气候变化如何影响可再生能源
国际能源署在今年早些时候发布的一份报告中指出： “全球可再生能源发电能力的增长速度比过去三十年任何时候都要快。”这一增长迹象“为实现各国政府在第28届气候变化大会上设定的到2030年将全球发电能力增加三倍的目标提供了真正的机会。”2022 年，全球29.1%的电力来自可再生能源，2023 年可再生能源发电量将再增长50%。当年，美国总能源的21.4%来自可再生能源，仅今年 4 月，太阳能、风能、水力发电和生物质能就提供了美国31%的电力。
由于可再生能源依赖环境，因此可再生能源的供应和需求都受到高温、干旱、降水模式改变、洪水、极端天气和野火等气候影响。地热能依赖地球内部的热量，是受气候变化影响最小的可再生能源，但它仅提供了美国 0.4% 的电力。
哥伦比亚气候学院萨宾气候变化法研究中心副主任罗曼尼·韦伯表示：“如果可再生能源发电设施可能受到影响，我们就需要为此做好规划和准备。但我们需要考虑气候变化将如何影响整个能源系统，因为不幸的是，没有一个发电系统能够免受气候变化的影响。”
韦伯表示，北美电力可靠性公司和其他机构认为，基于化石燃料的资源实际上受到气候影响的风险要高得多。例如，大多数化石燃料设施的设计运行温度都有一定的限制，需要用水进行冷却。
随着气温升高和水温升高，化石燃料和核设施不得不关闭，因为附近的水体温度过高而无法取水，或者电厂无法向其中排放废水，因为这会超过其热极限。
可再生能源资源如何受到气候变化的影响？
太阳的
太阳能为美国提供了6% 至 8%的电力。随着热浪越来越频繁，高温会使太阳能电池板的效率降低，而随之而来的温暖夜晚不允许太阳能系统的基础设施冷却下来，从而给系统带来压力并降低效率。热浪还会增加对冷却的需求，这会给电网带来压力，并可能影响系统产生和传输能量的能力。
野火产生的烟雾和极端天气事件期间的云层增加可能会减少到达太阳能电池板的太阳辐射量并降低太阳能输出。与晴天相比，飓风会使太阳能光伏发电量减少18% 至 60% 。热带气旋可以使太阳辐射减少80%，即使在袭击后的几天内也是如此。任何极端天气也会破坏太阳能基础设施，尤其是风灾。
风
风力发电占美国电力供应的10.2%，但极端天气事件对其影响尤为显著。例如，飓风会改变风的模式和强度，导致发电量波动。
当风速超过某个阈值（通常为 55 英里/小时）时，强风事件可能会迫使风力涡轮机全部关闭，以防止损坏。即使是一级飓风，风速也会达到 74 至 95 英里/小时。飓风玛丽亚导致波多黎各的一家风力发电厂损失了近一半的涡轮叶片。
一项研究表明，低温和涡轮机结冰会使风力发电量减少 10%。2021 年德克萨斯州的冬季风暴 Uri 导致大面积停电，因为风力涡轮机冻结，天然气和煤炭供应商停产。海上风力发电塔和地基也可能因风暴潮和海冰而受损。总体而言，研究人员发现，由于气候变化的影响，某些地区可能会损失 40% 的风能发电量。
水电
水力发电占美国发电量的5.7%，占全球可再生能源的 44%（最大的可再生能源），但水力发电易受高温和干旱的影响。气温升高会导致某些地区的冰川萎缩和积雪融化减少，而蒸发增加和降水减少会降低水库的水量和水力发电量。
“我认为在气候变化的世界里，水力发电非常具有挑战性，”韦伯说。“我们在加利福尼亚州就看到了这种情况，该州传统上严重依赖水力发电。由于干旱导致水库减少，那里的情况发生了很大变化。”
她补充说，早期的积雪融化也有很大的影响。“以前，积雪会逐渐融化，并在很长一段时间内提供水源。现在，随着气温迅速上升，我们看到积雪融化得更早、更快，这可能会让系统不堪重负，无法充分利用它。这意味着你会经历漫长的夏季干旱期。”
例如，2021年，加利福尼亚州奥罗维尔湖的水力发电量仅为35%，导致供应该县60%电力的凯悦水电站被迫关闭。
在赞比亚，雨季缩短和干旱目前正在影响水力发电，而水力发电占该国电力的 80%，导致停电和限电。厄瓜多尔目前正在实施夜间停电和禁止远程工作，因为几十年来最严重的干旱正在影响水力发电的水库。
全球电力储存几乎完全（99%）依赖于抽水蓄能，这也取决于水库的水量。抽水蓄能发电方式是将水储存在较高海拔的水库中，然后通过涡轮机释放水来发电。
降水、径流和河流流量的变化也会影响水力发电，极端降雨和洪水会破坏水坝基础设施。虽然洪水和风暴可能会增加水力发电资源，但干旱和热浪会抵消这些收益。
生物质
生物质能是美国电力供应的1.1%，它通过燃烧木材、农业残余物、动植物废物和其他有机物质产生。它可以直接产生热量或电力，也可以转化为生物燃料。
