让电力系统更好地抵御气候风险的7个步骤

A sign warns of extreme heat in Death Valley, California, U.S., July 11, 2021. REUTERS/Bridget Bennett - RC2MIO90O6BO
Extreme weather, such as heatwaves, puts pressure on electricity systems in multiple waysImage: REUTERS/Bridget Bennett - RC2MIO90O6BO
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  • 近期全球各地的极端天气事件凸显了气候变化带来的能源安全风险;

  • 从热浪到干旱,这些挑战凸显了迫切需要出台有力且周密规划的政策并加大投资,以提升电力系统的安全性;

  • 随着化石燃料使用量下降,清洁电力的可靠供应将在我们迈向净零排放的进程中变得愈发重要。

北半球的夏季才刚刚开始,但全球各地的电力系统已经在应对热浪和降雨偏少带来的严峻压力。

这些挑战凸显了迫切需要出台有力且周密规划的政策并加大投资,以提升电力系统的安全性,因为电力系统为家庭、办公室、工厂、医院、学校以及经济和社会的其他基础领域提供电力。这意味着要让电力系统更好地抵御全球变暖的影响,并且在纳入日益增长的太阳能和风能发电量的同时,提高效率、增强灵活性,这对于及时实现净零排放、防止气候变化带来更严重的影响至关重要。

包括美国、加拿大和伊拉克在内的多个国家近期都因异常高温等极端天气而遭受重创。在北美,热浪的温度飙升至历史纪录水平,其中太平洋西北地区。一家电力监管机构表示,今年夏季美国有五个地区的电力供应安全面临更高风险,而加利福尼亚州的风险水平更高。

2021年全球主要风险(按发生可能性和影响程度排列)Image: 世界经济论坛

热浪会以多种方式给电力系统带来压力。一方面,人们开启空调以及一些电器为维持凉爽而超负荷运转,导致需求增加。与此同时,较高的气温还会降低煤炭、天然气和核能等传统火电厂的效率和发电能力,从而挤压电力供应。极端高温可能减少用于冷却发电厂或运输燃料的水资源,迫使运营商降低发电输出。在某些情况下,电厂可能不得不停机,从而增加停电风险。如果热浪覆盖广阔的地理区域,各地区也难以从邻近地区调用备用发电能力,因为它们必须将可用资源用于满足本地需求。

近期的得克萨斯州热浪迫使电网运营商呼吁用户调高空调温控器的温度以节约能源。发电企业的停电频率远高于预期,这也令人不快地提醒人们想起2月份的严寒天气。当时,主要由天然气发电厂引发的停电,导致美国多达500万用户连续四天断电。

与此同时,降雨量低于平均水平以及长期干燥的天气状况,正在引发人们对包括巴西、中国、印度和北美在内的世界多个地区水电发电量的担忧。气候变化带来的干旱风险加剧了水电面临的挑战,而水电是全球最大的清洁电力来源,这凸显了以可持续方式开发水电资源,并确保项目具备气候韧性的重要性。

太平洋西北地区正遭受“热穹”的炙烤。这为什么重要?
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近期接连出现的热浪和异常漫长的干旱期,是气候持续变暖将带来何种后果的新警示:极端天气事件的规模和频率将不断增加,给我们的能源基础设施带来更大的影响和压力。

热浪将加大在满足电力需求的同时实现电力供应脱碳的难度。目前,用于冷却家庭、商店、办公室和工厂等空间的能源,每年产生的全球二氧化碳排放约为10亿吨。尤其是,冷却用能会对电力需求高峰时段产生重大影响,加剧系统压力。由于全球空调的能源需求可能在2050年前增至三倍,除非各国政府出台更有力的政策措施以提升空调设备的能效,否则这些压力还将持续加剧。

电力安全对于平稳推进能源转型至关重要

世界上许多国家已宣布了在本世纪中叶前实现净零排放的宏伟目标,并正寻求加快清洁能源转型。国际能源署近期发布的《2050年净零排放全球路线图》明确指出,要实现这一艰巨目标,将需要更多电力、更清洁的电力,并且要将电力应用到远比目前更多的经济领域。这意味着电力将更深入地渗透到交通(如电动汽车)、建筑(如热泵)和工业(如电弧炼钢炉)等领域。随着清洁电力在经济中的作用不断扩大,化石燃料的作用逐步下降,电力的可靠供应将变得愈发重要。因此,电力行业的气候韧性必须成为各国政府政策议程中的首要任务。

