho đến khi bạn hiểu được những điều không chắc chắn. Lập kế hoạch chống chịu với khí hậu bao gồm việc dự báo nhiều điều kiện hợp lý trong tương lai thông qua các mô hình. Ví dụ, chúng ta không biết thế giới sẽ thải ra bao nhiêu khí nhà kính trong 30 năm tới, vì vậy có nhiều kịch bản phát thải khác nhau trong tương lai. Cũng có nhiều mô hình khác nhau, đáng tin cậy như nhau về các quá trình khí hậu vật lý. Đây không phải là những thứ chúng ta có thể hiểu đơn giản với nhiều trạm thời tiết hơn. Vì vậy, một thay đổi lớn cần thiết trong quy hoạch lưới là chuyển từ một khuôn khổ mà bạn chủ yếu sử dụng các quan sát lịch sử sang một khuôn khổ mà bạn đang sử dụng nhiều phép chiếu trong tương lai.
Wang: Vâng, tôi nghĩ mọi người đang cố gắng. Tôi nghĩ rằng đặc biệt ở những địa điểm đã trải qua sự gián đoạn đáng kể do thời tiết khắc nghiệt, các công ty tiện ích và cơ quan quản lý của họ đang cố gắng tìm ra cách đưa biến đổi khí hậu vào quy trình lập kế hoạch của họ. Nhưng đó là một vấn đề thực sự khó. Thứ nhất, có một mức độ không chắc chắn về tương lai được phản ánh trong các mô hình khoa học khí hậu, nhưng vẫn chưa rõ ràng ngay lập tức những bất ổn nào trong số đó là đủ đáng kể để tạo ra sự khác biệt cho những người ra quyết định. Do đó, mọi người hơi do dự vì họ không hoàn toàn chắc chắn về cách sử dụng dữ liệu ngay từ đầu. Và hai, tôi nghĩ rằng cũng có thể thiếu sự đổi mới trong cách áp dụng các nguyên tắc của khoa học quyết định — một lĩnh vực dành để tạo ra các kỹ thuật ra quyết định bằng cách sử dụng thống kê, kinh tế học, máy học và tâm lý học — trong lĩnh vực năng lượng. Hầu hết thời gian, các tiện ích sử dụng dữ liệu thời tiết lịch sử thay vì dự báo khí hậu trong tương lai. Rất ít toán tử bắt đầu sử dụng các phép dự báo bị giới hạn trong phạm vi các kịch bản trong tương lai. Họ không xem xét phạm vi hợp lý hoàn toàn về khí hậu trong tương lai có thể trông như thế nào hoặc nó có thể tác động đến lưới điện như thế nào.
Và nó rất thách thức; cơ sở hạ tầng lưới điện hiện tại của chúng ta thực sự đã cũ và nó không được thiết kế cho cả khí hậu thay đổi chưa từng có mà chúng ta đang thấy và nhu cầu giảm lượng khí thải carbon đồng thời.
Trong bài báo của chúng tôi, chúng tôi đã nói rất nhiều về cách các công cụ mô hình hiện có mà mọi người đang sử dụng không có khả năng kết hợp nhiều tính chất không chắc chắn sâu sắc vốn có của khí hậu.
dự báo hoặc khí hậu sẽ ảnh hưởng như thế nào đến hành vi của người tiêu dùng. Vì vậy, đó là thiếu các công cụ, và sau đó, tôi nghĩ rằng đó là loại thiếu ưu tiên lập kế hoạch cho biến đổi khí hậu - không có một quy trình chính thức hướng dẫn các tiện ích về cách lập kế hoạch cho biến đổi khí hậu.