气候变化将影响气温、降雨模式和二氧化碳水平，并使干旱和野火更有可能发生，所有这些都将通过破坏农作物和森林，改变生长率、生长季节、土壤化学和微生物，以及增加害虫和农作物疾病来影响生物质生产。
极端天气还会对农作物以及生物质能发电基础设施造成物理损害。一项研究发现，全球平均气温上升 1°C 至 2°C 将导致所有现存物种减少 14% 至 35%，从而导致许多物种灭绝。生物多样性的减少将影响生物质的能源潜力。
整个能源系统都很脆弱
我们的可再生能源以及整体电网和能源基础设施需要做好应对气候影响的准备，但事实并非如此。由于该系统的大部分设施都比较陈旧，而且主要是针对过去的温度和天气条件而建造的，因此很容易受到气候变化的影响。
气温升高不仅意味着冷却电力需求增加，从而给电网带来压力，还会导致输电线下垂，降低其承载能力和效率。高温还会给变压器和其他设备带来压力，缩短其使用寿命。
夜间高温导致输电线无法冷却，从而增加其压力。而暴风雨和洪水等极端天气事件可能会危及发电基础设施并损坏输电线。
此外，一项研究表明，气候变化的影响可能会导致世界许多地方的供需失衡，特别是在能源系统更依赖可再生能源的地方。为了使能源系统平稳、持续地运行，供需双方需要匹配。如果不能匹配，就可能造成停电和一系列后果，例如能源供应延迟和价格上涨。
能源系统弹性解决方案
解决能源系统挑战的解决方案是已知的，但尚未得到充分实施。
分布式和多样化能源
分布式能源系统（小型发电和储能系统位于距离用户较近的位置）有助于提高弹性并吸收可再生能源。例如，微电网可以生成和分配来自各种可再生能源（如太阳能电池板、风力涡轮机和储能系统）的能源。
由于它们对单一电源的依赖程度较低，因此不太容易受到极端天气导致的单一故障事件的影响。此外，它们可以单独运行，也可以连接到其他模块单元或更大的电网，因此它们可以在紧急情况下使用其他电源。
拥有多种能源资源也是关键。“每个能源生产设施都受到气候变化的影响，而且每种影响都不同，”韦伯说。“这意味着我们实际上可以通过多样化能源结构来实现相当高的可靠性和弹性。”
平衡供需
智能电网通常集成在微电网中，使用传感器、智能电表和实时监控来优化发电和输电。它们可以帮助管理可再生能源的供需挑战并平衡波动性。它们还可以结合储能技术来快速应对系统中的供需不平衡并帮助稳定电网。
智能电网还可以实现需求侧管理，这是一种根据供需情况改变能源使用模式的策略。例如，当热浪导致电力需求高涨时，需求侧管理可能会与高耗能用户达成协议，关闭一些设备或使用较低电价等激励措施来鼓励消费者减少能源使用。这可以通过帮助平衡供需来提高能源系统的弹性。
使基础设施更具弹性
整个能源系统，包括可再生能源，都需要提高对气候影响的适应能力。这需要加强和加固所有结构、导体和电线杆。新技术可以使可再生能源更具适应性。例如，一些风力涡轮机的速度可变，而一些风力涡轮机则更高，以降低对风力变化的脆弱性。涡轮机、叶片或塔架上的风速检测器和传感器可以帮助涡轮机预测风况。
一些机舱（涡轮机的大脑）装有加热器来抵御寒冷；一些涡轮机的转子装有除冰产品，以防止结冰；还有一些涡轮机可以检测叶片上的冰并关闭直至冰融化。风力涡轮机还通过调整叶片的倾斜度或弯曲度来设计以抵御台风。一些太阳能电池正在开发中，以耐受更高的温度。
更好的规划
规划人员需要将气候、先进的天气预报和能源系统模型结合起来，全面了解整个系统的风险和恢复能力。他们还需要考虑选址，仔细选择设施的所在地，以最大限度地降低风暴破坏或其他极端事件的风险。
“许多公用事业公司尚未真正以某种全面、系统性的方式规划气候变化的影响，”韦伯说。“他们不仅忽视了可再生能源面临的气候风险，我们还看到公用事业公司全面忽视了气候风险。”
虽然气候变化对可再生能源设施构成风险，但化石燃料系统也受到同样的影响，因此可再生能源的脆弱性不应成为推迟向清洁能源转型的理由，清洁能源将通过减少温室气体排放来降低与气候相关的风险。
“我们看到太多关于可再生能源发电及其影响的错误信息，”韦伯说。“随着我们越来越认识到可再生能源系统易受气候变化影响，存在的风险是，这只会助长我们不应该转型（可再生能源）的说法。”
“事实上，情况恰恰相反，”她说。“如果我们不转型，我们的能源系统将变得非常不可靠，弹性也大大降低。”
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