Assessing uncertainty space for long-term flexibility needs in future European sector-coupled energy system
एक व्यापक अनिश्चितता विश्लेषण के साथ एक पैन-यूरोपीय सेक्टर-कपल्ड मॉडल का उपयोग करते हुए, यह अध्ययन नेट-जीरो ऊर्जा प्रणाली के लिए दीर्घकालिक लचीलेपन की आवश्यकताओं को परिमाणित करता है, जिससे यह पता चलता है कि विभिन्न समय-सीमाओं और क्षेत्रों में परिवर्तनशीलता को संबोधित करने के लिए विद्युतीकृत हीटिंग, इलेक्ट्रिक वाहन, हाइड्रोजन और बैकअप गैस को संयोजित करने वाले विविध क्रॉस-सेक्टरल पोर्टफोलियो आवश्यक हैं।
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यूरोप में ऊर्जा का भविष्य केवल अधिक बिजली उत्पन्न करने के बारे में नहीं है; यह एक ऐसे तंत्र को प्रबंधित करने के बारे में है जो तेजी से अप्रत्याशित होता जा रहा है। जैसे-जैसे महाद्वीप जीवाश्म ईंधन से हटकर पवन और सौर ऊर्जा की ओर बढ़ रहा है, ऊर्जा आपूर्ति मौसम पर निर्भर हो रही है। सूरज हमेशा नहीं चमकता, और हवा हमेशा नहीं चलती, जिससे ऊर्जा उत्पादन और लोगों की आवश्यकता के बीच अंतराल पैदा होता है। लाइटों को चालू रखने के लिए, ऊर्जा तंत्र को लचीलेपन (flexibility) की आवश्यकता है। सरल शब्दों में, लचीलापन आपूर्ति और मांग को तेजी से समायोजित करने की क्षमता है। इसका अर्थ है अतिरिक्त ऊर्जा को प्रचुर मात्रा में होने पर संग्रहीत करना, बाद में उपयोग के लिए इसे बचाकर रखना जब यह कम हो, या प्रकृति द्वारा प्रदान की गई ऊर्जा के अनुरूप अपने उपयोग को बदलना। इस लचीलेपन की आवश्यकता विभिन्न समयसीमाओं में बढ़ती है: कुछ समायोजन दैनिक परिवर्तनों को संतुलित करने के लिए घंटों के भीतर होने चाहिए, कुछ दिनों या हफ्तों के दौरान लंबे मौसम पैटर्न को संभालने के लिए, और कुछ पूरे मौसमों के दौरान सर्दियों की हीटिंग मांगों को प्रबंधित करने के लिए। विविध उपकरणों के मिश्रण के बिना, एक स्वच्छ ऊर्जा भविष्य अस्थिर हो सकता है।
डेनमार्क के तकनीकी विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने यह मानचित्रण करने के लिए कि यूरोप को वास्तव में कितने लचीलेपन की आवश्यकता होगी और इसे प्रदान करने के लिए कौन से उपकरण उपलब्ध होंगे, एक व्यापक अध्ययन किया। उन्होंने पूरे यूरोपीय ऊर्जा तंत्र का एक विशाल डिजिटल मॉडल बनाया, जिसमें बिजली, हीटिंग, परिवहन और हाइड्रोजन उत्पादन को एक एकीकृत नेटवर्क में जोड़ा गया। एक एकल भविष्य के परिदृश्य को देखने के बजाय, उन्होंने अपने मॉडल का परीक्षण ऐतिहासिक मौसम के डेटा के तैंतीस अलग-अलग वर्षों के विरुद्ध किया ताकि यह देखा जा सके कि विभिन्न परिस्थितियों में यह तंत्र कैसा प्रदर्शन करता है। उन्होंने एक सौ सिमुलेशन भी चलाए जहाँ उन्होंने प्रौद्योगिकी की लागत या लोग कितने इलेक्ट्रिक कारें खरीद सकते हैं, जैसे प्रमुख कारकों को बदला, ताकि संभावित परिणामों की सीमा को समझा जा सके। उनका लक्ष्य समाधानों का सबसे विश्वसनीय और लागत प्रभावी संयोजन खोजना था ताकि वर्ष 2050 तक एक नेट-जीरो ऊर्जा प्रणाली को सुचारू रूप से चलाया जा सके।
अध्ययन से पता चलता है कि भविष्य की ऊर्जा प्रणाली किसी एक 'सिल्वर बुलेट' (एकमात्र अचूक समाधान) के बजाय समाधानों के एक विविध पोर्टफोलियो पर निर्भर करेगी। सबसे महत्वपूर्ण निष्कर्षों में से एक यह है कि बिजली ग्रिड का विस्तार नाटकीय रूप से होना चाहिए। शोधकर्ताओं का अनुमान है कि 2050 तक यूरोप में बिजली ट्रांसमिशन लाइनों की क्षमता लगभग दोगुनी होकर लगभग 690 गीगावाट तक पहुँच जाएगी। यह विस्तार महत्वपूर्ण है क्योंकि यह उन क्षेत्रों को बिजली भेजने की अनुमति देता है जहाँ अतिरिक्त पवन या सौर ऊर्जा है, जिससे स्थानीय मौसम के उतार-चढ़ाव को प्रभावी ढंग से सुधारा जा सके। इसके साथ ही, अध्ययन इलेक्ट्रिक वाहनों के बढ़ते महत्व पर प्रकाश डालता है। 