氣候變化是當(dāng)前國際社會普遍關(guān)注的全球化重大問題。許多觀測資料表明，地球正在經(jīng)歷以全球氣候變暖和極端氣候事件頻率/強(qiáng)度增加為主要特征的氣候變化問題。氣候變化正成為～種緩慢發(fā)生的災(zāi)害，給人類社會帶來嚴(yán)重影響，其潛在損失給世界各國提出了適應(yīng)氣候變化的要求。

　　摘要：氣候變化是當(dāng)前國際社會普遍關(guān)注的全球化重大問題，它與能源系統(tǒng)間有著密切的交互關(guān)系。本文以氣候變化對能源系統(tǒng)的影響為主題，對相關(guān)國際研究進(jìn)行全面的綜述與展望。根據(jù)不同的作用對象，分別從需求端和供給端闡述氣候變化對能源系統(tǒng)的影響，并從氣候情景預(yù)測及供需影響評估兩個視角歸納了現(xiàn)有的關(guān)鍵研究方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。最后指出需要進(jìn)一步開展更加確定性的影響預(yù)測研究，能源系統(tǒng)的氣候變化適應(yīng)性研究以及氣候變化對能源基礎(chǔ)設(shè)施、能源運(yùn)輸?shù)挠绊懷芯俊?/p>

　　關(guān)鍵詞：氣候變化,能源系統(tǒng),能源供給側(cè),能源需求側(cè)

　　有關(guān)氣候變化影響的研究，主要集中在由氣候變化帶來的一般性物理影響，包括作物生長和蟲害、徑流量及水資源短缺、疾病與健康、生態(tài)系統(tǒng)、動物遷移等。對能源系統(tǒng)與氣候變化之間的關(guān)系，更多的研究關(guān)注“能源消費(fèi)對GHG排放及氣候變化問題”，而對能源部門的氣候變化易損性研究并不多，且大多僅著眼于能源系統(tǒng)一個方面。從能源供應(yīng)鏈不同層次的視角，Schaeffer等對目前能源系統(tǒng)的氣候變化易損性問題進(jìn)行了總結(jié)和歸納；Mideksa等綜述了氣候變化對電力市場的影響；從區(qū)域的視角，Wil-banks研究了氣候變化對美國能源生產(chǎn)和使用的影響；Ebinger歸納了能源部門適應(yīng)氣候變化影響的若干關(guān)鍵問題；Yau等則綜述了氣候變化對熱帶地區(qū)商業(yè)建筑和技術(shù)服務(wù)的影響。

　　本文以氣候變化對能源系統(tǒng)的影響為主題，對近十幾年來的最新國際文獻(xiàn)進(jìn)行全面的綜述及展望。在闡述主流研究問題的同時，歸納比較了其中的關(guān)鍵研究方法及各自優(yōu)缺點(diǎn)。最后根據(jù)目前研究的特點(diǎn)，提出了可能的發(fā)展方向。

　　一、氣候變化對能源需求側(cè)的影響研究

　　氣候變化對能源需求端影響的研究廣泛關(guān)注氣溫變化對建筑/居民部門能源需求，尤其是電力需求。這是因?yàn)椋瑲鉁厣�高趨勢�?dǎo)致冬季更為舒適而夏季更為不適，進(jìn)而使取暖需求降低，制冷需求增加，取暖制冷又大多由電力支撐。McGilligan等指出建筑部門是容易受到氣候變化尤其是全球變暖挑戰(zhàn)的部門。IPCC第三次評估報告將氣候變化對建筑部門的影響總結(jié)為“電力需求增加，而能源供給可靠性降低”。

　　許多學(xué)者針對不同國家、地區(qū)，探討了氣候變化/CO2濃度增加對能源需求/消費(fèi)的影響，其中大多數(shù)研究針對取暖制冷能源需求。如Bhartendu等用回歸方法估算了在大氣中CO2濃度增加一倍情景下，美國安大略省的冬季取暖和夏季制冷帶來的能源需求變化。Baxter等采用能源終端利用模型估計了到2010年全球變暖的兩種情景下，美國加利福尼亞州的能源消費(fèi)和用能峰值變動情況。Ruth等綜合氣候因素和社會經(jīng)濟(jì)因素，研究了氣候變化對美國馬里蘭州能源需求的影響，并依據(jù)HadCM2提供的溫度情景進(jìn)行預(yù)測，指出經(jīng)濟(jì)因素的影響要大于氣候因素。Mirasgedis等利用PRECIS（ProvidingRegionalClimatesforImpactsStudies）模型得到氣候參數(shù)情景，進(jìn)一步建立了希臘氣候變化對電力需求的影響模型，并用模型預(yù)測未來氣候情景下電力需求的變化口婦（如表1所示）。

