Исследование Университета Оклахомы предсказывает значительные изменения в энергопотреблении городских зданий из-за изменения климата, подчеркивая необходимость принятия решительных стратегий смягчения последствий и повышения энергоэффективности. Исследователи обнаружили, что на каждый градус среднего потепления климата энергия, необходимая для охлаждения зданий в городах США, вероятно, увеличится на 13,8%.
Исследование, проведенное под руководством Чэнхао Ванга, доцента Университета Оклахомы, недавно опубликованное в журнале Nature Communications, исследует важнейший вопрос о том, как энергопотребление зданий в городских условиях будет меняться под влиянием изменения климата.
На ископаемое топливо приходится примерно 40% всей энергии, потребляемой зданиями в городских центрах США, а Управление энергетической информации США сообщает, что жилые и коммерческие здания в городах США входят в число основных потребителей энергии (39%) и источников выбросов парниковых газов (28%). Понимание будущего использования энергии городами важно для разработки стратегий смягчения последствий изменения климата, повышения энергоэффективности, разработки и внедрения энергетических и экологических норм, политик и программ стимулирования, а также повышения устойчивости и адаптируемости наших обществ к будущему климату и экстремальным погодным условиям.
Предыдущие исследования и текущие цели исследований
«Предыдущие исследования добились больших успехов в оценке того, как использование энергии на национальном уровне или уровне штата отреагирует на будущее изменение климата», - сказал он. «Однако по-прежнему существуют большие пробелы в нашем понимании в городском масштабе. Поскольку города по всему миру работают над достижением амбициозных целей устойчивого развития, необходимо более детальное понимание использования энергии в городском масштабе».
В состав исследовательской группы входят Джанет Рейна и Генри Хорси из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, Сун Цзиюнь, Ши Дачуань и Чжоу Юй из Университета Гонконга, Сара Ферон из Университета Сантьяго в Чили, Оуян Цзутао и Роберт Джексон из Стэнфордского университета и Ли Ин из Китайского университета трех ущелий.
Они изучили 277 городов в прилегающих Соединенных Штатах, используя модельное моделирование и новейшие прогнозы климата на будущее из набора данных Проекта взаимного сравнения связанных моделей (CMIP6). Они рассмотрели четыре возможных сценария потепления климата, включая различные возможные сценарии потепления климата и два сценария в энергетическом секторе.
«В одном из сценариев энергетического сектора мы предполагаем, что в будущем не будет проводиться политика по выбросам углерода, но мы также включаем сценарий, который предполагает, что энергетический сектор быстро декарбонизируется и достигнет нулевых выбросов углекислого газа к 2050 году, аналогично цели по сокращению выбросов углекислого газа, объявленной президентом США Байденом в 2023 году», — сказал Ван Чэнхао.
Результаты исследования и последствия
Чтобы изучить эволюцию энергопотребления городских зданий в условиях будущего изменения климата, команда Ван Чэнхао использовала показатель, называемый интенсивностью энергопотребления (EUI). EUI — это потребление энергии на квадратный фут в год, которое рассчитывается путем деления общей энергии, потребляемой зданием, на общую площадь пола.
«Из-за изменения климата мы обнаруживаем, что к 2050-м годам EUI в масштабах города будет меняться неравномерно по сравнению с 2010-ми годами, при этом наибольший рост EUI в сфере электроэнергии произойдет в основном на юге, юго-западе, западе и юго-востоке, причем рост составит до 7,2%».
Они обнаружили, что в теплое время года и самые жаркие дни прирост EUI электроэнергии будет намного больше, чем круглогодичное изменение, особенно на северо-западе. Основная причина этой разницы заключается в том, что в более теплом будущем внедрение систем кондиционирования воздуха и потребление энергии для охлаждения помещений будут выше. Для каждой степени потепления средний EUI охлаждения помещений на уровне города увеличится на 13,8%.
«Мы обнаружили, что пиковое потребление электроэнергии в городских зданиях летом EUI увеличилось на 10,1% до 37,7% в среднем. Однако в некоторых городах рост превысит 110%. Это потребует более высокой пропускной способности сети и более сильной способности противостоять отключениям электроэнергии в период сильной жары», — сказал Ван.
Команда также оценила потенциальные изменения в источниках энергии, используемых городскими зданиями, принимая во внимание потери энергии при выработке, передаче и распределении электроэнергии.
«Декарбонизация энергетического сектора очень эффективна для ограничения потребления энергии в будущих городских зданиях, но ключевым моментом является дальнейшее сокращение прямого сжигания ископаемого топлива в зданиях», — сказал Ван. «Проще говоря, нам нужно быстро электрифицировать городские здания будущего».