Eventi meteorologici estremi, come una grave siccità, tempeste, e le ondate di calore, si prevede che diventeranno più comuni e stanno già iniziando a verificarsi. Quello che è stato meno studiato è l'impatto sui sistemi energetici e il modo in cui le comunità possono evitare costose interruzioni, come blackout parziali o totali.

Ora un team internazionale di scienziati ha pubblicato un nuovo studio che propone una metodologia di ottimizzazione per la progettazione di sistemi energetici resilienti al clima e per aiutare a garantire che le comunità siano in grado di soddisfare le future esigenze energetiche date le condizioni meteorologiche e la variabilità del clima. I loro risultati sono stati recentemente pubblicati in Energia della natura .

"Da un lato c'è la domanda di energia:ci sono diversi tipi di esigenze degli edifici, come il riscaldamento, raffreddamento, e illuminazione. A causa dei cambiamenti climatici a lungo termine e degli eventi meteorologici estremi a breve termine, l'ambiente esterno cambia, che porta a cambiamenti nella domanda energetica degli edifici, " ha detto Tianzhen Hong, uno scienziato del Berkeley Lab che ha contribuito a progettare lo studio. "Dall'altro lato, il clima può anche influenzare l'approvvigionamento energetico, come la produzione di energia da idroelettrico, turbine solari ed eoliche. Potrebbero cambiare anche a causa delle condizioni meteorologiche".

Lavorando con collaboratori dalla Svizzera, Svezia, e Australia, e guidato da uno scienziato dell'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), il team ha sviluppato un metodo di ottimizzazione robusto stocastico per quantificare gli impatti e quindi utilizzare i dati per progettare sistemi energetici resilienti al clima. I metodi di ottimizzazione stocastica vengono spesso utilizzati quando le variabili sono casuali o incerte.

"I sistemi energetici sono costruiti per funzionare per 30 o più anni. La pratica attuale è solo quella di assumere le condizioni meteorologiche tipiche di oggi; pianificatori e progettisti urbani di solito non tengono conto delle incertezze future, " disse Hong, uno scienziato computazionale che guida la modellazione e la simulazione energetica multiscala presso il Berkeley Lab. "C'è molta incertezza sul clima e sul tempo futuri".

"Sistemi energetici, "come definito nello studio, fornire il fabbisogno energetico, e talvolta accumulo di energia, ad un gruppo di edifici. L'energia fornita potrebbe includere gas o elettricità da fonti convenzionali o rinnovabili. Tali sistemi energetici comunitari non sono così comuni negli Stati Uniti, ma possono essere trovati in alcuni campus universitari o nei parchi commerciali.

I ricercatori hanno studiato un'ampia gamma di scenari per 30 città svedesi. Hanno scoperto che in alcuni scenari i sistemi energetici di alcune città non sarebbero in grado di generare energia sufficiente. In particolare, la variabilità climatica potrebbe creare un divario del 34% tra la produzione totale di energia e la domanda e un calo del 16% nell'affidabilità dell'alimentazione, una situazione che potrebbe portare a blackout.

"Abbiamo osservato che gli attuali sistemi energetici sono progettati in modo tale da renderli altamente suscettibili a eventi meteorologici estremi come tempeste e ondate di calore, " disse Dasun Perera, uno scienziato presso l'energia solare e il laboratorio di fisica degli edifici dell'EPFL e autore principale dello studio. "Abbiamo anche scoperto che la variabilità climatica e meteorologica si tradurrà in fluttuazioni significative dell'energia rinnovabile immessa nelle reti elettriche e della domanda di energia. Ciò renderà difficile soddisfare la domanda di energia e la produzione di energia. Affrontare gli effetti del cambiamento climatico è si dimostrerà più difficile di quanto pensassimo in precedenza."

Gli autori osservano che 3,5 miliardi di persone vivono in aree urbane, consumando i due terzi dell'energia globale, ed entro il 2050 si prevede che le aree urbane ospiteranno più di due terzi della popolazione mondiale. "I sistemi energetici distribuiti che supportano l'integrazione delle tecnologie energetiche rinnovabili sosterranno la transizione energetica nel contesto urbano e svolgeranno un ruolo vitale nell'adattamento e nella mitigazione dei cambiamenti climatici, " scrissero.

Hong guida un gruppo di ricerca sulle scienze urbane presso il Berkeley Lab che studia le questioni energetiche e ambientali su scala urbana. Il gruppo fa parte della divisione Building Technology and Urban Systems di Berkeley Lab, che da decenni è in prima linea nella ricerca per il progresso dell'efficienza energetica nell'ambiente costruito.