水力发电量预计将增加但气候变化带来不确定的未来

在一项评估气候变化如何改变美国大陆水力发电的新研究中，研究人员表明，除西南部的部分地区外，未来水力发电量预计会增加。

分析还显示，未来在太平洋西北部，随着气温升高带来更多降雨，冬季山区积雪储存的水量将减少。这种季节性变化将对水资源管理者和电网运营商提出挑战，他们需要重新平衡使用水坝发电的方式和时间。

“我们知道气候在变化，我们知道这将影响到可用于生产水力发电的水量，”美国能源部太平洋西北国家实验室的水文气候学家、新论文的主要作者丹尼尔·布罗曼说。“我们的研究提供了全国范围内的一致视角，因此即使水和能源规划者只着眼于区域未来，我们的数据也可以提供更广泛的前景。”

这项新研究于8月8日发表在《环境研究快报》上。

气候变化如何影响水力发电

水流经美国各地的 2,250 座水力发电站，为全国贡献了 6% 的电力。水力发电在太平洋西北地区占主导地位，为该地区提供了 60% 的能源。

水坝运营不仅考虑发电，还考虑防洪、运输路线和灌溉用水，以及支持渔业和自然生态系统。因此，了解未来水资源供应将如何变化对于水资源管理者规划各种资源需求非常重要。

为了支持这一规划，能源部定期发布一份名为 9505 评估(指《安全水法案》第 9505 节)的报告。该报告详细评估了气候变化对水电设施的影响。第三份报告于 2023 年 12 月提交给国会。

但该报告仅包括 132 家设施，全部为联邦所有。研究报告合著者、西北太平洋国家实验室水能动力学首席科学家兼项目首席研究员 Nathalie Voisin 表示，这些设施产生的电力占全国水力发电量的 46%。为了更好地了解气候变化如何影响整个美国大陆的水力发电，研究人员添加了另外 1,412 家非联邦设施的流量和水力发电数据。

研究人员与美国能源部橡树岭国家实验室的同事合作，他们开发了模型，展示了未来几十年气候变化如何改变溪流和河流的水流量和流量。 PNNL 团队随后将水流量数据通过模型进行处理，这些模型捕捉了水的多种用途，并计算了两个时间段的水力发电量：近期为 2020-2039 年，中期为 2040-2059 年。

研究团队发现，美国大陆的水力发电量在短期内普遍增加约 5%，在中期则增加 10%。这可能是因为气候模型普遍显示，随着地球变暖，降水量会增加。

全国只有一个地区的水力发电量平均下降：在西南部一些已经面临干旱的地区，模型预测短期内水力发电量将略有下降，降幅在 3-6% 之间。

布罗曼强调，由于气候变化的未来是不确定的，水力发电的可能结果范围很大。例如，在2020年至2039年期间，水力发电量可能变化-5%至21%，而在以后的几年中，水力发电量可能变化-4%至28%。

布罗曼说，季节变化也可能对全国的水资源管理产生重大影响。

水力发电随季节变化

研究团队发现，今年冬季，全美水力发电量短期内可能增长 12%，中期可能增长 18%。同样，秋季降雨量增加可能导致东南部水力发电量短期内增长 5-20%，东北部和中西部地区水力发电量增长幅度较小。

但最大的水力发电变化可能出现在夏季，尤其是在西部地区。夏季，中国西部地区的水力发电量可能下降 1-5%，而降水增多可能导致东部地区的水力发电量增加 1-5%，这两者都发生在短期内。

从历史上看，西部山区积雪会将水储存到春末和夏季。当积雪融化时，这些水会产生更多电力。现在，由于气温升高，山上的积雪减少，融化的时间也提前了。冬季积雪提前融化并转为降雨意味着水力发电在冬季会发电更多，而在随后的春季和夏季发电量会减少。

“雪是一种储存。如果雪融化得早，就会改变水的供应时间和供应量，”沃辛说。“而且由于气温总体上升，水力发电量和能源需求可能不会同步。”

水电的未来

沃辛强调，即使水力发电在某些季节下降，它仍然是电网的可靠能源。与煤电厂或天然气电厂一样，水力发电可以根据需要调度，为整个电网提供稳定性——凸显了其作为可再生能源的灵活性。

Broman 和 Voisin 希望电力系统运营商和水资源管理者能够利用新的一致多尺度评估和随附数据为水能权衡讨论提供信息，例如水电灵活性需求以及水资源利用的其他社会效益。

布罗曼说，气候变化带来了不确定的未来，历史记录不一定能反映未来几十年会发生什么。此外，“公用事业公司可能正在考虑在气候变化下为自己的地区进行水力发电 ，但电网的规模要大得多。”

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