使用理想化设计方法设计方法评估东南欧极端高温事件的电力系统中断和相关经济影响

授权公开披露 授权公开披露 政策研究工作文件10858 评估电力系统中断和相关的经济影响 使用理想化的设计方法在东南欧增加极端高温事件 DavidFarnhamRossEisenbergLucBonnafous 城市、灾害风险管理、复原力和土地全球实践2024年7月 政策研究工作文件10858 Abstract 随着世界努力脱碳并转向可持续能源，电力系统将越来越依赖于天气条件。这种依赖性产生了管理电力供应和需求(特别是冷却)的波动的挑战,这可能危及系统可靠性,特别是在极端天气事件期间。峰值冷却需求的增加将在多大程度上表现出更频繁的电力系统中断，对人类健康和经济活动构成风险？本文侧重于东南欧的城市中心，并利用最先进的气候模拟来估计极端高温事件的幅度变化。它还通过假设理想化的设计方法来估计潜在的相关电力系统中断的频率及其对经济活动的影响。The. 分析显示，在2021年至2070年之间，由于极端高温事件的趋势不断增加，东南欧的城市中心可能面临每十年估计四到九次电力系统中断的风险。这些中断有可能在一些城市每年产生高达数千万美元的经济成本。预计的中断突出了使电力系统适应气候变化的挑战，即使是理想化的定期重新设计和维护工作。为了减轻热浪期间的电力系统脆弱性，本文建议实施措施，例如确保储备电力容量，通过绿化计划促进城市制冷，采用智能电网基础设施的需求方管理以及增加太阳能的部署，通常在热浪期间具有很高的发电潜力。 本文是城市，灾害风险管理，复原力和土地全球实践的产物。这是世界银行为开放其研究并为世界各地的发展政策讨论做出贡献的更大努力的一部分。政策研究工作文件也在http://www上发布。世界银行。org/prwp.作者可以在大卫联系。f@气候。ai，reiseberg1@世界银行。org和lboafos@worldba。 政策研究工作文件系列传播了正在进行的工作结果，以鼓励就发展问题交换意见。该系列的目标是快速得出发现，即使演示文稿还不够完善。论文带有作者的姓名，应相应地引用。本文表达的发现、解释和结论完全是作者的观点。它们不一定代表国际复兴开发银行/世界银行及其附属组织的观点，也不代表世界银行执行董事或它们所代表的政府的观点。 由研究支持团队制作 使用理想化的设计方法评估东南欧极端高温事件的电力系统中断和相关的经济影响 大卫·法纳姆，罗斯·艾森伯格，吕克·邦纳弗 关键词：电力系统中断，极端高温事件，冷却电力需求JEL代码：R10，P48 目录 LISTOFFigures3 LISTOFTABLES4 INTRODUCTION5 URBANCENTERSOFSOUTHEASTEUROPE6 方法7 DATA7 QUANTILEDELTAMAPPINGPOST-ProcessingforCMIP6模拟8 ESTIMATINGCOOLINGDEMANDS9 S电力系统容量设计的思考工艺9 S通过模拟需求事件的数量来模拟系统可靠性，从而消除系统的设计能力生命周期11 E限制成本DisRUPTIONS12 Results14 P下的投影-供应中断频率14 P经济成本的预测-供应DisRUPTIONS16 D设计意识参数20 依赖设计记录长度20 对设计年份的依赖性（2021年至2090)21 减轻出口费用并评估PROJECTIONS21 结论23 参考文献25 补充材料28 QUANTILEDELTAMAPPING详细信息28 T他对A的影响15%储备保证金29 T考虑加热冷却的影响需求29 T差异设计的影响Methodologies31 D设计方法学初探Results32 I数字化设计过程及来源不确定性33 附录1：全球21世纪上半年极端峰值加热和冷却需求的变化CITIES36 数字列表 图1:（A）带有绿色矩形的东南欧地区的全球地图；（B）包含在东南欧地区的城市中心分析7 图2:设计和评估概述工艺12 图3：2021年至2070年期间因冷却需求超过供应而造成的电力系统中断的中位数估计为东南部主要城市中心每年约4至9个事件之间欧洲14 图4：在2021年至2070年期间，由于A）气候模型不确定性（BOXPLOTSPREAD）和B）谐波管道（管道管道的冷却需求超过了供应，因此估计了电力系统中断的平均数量。