Integration of climate variability and climate change in renewable energy planning

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The trajectory outlined in the Paris Agreement to keep global warming below 2 $^\circ$C dictates not only the timing but also the speed at which the transformation of our energy system must take place to decarbonize energy production. Complying with the Paris Agreement requires reducing the carbon content of energy by about 75 % and therefore making a rapid transition from fossil production to production based on low-carbon technologies. Among these technologies are those based on renewable energies. The variability of the climate itself induces a fluctuating or even an intermittent production of variable renewable energy (solar, wind, marine), challenging the balance of the electricity grid. In this context, to speak of energy transition is to face the problem of increasing the penetration of low-carbon energy production while limiting the variability so as to ensure the socio-technical feasibility and economic viability. The problem is not simple, and the delicate balance between urgency (drastically reducing emissions) and utopia (choosing a strategy for low carbon energies and analyzing opportunities and obstacles) needs to be clearly defined.

About the authors

Philippe Drobinski

École Polytechnique

Email: philippe.drobinski@lmd.ipsl.fr

Alexis Tantet

References

  1. Knutson T. R. et al., Bull. Am. Meteorol. Soc., 99 (2018), S11
  2. Wang C. et al., Coral Reefs of the Eastern Pacific: Persistence and Loss in a Dynamic Environment, P. W. Glynn, D. P. Manzello, I. C. Enochs, Springer, Dordrecht, 2016, 85
  3. Hurrell J. W., Kushnir Y., Ottersen G., The North Atlantic Oscillation: Climatic Significance and Environmental Impact, Geophysical Monograph, 134, J. W. Hurrell et al., American Geophysical Union, Washington, DC, 2003, 1
  4. Bellouin N. et al., Earth Syst. Sci. Data, 12 (2020), 1649
  5. Smith C. J. et al., Atmos. Chem. Phys., 20 (2020), 9591
  6. Houghton J. T. et al. (Eds.), Climate Change 2001: The Scientific Basis. Contribution of Working Group I to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2001, 881 pp.
  7. Solomon S. et al. (Eds.), Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2007
  8. Stocker T. F. et al. (Eds.), Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2013
  9. Knutson T. R., Zeng F., Wittenberg A. T., J. Climate, 26 (2013), 8709
  10. Kam J. et al., Bull. Am. Meteorol. Soc., 97 (2016), S4
  11. Thorne P. W. et al., J. Geophys. Res., 110 (2005), D18105
  12. Haimberger L., Tavolato C., Sperka S., J. Climate, 25 (2012), 8108
  13. Free M. et al., J. Geophys. Res., 110 (2005), D22101
  14. Christy J. R. et al., J. Atmos. Ocean Technol., 20 (2003), 613
  15. Mears C. A., Wentz F. J., J. Atmos. Ocean Technol., 26 (2009), 1040
  16. Mears C. A., Wentz F. J., J. Atmos. Ocean Technol., 26 (2009), 1493
  17. Zou C. Z., Wang W. H., J. Geophys. Res., 116 (2011), D23113
  18. Ningombam S. S., Vemareddy P., Song H. J., Atmos. Res., 23 (2020), 2
  19. van Vuuren D. P. et al., Climatic Change, 109 (2011), 5
  20. Nakicenovic N., Swart R. (Eds.), Emissions Scenarios, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2000
  21. Moss R. H. et al., Nature, 463 (2010), 747
  22. Fuss S. et al., Nat. Clim. Change, 4 (2014), 850
