Forskarnas ”tidsmaskin” visar vilket klimatmål som sol och vind kan hjälpa oss att nå

https://mb.cision.com/Public/5569/4335754/99aad64ff71faa75_800x800ar.jpg

Vind- och solkraft har vuxit snabbare än vad som förutspåtts, men att göra en prognos för hur de kommer att växa framöver är förvånansvärt svårt. Forskare vid Chalmers har nu utvecklat det de kallar en beräkningsbaserad ”tidsmaskin” – en modell som överträffar befintliga prognosmetoder genom att använda AI-teknik för att analysera historiska tillväxtmönster i olika länder. Deras prognos visar att landbaserad vindkraft kan stå för omkring 25 procent av världens elproduktion år 2050, medan solkraft når cirka 20 procent. En sådan tillväxt ligger i linje med vad som anses behövas för Parisavtalets* 2°C-mål men räcker inte för att nå 1,5°C.

Att förutsäga framtiden är särskilt svårt för tekniker som vind och sol, där snabbt fallande kostnader motverkas av växande hinder som lokalt motstånd, begränsningar i infrastrukturen och förändringar i de politiska förutsättningarna.

– Befintliga modeller är mycket bra på att visa vad som behöver hända för att vi ska nå klimatmålen, men de kan inte säga vad som är mest sannolikt. Det är det glappet vi vill fylla, säger Jessica Jewell, professor vid fysisk resursteori på Chalmers.

Genom att studera utvecklingen i över 200 länder har forskarna identifierat ett återkommande mönster i hur vind- och solkraft växer: långa perioder av relativt jämn tillväxt som avbryts av plötsliga uppsving, ofta kopplade till politiska beslut.

– De flesta modeller antar en jämn, S-formad tillväxtkurva, men så ser det inte ut i verkligheten. Tillväxten sker ofta i ryck, och om man bortser från det riskerar man att underskatta hur snabbt tekniker kan utvecklas, säger Avi Jakhmola, doktorand vid fysisk resursteori på Chalmers och försteförfattare till studien som publicerats i Nature Energy.

13 000 virtuella världar

För att förbättra prognoserna utvecklade Jakhmola en modell baserad på 13 000 virtuella världar. I varje värld utvecklas vind- och solkraft på olika sätt – från mycket snabb expansion till betydligt långsammare tillväxt, och allt däremellan. En maskininlärningsalgoritm tränades sedan på dessa världar för att lära sig koppla tidiga nationella trender till globala utfall.

– När vi tillämpar modellen på verkliga data kan den säga vad som är det mest sannolika utfallet framöver, baserat på vad vi har sett hittills och på alla de virtuella världar den har analyserat, säger Jakhmola.

Till 2050 beräknar modellen att landbaserad vindkraft når omkring 26 procent av den globala elproduktionen (spannet i prognoserna är: 20–34 procent) och solkraft omkring 21 procent (15–29 procent). Detta ligger i stort sett i linje med en utveckling som är förenlig med målet om att inte överskrida 2°C uppvärmning, men inte med vad som krävs för 1,5°C.

Prognoserna sätter också löftet från COP28 om att tredubbla den globala förnybara kapaciteten till 2030 i perspektiv. Målet ligger nära den 95:e percentilen, vilket innebär att det kräver tillväxttakter som sällan har observerats.

– Att tredubbla den förnybara kapaciteten är inte omöjligt, men det kräver att i stort sett allt går rätt i alla länder, säger Jewell.

Forskarna har också undersökt vad som faktiskt skulle krävas för att nå 1,5°C-målet.

– Om vi börjar nu är de nödvändiga tillväxttakterna krävande men inte utan historiska paralleller, jämförbara med de mål som EU har satt upp för vindkraft inom REPowerEU och Indiens planer för solkraft, säger Jakhmola.

– Men om vi väntar till 2030 blir den nödvändiga ökningen betydligt brantare och mer abrupt. Fönstret för att skala upp stängs snabbt.

Tillbaka i tiden för att testa modellens tillförlitlighet

Forskarna använde också modellen för att testa hur tillförlitliga prognoserna är – genom att gå tillbaka i tiden

– Vi ville veta om våra prognoser håller om tio eller tjugo år. När vi matade in enbart data från 2015 visade det sig att modellen korrekt förutsåg vad som har hänt sedan dess. Det är det vi menar med en ”beräkningsbaserad tidsmaskin”, och det ger oss stort förtroende för prognoserna framåt, säger Jakhmola.

Studien pekar mot en bredare ambition att utveckla vetenskapligt robusta metoder för att prognostisera de mest sannolika tillväxtbanorna även för andra fossilfria tekniker, inte bara vind och sol.

Jessica Jewell säger:

– Det har länge varit lite av ett skämt hur dåliga teknikprognoser är. Men för beslutsfattare som försöker avgöra hur kraftfullt man ska driva förändring behövs en realistisk utgångspunkt. Vår studie är ett första steg mot att ta fram en sådan bild av framtiden.

*Parisavtalet och klimatmålen: Parisavtalet är ett juridiskt bindande internationellt avtal om klimatförändringar. Det antogs av 196 parter vid FN:s klimatkonferens (COP21) i Paris den 12 december 2015 och trädde i kraft den 4 november 2016. Det övergripande målet är att hålla ”ökningen av den globala medeltemperaturen väl under 2°C över förindustriella nivåer” och att sträva efter att begränsa temperaturökningen till 1,5°C över förindustriella nivåer.

Mer om forskningen:

Artikeln ”Probabilistic projections of global wind and solar power growth based on historical national experience” har publicerats i Nature Energy. Författare är Avi Jakhmola, Jessica Jewell, Vadim Vinichenko och Aleh Cherp. Forskarna är verksamma vid Chalmers tekniska högskola och Lunds universitet i Sverige, Universitetet i Bergen i Norge, International Institute for Applied Systems Analysis och Central European University i Österrike.

Forskarna har även tagit fram ett webbaserat visualiseringsverktyg för resultaten, tillgängligt vid forskargruppens webbplats ”Energy Technology and Policy”. En rolig detalj i sammanhanget är att idén till modellen delvis inspirerades av en kollega från ett annat forskningsområde. I början av sina doktorandstudier delade Avi Jakhmola nämligen kontor med en teoretisk ekolog på samma avdelning, vars arbete med att simulera ekosystem gav upphov till idén att skapa tusentals ”virtuella världar” för att studera hur teknologier utvecklas.

För mer information, kontakta: 

Avi Jakmola, doktorand, institutionen för miljö- och energivetenskaper, Chalmers tekniska högskola,  jakhmola@chalmers.se

Jessica Jewell, professor, institutionen för miljö- och energivetenskaper, Chalmers tekniska högskola, jewell@chalmers.se, 031 772 61 06

Forskarna talar engelska. På Chalmers har vi poddstudior och filmutrustning på plats och kan bistå vid förfrågningar om tv-, radio- eller poddintervjuer.