在填充盒中间的水平线代表中,填充盒跨越25至75个百分比,并且晶须延伸至5和95个百分比。通过BOXPLOTS显示的传播表示模型间传播；I.E.，确定BOXPLOTS的每个点是2021年至2070.15 图5:随着高排放场景的设计记录长度的增加，电力系统中断的平均数量一般会增加。经验设计方法（历史上的90％）总体上导致更多的电力系统中断场景20 图6:电力系统中断的平均数量随着您进一步进入21世纪的高排放情景而增加，随着您进一步进入21世纪的低排放情景而减少，随着您进一步进入21世纪的低排放情景而略有减少排放情况。21 图A11:估计（使用所有气候模型的平均值）10年峰值冷却（顶部）和加热（底部）每日需求的百分比变化（在1990-2019年和2030-2059年之间）名称为“低排放”(SSP126;左)、“道路排放中间”(SSP245;中心)和“高排放”(SSP585;右)。我们将增加到100%进行可视化。目的38 图A12：与图A11相同，但适用于1990-2019年和2070-2099年38 图A13：用于分组结果的气候区域的区域边界39 图A14:估计（使用所有气候模型的平均值）的变化（1990-2019年和2030-2059年之间）在10年极端峰值日冷却和加热需求按气候地区增长。百分比 增加填充盒中间的水平线代表中,填充盒跨越25至75个百分比,并且晶须延伸至5和95个百分比。通过BOXPLOTS显示的扩展表示每个地区每个城市中心的平均模型估计的扩展。请注意，我们还增加了一个称为“汽车”的地区，包括加勒比太子港（海地），圣多·多明戈（多米尼加共和国）和哈瓦那。(CUBA)41 图A15：与图A14相同，但适用于1990-2019年和2070-2099年42 图A16:灰色点显示1990-2019年期间每个城市中心的1进10年峰值加热和冷却需求的平均模型估计，紫色点显示1进10年峰值加热和20年以上的平均模型估计箭头连接每个城市中心，并说明峰值冷却需求（Y轴）的上升趋势和峰值加热需求的下降趋势。（X轴）。42 图A17:相同图A16但在1990-2019年期间和2070-209943 表列表 TABLE1：2021年至2070年期间因冷却需求超过而造成的电力系统中断次数的中、五、95%估计供应。16 TABLE2:2021年至2070年期间因供应不足而导致的年度国内生产总值损失百分比的中位数，第五和95百分比估计，使用0.35%的高估计EVENT18 TABLE3:相同TABLE2但2015年GDP（2015年美国百万美元)18 TABLE4:2021年至2070年期间因供应不足而导致的年国内生产总值损失百分比的中位数，5th和95th估计，由于冷却需求超过供应，使用0.06％的低估计EVENT19 TABLE5:相同TABLE4但2015年GDP（2015年美国百万美元)19 表A11：图A1340中定义的气候区域的完整名称 Introduction 作为脱碳的努力，在逐步淘汰化石燃料，老化的输配电基础设施以及天气引起的能源供应波动加剧的挑战的背景下，确保电力系统的可靠性至关重要（i。Procedres.、风能、太阳能和水力发电)和需求(I.Procedres.，加热和冷却需求)。即使没有这些日益严重的挑战，不可靠的关键基础设施的经济成本已经很高，特别是在欠发达国家。世界银行2019年的一份报告估计，137个低收入和中等收入国家（一组国家约占所有低收入和中等收入国家GDP的80％）的不可靠基础设施的成本每年近3000亿美元（约占GDP的1.5％）。超过一半的成本与停电以及随后的销售损失和自发电成本相关(Retschler等人。