18 просмотров

Гостевой пост: Как глобальное потепление заставляет электростанции производить меньше электроэнергии

Угольные, газовые и атомные электростанции, производящие большую часть электроэнергии в мире, должны поддерживаться в прохладном состоянии, чтобы нормально функционировать. Однако по мере того, как мир становится теплее, это будет становиться все труднее.

Отработанное тепло этих объектов обычно выбрасывается в атмосферу или в близлежащие водные источники. Во время аномальной жары или засухи чрезмерная жара или нехватка воды затрудняют охлаждение растений.

Когда это происходит, растения должны быть остановлены, что означает сокращение производства электроэнергии. Это часто происходит как раз в тот момент, когда спрос на электроэнергию достигает пика из-за того, что люди все больше полагаются на кондиционер для охлаждения.

В новой статье, опубликованной в журнале Environmental Research Letters, мы обнаруживаем, что в условиях потепления в ближайшие десятилетия потребуется построить сотни дополнительных электростанций просто для того, чтобы восполнить эту потерянную мощность.

Однако это не единственный вариант. Если страны вместо этого сосредоточатся на таких технологиях, как солнечная и ветровая энергия, которые производят меньше выбросов и менее подвержены влиянию жаркой погоды, сектор электроэнергетики будет меньше способствовать изменению климата и станет его жертвой.

Охлаждение электростанций

На тепловых электростанциях только 30-50% энергии, хранящейся в угле, газе или ядерном топливе, используется для выработки электроэнергии. Остальная часть энергии рассеивается в виде тепла – и очень много.

Статья в тему:  Как энергоснабжение влияет на глобальное потепление

Эти заводы обычно располагаются вдоль рек или озер и используют воду в прямоточных или рециркуляционных системах охлаждения для отвода этого отработанного тепла. Повышение температуры делает это менее эффективным.

В самые жаркие дни мощность некоторых электростанций может быть ограничена или даже должна быть полностью отключена, потому что они не могут сохранять прохладу. Это произошло с атомными станциями во Франции и Германии во время сильной жары 2019 года.

Оценка реальной реакции электростанций на экстремальные погодные условия затруднена из-за отсутствия ежедневных данных об отключении электростанций.

Однако в нашем исследовании мы смогли использовать ежедневные данные об отключениях от Управления энергетической информации по всем атомным электростанциям в США и от Европейской сети операторов систем передачи электроэнергии о конкретных отключениях на подмножестве тепловых электростанций ЕС. .

Вместе эти два набора данных позволяют нам построить наблюдаемые взаимосвязи между ежедневным снижением мощности электростанции и погодными условиями, как показано на диаграммах ниже.

На рисунке слева показано, как средняя производительность завода снижается по мере повышения ежедневных высоких температур.На рисунке справа показано, что при очень низких значениях стока, например, во время засухи, или очень высоких значениях стока, например, во время наводнения, средняя производительность станции снижается.

Поскольку у нас есть только небольшая выборка данных (распределения температуры и стока на каждой панели показывают все наблюдаемые значения температуры и стока в нашем наборе данных), в нашей оценке взаимосвязи между мощностью станции и погодой существует неопределенность. Эту неопределенность можно увидеть в области, заштрихованной серым цветом, на каждой панели.

Статья в тему:  Окасио Кортесу нужно много денег, чтобы остановить глобальное потепление

Расчетная взаимосвязь между мощностью электростанции и максимальной дневной температурой, а также стоком или наличием воды.

Диаграмма показывает, что исторически сложилось так, что тепловые электростанции с гораздо большей вероятностью ограничивали свою мощность в жаркие дни. Например, когда температура превышает 40°С, электростанции имеют тенденцию работать на 90-93% своей полной мощности.

Это может показаться небольшой потерей, но волны тепла часто охватывают большую территорию, а это означает, что десятки электростанций могут одновременно отключаться.

В сочетании с тем фактом, что в эти жаркие дни потребность в электроэнергии наиболее высока, когда люди включают свои кондиционеры, это может вызвать проблемы.

Глобальное потепление и электроснабжение

Температура повышается, а волны тепла становятся все более частыми. В некоторых регионах эти условия уже приближаются к пределам человеческой переносимости.

