溫度上升。全球平均溫度最高的10個(gè)記錄年份中，有8個(gè)發(fā)生在1998年之后。與此相伴的是，為建筑物降溫的電力需求也在不斷增長(zhǎng)。最近在《自然通訊》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)新研究預(yù)測(cè)，與制冷建筑相關(guān)的電力需求將隨著峰值溫度的升高而增長(zhǎng)，因此對(duì)擴(kuò)大電力部門(mén)的需求也會(huì)隨之增加。

能源部太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)現(xiàn)，到本世紀(jì)末，在建設(shè)新的產(chǎn)能以滿(mǎn)足未來(lái)溫暖的預(yù)期需求可能會(huì)花費(fèi)額外的1萬(wàn)億美元。該研究將電力，水，農(nóng)業(yè)等部門(mén)之間的相互作用聯(lián)系在一起，以描繪出電力需求以及國(guó)家滿(mǎn)足電力需求的能力在未來(lái)的氣候情景中將如何實(shí)現(xiàn)。

在以前的研究詳細(xì)探討了未來(lái)的能源需求的地方，描述建筑物供暖和制冷需求變化的模型通常不會(huì)考慮如此廣泛的影響。在這里，作者考慮了區(qū)域之間的電力貿(mào)易，勞動(dòng)生產(chǎn)率，建筑物占地面積和外殼設(shè)計(jì)的變化，燃料價(jià)格和可用性，人口規(guī)模的變化，技術(shù)和水的可用性的變化，以及其他影響需求的動(dòng)態(tài)因素。

首席作者扎拉爾·汗(Zarrar Khan)說(shuō)：“我們可以獲取捕獲到一小時(shí)的用電量的詳細(xì)模型。”人類(lèi)，能源和環(huán)境系統(tǒng)之間的相互作用。“但是，它們并沒(méi)有捕獲我們包含在該模型中的所有其他動(dòng)態(tài)。我們結(jié)合了來(lái)自多個(gè)部門(mén)的輸入來(lái)獲得完整的圖像，我認(rèn)為這是在捕獲次年溫度影響的同時(shí)進(jìn)行的首批研究之一。根據(jù)建筑物的供暖和制冷需求。”

該研究強(qiáng)調(diào)了由溫度升高而不是年需求的增加所導(dǎo)致的峰值用電需求的增加，從而確定了從發(fā)電廠(chǎng)到風(fēng)力渦輪機(jī)可能需要多少新容量。

溫度變化決定了能源投資

作者對(duì)兩種情況進(jìn)行了建模，以預(yù)測(cè)如何增加容量才能滿(mǎn)足未來(lái)的能源需求。首先是未來(lái)隨著氣候變化而溫度發(fā)生變化的高峰，電力需求峰值隨之上升。第二個(gè)是未來(lái)，溫度及其相關(guān)的最高需求從2015年起將保持不變。

在每種情況下，溫度變化都按小時(shí)建模，以驅(qū)動(dòng)每月白天和晚上的需求分段中的電力需求。每年分別記錄最高需求的前10小時(shí)，以代表年度高峰。比較這兩種期貨可以使研究人員分離出溫度相關(guān)的對(duì)電力需求的影響。

然后，他們估算了滿(mǎn)足該需求的能力建設(shè)的成本。兩種情況都預(yù)計(jì)到2100年。總體而言，制冷需求預(yù)計(jì)將增加，而供暖需求將減少。

但是，要描繪出這幅全貌，作者必須對(duì)人口的增長(zhǎng)方式，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)趨勢(shì)的發(fā)展以及隨之而來(lái)的排放水平做出一系列假設(shè)。為了建立該假設(shè)的基線(xiàn)集，他們?cè)谀Ｐ椭屑{入了一條社會(huì)經(jīng)濟(jì)途徑，稱(chēng)為“道路中間”方法。在這個(gè)假想的未來(lái)中，社會(huì)，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)趨勢(shì)將大致遵循其歷史軌跡，并且溫室氣體排放量將繼續(xù)上升。

