Untuk mendinginkan gedung-gedung masa depan, sektor kelistrikan harus berkembang
Spotlight

Untuk mendinginkan gedung-gedung masa depan, sektor kelistrikan harus berkembang


Dengan memproyeksikan bagaimana permintaan listrik berubah di masa depan yang lebih hangat (b, d) dan masa depan di mana suhu tetap pada level 2015 (a, c), penulis studi menunjukkan berapa banyak kapasitas daya baru (dalam gigawatt) yang dibutuhkan untuk memenuhi pendinginan permintaan terkait dengan perubahan suhu. Kredit: Zarrar Khan | Laboratorium Nasional Pacific Northwest

Suhu meningkat. Delapan dari 10 tahun terpanas yang tercatat dari suhu rata-rata global terjadi setelah 1998. Ditambah dengan peningkatan itu adalah meningkatnya permintaan listrik untuk mendinginkan gedung. Sebuah studi baru diterbitkan baru-baru ini di jurnal tersebut Komunikasi Alam proyek-proyek bahwa permintaan listrik terkait dengan pendinginan gedung-gedung AS akan tumbuh seiring dengan kenaikan suhu puncak, dan begitu pula kebutuhan akan perluasan sektor tenaga listrik.

Para peneliti dari Laboratorium Nasional Pacific Northwest Departemen Energi AS menemukan bahwa membangun kapasitas baru di AS untuk memenuhi permintaan yang diproyeksikan di masa depan yang lebih hangat dapat menghabiskan biaya tambahan $ 1 triliun yang dihabiskan pada akhir abad ini. Penelitian ini menghubungkan interaksi antar sektor — listrik, air, pertanian, dan lain-lain — untuk menggambarkan bagaimana permintaan listrik dan kapasitas negara untuk memenuhinya dapat terwujud dalam skenario iklim di masa depan.

Jika penelitian sebelumnya telah mengeksplorasi kebutuhan energi masa depan bangsa secara mendetail, model yang menggambarkan evolusi permintaan pemanas dan pendingin di gedung biasanya tidak mempertimbangkan luasnya pengaruh tersebut. Di sini, penulis mempertimbangkan perdagangan listrik antarwilayah, produktivitas tenaga kerja, perubahan desain ruang lantai dan kerangka bangunan, harga dan ketersediaan bahan bakar, pergeseran ukuran populasi, dan perubahan teknologi dan ketersediaan air, di antara kekuatan dinamis lainnya yang membentuk permintaan.

“Kami memiliki akses ke model rinci yang menangkap penggunaan listrik hingga satu jam,” kata penulis utama Zarrar Khan, ilmuwan komputasi di Joint Global Change Research Institute, kemitraan antara Pacific Northwest National Laboratory dan University of Maryland tempat para peneliti mengeksplorasi interaksi antara manusia, energi, dan sistem lingkungan. “Tapi mereka tidak menangkap semua dinamika lain yang kami sertakan dalam model ini. Kami menggabungkan masukan dari berbagai sektor untuk mendapatkan gambaran lengkap, dan saya pikir ini adalah salah satu studi pertama yang melakukannya sambil menangkap dampak suhu sub-tahunan pada kebutuhan pemanasan dan pendinginan gedung. “

Studi ini menyoroti bagaimana peningkatan permintaan listrik puncak akibat kenaikan suhu — bukan peningkatan permintaan tahunan — menentukan berapa banyak kapasitas baru, dari pembangkit listrik hingga turbin angin, yang mungkin diperlukan.

Perubahan suhu menentukan investasi energi

Para penulis memodelkan dua skenario untuk memproyeksikan bagaimana kapasitas perlu tumbuh untuk memenuhi permintaan energi AS di masa depan. Yang pertama memerlukan masa depan di mana suhu berubah sebagai respons terhadap iklim yang berubah, dengan permintaan listrik puncak meningkat pada gilirannya. Yang kedua memerlukan masa depan di mana suhu dan permintaan puncak terkait tetap konstan dari 2015 dan seterusnya.

Dalam setiap kasus, perubahan suhu dimodelkan setiap jam untuk mendorong permintaan listrik di segmen permintaan siang dan malam bulanan. 10 jam teratas dengan permintaan tertinggi setiap tahun diambil secara terpisah untuk mewakili puncak tahunan. Membandingkan dua masa depan memungkinkan para peneliti untuk mengisolasi pengaruh terkait suhu pada permintaan listrik.

Mereka kemudian memperkirakan biaya pembangunan kapasitas untuk memenuhi permintaan tersebut. Kedua skenario tersebut diproyeksikan sepanjang tahun 2100. Secara keseluruhan, permintaan pendinginan diproyeksikan meningkat sementara permintaan pemanas menurun.

Namun, untuk melukiskan gambaran lengkap itu, penulis harus membuat serangkaian asumsi tentang bagaimana populasi akan tumbuh, tren teknologi dan ekonomi akan berkembang, dan tingkat emisi yang akan mengikuti. Untuk menetapkan kumpulan asumsi dasar tersebut, mereka memasukkan jalur sosial ekonomi dalam model mereka — yang digambarkan sebagai pendekatan “jalan tengah”. Di masa depan hipotetis ini, tren sosial, teknologi, dan ekonomi secara kasar mengikuti lintasan historisnya, dan emisi gas rumah kaca terus meningkat.