Наша защита от опасной жары — это кондиционирование воздуха, и по мере того, как мир становится теплее и богаче, его использование, по прогнозам, будет расти. На кондиционирование воздуха уже приходится около 10% потребления электроэнергии в США.

Между тем, электростанции, вероятно, будут чаще страдать от этой экстремальной жары. Мы оценили объем, используя прогнозы температуры и стока из набора климатических моделей, использованных в пятом оценочном отчете Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) (AR5).

Мы оценили мощность электростанции в самый жаркий день года в историческом климате между 1981 и 2005 годами и при глобальном потеплении на 2 и 4 градуса выше доиндустриальной температуры.Результаты можно увидеть на диаграмме ниже, при этом мощность снижается в самые жаркие летние месяцы.

Статья в тему:  Может ли глобальное потепление привести к более сильным зимним штормам?

Расчетная потеря генерирующих мощностей на атомных электростанциях США и тепловых электростанциях ЕС в местный самый жаркий день года

При потеплении на 2°C мощность электростанций снижается в среднем примерно на 2%, а в худшем случае – до 4,5%. При 4C это намного больше, с падением в среднем на 3,3% и на 6,5% в худшем случае.

Для сравнения: в 2019 году французская атомная энергетика сократилась примерно на 8% из-за сильной жары. В более теплом будущем этот показатель будет еще больше – 9-13%.

Этот дефицит электроснабжения означает, что у общества, вероятно, будет меньше энергии для работы кондиционеров во время будущих волн тепла, что увеличивает риск заболеваний, связанных с жарой.

Тот факт, что эти риски в основном ложатся на неблагополучные сообщества, означает, что сосредоточение внимания на доступе к электричеству имеет еще более важное значение для усилий по климатической справедливости и справедливости.

Декарбонизация — беспроигрышный вариант

Влияние будущих ограничений на электроэнергию зависит от принятых сегодня решений в области инфраструктуры и, в частности, от количества электроэнергии, которое общество вырабатывает с помощью тепловых электростанций.

Увеличение глобального потепления и увеличение производства тепловой энергии приведут к увеличению ограничений.

Чтобы оценить будущие ограничения на электроэнергию, мы объединили наши прогнозы мощности электростанций со сценариями, описывающими возможные траектории снижения или увеличения глобального производства тепловой энергии.

Согласно нашему анализу, количество электроэнергии, произведенной с использованием тепловых электростанций, является основным фактором масштаба будущих ограничений.

Статья в тему:  Как глобальное потепление влияет на круговорот воды?

Например, в сценарии, при котором производство тепловой энергии будет в основном прекращено и заменено возобновляемыми источниками энергии к концу века, как показано синей линией на диаграмме ниже, глобальные ограничения на жаркие дни могут быть сокращены более чем на 50% с сегодняшний уровень, несмотря на большее количество волн тепла.

Напротив, если производство тепловой энергии увеличится в будущем, как показано красной линией на диаграмме ниже, ограничения могут более чем утроиться по сравнению с сегодняшним уровнем к концу века.

Расчетное сокращение в различных сценариях энергосистемы на ближайшие десятилетия.

Потеря мощности по выработке электроэнергии, потерянная из-за ограничений, должна быть компенсирована – и это может означать строительство большего количества электростанций, чтобы компенсировать потерю мощности на других объектах.

При сценарии увеличения производства тепловой энергии эти ограничения могут потребовать дополнительных генерирующих мощностей в размере 125-200 гигаватт (ГВт) электроэнергии, что эквивалентно 250-450 электростанциям средней мощности к концу века.

Электроэнергетический сектор является как причиной, так и жертвой изменения климата, но то, насколько потепление повлияет на глобальное производство электроэнергии, очень сильно зависит от решений, которые общество примет в ближайшем будущем.

Достижения в области возобновляемых технологий означают, что доступны альтернативы, которые используют меньше воды и менее подвержены влиянию жаркой погоды. Более того, чем быстрее произойдет переход к безуглеродной энергетике, тем меньше будет повышаться температура и тем быстрее будет разорван порочный круг.

Статья в тему:  Как кухонные плиты помогут глобальному потеплению

Коффель, Э.Д. и Манкин, Дж.С. (2021) Производство тепловой энергии находится в невыгодном положении в условиях потепления, Письма об исследованиях окружающей среды, doi.org/10.1088/1748-9326/abd4a8

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x