2050 तक यूरोपीय सड़कों पर अनुमानित 22.5 करोड़ इलेक्ट्रिक कारों के साथ, ये वाहन एक विशाल, वितरित बैटरी के रूप में कार्य कर सकते हैं। यदि इन्हें स्मार्ट चार्जिंग के माध्यम से सही ढंग से प्रबंधित किया जाए, तो वे उस समय ऊर्जा को अवशोषित कर सकते हैं जब सूरज चमक रहा हो और मांग बढ़ने पर उसे ग्रिड को वापस दे सकते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि यदि वाहन बिजली को वापस ग्रिड में भी भेज सकते हैं, जिसे 'व्हीकल-टू-ग्रिड' तकनीक के रूप में जाना जाता है, तो वे दैनिक लचीलेपन की एक पर्याप्त मात्रा प्रदान कर सकते है, जो प्रत्येक कार के लिए प्रति वर्ष एक बार पूरी बैटरी डिस्चार्ज करने के बराबर है।
हीटिंग और हाइड्रोजन उत्पादन भी इस लचीले भविष्य में केंद्रीय भूमिका निभाते हैं। मॉडल दिखाता है कि हीटिंग का विद्युतीकरण, मुख्य रूप से हीट पंपों के माध्यम से, लचीलेपन का एक प्रमुख स्रोत बनेगा। ये सिस्टम उपलब्धता के आधार पर अपने बिजली उपयोग को समायोजित कर सकते हैं, विशेष रूप से थर्मल स्टोरेज के साथ जोड़े जाने पर जो पंप बंद होने पर भी इमारतों को गर्म रखता है। इसी तरह, बिजली से हाइड्रोजन का उत्पादन एक लचीली मांग के रूप में कार्य करेगा, जो अतिरिक्त बिजली को सोख लेगा जिसे अन्यथा बर्बाद किया जा सकता था। हालांकि, अध्ययन इस बात की पुष्टि करता है कि इन उन्नत समाधानों के बावजूद, सिस्टम को सबसे चरम मौसम की घटनाओं के लिए एक बैकअप की आवश्यकता होगी। शोधकर्ताओं ने पाया कि पीक गैस क्षमता, जो लंबे समय तक कम हवा और धूप की अवधि के दौरान सुरक्षा जाल के रूप में कार्य करती है, आवश्यक बनी रहेगी। 2050 तक, इस क्षमता के लगभग 212 गीगावाट होने का अनुमान है। महत्वपूर्ण रूप से, इन बैकअप संयंत्रों के लिए ईंधन की उम्मीद प्राकृतिक गैस से बदलकर बायोमिथेन (एक नवीकरणीय गैस) होने की है, ताकि जलवायु लक्ष्यों के अनुरूप रहा जा सके। इस बैकअप बिजली का उपयोग बहुत कम किया जाएगा, जो साल में केवल कुछ सौ घंटों के लिए संचालित होगा, लेकिन गंभीर सर्दियों के तनाव के दौरान ब्लैकआउट को रोकने के लिए यह आवश्यक है।
शोध यह भी रेखांकित करता है कि कोई भी एकल समाधान हर जगह काम नहीं करता है। लचीलेपन के उपकरणों का मिश्रण स्थानीय भूगोल और संसाधनों पर बहुत अधिक निर्भर करता है। नॉर्वे और स्वीडन जैसे प्रचुर जलविद्युत (हाइड्रोपावर) वाले देश अपने जलाशयों पर निर्भर रहना जारी रखेंगे। इसके विपरीत, स्पेन और इटली जैसे उच्च सौर क्षमता वाले राष्ट्र दैनिक उतार-चढ़ाव को प्रबंधित करने के लिए इलेक्ट्रिक वाहनों और बैटरियों पर अधिक निर्भर करेंगे। अध्ययन दर्शाता है कि इलेक्ट्रिक वाहनों और हाइड्रोजन प्रौद्योगिकियों को अपनाने की गति में अनिश्चितता, अंतिम ऊर्जा मिश्रण में महत्वपूर्ण भिन्नता पैदा करती है। यदि हाइड्रोजन उत्पादन अपेक्षा से अधिक तेजी से बढ़ता है, तो यह अन्य लचीलेपन के विकल्पों की आवश्यकता को कम कर सकता है, जबकि धीमी प्रगति के लिए अधिक बैटरी या ट्रांसमिशन लाइनों की आवश्यकता हो सकती है। इन अनिश्चितताओं के बावजूद, मूल संदेश सुसंगत है: एक लचीला यूरोपीय ऊर्जा तंत्र केवल एक तकनीक पर नहीं, बल्कि ट्रांसमिशन लाइनों, इलेक्ट्रिक वाहनों, हीट पंपों, हाइड्रोजन और थोड़े से नवीकरणीय गैस बैकअप के एक समन्वित नेटवर्क पर बनाया जाएगा, जो ऊर्जा के प्रवाह को बनाए रखने के लिए विभिन्न समयसीमाओं में मिलकर काम करेंगे।
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