  23. Knutti R., Hegerl G. C., Nat. Geosci., 1 (2008), 735
  24. Held I. M., Soden B. J., J. Clim., 19 (2006), 5686
  25. MacDougall A., Avis C., Weaver A., Nat. Geosci., 5 (2012), 719
  26. Jimenez-de-la-Cuesta D., Mauritsen T., Nat. Geosci., 12 (2019), 902
  27. Bjordal J. et al., Nat. Geosci., 13 (2020), 718
  28. Liu Z. et al., Nat. Commun., 11 (2020), 5172
  29. Tollefson J., Nature, 589 (2021), 343
  30. Reilly J. M., Chen Y. H. H., Jacoby H. D., Humanit. Soc. Sci. Commun., 8 (2021), 16
  31. IPCC, 2018: Global Warming of $1,5^{circ}C$. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of $1,5^{circ}C$ above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change, sustainable development, and efforts to eradicate poverty, V Masson-Delmotte et al., World Meteorological Organization, Geneva, 2018
  32. United Nations Climate Change, Paris Agreement, 2018
  33. Kaya Y., Yokoburi K. (Eds.), Environment, Energy, and Economy: Strategies for Sustainability, United Nations Univ. Press, Tokyo, 1997
  34. World Population Prospects 2019: Highlights, ST/ESA/SER.A/423 Report, United Nations Department of Economic and Social Affairs, Population Division, New York, 2019
  35. Guillemette Y., Turner D., The Long View: Scenarios for the World Economy to 2060, OECD Economic Policy Papers, No. 22, OECD, Paris, 2018, 51 pp.
  36. Edenhofer O. et al. (Eds.), IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2011
  37. Edenhofer O. et al. (Eds.), Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 2014
  38. Ли Н., УФН, 192 (2022), 1231
  39. Таджима Т. и др., УФН, 192 (2022), 1280
  40. Grill G. et al., Nature, 569 (2019), 215
  41. Poff N. L. et al., BioScience, 47 (1997), 769
  42. Sterman J. D., Siegel L., Rooney-Varga N., Environ. Res. Lett., 13 (2018), 015007
  43. REN21, Renewables 2020, Global Status Report, REN21 Ed., 2020, 367 pp.
  44. Suchet D. et al., Energies, 13 (2020), 3366
  45. IEA, Monthly Energy Review, U.S. Energy Information Administration, 2020
  46. Kumar G. V. B. et al., Energies, 12 (2019), 1996
  47. Abrell J., Rausch S., Streitberger C., Energy Economics, 84 (2019), 104463
  48. DOE, DOE, Quadrennial Technology Review 2015, U.S. Department of Energy, Washington, DC, 2015, 504 pp.
  49. van Zalk J., Behrens P., Energy Policy, 123 (2018), 83
  50. Hassan R., Scholes R., Ash N. (Eds.), Ecosystems and Human Well-Being : Current State and Trends: Findings of the Condition and Trends Working Group of the Millennium Ecosystem Assessment, Island Press, Washington, DC, 2005, 47
  51. Solaun K., Cerda E., Renewable Sustainable Energy Rev., 116 (2019), 109415
  52. International Energy Statistics, U.S. Energy Information Administration, 2015
  53. van Vliet M. T. H. et al., Nat. Clim. Change, 6 (2016), 375
  54. Deroubaix A. et al., Nat. Commun., ubmitted
  55. Drobinski P. et al., Climate and Environmental Change in the Mediterranean Basin. Current Situation and Risks for the Future. First Mediterranean Assessment Report, W. Cramer, J. Guiot, K. Marini, Union for the Mediterranean, Plan Bleu, UNEP/MAP, Marseille, 2020, 265
  56. Cochran J., Technical ReportNREL/TP-6A20-62607, National Renewable Energy Laboratory, NREL, Golden, CO, 2015, 30 pp.
  57. Alboaouh K. A., Mohagheghi S., J. Renewable Energy, 2020 (2020), 2314
  58. Heptonstall P. J., Gross R. J. K., Nat. Energy, 6 (2021), 72
  59. World Energy Outlook 2018, U.S. Energy Information Administration, IEA, 2018, 661 pp.
