构建未来高可靠能源系统：选址为核心要务

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（来源：电力国际汇epintl）

气候变暖与天气模式的变化是否会引发更多电网停电，或其他能源供应中断事故？要回答这个问题，需要同时研究区域气候预测与本地能源系统，包括新兴可再生能源发电、储能、输电线路以及用电需求预测。而此类研究的缺失，正是能源开发商与电网运营商在规划新项目选址时，忽略气候变量的核心诱因。

如今，麻省理工学院(MIT)的研究人员提出了一套可充分考量气候因素的能源选址方法，并验证了该方法如何提升能源系统韧性、减少停电事故。研究团队搭建的分析框架已发表于《自然・能源》期刊，该框架融合高分辨率气象模型与能源基础设施精细化仿真模块，揭示了在气候变化背景下，新能源项目选址对于满足未来用电需求的关键作用。

研究人员将该框架应用于美国新英格兰地区与得克萨斯州的脱碳能源系统，结果显示，若基于历史气候条件设计能源系统，到2050年，两地电力供需缺口峰值或将扩大至现有规模的5倍，进而可能引发停电事故。反之，若在系统设计阶段纳入气候变化因素，两地能源系统的韧性均可得到提升，且无需增加额外成本或仅需极低的额外投入。

该论文通讯作者、麻省理工学院谢富年(Jeffrey Cheah)事业发展讲席教授迈克尔・豪兰(Michael Howland)表示：“我们在用可再生能源减缓气候变化的同时，也可以将未来气象预测纳入电力系统规划，以此适应气候变化。至少在本研究中，这种适应措施的额外成本非常低。这与其他气候适应研究不同，要知道，修建大型海堤这类工程的投入往往十分高昂。而在能源领域，只要对电力系统脱碳方案进行科学的设计，几乎无需额外成本，就能同步实现对气候变化的适应。”

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能源项目规划新思路

全球能源系统正处于变革阶段。在需求侧，人工智能用电需求攀升，交通等行业电气化推进等趋势正驱动着变革；而在供给侧，变革的核心动力则来源于太阳能、风能等可再生能源发电成本的大幅下降。

豪兰解释道：“成本的下降推动了可再生能源的大规模普及，因为在很多地区，可再生能源已是成本最低的发电方式。与此同时，美国的用电需求在历经十余年后首次出现增长。”

随着低成本的间歇性可再生能源装机规模扩大，对于能源系统运营商而言，实现全天电力供需平衡的难度不断增加。更复杂问题在于，可再生能源出力与用电需求均受天气和气候影响，且不同地区的影响规律存在差异。

过去，研究人员大多只关注气候变化对单一技术的影响，比如研究其如何改变全球风能、太阳能资源分布；另有部分研究从州级或更大范围分析气候变化的影响，但忽略了区域能源系统的具体特征。近年来虽出现了针对特定区域的研究，但通常依赖分辨率较低的全球气候模型。

豪兰解释到：“全球气候模型的优势在于以较低分辨率呈现全球整体态势，但这会限制区域系统规划与风险评估的研究深度。”

在本研究中，MIT团队选择了得克萨斯州与新英格兰地区作为研究对象，因为两地的气候类型与能源系统特征截然不同。研究团队采用高分辨率气象模型，分析了气候变化对与天气相关能源故障的影响。

“本研究探讨了气候变化对能源系统多个组成部分的联动与同步影响，这与气候科学中的‘复合事件’研究类似。”豪兰表示，“极端天气事件可同时影响风电、光伏发电出力与用电需求。我们的假设是，这很可能是气候变化对能源系统颇为显著的影响。”

研究人员还分析了利用气候模型辅助能源项目选址规划的效果，研究时间跨度设为到2050年，这也是当前新建风电、光伏电站的标准使用寿命。结果显示，在未来气候条件下，最适配电网需求的风电、光伏优质选址，与基于历史气候条件得出的选址结果存在显著差异。

研究显示，若选址不考虑未来气候条件，到2050年，气候变化可能导致能源故障频次上升500%。这类故障的主要成因是多日可再生能源出力不足，与光伏电站、输电线路选址等能源系统设计决策之间的相互作用。

项目成员、前麻省理工学院博士后邱丽颖(Liying Qiu)解释道：“我们的研究表明，风电、光伏项目的选址，对电网在用电高峰期的保供能力作用突出。我们不能只关注新增装机的总规模，而更要重视新增可再生能源的‘时间分布’与‘空间布局’。”

针对新英格兰电力系统的研究发现，与气候相关天气变化引发的能源供应中断，要求在城市等负荷中心附近部署光伏装机与输电线路。而在得克萨斯州，能源中断风险主要源于输电能力受限。

研究显示，纳入气候因素的规划方案会优先在得克萨斯州西部布局风电场，以更好匹配未来的用电需求模式。由于研究假设两地将持续新增可再生能源装机，研究团队得出结论：得克萨斯州几乎无需额外成本，就能提升电网韧性。

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气候适应的新路径

豪兰表示，从系统整体视角分析气候变化对能源系统的影响，让研究团队对停电风险及其他潜在供电问题有了更清晰的认知。

“对于单个电站而言，气候变化未必是最主要的不确定性因素。问题的核心在于，能源系统各组成部分与用电需求之间如何相互作用。”豪兰表示，“这才是气候变化影响颇为显著的层面，而非体现在单个风电或光伏电站的出力上。”

豪兰提到，由于当前研究采用的高分辨率模型运算成本较高，这套模型暂时无法直接应用于电网运营商的日常工作，但团队希望尽快开发出运算速度更快、更适用于一线从业者使用的模型。

“这项研究既展现了机遇，也显现了其必要性。”豪兰表示，“忽略对能源系统的气候适配，会带来显著风险，而如果能主动适配，就能以极低的成本获得巨大收益。当前的核心挑战，是弥合气象学与能源系统规划、管理之间巨大的数据鸿沟与专业壁垒。目前，气候与气象模型研究人员与电力系统从业者之间的专业壁垒较深。我们希望通过跨学科研究，不断打破这一壁垒。”