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宜人的电站位于俄亥俄河畔
位于俄亥俄河上的Pleasants发电站。 资料来源:Inga Spence / Alamy Stock Photo。
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

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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,天然气和核电厂大多数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被释放到大气或附近的水源中。在热浪或干旱期间,温度过高或缺水会使植物很难保持凉爽。

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。

在一篇新论文中,发表于环境研究快报我们发现,在一个变暖的世界里,仅仅是为了弥补失去的电力,就需要在未来几十年里建造数百个额外的发电厂。

然而,这并不是唯一的选择。如果各国转而专注于太阳能和风能等排放较少、受炎热天气影响较小的技术,那么电力部门对气候变化的贡献和受害者都将减少。

保持发电厂很酷

在火力发电厂,只是30-50%储存在煤中的能金博宝188备用地址量中,天然气或核燃料被用来发电。剩下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年的热浪中。

由于缺乏每日规模的电厂停电数据,很难估算电厂对极端天气的真实反应。

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的某个子集上的特定停机欧盟热电厂

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的温度和径流分布显示了我们数据集中所有观测到的温度和径流值),在我们对工厂容量和天气之间关系的估计中存在不确定性。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)。

图表显示,从历史上看,热电厂更有可能在炎热的日子里限制其产量。例如,当温度超过40摄氏度时,发电厂往往会以90-93%的满负荷运行。

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进行限电。

结合电力需求这一事实是最高的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

气温在上升,热浪也在蔓延更频繁.在一些地区,这些条件已经接近了人类耐受的极限。

我们对危险炎热天气的防御是空调,随着世界变得越来越暖和和富裕,空调的使用预计是预计的飙升。空调已经占了一部分大约10%美国的用电量

与此同时,发电厂很可能更频繁地受到这种极端高温的影响。我们通过对温度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)。

我们估计,在1981年至2005年的历史气候中最热的日子里,发电厂的发电量将比工业化前的温度高2到4摄氏度。结果如下图所示,在最热的夏季,产能会下降。

美国核电站和欧盟热电厂在当地一年中最热的一天发电能力的估计损失
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)。

气温上升2摄氏度时,发电厂的发电能力平均减少2%,最坏情况下最多减少4.5%。在4摄氏度的情况下,这个数字要大得多,平均下降3.3%,最坏情况下下降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。

脱碳是一种双赢

未来电力限制的影响取决于今天作出的基础设施决定,特别是社会使用火电厂产生的电量。

更多的全球变暖和更多的火力发电都将导致更多的限制。

为了评估未来的电力限制,我们将对发电厂容量的预测与描述全球火电发电可能减少或增加的轨迹的情景结合起来。

根据我们的分析,火电厂的发电量是未来限制规模的首要因素。

例如,在一个场景,热力发电主要是淘汰,取而代之的是可再生能源的世纪——蓝线所示下面的图表——全球天热限制可能减少50%以上从今天的水平,尽管更多的热浪。

相比之下,如果火电发电量在未来增加——如下图中红线所示——到本世纪末限制可能会比现在的水平增加三倍以上。

估计未来几十年不同能源系统的削减。金博宝188备用地址
估计未来几十年不同能源系统的削减。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,这些国家执行他们目前的建议,即建造更多的火电厂。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。

在火力发电增加的情况下,这些限制可能需要额外的125-200亿瓦的发电能力,这相当于到本世纪末250 - 450个中等规模的发电厂。

电力部门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做出的决定。

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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