Dalam skenario di mana suhu AS tidak berubah dari level 2015, penulis memproyeksikan bahwa kapasitas daya California perlu naik menjadi 102 gigawatt pada tahun 2100 untuk memenuhi permintaan. Peningkatan itu, mereka memperkirakan, dapat mewakili investasi $ 322 miliar yang dihabiskan dari 2015 hingga akhir abad ini.

Faktor suhu di masa depan, bagaimanapun, dan kapasitas yang dibutuhkan California naik menjadi 120 gigawatt, membutuhkan investasi $ 393 miliar yang dikeluarkan pada tahun 2100. Demikian pula, Washington akan membutuhkan 87 gigawatt kapasitas yang dipasang pada tahun 2100 untuk memenuhi permintaan (76 gigawatt tanpa dampak terkait suhu), setara dengan $ 248 miliar yang dibelanjakan antara 2015 dan 2100.

Perkecil ke skala nasional, dan 2.100 kapasitas energi nasional yang dibutuhkan untuk memenuhi permintaan mencapai 2.017 gigawatt, dengan faktor perubahan suhu; ini sesuai dengan investasi $ 7,3 triliun yang dikeluarkan pada tahun 2100. Dalam skenario itu, biaya yang terkait langsung dengan perubahan suhu berjumlah $ 1 triliun. Pada Maret 2020, kapasitas pembangkit listrik nasional sekitar 1.200 gigawatt.

Peningkatan kapasitas terkait suhu terbesar terkonsentrasi di California, Illinois, Pennsylvania, dan Texas — dengan Texas diproyeksikan membutuhkan kapasitas 154 gigawatt pada tahun 2100, dan $ 413 miliar dihabiskan pada waktu itu untuk mencapainya.

Hasil bervariasi

Dampaknya jauh dari seragam di seluruh negara bagian, karena didorong oleh distribusi harga bahan bakar yang tidak merata, ketersediaan dan biaya sumber daya terbarukan, dan kondisi iklim, di antara faktor-faktor lainnya. Di California dan Texas, misalnya, di mana harga gas alam yang relatif lebih rendah digabungkan dengan perkiraan pertumbuhan ekonomi dan populasi yang lebih besar, penulis memproyeksikan investasi gas terkait suhu yang lebih besar.

Di negara bagian barat tengah di mana angin melimpah, penulis mengantisipasi investasi yang lebih besar dalam energi angin. Dalam setiap skenario, bahan bakar termurah dikirim terlebih dahulu.

Tuntutan pendinginan dan pemanasan bervariasi di seluruh iklim AS. Menariknya, penulis tidak menempatkan kapasitas pembangkit listrik baru di dekat area di mana permintaan listrik mencapai puncaknya. Sebaliknya, pola perdagangan listrik menawarkan kelegaan dan fleksibilitas di wilayah di mana negara bagian yang terhubung dengan jaringan dapat menyalurkan daya antara satu sama lain, berpotensi memenuhi beberapa tingkat permintaan tanpa biaya pemasangan pembangkit listrik baru.

Permintaan pendinginan menyumbang sekitar 10% dari total penggunaan listrik AS pada tahun 2020.

Menjelajahi jalur alternatif

Mengubah asumsi tentang tren ekonomi masa depan dan tingkat emisi akan menggeser hasil. Masa depan di mana penggunaan bahan bakar fosil tinggi dan gaya hidup menuntut penggunaan energi yang lebih besar, misalnya, meningkatkan penggunaan listrik tahunan di gedung-gedung yang diperkirakan 50-73% lebih tinggi. Ke depan, tim akan melihat ke masalah lain, mulai dari perubahan yang dibawa oleh kendaraan listrik hingga penyimpanan jaringan.

“Jika Anda hanya melihat beban tahunan,” kata insinyur sistem dan rekan penulis Marshall Wise, “maka hampir tidak mungkin untuk menunjukkan mengapa ada permintaan untuk penyimpanan, atau manfaat apa yang akan dilakukannya. Dengan permintaan listrik intra-tahunan yang bervariasi, meskipun, Anda melihat tekanannya. Lalu Anda berkata, “Oke, seberapa besar sesuatu seperti penyimpanan dapat membantu mengurangi tekanan tersebut terkait kebutuhan akan kapasitas baru sekaligus mengurangi biaya?” Itulah mengapa penyimpanan adalah langkah selanjutnya yang jelas untuk kami analisis. ”


Bagaimana sistem tenaga AS dapat berkembang dengan elektrifikasi yang meluas


Informasi lebih lanjut:
Zarrar Khan dkk. Dampak perubahan suhu jangka panjang dan variabilitas pada investasi listrik, Komunikasi Alam (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-21785-1

Disediakan oleh Laboratorium Nasional Pacific Northwest

Kutipan: Untuk mendinginkan bangunan besok, sektor tenaga harus tumbuh (2021, 15 April) diambil 15 April 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-04-cool-tomorrow-power-sector.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten tersebut disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Pengeluaran SGP Hari Ini