华盛顿——在一个部分由风力涡轮机、太阳能电池板和水力涡轮机支撑的电网上，天气和气候模式会显著影响发电量。随着越来越多的风能和太阳能加入电网，公用事业公司将需要了解气候和天气的季节性模式如何导致能源生产的波动。
在一项新的研究中，来自美国能源部太平洋西北国家实验室的一个研究小组表明，复合能源干旱——即太阳能、风能和水力发电同时减少的时期——可以持续长达5个月，而且最常发生在秋季。
重要的是，“复合能源干旱并不一定会导致停电，消费者可能不会注意到停电的发生，”PNNL的地球科学家、论文的主要作者卡梅伦·布拉肯（Cameron Bracken）说。事实上，研究小组发现，在美国西部，大量的不可再生能源发电意味着，即使在最坏的情况下，也有足够的能源来满足需求。
“接下来的问题就变成了能源成本和如何有效地部署能源存储，”Bracken说。“在复合能源干旱期间，公用事业公司将不得不使用更多燃烧化石燃料的能源来满足需求或在市场上购买能源。”
燃烧化石燃料的成本更高，排放的二氧化碳也更多。知道什么时候会发生复合能源干旱，以及可能持续多久，不仅可以让公用事业运营商计划如何以经济有效的方式向消费者提供能源，还可以让他们知道如何投资于能源储存。
Bracken于12月10日在华盛顿举行的美国地球物理联合会年会上介绍了这项研究。该团队还向《应用能源》杂志提交了一篇论文。
Bracken和他的同事在去年秋天发表的一篇论文中研究了复合能源干旱，他们发现太阳能和风能的能源干旱可以持续近一周。由于太阳能和风可以在几分钟内发生变化——由于云层掠过太阳能电池板或风力减弱——这些能源干旱会影响公用事业公司每分钟的运营。
但风能和太阳能并不是唯一依赖自然规律的可再生能源。
布拉肯说，水力发电对旱季和雨季的长期气候模式作出反应。例如，在美国西部，夏季融化的积雪推动了温暖月份水力发电的增加。在该国东部，水力发电不太依赖于山区积雪，而是依赖于季节性降雨。
“水文循环持续数月，而不是几天或几小时。我们想知道能源干旱对电网的季节性影响有多大，这意味着我们需要调查气候现象是如何影响水力发电的，”Bracken说。了解复合能源干旱的季节性模式将使公用事业公司能够在更长的时间尺度上提前计划。
与上一篇论文类似，Bracken和他的合著者研究了1982年至2019年之间的一段历史气候数据，发现太阳能发电量可能下降的多云时期，不刮风的停滞时期，以及可能减少水力发电的干旱时期。他们还研究了El Ni?o和La Ni?a等气候模式，以确定它们是否与能源干旱存在关联。
然后，该团队将这些数据应用于当今的能源基础设施。也就是说，如果今天的风力涡轮机、太阳能电池板和水力发电设施在这40年里一直存在，那么复合能源干旱发生的频率和持续时间是多少？
研究小组发现，复合能源干旱最常发生在秋季，并可能持续长达5个月。这反映了白天开始缩短（导致阳光减少）和夏季融雪减少的时期。
研究人员发现，在这些复合能源干旱最严重的时候，随着公用事业转向化石燃料，以取代风能、太阳能和水力发电的损失，二氧化碳排放量可能会上升20%。他们还发现，美国西北部的能源价格大幅上涨，该地区比美国其他地区更依赖水力发电。
Bracken说，好消息是，在西部互联模式下，能源产量从未下降到无法满足需求的程度。这在一定程度上是因为国家的电网承载了足够多的不同种类的能源，并不是每一种能源都同时受到影响。这种弹性的另一个原因是，如果该国的一个地区发生复合能源干旱，邻近地区不太可能经历同样的发电量下降。通过区域传输，相邻区域可以将能源输送到需要的地方。
研究人员还展示了公用事业如何利用能源干旱信息来通知他们的运营。研究小组挑选了研究期间最严重的五个能源干旱月份，这些月份的气候模式导致太阳能、风能和水力发电同时下降，并将这些数据通过西部互联公司的年度运营模型进行了分析。
Bracken说：“这个案例研究可以帮助公用事业公司了解他们所有间歇性资源的发电量何时是我们观察到的历史最低水平。”
有了这个模型，公用事业公司可以考虑他们可以安装多少储能装置来缓冲风能、太阳能和水电同时下降的一些影响。
这项新工作为公用事业公司开始以一种新的方式思考如何管理和规划脱碳电网提供了基础。在未来的研究中，研究小组计划调查气候变化将如何影响复合季节性能源干旱的频率和持续时间。
