文献阅读 | 气候变化对全球和区域能源系统的影响

题目

Impacts of climate change on energy systems in global and regional scenarios

作者

Seleshi G. Yalew, Michelle T. H. van Vliet, David E. H. J. Gernaat et al.

期刊

Nature Energy

时间

2020年8月

一作

单位

Copernicus Institute of Sustainable Development, Utrecht University, Utrecht, the Netherlands

链接

https://doi.org/10.1038/s41560-020-0664-z

研究背景

联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的评估和其他相关研究表明：能源部门不仅可能造成气候变化，而且也容易反过来受到气候变化的影响。这些影响可能涉及能源系统的不同方面，包括能源供应和能源需求等。

在供应方面，由于降水、温度、风速和太阳辐射的变化性，包括生物能源、水力、太阳能和风能在内的可再生能源都将不同程度地受到气候变化的影响。火力发电厂也面临着与温度相关的冷却系统影响。随着气候的变化，国家和地区针对冷却水提取、消耗和排放到自然水体的环境法规可能会抑制火力发电厂的发电量。气候变化所带来的极端气候事件与风险也会通过影响输电系统或基础设施选址，进而影响到能源系统的恢复能力和能源供应的可靠性。此外，气候变化可能会影响生物质能源的供应潜力，因为生物质能源作物会和粮食生产部门产生土地利用上的竞争。在需求方面，气候变化通过影响供暖和制冷需求的持续时长和幅度来影响能源需求。气候变化也可能间接影响能源系统，因为它会作用到对资源的跨部门竞争上。

在过去二十年中，越来越多的研究开始关注量化气候变化对能源部门的潜在影响。然而，目前学界仍然缺乏对已发表文献的系统梳理和分析。鉴于有关气候变化对能源部门影响的文献日益增多，有必要利用现有文献中的设想结果，构建区域和全球范围内的相应评估框架，研究气候变化对能源系统的影响。

研究方法

本研究回顾了有关气候变化对区域和全球能源系统影响的文献。研究综合了区域和全球范围内气候变化对能源系统的潜在影响。结果表明，气候变化对不同地区和不同能源的影响差异很大。总的来说，本研究梳理了区域和全球范围内关于气候变化对能源系统影响的认知差距，并提供了可以指导未来研究和评估框架的见解。

在过去，不少研究回顾了有关能源系统这一特定领域的文献。其中包括探究气候变化对水电、太阳能、风能、生物能、火电、制冷、供热等关键基础设施和多部门的影响。而本项研究通过使用2002-2019年间发表的220篇论文的结果，围绕气候变化对能源系统的影响进行了综述分析。

图1  基于过去研究评估气候变化对能源系统影响的概念框架

研究结果

气候变化对能源系统的全球影响

对于不同的能源类型和能源系统，气候变化的影响表现出较为明显的差异。气候变化对水电的影响来自降水、蒸发和由此产生的径流模式的变化，这些变化会影响到河流的可变性和流量。大多数关于气候变化对水电影响的研究都集中在区域尺度上，而在全球范围内对水电的研究通常表明，气候变化对不同区域的影响既有积极的，也有消极的。气候变化对区域太阳能发电潜力会存在不显著的积极影响，这是辐射和温度变化的净结果。在某些情况下，模拟集合中的结果变化也可能相互矛盾。气候对风力发电潜力影响的研究结果喜忧参半，不同地区以及不同研究之间的结果也不尽相同。气候变化对生物能源潜力的影响结果也具有很大的不确定性。由于存在与区域变化以及未来土地和水资源可用性相关的不确定性，量化气候对生物能源影响的仍然较难，结果也表现出较大的不确定性。最后，对于火电而言，预计气候变化将通过减少冷却流量、减少环境温度的升高和水流温度，降低对冷却水有需求的火电发电量。

图2  气候变化对能源系统的影响

气候变化对能源系统影响的地区差异

几乎所有能源技术所受的气候变化影响都存在很大的区域差异。造成这种差异的原因既来自于真实地理差异导致的未来气候变化下能源系统演变路径不同，也可能来自于研究之间的方法差异。例如，在大多数区域，不同研究针对未来气候变化下水电潜力的变化的研究结果都存在差异的，主要取决于不同研究的所使用的气候变化模式不一致。同样的，生物能源、太阳能和风能的潜力在不同地域之间的差距也有一定的不确定性。气候对成本的影响在全球一级的结果好坏参半，但在区域一级的成本大多增加。这种违反直觉的结果很可能是研究数量有限造成的。研究表明需要进行更全面的区域分析，以便更好地为全球范围的评估提供信息。

图3  在各研究中气候变化对不同地域能源系统的平均影响结果

研究展望

在文章的最后，研究者指出，需要使用统一的数据输入和情景框架，针对能源部门在气候变化下的脆弱性进行一致的多模式分析。这对于在区域和全球各级获得更全面的理解、制定有效的战略以减少能源部门对气候变化的脆弱性至关重要，也是未来值得展望的研究方向。

编辑：龙治锦

排版：江琴

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