Предупреждение исходит от Упману Лалла, профессора Колумбийского инженерного университета и Колумбийской школы климата, который недавно переключил свои взгляды с устойчивого водопользования на устойчивые возобновляемые источники энергии в стремлении к нулевым выбросам углерода.

"Проектировщикам систем возобновляемой энергетики необходимо будет обращать внимание на изменение структуры ветра и солнечной энергии в течение недель, месяцев и лет, как это делают управляющие водными ресурсами", - сказал он. "Вы не сможете управлять такой изменчивостью с помощью батарей. Вам понадобится больше возможностей."

В новом исследовании по моделированию, опубликованном в журнале Узоры, Лалл и аспирант Колумбийского университета Яш Амонкар, показывают, что потенциал солнца и ветра сильно варьируется в течение нескольких дней и недель, не говоря уже о месяцах и годах. Они сосредоточились на Техасе, который лидирует в стране по производству электроэнергии за счет энергии ветра и является пятым по величине производителем солнечной энергии. Техас также может похвастаться автономной сетью, которая по размерам не уступает многим странам", - сказал Лалл, что делает его идеальной лабораторией для определения перспектив и опасностей систем возобновляемой энергетики.

Опираясь на 70-летние исторические данные о ветровой и солнечной энергии, исследователи построили модель искусственного интеллекта для прогнозирования вероятности сетевой "засухи", когда ежедневное производство возобновляемых источников энергии упадет ниже целевого порога. При пороге, установленном в 30-м процентиле, когда примерно треть всех дней приходится на дни с низким уровнем производства, исследователи обнаружили, что Техас может столкнуться с ежедневной энергетической засухой в течение четырех месяцев подряд.

Батареи не смогли бы компенсировать засуху такой продолжительности, сказал Лалл, и если бы система полагалась только на солнечную энергию, можно было бы ожидать, что засуха продлится вдвое дольше - в течение восьми месяцев. "Эти результаты свидетельствуют о том, что специалистам по энергетическому планированию придется рассмотреть альтернативные способы хранения или выработки электроэнергии или резко увеличить мощность своих возобновляемых систем", - сказал он.

Предвидя будущие "энергетические" засухи - в Техасе и по всей континентальной части Соединенных Штатов

Исследование началось шесть лет назад, когда Лолл и бывший аспирант Дэвид Фарнхэм изучили изменчивость ветра и солнечной активности в восьми аэропортах США, где погодные записи, как правило, длиннее и детальнее. Они хотели посмотреть, каких изменений можно ожидать при гипотетической 100%-ной сети возобновляемых источников энергии.

Результаты, которые Фарнхэм опубликовал в своей докторской диссертации, не стали неожиданностью. Фарнхэм и Лалл обнаружили, что потенциал солнечной энергии и ветра, как и количество осадков, сильно варьируется в зависимости от времени года и места установки ветряных турбин и солнечных панелей. В восьми городах они обнаружили, что потенциал возобновляемых источников энергии в некоторые сезоны увеличивался и уменьшался по сравнению с долгосрочным средним показателем на целых треть.

"Мы ввели термин "энергетические" засухи, поскольку 10-летний цикл с такими значительными отклонениями от долгосрочного среднего значения будет рассматриваться как серьезная засуха", - сказал Лалл. "Это было началом работы по борьбе с энергетической засухой".

В текущем исследовании Лалл решила увеличить масштаб Техаса, штата, хорошо обеспеченного как солнцем, так и ветром. Лалл и Амонкар обнаружили, что постоянные засухи из возобновляемых источников энергии могут длиться до года, даже если солнечные и ветряные генераторы будут распространены по всему штату. Вывод, по словам Лалла, заключается в том, что возобновляемые источники энергии сталкиваются с проблемой хранения, которую реально можно решить только путем добавления дополнительных мощностей или источников энергии.

"В полностью возобновляемом мире нам нужно было бы разработать ядерное топливо или водородное топливо, или переработать углерод, или добавить гораздо больше мощностей для производства возобновляемых источников энергии, если мы хотим избежать сжигания ископаемого топлива", - сказал он.

Во время малого количества осадков управляющие водными ресурсами обеспечивают поступление пресной воды через кран, используя муниципальные резервуары или подземные водоносные горизонты. Системы солнечной и ветровой энергетики не имеют эквивалентного резервного копирования. Батареи, используемые для накопления избыточной солнечной и ветровой энергии в исключительно яркие и порывистые дни, сохраняют заряд всего несколько часов, самое большее - несколько дней. Гидроэлектростанции обеспечивают потенциальный буфер, сказал Лалл, но недостаточно надолго, чтобы система выдержала длительный сухой период с периодическими солнечными лучами и ветром.

"Мы не решим проблему, построив более крупную сеть", - сказал он. "Операторы электросетей стремятся к надежности на 99,99%, в то время как управляющие водными ресурсами стремятся к надежности на 90%. Вы можете видеть, какой сложной игрой это будет для энергетической отрасли, и насколько ценными могут быть сезонные и долгосрочные прогнозы ".

На следующем этапе исследований Лалл будет работать с профессорами инженерного дела Колумбийского университета Виджаем Моди и Болуном Сюем, чтобы выяснить, смогут ли они предсказать как энергетические засухи, так и "наводнения", когда система генерирует избыток возобновляемых источников энергии. Вооружившись этими прогнозами, они надеются предсказать рост и падение цен на энергоносители.