2019)。2019年的一项调查发现，科索沃，北马其顿，阿尔巴尼亚和塞尔维亚的典型月份停电估计每月分别发生约8、5、4和2次（Dalloshi等人。Uderstadigthefollows.D.). 极端的冷却需求是电力系统无法保持可靠供应的众多原因之一。高温加热陆地表面和基础设施，在可用的地方触发空调的使用，并导致系统经历的一些最高的电力需求峰值（Fraco等人。2007年，Waite等人。2017)。因此，由高温驱动的电力需求增加时期是电网的关键时期，可能导致能源价格飞涨，最关键的是停电或连续停电（Hatvai-Kovacs等人。2016)。例子包括2018年7月在加利福尼亚州引发的停电，当时热浪期间的电力需求高峰无法由电力系统满足(Kha2018)。1995年7月的热浪是一个更可怕的例子，停电部分归咎于美国800多人的死亡(Chago等人。1996).此外，人为变暖预计会加剧这些电力系统可靠性问题(Alle等人。2016年，李等人。2012年，Fraco等人。2007年，米勒等人。2008）通过升高的温度，以及预期的空调采用的增加将导致更多的能源系统在炎热时期受到压力 （Waite等人。2017)。 除了气候变化加剧极端高温的影响外，城市化的趋势也会增加极端降温需求事件的 原因。首先是众所周知的城市热岛现象，由于增加的能量吸收（以太阳辐射的形式）和通过蒸散减少的冷却，城市环境变得比附近的土地热很多。其次，更高的人口密度将极端高温事件期间的冷却需求集中在空调可用的位置，从而消除了通过更多空间分布的需求节点平滑需求峰值的自然过程，这些节点不太可能同时达到冷却需求的所有峰值。 已经确定了电力系统停电的成本是相当大的，并且人为变暖正在增加热浪的幅度和频率，本文的目标是使用最新一代的气候预测来估计城市电力系统的倾向性。由于全球主要城市中心进入21世纪的极端制冷需求，其设计能力将黯然失色。特别关注东南欧的城市中心(。图1）。第二，本文提供了与这些城市电力系统中断相关的经济成本的估计。最后，本文讨论了增加极端热事件对关键电力（和能源）系统基础设施的影响，以及哪些自适应响应可以帮助确保未来几十年的系统可靠性。 欧洲东南部城市中心 由于人口密度高，由于相互关联和相互依存的系统可能导致级联故障，以及城市中心及其周围的经济和工业活动集中，电力系统中断在城市地区尤为突出。更高的人口密度意味着更多的人受到电力系统中断的影响。城市环境中的许多关键系统（如交通和供水系统）的相互联系和相互依存的性质意味着电力系统中断可能引发级联故障和多个系统的中断。最后,由于依靠稳定的电力供应在城市中心内和周围运行的企业和行业高度集中,城市电力系统中断可能导致大量的收入损失、生产率降低和企业成本增加。 图1:（a）东南欧区域的全球地图，以绿色矩形突出； (b)东南欧区域分析中包括的城市中心。 在东南欧的城市，电力系统中断尤其难以预防和应对，这主要是由于缺乏投资导致基础设施老化。近年来，东南欧的许多城市在电力基础设施方面没有看到大量投资(Vasqez等人。2018年)，这导致电力基础设施老化(例如。Procedre，电力线和变压器）更容易发生故障且更难以维护，这反过来又增加了电力系统中断的可能性和严重性。 Methodology 本文的目的是估计在极端热浪期间由于电力需求超过电力供应而导致的潜在电力系统中断的发生趋势 。为了实现这一点，我们使用下面概述的各种数据集和方法来估计电力需求和电源容量。我们使用各种数据集和方法对这些预计的电力系统中断的经济影响提供了一组粗略估计。 Data 我们使用以下数据源进行本文的分析。 •历史温度再分析数据：近地表温度（地表以上2米），空间分辨率为0.25度x0.25度，时间分辨率为每小时 从ERA-5再分析数据集（Hersbach2018）中获取。我们通过获取每天每小时值的最大值和最小值来得出每日最高和最低温度的估计值。 •气候模型模拟数据的未来温度预测