不断变化的气候模式以及更频繁的极端天气事件可能会影响所有类型的发电来源。水电资源通常在炎热干燥的条件下受到影响,核电厂和化石燃料发电厂同样如此。目前,这些能源有助于确保电力系统具备足够的灵活性和发电能力,以便整合日益增长的太阳能和风能发电比例,而太阳能和风能的发电输出会因天气以及一天或一年中的不同时段而有所波动。

Image: Our World in Data

随着各国政府和公用事业公司推进电力系统脱碳,主要通过不断扩大太阳能和风能的发电规模,它们需要确保拥有足够稳健且多元的灵活性来源,以保障可靠供电,包括在极端天气事件期间。这意味着,对现有发电资产的可能退役需要进行审慎评估,并充分考虑气候韧性的重要性。

保障电力安全需要长期规划,并加强政策行动与投资

国际能源署致力于帮助各国政府做出明智决策,以建设清洁、安全的能源未来。有鉴于此,以下列出了确保电力系统尽可能有效抵御气候风险的七个行动领域:

1. 投资电网,提升其抵御极端天气的能力。目前的投入远低于建设更清洁、更多采用电气化形式的能源系统所需的水平,在新兴经济体和发展中经济体尤为明显。新冠疫情后的经济复苏计划为有能力的经济体提供了投资升级电网基础设施的明确机遇,但仍需要国际社会付出更大的努力,以动员和引导新兴经济体和发展中经济体所需的投入。

2. 提高制冷设备的能效。大多数市场已存在具有成本效益的技术,能够将制冷设备的效率提高一倍或两倍。提高能效投资可使未来能源需求减半,并在当前至2050年间减少3万亿美元的投资和运营成本。在第26届联合国气候变化大会(COP26)召开之前,超高效设备和电器部署(SEAD)倡议正鼓励各国承诺,到2030年将本国销售设备的能效提高一倍。

3. 推动灵活的低碳电源发展,以支持更多太阳能和风能的接入。这些发电来源包括水电和核电,适用于那些认为其中一种或两种在本国能源转型中发挥作用的国家。在气候变暖背景下保障水电的韧性,需要借助复杂的方法和工具,例如巴西所采用的方法和工具,以计算所需的储备水平,并在极端条件下优化水库和水电输出的管理。电池及其他形式的储能,与太阳能或风能相结合,还可以通过储存电力并在需要时释放,提供可观的灵活性。

科学家表示,美国2%的地热能足以满足全国2000倍的用电需求。
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4. 增加电力系统灵活性的其他来源。需求响应和数字技术可以发挥重要作用。国际能源署估计,目前建筑领域巨大的需求响应潜力中,实际上只有很小一部分得到了利用。将数字化与金融行为激励相结合的新政策,可以释放更多灵活性。跨国界的电力系统区域一体化,也能增加获取灵活资源的渠道。

5. 加快开发和部署应对极端天气威胁的新技术。应在最新信息与通信技术的支持下,增强电力公用事业公司的预测和态势感知能力。

6. 将气候韧性置于政策制定和系统规划的核心位置。近期极端天气事件的相互关联性提醒我们,在规划具有韧性的电力系统时,需要考虑众多应急情况。气候韧性应成为各国政府政策制定以及公用事业公司和相关行业电力系统规划的组成部分。根据国际能源署近期关于气候韧性的报告,在38个国际能源署成员国及联系国中,只有9个国家针对电力系统的每个环节都制定了具体的气候适应和韧性行动。

7. 加强电力安全的国际合作。电力支撑着health系统、供水等重要服务和基本需求,以及其他能源行业。因此,维持安全的电力供应至关重要。面对日益严峻的气候威胁,无所作为的代价正变得越来越清晰。国际能源署正与国际能源署大家庭中的所有国家以及世界其他国家合作,提供无可比拟的数据、分析和政策建议,涵盖电力安全问题。国际能源署还在各个层面召集各国政府,分享经验和最佳实践,并探讨如何加快向更清洁、更具韧性的能源系统转型。

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