چگونه تغییرات اقلیمی، فناوری جدید، آینده افراطی در تقاضای اوج انرژی را شکل می دهند

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط اندرو زینین

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

تحقیقات جدید به رهبری دانشگاه میشیگان پیش‌بینی‌هایی را در اختیار شرکت‌های خدمات شهری و سیاست‌گذاران قرار می‌دهد که می‌تواند به آنها کمک کند تا برای اوج تقاضای انرژی در ایالات متحده بهتر آماده شوند.

این یافته ها در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.

مای شی، پژوهشگر فوق دکتری در دانشکده محیط زیست و پایداری U-M یا SEAS می گوید: «ما روی تقاضاهای اوج شدید تمرکز کردیم زیرا می خواهیم سیستم های قدرت خود را قابل اعتماد نگه داریم. "اگر سیستم برای شرایط متوسط ​​کار کند اما در موارد افراطی شکست بخورد، کار نمی کند. ما شبکه برق را اینگونه نمی سازیم. ما باید برای افراط برنامه ریزی کنیم."

در مطالعه جدید که توسط بنیاد ملی علوم ایالات متحده پشتیبانی می‌شود، شی و همکارانش مدل‌سازی کردند که چگونه این افراط‌ها بین سال‌های 2020 تا 2060 با توجه به گرمایش و سرمایش تغییر خواهند کرد. گرمایش و سرمایش از جمله مصرف کنندگان اصلی برق برای ساختمان های مسکونی و تجاری هستند. این تیم تجزیه و تحلیل کرد که چگونه این موارد می‌توانند در پس‌زمینه دو تغییر مهم، افراط در تقاضای اوج انرژی را شکل دهند.

اولین مورد تغییر اقلیم است. نه تنها میانگین دمای جهان در حال افزایش است، بلکه امواج گرما شدیدتر و مکرر در حال رشد هستند، به این معنی که خنک کردن ساختمان ها به انرژی بیشتری نیاز دارد.

تغییر دوم این است که فناوری که به گرمایش و سرمایش ساختمان‌ها کمک می‌کند، رایج‌تر می‌شود و در طول زمان به ساختمان‌های بیشتری منتشر می‌شود. برای بخش فناوری، تیم استفاده رو به رشد از عایق و پمپ های حرارتی را در نظر گرفت.

پمپ‌های حرارتی سیستم‌های گرمایش و سرمایش برقی هستند که می‌توانند در مقایسه با سیستم‌های تهویه مطبوع، بهره‌وری قابل‌توجهی را ارائه دهند. مشکل این است که پمپ های حرارتی که کاملا الکتریکی هستند، در مقایسه با سیستم های معمولی که از سوخت های فسیلی استفاده می کنند، مانند کوره های گاز، بار بیشتری را نیز بر روی شبکه وارد می کنند. این بار با این واقعیت ترکیب می شود که بازده پمپ های حرارتی هر چه سردتر می شود کاهش می یابد. بنابراین، افزایش استفاده از پمپ حرارتی همچنین به معنای تقاضای بیشتر برق، به ویژه در مناطقی با زمستان های سرد است.

با دانستن این موضوع، تعجب آور نیست که این تیم دریافته است که تأثیرات روی تقاضاهای اوج شدید در سراسر کشور و آب و هوای منطقه ای آن متفاوت است. با این حال، یک روند کلی ظاهر شد.

شی که همچنین یکی از اعضای مرکز سیستم‌های پایدار U-M است، می‌گوید: انتشار فناوری ممکن است تأثیر بیشتری نسبت به تغییرات آب و هوا بر اوج تقاضا در بسیاری از مناطق داشته باشد.

این تیم از الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای مدل‌سازی تقاضای انرژی استفاده کردند. محققان چهار سناریو تغییر آب و هوا و 18 مسیر انتشار فناوری مختلف را در 183 شهرستان در سراسر ایالات متحده در نظر گرفتند که این به آنها اجازه داد تا بررسی کنند که چگونه اوج تقاضا بدون انتشار فناوری، بدون تغییر آب و هوا و در بسیاری از سناریوها که تأثیرات آنها ترکیب می‌شود، تکامل می‌یابد.

زمانی که فقط تغییرات آب و هوایی در نظر گرفته شود، پیش‌بینی می‌شود که اوج تقاضای شدید طی چهار دهه آینده در همه جا به جز شمال غرب بین 3 تا 9 درصد افزایش یابد. در خارج از شمال غرب، قله ها توسط تقاضای سرمایش هدایت می شوند، اما در شمال غربی، آنها توسط گرمایش هدایت می شوند و این سناریو کاهش 3 درصدی در حداکثر تقاضا را نشان می دهد.

هنگامی که تنها انتشار فناوری در نظر گرفته می شود، پذیرش فزاینده پمپ های حرارتی به دلیل نیاز به گرمایش 60 تا 104 درصد تقاضای اوج شدید در مناطق سردسیری مانند شمال شرق و غرب میانه را افزایش می دهد. این افزایش ها در مناطق معتدل تر، از جمله بخش هایی از جنوب غربی و جنوب شرقی، ملایم تر است - نزدیک به 15٪. در مناطق گرم مانند تگزاس و کالیفرنیا، اوج تقاضا کاهش می یابد.

وقتی تغییرات آب و هوا و انتشار فناوری با هم در نظر گرفته شوند، تصویر پیچیده تر می شود. به عنوان مثال، افزایش دما می تواند کارایی پمپ حرارتی را در طول زمستان در مناطق سردسیر بهبود بخشد. اگرچه گرم شدن هوا باعث افزایش تقاضای اوج شدید در مناطق گرم می‌شود، اما انتشار فناوری در مقایسه با سناریوی فقط تغییرات آب و هوا، تأثیر آن را کاهش می‌دهد.

بنابراین، درجه قابل توجهی از عدم قطعیت در نتایج وجود دارد. اما این تیم گفت که چگونه این مطالعه به این عدم قطعیت می‌پردازد، برای محققان، متخصصان و سیاست‌گذارانی که روی شبکه برق کار می‌کنند نیز ارزشمند خواهد بود.

شی گفت، در حالی که تنها یک منطقه به تنهایی می تواند برای محدود کردن تغییرات آب و هوایی انجام دهد، این مطالعه و سایر موارد مشابه آن می تواند به مناطق کمک کند تا مشوق ها و مقررات را تنظیم کنند تا انتشار فناوری را به یک مسیر ترجیحی هدایت کنند. اما آنها همچنین تأکید می کنند که تغییرات آب و هوایی را نمی توان نادیده گرفت.

مایکل کریگ، نویسنده ارشد، دانشیار SEAS و مهندسی صنایع و عملیات، گفت: «تغییر آب و هوا هنوز هم اهمیت زیادی دارد. "اگر به سیستم قدرت خود و آنچه باید نگران باشم فکر می کنم، تغییرات آب و هوا همچنان منبع مهمی از خطر و عدم اطمینان است."

تیم تحقیقاتی همچنین شامل Ziqi Wei از موسسه فناوری ماساچوست و Flavio Lehner از دانشگاه کرنل بود.

مای شی و همکاران، تفکیک اثرات در حال تحول تغییرات آب و هوا و انتشار فناوری بر تقاضای برق ساختمان، مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم (2026). DOI: 10.1073/pnas.2612343123

اطلاعات مجله: مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

فوق لیسانس فیزیک با تجربه تحقیق. علاقه مندان به اخبار علمی طولانی مدت. نقش کلیدی در موفقیت سرمقاله Science X ایفا می کند. نمایه کامل →