在氣溫與2015年水平保持不變的情況下，作者預(yù)測(cè)，到2100年，加州的電力容量需要提高到102吉瓦，才能滿(mǎn)足需求。他們估計(jì)，從2015年到本世紀(jì)末，這種升級(jí)可能代表了3220億美元的投資。

然而，考慮到未來(lái)的溫度，加州的所需容量將攀升至120吉瓦，到2100年需要花費(fèi)3930億美元的投資。同樣，華盛頓要在2100年之前安裝87吉瓦的容量才能滿(mǎn)足需求(76吉瓦的容量不會(huì)受到溫度相關(guān)的影響)，相當(dāng)于2015年至2100年之間花費(fèi)了2480億美元。

縮小到全國(guó)范圍，考慮到溫度變化，滿(mǎn)足需求所需的2100國(guó)家能源容量達(dá)到2,017吉瓦。這相當(dāng)于到2100年花費(fèi)了7.3萬(wàn)億美元。在這種情況下，與溫度變化直接相關(guān)的成本總計(jì)為1萬(wàn)億美元。截至2020年3月，該國(guó)的發(fā)電能力約為1200吉瓦。

與溫度相關(guān)的最大容量增加集中在加利福尼亞，伊利諾伊州，賓夕法尼亞州和得克薩斯州，到2100年，得克薩斯州預(yù)計(jì)將需要154吉瓦的容量，到那時(shí)需要4130億美元。

結(jié)果有所不同

由于燃料價(jià)格，可再生資源的可得性和成本以及氣候條件等因素的不平等分配，這些影響在各州之間遠(yuǎn)非統(tǒng)一。例如，在加利福尼亞州和得克薩斯州，天然氣價(jià)格相對(duì)較低，而預(yù)計(jì)的經(jīng)濟(jì)和人口增長(zhǎng)也較高，因此，作者預(yù)測(cè)與溫度相關(guān)的天然氣投資將更大。

在中西部風(fēng)能充沛的州，作者預(yù)計(jì)將在風(fēng)能領(lǐng)域進(jìn)行更大的投資。在每種情況下，最便宜的燃料將首先被調(diào)度。

制冷和供暖的需求因氣候而異。有趣的是，作者沒(méi)有在電力需求達(dá)到峰值的區(qū)域附近放置新的發(fā)電容量。取而代之的是，電力貿(mào)易模式在并網(wǎng)國(guó)家之間可以相互傳輸電力的地區(qū)提供了一定的緩解和靈活性，從而潛在地滿(mǎn)足了一定水平的需求而無(wú)需安裝新的發(fā)電廠(chǎng)。

到2020年，制冷需求約占總用電量的10%。

探索替代途徑

改變有關(guān)未來(lái)經(jīng)濟(jì)趨勢(shì)和排放水平的假設(shè)會(huì)改變結(jié)果。例如，未來(lái)化石燃料的使用量很高，而生活方式需要更多的能源使用量，這將使建筑物中的年用電量增加約50-73%。將來(lái)，該團(tuán)隊(duì)將研究其他問(wèn)題，從電動(dòng)汽車(chē)帶來(lái)的變化到電網(wǎng)存儲(chǔ)。

系統(tǒng)工程師兼合著者M(jìn)arshall Wise說(shuō)：“如果只看一下年度負(fù)荷，那么幾乎不可能顯示出為什么有存儲(chǔ)需求或存儲(chǔ)需求會(huì)有什么好處。隨著年內(nèi)電力需求的變化，但是，您會(huì)看到壓力。然后，您說(shuō)：“好吧，諸如存儲(chǔ)之類(lèi)的東西能在減輕成本的同時(shí)減輕新壓力的壓力嗎?”這就是為什么存儲(chǔ)是我們下一步明確的分析原因。

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