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宜人的电站位于俄亥俄河畔
普莱森茨电站位于俄亥俄河上。 信用:Inga Spence / Alamy股票照片。
客人的帖子
2021年2月15日8:00

帖子:全球变暖是如何制造发电厂产生更少的电力

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 帖子:全球变暖是如何制造发电厂产生更少的电力

产生的煤炭,天然气和核电厂最多世界上的电力必须保持冷却,以便正常运行。然而,随着世界变得更温暖,这将越来越具有挑战性。

这些设施产生的废热通常会释放到大气或附近的水源中。在热浪或干旱期间,过热或缺水会让植物更难保持凉爽。

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,发表在环境研究快报,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

在火力发电厂,只是30-50%储存在煤、天然金博宝188备用地址气或核燃料中的能量被用来发电。剩余的能量以热量的形式消散了——金博宝188备用地址而且是大量的热量。

这些植物通常位于河流或湖泊和湖泊用水在直流或循环冷却系统中去除这些废热。不断上升的温度降低了这种效率。

在最热的日子里,一些发电厂可能会有它们的输出遏制甚至需要完全关闭,因为它们不能保持冷却。这发生在法国和德国的核电站在2019年的热浪期间。

由于缺乏每天规模的发电厂停电数据,很难估计发电厂对极端天气的真实响应。

但是,在我们的研究中,我们能够利用所有核电站的能源信息管理中的日常排除数据金博宝188备用地址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火力发电厂

作为下面的图表,这两个数据集在一起使我们能够构建日常电厂容量减少和天气条件之间的观察到的关系。

左侧的数字显示,随着每日高温的增加,平均植物操作能力如何下降。右边的图形显示,在非常低的径流值,例如在干旱期间或非常高的径流值,例如在洪水期间,平均工厂容量下降。

因为我们只有一个小的数据样本()扔进垃圾箱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泛的领域,这意味着数十家发电厂可能同时面临关闭。

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.在一些地区,这些条件已经接近了人类耐受的极限。

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。空调已经占了大约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套房气候模型中使用的政府间气候变化小组(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
估计在今年当地最热日的美国核电和欧盟热电厂发电能力的损失,使用1981 - 2005年(黑线)的历史温度数据和2010年(黄色)和4℃以上的世界预测水平。虚线表示缩减的最大估计,而实线表示平均值。资料来源:Coffel和Mankin(2020)。

当气温升高2摄氏度时,发电厂的发电能力平均会受到2%的抑制,在最坏的情况下会受到高达4.5%的抑制。当气温降至4摄氏度时,降幅要大得多,平均下降3.3%,最坏的情况是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。

脱碳是一个双赢

未来电力限制的影响取决于今天做出的基础设施决策,特别是社会使用热电厂产生的电量。

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,我们将电厂容量的预测与描述全球火力发电减少或增加的可能轨迹的情景结合起来。

根据我们的分析,火力发电厂的发电量是未来规模限制的主要因素。

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,如果火力发电在未来增加——如下图红线所示——到本世纪末,限制可能会比今天的水平增加两倍以上。

未来几十年在不同能源系统情景下的削减估计。金博宝188备用地址
未来几十年在不同能源系统情景下的削减估计。金博宝188备用地址绿线表示一个场景,在40年后,热电厂退休,没有建造新的。蓝线基于国际能源机构(IEA)金博宝188备用地址可持续发展情景,热电厂的减少显着降低。灰色线表示维持电流热源水平的场景。红线是基于IEA的规定的政策情景在美国,各国执行他们目前的提议,这意味着建造更多的火力发电厂。资料来源:Coffel和Mankin(2020)。

由于限制损失的发电能力必须得到赔偿 - 这可能意味着建立更多的发电厂以弥补在其他设施中丢失的能力。

在增加火力发电的情况下,这些限制可能需要增加125-200吉瓦的发电能力——相当于到本世纪末250 - 450座平均规模的发电厂。

电力行业既是气候变化的原因,也是受害者,但全球发电在多大程度上受到气候变暖的影响,在很大程度上取决于社会在不久的将来所做的决定。

可再生技术的进步意味着替代方案可用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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