  60. Sijm J. P. M., ECN-E-14-022 Report, ECN, Petten, 2014, 52 pp.
  61. Roulston M. S. et al., Renew. Energy, 28 (2003), 585
  62. Usaoloa J. et al., Wind Eng., 28 (2004), 119
  63. Pinson P., Chevallier C., Kariniotakis G. N., IEEE Trans. Power Syst., 22 (2007), 1148
  64. Dupre A. et al., Energies, 13 (2020), 5266
  65. Alonzo B. et al., Energies, 13 (2020), 4888
  66. Apt J., J. Power Sources, 169 (2007), 369
  67. Frunt J., Kling W. L., van den Bosch P. P. J., Electric Power Syst. Res., 80 (2010), 1528
  68. Huber M., Dimkova D., Hamacher T., Energy, 69 (2014), 236
  69. van Stiphout A., Vos K. D., Deconinck G., IEEE Trans. Power Syst., 32 (2017), 378
  70. U.S. Electric Utility Demand-Side Management 2000, IEA, U.S. Energy Information Administration, DOE/EIA-0589(00), 2020
  71. Spiecker S., Weber C., Energy Policy, 65 (2014), 185
  72. Heard B. P. et al., Renew. Sustain. Energy Rev., 76 (2017), 1122
  73. Hansen K., Breyer C., Lund H., Energy, 175 (2019), 471
  74. Widen J. et al., Renew. Sustain. Energy Rev., 44 (2015), 356
  75. Graabak I., Korpâs M., Energies, 9 (2016), 449
  76. Tantet A. et al., Energies, 12 (2019), 4299
  77. Bouramdane A. A. et al., Energies, 13 (2020), 5087
  78. Maimo-Far A. et al., Energies, 13 (2020), 5132
  79. James I. N., Introduction to Circulating Atmospheres, Cambridge Univ. Press, Cambridge, 1994
  80. Holton J. R., An Introduction to Dynamic Meteorology, Elsevier Academic Press, Burlington, MA, 2004
  81. Duffie J., Beckman W. A., Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley and Sons, Hoboken, NJ, 2013
  82. Holttinen H., Wind Energy, 8 (2005), 173
  83. Giebel G., Wind Energy, 10 (2007), 69
  84. Kempton W. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 107 (2010), 7240
  85. Katzenstein W., Fertig E., Apt J., Energy Policy, 38 (2010), 4400
  86. Tarroja B. et al., Renew. Energy, 36 (2011), 3424
  87. Gueymard C. A., Wilcox S. M., Solar Energy, 85 (2011), 1068
  88. Marcos J. et al., Prog. Photovolt. Res. Appl., 20 (2012), 226
  89. Buttler A. et al., Energy, 106 (2016), 147
  90. Heide D. et al., Renew. Energy, 35 (2010), 2483
  91. Bett P. E., Thornton H. E., Renew. Energy, 87 (2016), 96
  92. Coker P. et al., Renew. Energy, 53 (2013), 111
  93. Widen J., IEEE Trans. Sustain. Energy, 2 (2011), 177
  94. Miglietta M. M., Huld T., Monforti-Ferrario F., J. Appl. Meteorol. Climatol., 56 (2016), 217
  95. Santos-Alamillos F. J. et al., J. Appl. Meteorol. Climatol., 51 (2012), 2005
  96. Carrara S. et al., Raw materials demand for wind and solar PV technologies in the transition towards a decarbonised energy system, EUR 30095 EN Report, Publication Office of the European Union, Luxembourg, 2020
  97. Vörösmarty C. J. et al., Global Planet. Change, 39 (2003), 169
  98. Zarfl C. et al., Aquat. Sci., 77 (2015), 161
  99. Winemiller K. O. et al., Science, 351 (2016), 128
  100. Armaroli N., Balzani V., Angew. Chem. Int. Ed., 46 (2006), 52
  101. Naylor R. L. et al., Environment Sci. Policy Sustainable Development, 49 (2007), 30
  102. von Möllendorff C., Welsch H., Measuring renewa, SOEP papers on Multidisciplinary Panel Data Research, No. 779, Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung, DIW, Berlin, 2015
  103. Bulavskaya T., Reynès F., Renewable Energy, 119 (2018), 528

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».