　　從表1中可以看出，氣候變化對能源需求影響的研究結(jié)果差異較大，主要是因?yàn)椋海?）研究對象的不同；（2）研究方法的區(qū)別；（3）預(yù)測情景的選取不同。這說明，為了解氣候變化對一個國家或地區(qū)能源需求的影響，不能直接挪用其他國家或地區(qū)的研究結(jié)論，而應(yīng)該采用合適的研究方法并根據(jù)預(yù)設(shè)的氣候變化情景開展特定國家或地區(qū)的研究。

　　二、氣候變化對能源供給側(cè)的影響研究

　　氣候變化對能源供給端的影響研究中，大多是圍繞可再生能源的開發(fā)利用，主要研究由氣候因子變化所造成的能源資源稟賦以及生產(chǎn)能力的改變。可再生能源生產(chǎn)受氣候條件影響比化石能源更大，因?yàn)檫@種“能源”與全球能量守恒及所導(dǎo)致的大氣流動柏關(guān)心。因此，未來全球氣候變化將對可再生能源供給產(chǎn)生較大影響。

　　Pasicko等研究了氣候變化對克羅地亞太陽能、風(fēng)能和水能的影響，其氣候情景數(shù)據(jù)來自全球氣候模型ECHAM5-MPIOM和區(qū)域動態(tài)降尺度氣候模型RegCM，在IPCC未來氣候情景A2（2011-2040和2041-2070）基礎(chǔ)上得比結(jié)論：氣候變化對克羅地亞沿海及瀕臨區(qū)域可再生能源的影響最大，其巾第一階段風(fēng)速預(yù)計增加20%，將使風(fēng)力發(fā)電增產(chǎn)一倍，對光伏發(fā)電的影響為中性，2050年以后水電生產(chǎn)預(yù)計將減產(chǎn)10%。Pryor等綜述了氣候變化對風(fēng)能的影響，并得出結(jié)論：有時氣候變遷可能會使風(fēng)能產(chǎn)業(yè)受益，有時則對風(fēng)能發(fā)展有負(fù)面影響，具體地，（1）對風(fēng)力資源（風(fēng)力強(qiáng)度和風(fēng)力資源變化）的影響；（2）對風(fēng)力農(nóng)場運(yùn)營維護(hù)及渦輪設(shè)計的影響，包括極端風(fēng)速/狂風(fēng)、冰凍、海面結(jié)冰/永動等因素的影響。

　　巴西的能源供給很大程度上依賴于可再生能源資源，2007年可再生能源占總能源生產(chǎn)的47%，所以巴西可再生能源的氣候變化易損性問題引起較多關(guān)注。DeLucena等分析了在一系列長期氣候預(yù)測排放情景下（IPCC的A2和H2），巴西水電生產(chǎn)和液態(tài)生物燃料生產(chǎn)的易損性，結(jié)果表明最貧窮地區(qū)的能源易損性逐漸增大，生物燃料（尤其是生物柴油）和電力生產(chǎn)（尤其是水電）將受到負(fù)面影響。他們還通過模擬IPCC的A2和B2情景下的風(fēng)力條件，分析了全球氣候變化對巴西風(fēng)力發(fā)電潛力的可能影響。其中，巴西的降尺度風(fēng)力預(yù)測數(shù)據(jù)源自由Hadley中心開發(fā)的PRECIS模型。三、現(xiàn)有研究方法

　　很大比例的研究均涉及以不同氣候情景來分析能源供需的變化。因此，下面分別就氣候情景預(yù)測方法和供需影響評估研究方法來論述現(xiàn)有的關(guān)鍵研究方法。

　　（一）氣候情景預(yù)測方法

　　目前IPCC氣候情景是應(yīng)用最為廣泛也較為權(quán)威的溫室氣體排放及氣候變化情景。IPCC致力于開發(fā)大氣海洋一般循環(huán)模型（GeneralCirculationModel，GCM），可以預(yù)測較高精度的5*5經(jīng)緯度格點(diǎn)氣候模式，主要包括英國的HadCM3、美國的PCM、加拿大的CGCM2。IPCC根據(jù)不同的社會、人口、環(huán)境、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展軌跡，開發(fā)了四組全球范圍內(nèi)的排放預(yù)測情景（如表2所示）。

