实现低碳能源生产|水力、核能、氢和其他低碳燃料的关键作用

作者:赫克托耳Artze

能源行业正处于重大转型之中，这将从根本上重新定义能源生产、家庭和企业的能源输送，以及消费者与能源供应商的互动。这一转变的主要驱动力是脱碳——从低碳资源中提供更多的能源需求，包括分布式、间歇性的可再生能源，如风能和太阳能。我们必须迅速降低能源系统的碳强度，以科学地实现本世纪中叶的碳减排目标。然而，我们的系统如何已经感受到气候变化的影响，往往被排除在这些系统转型的讨论之外。

弹性被定义为系统预防、承受、适应和快速从系统损坏或操作中断中恢复的能力。弹性是特别定义与高影响，低可能性事件。我们没有考虑能量负荷的日常波动(这通常是讨论系统可靠性的一部分)，而是考虑了高影响事件，包括2020年加州同步热浪和野火，2020年飓风伊萨亚斯，2019年极地涡旋，甚至最近的德克萨斯州冬季风暴。其中一些事件导致客户的能源服务严重中断。虽然在某些情况下没有发生中断，但中断和重大崩溃的可能性非常大。随着重大极端事件的发生和严重程度不断增加，我们在做出有关未来能源生产的决定时，必须更好地考虑这些事件。

总体而言，已发表的证据范围表明，气候变化成本的净损害可能是巨大的，并随着时间的推移而增加。

-政府间气候变化专门委员会

弹性是一个虚幻的标准。一个系统永远不会完全有弹性，但它可以更有弹性。考虑弹性的设计意味着要仔细平衡使系统更具弹性的成本和避免潜在故障的成本。这种计算最类似于评估保险成本。你购买保险，希望不可避免的事情不会发生，但你知道如果发生了，你将能够从经济上恢复过来。

那么，未来的脱碳和弹性发电组合是什么样的呢?

• 分布式、可再生发电的增加:能源系统的脱碳需要显著增长，这样我们的大部分能源都来自可再生资源。服务于关键负荷和偏远社区的分布式发电也将增加。
• 重要随叫随到资源的维护:大多数可再生资源是间歇性的，这意味着匹配需求和发电变得越来越具有挑战性，特别是在经历极端事件时。我们的工作表明，这些随叫随到的资源主要由氢和核能提供，在未来的弹性脱碳场景中。
• 短期和长期存储需求:此外，由于可再生资源的间歇性，能源储存在未来的状态变得更加重要。电池将满足短期存储问题的大部分需求，但保持系统弹性也需要长期的、季节性的存储，由核、氢或其他低碳燃料提供。

在未来的脱碳能源组合中提供弹性，需要改变我们关于能源基础设施建设的决策。最值得注意的是:

• 决策应包括未来的条件:我们能源系统的大多数设计决策都是基于历史条件——过去10-20年发生的事情。但我们的能源系统必须在未来发挥作用，因此我们必须改变我们的设计参数，以反映气候变化导致的未来运行条件。考虑到未来的情况可能不会显著改变平均日，但可能会显著改变高峰日事件。
• 我们必须更加关注高峰日的情况:对未来能源系统运行和深度脱碳研究的预测往往侧重于平均一天的能源系统运行情况。系统的弹性永远不会在平均每天的运行下建立，弹性是与系统压力相关的。在未来的系统预测中更多地关注高峰日的运行，将允许改进弹性规划。
• 支持弹性的成本回收机制:提供有弹性的能源系统需要更新成本机制。目前的成本回收机制侧重于能源系统的批量交付，但系统资产的弹性开发将要求这些资产围绕极端条件而不是平均条件的交付能力进行设计。

随着气候变化导致的极端事件的发生和严重程度的增加，系统规划将越来越重要。规划需要包括气候变化影响分析的结果，以制定弹性资源计划，减轻对输配电系统的影响。如果正确地管理能源系统的弹性，它将成为重塑我们未来能源系统结构和设计的趋势之一。