电力、水和气候

随着地球持续变暖，水资源供应减少和能源需求增加这两大挑战将会加剧。但水和能源是密不可分的。例如，加州近五分之一的能源用于与水有关的活动，而该州超过十分之一的电力来自水力发电。当社会试图适应一种挑战时，它需要确保它不会使另一种挑战恶化。

为此，加州大学圣巴巴拉分校、劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校的研究人员开发了一个框架，来评估不同的气候适应可能如何影响这种水-能量关系。他们的研究发表在开放获取期刊《环境研究快报》上。

“水电系统以许多不同的方式联系在一起，”环境研究部门的助理教授、合著者Ranjit Deshmukh说。“预计气候变化将强调这些联系，因此我们提出了一个框架，绘制这些相互依赖关系，将使我们能够理解和量化其对能源-水关系的影响。”

尽管这不是第一个着眼于这些主题的研究，但它采用了比之前的论文更细致入微的方法。伯克利实验室气候和生态系统科学部的首席作者Julia Szinai说:“关于气候变化如何分别影响水和能源部门的分析有很多，但这些研究通常没有考虑两者之间的相互作用和反馈。”“我们的论文开发了一个广义框架，确定了气候变化如何影响这些耦合的水和电力系统，以及对未来供需缺口的潜在适应。通过这样做，我们展示了在适应气候变化过程中经常被忽视的权衡和协同效应。”

该框架使用系统分析来确定对水和能源部门最大的潜在气候压力源。它量化了适应气候变化所需的行动，并检查了这些行动可能产生的反馈。

Deshmukh解释说:“例如，我们的框架表明，气候变化导致的温度升高可能会增加空调用电需求和灌溉用水需求。”“然而，塞拉斯山脉的积雪损失和变化的降水将影响水源供应，不仅是城市和农业用水，还包括水力发电和火力发电厂的冷却用水。”

该团队将他们开发的框架应用到加利福尼亚州，该州依靠积雪提供大量的水，并花费大量的能源将水从该州的北部输送到南部。他们研究了水部门的多种适应策略，发现一些是能源密集型的，而另一些实际上可以节约水和能源。

研究人员综合了一系列零散研究的数据，以估计本世纪末在各种气候情景下该州未来可能的水和能源的总体范围。他们的分析发现，气候变化对加州电力部门的直接影响可能主要有两个因素:空调负荷增加和水力发电量减少。

“这篇论文最重要的一点是，让我们的水系统适应气候变化要么会显著加剧电网的压力，要么反过来，它可以帮助缓解电网的压力，”合著者、伯克利实验室的气候科学家安德鲁·琼斯(Andrew Jones)说。他说:“如果我们通过跨流域的大规模调水，或者使用能源密集型的海水淡化，来专注于改造水系统，那只会让电力问题变得更加困难。另一方面，如果我们通过节约用水来调整水系统，这实际上是一个双赢的局面，因为你也减少了水所需的能源。”

目前，加州有惊人的19%的电力消耗用于与水相关的应用，如处理、运输、泵送和加热。此外，该州大约15%的电力来自水力发电。

该州已经看到了气候变化对其水能系统的一些影响。由于气候变化而加剧的长期干旱导致了地下水开采用电量的激增，相应的水电短缺需要用更脏的化石燃料来替代。

该团队确信，气候危机将对该州未来的水供应产生巨大影响。话虽如此，其效果仍极不确定。在最坏的情况下，可用的水供应可能减少25%;然而，他们可能会增加46%。

Deshmukh说:“气候模型对降水的预测存在很大的不确定性。”但抛开这些不确定性不考虑，适应措施带来了显著的共同利益。“节约用水将为消费者节省能源和金钱，并允许该州天然溪流和河流的更大流量。

当该团队将他们的框架应用到最坏的情况下时，他们发现，在水部门选择最耗能的适应策略可能会导致与气候变化直接造成的能源失衡一样严重的能源失衡。

琼斯说:“我认为，这是第一个表明水务部门适应气候变化对电力部门的影响与气候变化本身的直接影响一样大的研究。”

“这项研究强调了两个行业之间的协调适应计划中受益,”作者Szinai补充道,“所以我们现在把更详细的水资源管理模型和电力规划模型可以证明弹性途径构建电力基础设施在美国西部的气候变化的影响包括水行业。”

Deshmukh目前正在领导一个团队，通过量化气候变化对南部非洲12个国家的水电站和火电厂的影响，探索能源、水和气候之间的联系。他希望找到电力基础设施的最佳投资。

Deshmukh说:“加州可以选择如何使其水资源部门适应气候变化的影响。”该州既可以采取能源密集型的气候适应措施，如脱盐，也可以开发一系列措施，最大限度地发挥节水潜力。水和能源部门的规划者和决策者需要协调他们的行动和计划，以适应气候变化。”

这项研究得到了美国能源部科学办公室和美国国家科学基金会的支持。这是美国能源部HyperFACETS项目的一部分。