通过预测在更温暖的未来(b，d)和温度保持在2015年水平(a，c)的未来，电力需求将如何变化，该研究的作者证明了需要多少新的电力容量(千兆瓦)来满足与温度变化相关的冷却需求。信用:Zarrar Khan |太平洋西北国家实验室温度正在上升。全球平均气温有记录以来最热的10年中有8年发生在1998年以后。与此同时，对冷却建筑物的电力需求也在增长。最近发表在《自然通讯》杂志上的一项新研究预测，随着峰值温度的上升，与冷却美国建筑相关的电力需求将会增长，对扩大电力部门的需求也会增长。美国能源部西北太平洋国家实验室的研究人员发现，到本世纪末，在美国建设新的产能以满足更温暖未来的预期需求可能需要额外花费1万亿美元。这项研究将电力、水、农业等部门之间的相互作用联系在一起，描绘出电力需求和国家满足电力需求的能力在未来气候情景中可能如何实现的图景。
先前的研究已经详细探索了国家未来的能源需求，但是描述建筑供暖和制冷需求演变的模型通常不考虑如此广泛的影响。在这里，作者考虑了地区之间的电力贸易、劳动生产率、建筑面积和外壳设计的变化、燃料价格和可用性、不断变化的人口规模、技术和水资源可用性的变化，以及其他影响需求的动态因素。
“我们可以获得详细的模型，这些模型记录了一小时的用电量，”主要作者扎拉尔·汗(Zarrar Khan)说，他是联合全球变化研究所的计算科学家，该研究所是太平洋西北国家实验室和马里兰大学的合作机构，研究人员在那里探索人类、能源和环境系统之间的相互作用。“但它们没有捕捉到我们在这个模型中包含的所有其他动态。我们综合了来自多个部门的输入，以获得完整的情况，我认为这是第一批这样做的研究之一，同时记录了亚年温度对建筑供暖和制冷需求的影响。”
这项研究强调了气温上升导致的峰值电力需求的增加——而不是年需求量的增加——如何决定从发电厂到风力涡轮机的新产能需求。
温度变化决定了能源投资
作者模拟了两种情况来预测产能如何增长，以满足美国未来的能源需求。第一，未来气候会随着气候变化而变化，峰值电力需求也会相应增加。第二，未来气温及其相关峰值需求将从2015年起保持不变。
在每种情况下，温度变化都是以小时为基础进行建模的，以推动每月白天和夜间的电力需求。每年最高气温的前10个小时被分别记录下来，以代表每年的峰值。比较两种期货可以让研究人员隔离温度对电力需求的影响。
然后，他们估算了建设产能以满足这一需求的成本。这两种情况都预计到2100年。总体而言，预计冷却需求将上升，而加热需求将下降。
但是，为了描绘出完整的图景，作者必须对人口将如何增长、技术和经济趋势将如何发展以及排放水平将会如何做出一系列假设。为了建立这一组基线假设，他们在模型中加入了一条社会经济路径——被称为“中间道路”方法。在这个假设的未来，社会、技术和经济趋势大致遵循其历史轨迹，温室气体排放继续上升。
在美国气温不会从2015年的水平发生变化的情况下，作者预测，到2100年，加州的电力容量需要提高到102千兆瓦才能满足需求。他们估计，从2015年到本世纪末，这一升级可能意味着3220亿美元的投资。
然而，考虑到未来的气温，加州所需的发电量将攀升至120千兆瓦，到2100年将需要3930亿美元的投资。同样，到2100年，华盛顿将需要870亿瓦的装机容量来满足需求(760亿瓦，没有与温度相关的影响)，相当于2015年至2100年期间花费的2480亿美元。
缩小到全国范围，考虑到温度变化，满足需求所需的2100国家能源能力达到2017千兆瓦；这相当于到2100年投资了7.3万亿美元。在这种情况下，与温度变化直接相关的成本总计1万亿美元。截至2020年3月，该国的发电量约为1200千兆瓦。
与温度相关的最大容量增长集中在加利福尼亚州、伊利诺伊州、宾夕法尼亚州和得克萨斯州——预计到2100年，得克萨斯州需要154千兆瓦的容量，到那时需要花费4130亿美元才能达到。
结果各不相同
各州的影响远非一致，因为它们是由燃料价格、可再生资源的可用性和成本以及气候条件等因素的不平等分配所驱动的。例如，在加州和得克萨斯州，相对较低的天然气价格与更大的预期经济和人口增长相结合，作者预测与温度相关的天然气投资会更大。
在风能丰富的中西部各州，作者预计会有更大的风能投资。在每种情况下，最便宜的燃料首先被发送。
美国各地的制冷和制热需求各不相同。有趣的是，作者没有在电力需求高峰地区附近增加新的发电能力。相反，电力贸易模式在一些地区提供了一些缓解和灵活性，在这些地区，联网的国家可以在彼此之间传输电力，有可能满足一定程度的需求，而不需要安装新的发电厂。
2020年，冷却需求约占美国总用电量的10%。
探索替代途径
改变对未来经济趋势和排放水平的假设会改变结果。例如，未来化石燃料的使用量很高，生活方式要求更高的能源使用量，这将使建筑物的年用电量提高约50-73%。未来，该团队将着眼于其他问题，从电动汽车带来的变化到电网存储。
“如果你只看年负载，”系统工程师和合著者马歇尔·怀斯说，“那么几乎不可能显示为什么对存储有需求，或者它会有什么好处。然而，随着年内电力需求的变化，你会看到压力。然后你会说，“好吧，在降低成本的同时，像存储这样的东西能在多大程度上帮助减轻对新容量需求的压力？“这就是为什么存储是我们要分析的明确的下一步。”
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