　　由于氣候變化對能源的影響研究基本上集中于局部區(qū)域或城市尺度，非全球尺度，而IPCC提供的預(yù)測情景難以直接應(yīng)用手微觀區(qū)域范圍，因此，需要得到降尺度的氣候情景。從現(xiàn)在文獻(xiàn)來看，降尺度氣候變化情景預(yù)測方法大致可以分為兩類；動態(tài)降尺度方法和統(tǒng)計降尺度方法。其中，動態(tài)降尺度方法主要指的是應(yīng)用區(qū)域氣候模型（RegionalClimateModel，RCM）來分解氣候情景，如美國的NARCCAP項(xiàng)目，歐洲的PRUDENCE和ENSEMBLES模型。統(tǒng)計降尺度方法則主要是通過運(yùn)用大尺度氣候資料和局部區(qū)域氣候變量間的實(shí)證關(guān)系函數(shù)，推測區(qū)域未來氣候情景。動態(tài)降尺度在理論上優(yōu)于統(tǒng)計降尺度，并且即使無法獲取區(qū)域地表觀測變量，也可以應(yīng)用于任何區(qū)域地點(diǎn)，但缺點(diǎn)是計算量大且對計算機(jī)的要求很高。統(tǒng)計（實(shí)證）降尺度方法不需要諸如地標(biāo)山川、粗略地圖等額外數(shù)據(jù)，但需要?dú)夂蛟�地�?shù)據(jù)，相對RCM來講，計算成本小。

　�。ǘ�）供需影響評估研究方法

　　從目前文獻(xiàn)來看，評估氣候變化對能源供需影響的研究方法大致包括三類：熱平衡模擬法、度日回歸的計量方法和能源生產(chǎn)仿真模型。

　　1.熱平衡模擬法。熱平衡模擬法以能量平衡和熱傳導(dǎo)為基礎(chǔ)，建筑物參數(shù)（窗體材料等）、住戶參數(shù)以及氣候參數(shù)為主要指標(biāo)，用仿真軟件來模擬天氣變化對建筑物熱量收支及能耗的影響。如Roetzel等用建筑模擬軟件EnergyPlus，模擬了希臘雅典不同的建筑設(shè)計方案和居住人數(shù)情景下，IPCC氣候變化A2情景（2020，2050，2080）對單元辦公室舒適度和能源消費(fèi)的影響。Xu等利用降尺度的GCM氣候數(shù)據(jù)預(yù)測了2040、2070、2100年加利福尼亞建筑能源消費(fèi)，研究發(fā)現(xiàn)：制冷技術(shù)條件若保持不變，在IPCC最差的碳排放情景（A1F1）下，加利福尼亞一些地區(qū)未來100年制冷用電將增加50%；在IPCC最可能情景（A2）下，制冷電耗將增加25%。仿真軟件是EnergyPlus和DOE-2.1E，模擬方案包括16種不同的商業(yè)建筑原型。熱平衡模擬法的優(yōu)點(diǎn)在于不需要詳盡的能源消費(fèi)或能源需求的實(shí)地數(shù)據(jù)，減輕了數(shù)據(jù)收集負(fù)擔(dān)。但其缺點(diǎn)是軟件內(nèi)部參數(shù)較多，模擬較為復(fù)雜，系統(tǒng)性差，仿真結(jié)果與實(shí)際建筑能效結(jié)果可能出現(xiàn)不一致。

　　2.度日回歸的計量方法�；�于度日（冷度日和暖度日）指標(biāo)的計量經(jīng)濟(jì)學(xué)回歸方法是氣候?qū)δ茉葱枨髠?cè)的影響評價研究中最常采用的研究方法類型，這方面的研究始于1980年代后期。度日是研究氣溫與能源消費(fèi)之間關(guān)系時最常用到的一種時間溫度指標(biāo)，是指日平均溫度與規(guī)定的基準(zhǔn)溫度間的實(shí)際離差。為了研究方便，度日又分為：采暖供熱度日（HeatingDegreeDay，HDD，簡稱熱度日）和制冷降溫度日（CoolingDegreeDay，CDD，簡稱冷度日）。凡是平均溫度低于基礎(chǔ)溫度的均計入熱度日數(shù)，而高于基準(zhǔn)溫度的均計入冷度日數(shù)�；鶞�(zhǔn)溫度由人為設(shè)定，一般取18℃作為人體最舒適溫度。將冷度日和暖度日作為回歸元引入能源供需回歸模型中，即為最常見的度日回歸的計量方法。度日計量回歸模型由于方法簡單、適用性強(qiáng)、結(jié)果穩(wěn)健等得到廣泛應(yīng)用，但其缺點(diǎn)在于需要收集大量的時間序列數(shù)據(jù)作為變量條件。