Q. Vậy một số công cụ mà người lập kế hoạch tiện ích có thể sử dụng là gì?
Wang: Các khái niệm chính mà chúng tôi đã chắt lọc từ các tài liệu khoa học về quyết định là tính mạnh mẽ, lập kế hoạch thích ứng và sự tham gia của nhiều bên liên quan. Ý tưởng về tính mạnh mẽ là bạn đang cố gắng tránh xa việc tìm kiếm một giải pháp tối ưu hóa, đó là điều mà các phương pháp tiếp cận ra quyết định truyền thống tập trung vào. Thay vào đó, một giải pháp mạnh mẽ là một giải pháp sẽ hoạt động tốt trong một loạt các tình huống trong tương lai. Và ý tưởng về lập kế hoạch thích ứng thực ra không phải là quá mới. Người ta đã làm điều đó trong một thời gian trong lĩnh vực bảo tồn và trong lĩnh vực nước; nhưng trong lĩnh vực năng lượng, chúng ta chưa nhìn thấy nó quá nhiều. Lập kế hoạch thích ứng về cơ bản yêu cầu lập kế hoạch chủ động hơn trong đó bạn theo dõi những thay đổi mà bạn đang thấy trong môi trường hiện tại. Và dựa trên những thay đổi đó, bạn có thể thực hiện các bước tiếp theo là gì? Đồng thời, nó cũng yêu cầu một quy trình thể chế chính thức hóa để phát triển các hành động đó và một hệ thống giám sát.
Thay vì lựa chọn một chiến lược duy nhất ngày nay, có thể có nghĩa là đầu tư quá mức hoặc đầu tư thiếu vào các biện pháp khắc phục, lập kế hoạch thích ứng có nghĩa là xác định một loạt các hành động thích hợp cho phạm vi điều kiện có thể xảy ra, sau đó theo dõi các dấu hiệu cho thấy kịch bản nào đang thực sự xảy ra. Ví dụ, có một số không chắc chắn về mức độ và mức độ nhanh chóng của biến đổi khí hậu sẽ tác động đến các nguồn thủy điện. Nếu thủy điện vẫn ổn định thì có thể chấp nhận “chờ xem” trong khi tiếp tục lập kế hoạch cho những đợt suy giảm có thể xảy ra; nếu rõ ràng thủy điện đang suy giảm nhanh chóng thì có thể đã đến lúc phải đầu tư vào phát điện bổ sung; và nếu thủy điện ngày càng thay đổi từ năm này sang năm khác, thì có thể thích hợp để đầu tư vào việc tích trữ thêm. Lập kế hoạch cho từng khả năng ngay bây giờ và xác định "biển chỉ dẫn" cho biết chúng ta nên đi trên con đường nào là dấu hiệu của việc lập kế hoạch thích ứng.
Sau đó, khái niệm tham gia của nhiều bên liên quan cũng là một cách tiếp cận đã được chứng minh. Điều này được thấy khá phổ biến trên nhiều lĩnh vực khác nhau. Ý tưởng ở đây là tạo điều kiện cho một cuộc thảo luận giữa nhiều người với các ưu tiên và chuyên môn khác nhau.
Jones: Đúng vậy, cách tôi nghĩ về phần nhiều bên liên quan là mọi quyết định về năng lượng đều có nhiều mục tiêu cạnh tranh. Ví dụ, nếu bạn nghĩ về quy hoạch ngành điện, bạn phải cân bằng chi phí với độ tin cậy và tính bền vững. Bạn phải nghĩ về hiệu suất trong điều kiện rất khắc nghiệt so với hiệu suất trong những ngày bình thường. Bạn muốn đầu tư hoặc chi trả bao nhiêu để có khả năng phục hồi trong những thời điểm khắc nghiệt ảnh hưởng đến các bên liên quan theo những cách rất khác nhau? Bạn biết đấy, đối với một người nào đó đang thở máy, cúp điện sẽ nguy hiểm đến tính mạng. Người đó sẽ có cách nhìn rất khác so với người ở hoàn cảnh khác. Và do đó, quan điểm của nhiều bên liên quan khám phá cách các ưu tiên khác nhau này có thể diễn ra như thế nào trong các tình huống khác nhau, để làm cho sự cân bằng rõ ràng hơn và hy vọng tìm ra các giải pháp hiệu quả nhất.
