Des phénomènes météorologiques extrêmes, tels qu'une grave sécheresse, tempêtes, et les vagues de chaleur - on prévoit qu'elles deviendront plus courantes et commencent déjà à se produire. Ce qui a été moins étudié, c'est l'impact sur les systèmes énergétiques et comment les communautés peuvent éviter des perturbations coûteuses, telles que les pannes partielles ou totales.

Aujourd'hui, une équipe internationale de scientifiques a publié une nouvelle étude proposant une méthodologie d'optimisation pour la conception de systèmes énergétiques résilients au climat et pour aider à garantir que les communautés seront en mesure de répondre aux besoins énergétiques futurs compte tenu de la variabilité météorologique et climatique. Leurs conclusions ont été récemment publiées dans Énergie naturelle .

« D'un côté, la demande d'énergie, il y a différents types de besoins de construction, comme le chauffage, refroidissement, et éclairage. En raison du changement climatique à long terme et des événements météorologiques extrêmes à court terme, l'environnement extérieur change, ce qui entraîne des changements dans la demande énergétique des bâtiments, " a déclaré Tianzhen Hong, un scientifique de Berkeley Lab qui a aidé à concevoir l'étude. "D'un autre côté, le climat peut également influencer l'approvisionnement en énergie, comme la production d'électricité à partir de l'hydroélectricité, éoliennes et solaires. Ceux-ci pourraient également changer en raison des conditions météorologiques. »

Travailler avec des collaborateurs de Suisse, Suède, et l'Australie, et animé par un scientifique de l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), l'équipe a développé une méthode d'optimisation stochastique robuste pour quantifier les impacts, puis utiliser les données pour concevoir des systèmes énergétiques résilients au climat. Les méthodes d'optimisation stochastique sont souvent utilisées lorsque les variables sont aléatoires ou incertaines.

"Les systèmes énergétiques sont conçus pour fonctionner pendant 30 ans ou plus. La pratique actuelle consiste simplement à supposer des conditions météorologiques typiques aujourd'hui ; les urbanistes et les concepteurs ne prennent généralement pas en compte les incertitudes futures, " dit Hong, un informaticien à la tête de la modélisation et de la simulation énergétiques multi-échelles au Berkeley Lab. "Il y a beaucoup d'incertitudes concernant le climat et les conditions météorologiques futurs."

"Systèmes énergétiques, " tel que défini dans l'étude, répondre aux besoins énergétiques, et parfois stockage d'énergie, à un groupe de bâtiments. L'énergie fournie peut comprendre du gaz ou de l'électricité provenant de sources conventionnelles ou renouvelables. De tels systèmes énergétiques communautaires ne sont pas aussi courants aux États-Unis, mais peuvent être trouvés sur certains campus universitaires ou dans des parcs d'affaires.

Les chercheurs ont étudié un large éventail de scénarios pour 30 villes suédoises. Ils ont découvert que dans certains scénarios, les systèmes énergétiques de certaines villes ne seraient pas en mesure de générer suffisamment d'énergie. Notamment, la variabilité climatique pourrait créer un écart de 34 % entre la production et la demande totales d'énergie et une baisse de 16 % de la fiabilité de l'alimentation électrique, une situation qui pourrait entraîner des pannes d'électricité.

« Nous avons observé que les systèmes énergétiques actuels sont conçus de manière à les rendre très sensibles aux événements météorologiques extrêmes tels que les tempêtes et les vagues de chaleur, " dit Dasun Perera, scientifique au Laboratoire d'énergie solaire et de physique du bâtiment de l'EPFL et auteur principal de l'étude. « Nous avons également constaté que la variabilité du climat et des conditions météorologiques entraînera des fluctuations importantes de l'alimentation en énergie renouvelable des réseaux électriques ainsi que de la demande d'énergie. Cela rendra difficile l'adéquation entre la demande d'énergie et la production d'électricité. Faire face aux effets du changement climatique est va s'avérer plus difficile que nous ne le pensions auparavant."

Les auteurs notent que 3,5 milliards de personnes vivent en zone urbaine, consommant les deux tiers de l'énergie mondiale, et d'ici 2050, les zones urbaines devraient abriter plus des deux tiers de la population mondiale. « Les systèmes d'énergie distribuée qui soutiennent l'intégration des technologies des énergies renouvelables soutiendront la transition énergétique dans le contexte urbain et joueront un rôle essentiel dans l'adaptation et l'atténuation du changement climatique, " ils ont écrit.

Hong dirige un groupe de recherche en sciences urbaines au Berkeley Lab qui étudie les problèmes énergétiques et environnementaux à l'échelle de la ville. Le groupe fait partie de la division Building Technology and Urban Systems de Berkeley Lab, qui, depuis des décennies, est à la pointe de la recherche sur l'amélioration de l'efficacité énergétique dans l'environnement bâti.