　　3.能源生產(chǎn)仿真模型。能源生產(chǎn)仿真模型主要用于氣候變化對可再生能源生產(chǎn)影響的研究中，一般將氣候因子變量作為原始輸入變量，進(jìn)而利用降尺度方法得到對機(jī)組運(yùn)行起作用的有效氣候因子，最后由產(chǎn)量仿真模型進(jìn)行模擬。如DeLucena等胡在分析巴西水電生產(chǎn)和液態(tài)生物燃料生產(chǎn)的氣候變化易損性時運(yùn)用了能源生產(chǎn)仿真模型。首先，由大尺度GCM模型預(yù)測得到目標(biāo)年的天然降雨量，然后用統(tǒng)計降尺度方法ARMAl2季節(jié)調(diào)整模型預(yù)測得到局部盆地詳細(xì)的水流量信息，兩者結(jié)合預(yù)測水電機(jī)組注入水流量，最后以此作為輸入變量輸入到能源生產(chǎn)仿真模型來預(yù)測水電產(chǎn)量。

　　四、當(dāng)前研究特點(diǎn)及未來發(fā)展方向

　�。ㄒ唬┕┬桀A(yù)測研究中存在較多的不確定性問題

　　由于氣候變化是較長期的影響和反應(yīng)過程，考慮氣候變化影響的能源供需預(yù)測研究的預(yù)測范圍大多是幾十年甚至上百年。不同的氣候情景直接影響預(yù)測結(jié)果，而未來溫室氣體排放總量、大氣溫室氣體濃度和全球氣候變化均存在較高的不確定性，這直接導(dǎo)致能源供需的長期預(yù)測結(jié)果同樣存在不確定性。例如，水電生產(chǎn)取決于水流量和全年不同時間的變化，長期趨勢預(yù)測不會捕捉到這樣詳細(xì)的信息。此外，能源生產(chǎn)與使用除受氣候變化的影響外，還會受眾多其他因素的影響，如經(jīng)濟(jì)增長模式、土地利用、人口增長、技術(shù)水平、社會和文化差異等。因此，目前氣候變化對能源系統(tǒng)影響的預(yù)測研究還僅僅是方向性和趨勢性的情景分析，而非準(zhǔn)確的預(yù)測結(jié)果，更加確定性的預(yù)測是未來研究中的重要問題。

　�。ǘ�）氣候變化影響研究較多，適應(yīng)性研究較少

　　在已有文獻(xiàn)中，有關(guān)氣候變化對能源系統(tǒng)影響的研究探討較多，而專門針對能源系統(tǒng)適應(yīng)氣候變化的研究較少。如果包括氣溫升高和極端氣候事件增多的氣候變化事實(shí)無法避免或快速減少，而通過適應(yīng)措施能夠有效降低其潛在的負(fù)面成本，那么，提高能源系統(tǒng)的氣候變化適應(yīng)性問題就顯得尤為重要和緊迫。例如，改進(jìn)建筑防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)以適應(yīng)可能出現(xiàn)的暴雨現(xiàn)象，提高風(fēng)機(jī)的耐狂風(fēng)、耐永凍性能，開發(fā)設(shè)計智能電網(wǎng)以適應(yīng)氣溫變化帶來的用電峰谷等重要措施均可提高能源系統(tǒng)的適應(yīng)性。因此，為有效適應(yīng)氣候變化，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，在脆弱性研究基礎(chǔ)上的適應(yīng)性研究尤為重要。有關(guān)能源系統(tǒng)對氣候變化的適應(yīng)性是未來的重要研究方向。

　　（三）能源供需影響研究較多，對能源基礎(chǔ)設(shè)施、能源運(yùn)輸影響研究較少

　　將氣候變化對能源供需的影響納入到能源長期規(guī)劃中具有重要意義。然而，除對供需造成影響外，氣候變化還會對能源基礎(chǔ)設(shè)施、能源運(yùn)輸?shù)确矫娈a(chǎn)生影響。例如，氣候極端事件可能引起電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，進(jìn)而導(dǎo)致電力供應(yīng)癱瘓。事實(shí)上，世界很多國家都發(fā)生過大規(guī)模停電事故，如1997年紐約大斷電，2003年的中國東北大斷電，2012年印度大停電，這些停電事件中不乏由于氣候或?yàn)?zāi)害等造成的基礎(chǔ)設(shè)施破壞，如電纜壓斷、變壓器凍壞等。再如，由于極端天氣，常常導(dǎo)致管道、公路、鐵路運(yùn)輸不順暢，這直接影響油氣管道運(yùn)輸、煤炭運(yùn)輸?shù)�，并進(jìn)一步影響下游產(chǎn)業(yè)的能源供給。正確認(rèn)識能源基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)輸?shù)确矫娴臍夂蜃兓�易損性問題，有利于避免災(zāi)難性能源短缺的發(fā)生。因此，此類問題需要進(jìn)一步研究。

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