Wang: Một điều khác mà chúng tôi nhấn mạnh là thiếu các chuyên gia được đào tạo hiểu cả khía cạnh khoa học khí hậu và quy hoạch hệ thống điện. Và đó có thể là nơi mà sự tham gia của nhiều bên tham gia. Nó có thể tạo điều kiện cho một môi trường nơi các nhà khoa học khí hậu có thể giao tiếp với các kỹ sư hệ thống điện theo cách hiệu quả hơn và cùng nhau, họ có thể tích hợp khoa học khí hậu cập nhật nhất trong quá trình lập kế hoạch.
Q. Bạn đang thực hiện những ý tưởng này như thế nào?
Wang: Chúng tôi có một số dự án liên quan bắt đầu vào năm tới, phối hợp với Năng lượng & Kinh tế Môi trường và Eagle Rock Analytics, tập trung vào việc lập kế hoạch một hệ thống điện thích ứng với khí hậu cho bang California. Đó là một nhóm các nhà khoa học khí hậu, kỹ sư, nhà khoa học ra quyết định và nhà lập mô hình, và chúng tôi sẽ làm việc cùng nhau để phát triển các công cụ cho phép những người ra quyết định giải quyết những bất ổn trong khí hậu đang thay đổi của chúng ta. Vì vậy, đó là một công việc đang được tiến hành và những gì chúng tôi đang hình dung là một trong những sản phẩm cuối cùng sẽ là một công cụ tạo mô hình trực tuyến tương tác. Người dùng sẽ có thể chọn các biến số khí hậu khác nhau mà họ quan tâm và xem chúng có thể tác động như thế nào đến một khu vực cụ thể. Hình dung những tác động đó có thể hữu ích cho việc lập kế hoạch lưới điện dài hạn. Và xem sự không chắc chắn trong các biến khí hậu như nhiệt độ hoặc lượng mưa sẽ ảnh hưởng như thế nào đến những thứ như nhu cầu năng lượng hoặc các yếu tố khác mà họ quan tâm.
Jones: Thêm vào đó, tôi không biết rằng chúng ta có thể hoặc sẽ biết chính xác giải pháp phù hợp là gì cho đến khi chúng ta có nhiều cuộc đối thoại mở rộng hơn giữa các chuyên gia khoa học khí hậu và các nhà thực hành từ ngành điện. Trong công việc liên tục được DOE hỗ trợ về dự án HyperFACETS, chúng tôi
đang phát triển các cách thức cơ bản mới để sản xuất và đánh giá khoa học khí hậu với sự cộng tác chặt chẽ với các bên liên quan. Dự án mới do CEC hỗ trợ của chúng tôi mở rộng cuộc đối thoại đó để tập trung vào các công cụ thực tế giúp chuyển khoa học thành thông tin có thể sử dụng được. Danh mục các dự án này cùng nhau bao gồm toàn bộ phạm vi — từ cách chúng tôi lập mô hình các sự kiện cực đoan do khí hậu điều khiển đến cách chúng tôi xem xét các giải pháp thích ứng thay thế trên phạm vi các kết quả có thể xảy ra.
Đáng chú ý là ngành điện được quy định một cách rất phức tạp và rất khác nhau ở các bang khác nhau và các vùng địa lý khác nhau. Vì vậy, có một số yếu tố mà chúng ta cần tìm ra, mà những hợp tác này sẽ giải quyết. Nhưng tôi nghĩ rõ ràng rằng, từ quan điểm kỹ thuật, chúng ta cần các công cụ cho phép chúng ta khám phá ý nghĩa của một loạt các tình huống có thể xảy ra và sau đó đánh giá tác động của nhiều mục tiêu. Linh cảm của chúng tôi là nếu bạn có thể làm điều đó theo cách tương tác và trực quan, điều đó sẽ cho phép một loại lập kế hoạch khác có thể giải thích cho nhiều kết quả khác nhau có thể xảy ra trong tương lai. Vì vậy, đó có thể là sự thay đổi cơ bản.
