Một nghiên cứu từ Đại học Oklahoma dự đoán những thay đổi đáng kể trong mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà đô thị do biến đổi khí hậu, nhấn mạnh sự cần thiết của các chiến lược giảm thiểu mạnh mẽ và cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng. Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng đối với mỗi mức độ nóng lên của khí hậu trung bình, năng lượng cần thiết để làm mát các tòa nhà ở các thành phố của Hoa Kỳ có khả năng tăng 13,8%.
Một nghiên cứu do Chenghao Wang, trợ lý giáo sư tại Đại học Oklahoma dẫn đầu, được công bố gần đây trên tạp chí Nature Communications, khám phá câu hỏi quan trọng về mức tiêu thụ năng lượng của tòa nhà ở quy mô thành phố trong môi trường đô thị sẽ phát triển như thế nào dưới tác động của biến đổi khí hậu.
Nhiên liệu hóa thạch chiếm khoảng 40% tổng năng lượng sử dụng trong các tòa nhà ở các trung tâm đô thị Hoa Kỳ và Cơ quan Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ báo cáo rằng các tòa nhà dân cư và thương mại ở các thành phố của Hoa Kỳ nằm trong số những nơi tiêu thụ năng lượng chính (39%) và phát thải khí nhà kính (28%). Hiểu rõ việc sử dụng năng lượng trong tương lai của các thành phố là rất quan trọng để phát triển các chiến lược giảm thiểu biến đổi khí hậu, nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, phát triển và thực hiện các quy định, chính sách và chương trình khuyến khích về năng lượng và môi trường, đồng thời tăng khả năng phục hồi và khả năng thích ứng của xã hội chúng ta với khí hậu và điều kiện thời tiết khắc nghiệt trong tương lai.
Nghiên cứu trước đây và mục tiêu nghiên cứu hiện tại
"Nghiên cứu trước đây có thành công hạn chế trong việc ước tính cấp quốc gia hoặc tiểu bang. Đã có những bước tiến lớn trong việc tìm hiểu cách thức sử dụng năng lượng sẽ ứng phó với biến đổi khí hậu trong tương lai. Tuy nhiên, vẫn còn những khoảng trống lớn trong hiểu biết của chúng ta về cách thức sử dụng năng lượng ở mức quy mô đô thị khi các thành phố trên khắp thế giới nỗ lực hướng tới các mục tiêu bền vững đầy tham vọng. Giải pháp này là bắt buộc. "
Các thành viên trong nhóm nghiên cứu bao gồm Janet Reyna và Henry Horsey thuộc Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia, Hồng Kông. Song Jiyun, Shi Dachuan và Chu Yu từ Đại học Chile, Sarah Feron từ Đại học Santiago de Chile, Ouyang Zutao và Robert Jackson từ Đại học Stanford, và Li Ying từ Đại học Tam Hiệp Trung Quốc.
Họ đã nghiên cứu 277 thành phố ở vùng tiếp giáp Hoa Kỳ bằng cách sử dụng mô phỏng mô hình và các dự báo khí hậu trong tương lai mới nhất từ bộ dữ liệu của Dự án so sánh mô hình kết hợp (CMIP6). Họ đã xem xét bốn kịch bản về hiện tượng nóng lên của khí hậu có thể xảy ra, bao gồm nhiều kịch bản về hiện tượng nóng lên của khí hậu có thể xảy ra và hai kịch bản về ngành điện.
"Trong một kịch bản của ngành điện, chúng tôi giả định rằng sẽ không có chính sách carbon nào được thực hiện trong tương lai, nhưng chúng tôi cũng đưa vào một kịch bản giả định ngành điện sẽ nhanh chóng khử cacbon và đạt được lượng khí thải carbon ròng bằng 0 vào năm 2050, tương tự như mục tiêu không gây ô nhiễm carbon mà Tổng thống Hoa Kỳ Joe Biden đã công bố vào năm 2023," Wang Chenghao nói.
Kết quả và ý nghĩa nghiên cứu
Để nghiên cứu sự phát triển của việc sử dụng năng lượng của tòa nhà đô thị dưới tác động của biến đổi khí hậu trong tương lai, nhóm của Wang Chenghao đã sử dụng một thước đo gọi là cường độ sử dụng năng lượng (EUI). EUI là mức tiêu thụ năng lượng trên mỗi foot vuông mỗi năm và được tính bằng cách chia tổng năng lượng tiêu thụ của tòa nhà cho tổng diện tích sàn.
" Do biến đổi khí hậu, chúng tôi nhận thấy rằng EUI xây dựng quy mô thành phố dự kiến sẽ thay đổi không đồng đều vào những năm 2050 so với những năm 2010, với mức tăng điện lớn nhất EUI xảy ra chủ yếu ở miền Nam, Tây Nam, Tây và Đông Nam, với mức tăng sẽ lên tới 7,2%. "
Họ nhận thấy trong mùa ấm và những ngày nóng nhất, mức tăng điện EUI sẽ lớn hơn nhiều so với mức thay đổi quanh năm, đặc biệt là ở vùng Tây Bắc. Lý do chính cho sự khác biệt này là việc sử dụng điều hòa không khí và sử dụng năng lượng để làm mát không gian sẽ cao hơn trong tương lai ấm áp hơn. Đối với mỗi mức độ nóng lên, EUI làm mát không gian trung bình ở cấp thành phố sẽ tăng 13,8%.
"Chúng tôi nhận thấy rằng mức tiêu thụ điện vào giờ cao điểm của các tòa nhà đô thị EUI đã tăng trung bình từ 10,1% lên 37,7%. Tuy nhiên, mức tăng ở một số thành phố sẽ vượt quá 110%. Điều này sẽ đòi hỏi công suất lưới điện cao hơn và khả năng chống chọi với tình trạng mất điện do sóng nhiệt khắc nghiệt mạnh hơn", Wang cho biết.
Nhóm nghiên cứu cũng đánh giá những thay đổi tiềm ẩn trong nguồn năng lượng được các tòa nhà đô thị sử dụng, có tính đến tổn thất năng lượng trong quá trình sản xuất, truyền tải và phân phối điện.
"Việc khử cacbon trong ngành điện rất hiệu quả trong việc hạn chế mức tiêu thụ năng lượng nguồn trong các tòa nhà đô thị trong tương lai, nhưng điều quan trọng là giảm hơn nữa việc đốt trực tiếp nhiên liệu hóa thạch trong các tòa nhà", Wang nói. “Nói một cách đơn giản, chúng ta cần nhanh chóng điện khí hóa các tòa nhà đô thị trong tương lai.”