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位于俄亥俄河上的Pleasants发电站
宜人的电站位于俄亥俄河畔。 信用:Inga Spence / Alamy股票照片。
客人帖子
2021年2月15日8:00

客座文章:全球变暖是如何使发电厂发电量减少的

访客作者

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02.15.21
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15.02.2021 |8:00 AM
客人帖子 客座文章:全球变暖是如何使发电厂发电量减少的

产生的煤炭,天然气和核电厂最多世界上的电力必须保持低温才能正常运转。然而,随着全球变暖,这将变得越来越具有挑战性。

来自这些设施的废热通常释放到大气层或附近的水源中。在热浪或干旱期间,过热或缺水使得植物更加难以保持凉爽。

发生这种情况时,必须遏制植物,意味着电力输出被切割。由于人们越来越依赖空调,这通常是电力需求峰值。

在一篇新的论文中,发表在环境研究字母,我们发现,在一个温暖的世界中,即将在未来几十年中建造数百个额外的电厂只是为了弥补这种损失的力量。

但是,这不是唯一的选择。如果国家专注于太阳能和风的技术,这会产生更少的排放,并且受到炎热天气的影响较小,电力部门将均为贡献者和气候变化的受害者。

保持发电厂很酷

在火电厂,只是30-50%储存在煤中的能必威体育在线注册量,气体或核燃料用于发电。其余的能量被散发为热量 - 而且必威体育在线注册它很多。

这些植物通常位于河流或湖泊和湖泊用水一段通过或再循环冷却系统以除去这种废热。上升的温度使得这效率较低。

在最热的日子里,一些发电厂的发电量可能会受到限制,甚至需要完全关闭,因为它们无法保持自身凉爽。这发生在法国和德国的核电站在2019年的热浪期间。

由于缺乏日常的电厂中断数据,估计发电厂对极端天气的真实世界响应是困难的。

然而,在我们的研究中,我们能够利用来自能源情报署(Energy Information Administration)的所有核电站的每日中断数据必威体育在线注册在美国从这一点起欧洲传输系统运营商电力关于一个子集的具体中断欧盟热电厂

这两个数据集使我们能够构建发电站每日产能减少与天气状况之间的观测关系,如下图所示。

左图显示了随着每日高温的增加,平均电厂运行能力是如何下降的。右边的图显示,在径流值很低的时候,比如在干旱期间,或者在径流值很高的时候,比如在洪水期间,平均植物能力下降。

因为我们只有一个小的数据样本(箱子每个面板中的温度和径流分布显示我们数据集中的所有观察到的温度和径流值),我们对植物能力与天气之间的关系的估计存在不确定性。这种不确定性可以在每个面板的灰色阴影区域中看到。

电厂容量和最大日常温度与径流或水可用性之间的估计关系
估计电厂容量(灰色区域)与最大日温(左)以及径流或水可用性(右)之间的关系。红色和棕色区域展示了2007 - 2018年历史期间的温度和水径分布。资料来源:Coffel和Mankin(2020)。

图表表明,历史上,热电厂更有可能在炎热的日子里进行输出。例如,当温度超过40℃时,发电厂往往以90-93%的全部容量运行。

这可能听起来不像很大的损失,但散热器经常覆盖广阔的区域内,意思是数十种发电厂可以同时体验缩减。

结合电力需求的事实最高在这些炎热的日子里,人们在他们的空调上打开时,它有可能导致问题。

全球变暖和电力供应

温度正在上升,热浪正在变成更频繁的。在一些地区,这些条件已经接近人类耐受的极限。

我们防御危险的炎热天气是空调,随着世界获得更温暖和更丰富,其使用预计是预计的飙升。空调已经占了约10%美国电力使用。

同时,发电厂可能会受到这种极端热量的影响。我们评估了使用温度的投影和径流从一套气候模型在这方面使用政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次评估报告(AR5)。

我们在历史气候下的最热日,1981年至2005年间,估算了电力厂能力,并在2C和4C的全球变暖以上,以上的预工业预热。结果可以在下面的图表中看到,在最热的夏季,容量浸泡。

估计美国核电和欧盟热电厂发电能力的损失在一年中当地最热的一天
根据1981年至2005年的历史温度数据(黑线),以及对全球气温将比工业化前水平高出2摄氏度(黄线)和4摄氏度的预测,估算美国和欧盟火电厂在当地一年中最热的一天的发电能力损失。虚线表示裁减的最大估计数,实线表示平均数。资料来源:Coffel和Mankin(2020)。

在2℃的变暖时,电厂容量平均抑制约2%,最差的情况下高达4.5%。在4℃下,这大得多,平均下降3.3%,最坏情况下降6.5%。

要将这些数字放在上下文中,法国核电一代即将减少2019年的8%由于热浪。在温暖的未来,这将是更大的 - 9-13%。

这种电力供应差距意味着社会在未来热浪期间运营空调的能力较小,增加了与热疾病的风险。

这些风险的事实在很大程度上下降关于弱势社区意味着对电力接入的关注对气候公平和司法努力来说都是至关重要的。

脱碳是双赢的

未来权力限制的影响取决于当今的基础设施决策,具体而言,社会使用热植物产生的电量。

更全球变暖和更多的热发电都会导致更多的限制。

为了评估未来的电力限制,我们将我们的电厂容量的预测与描述可能的轨迹的轨迹减少或增加,全局热发电。

根据我们的分析,使用热电厂生产的电量是未来限制规模的主要因素。

例如,在一个场景中,热发电主要逐步淘汰并在本世纪末替换为可再生能源 - 如下图中的蓝线所示 - 炎热天的全球限制可以减少超过50%today’s level, despite a greater number of heatwaves.

相比之下,如果未来的热发电增加 - 如下图所示的红线所示 - 在本世纪末到今天的水平超过三倍。

估计未来几十年不同能源系统的削减。必威体育在线注册
估计未来几十年不同能源系统的削减。必威体育在线注册绿线表示的是这样一种情况:火电厂在40年后退休,不再建造新的电厂。蓝线是根据国际能源署(IEA)必威体育在线注册可持续发展情景,大幅减少火电厂。灰色线表示的是维持目前的发电量水平的情况。红线是以国际能源署的数据为基础的规定的政策情景,其中各国开展目前的建议,这意味着建立更多的热电厂。资料来源:Coffel和Mankin(2020)。

由于限制而失去的发电能力必须得到补偿——这可能意味着建设更多的发电厂来弥补其他设施失去的发电能力。

在越来越多的火力发电的情况下,这些限制可能需要125-200千兆瓦(GW)电力的额外发电量 - 到本世纪末等于250至450个平均电力厂。

电力部门是一个原因和气候变化的受害者,但是全球发电受到变暖的影响,非常依赖于社会在不久的将来产生的决定。

可再生技术的进步意味着替代品的存在使用更少的水炎热天气影响较小。此外,过渡到零碳功率的过渡越快,温度越低,恶性循环将越快。

Coffel,E. D.和Mankin,J.S.(2021)热力发电在变暖世界,环境研究字母,DOI.org/10.1088/1748-9326/1748-9326/1748-9326/1748-9326/1748-9326/1748-9326/1748-9326

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