气候变化对能源行业的影响及适应对策＊

宋扬，徐丽萍，朱伟

（北京市科学技术研究院城市系统工程研究所）

气候变化对全球能源部门产生重要影响[1]。全球气候变暖已是不争的事实[2]，2021年的全球平均气温比1850年至1900年工业化前的平均水平高出1.11±0.13℃，2015-2021年是有记录以来最热的七年；同时伴随全球范围极端天气趋多趋强、海平面上升、北极海冰减少、生态系统发生不可逆变化[3]。即使在新冠肺炎疫情、乌克兰危机冲击下，气候行动的失败、极端天气仍是当前人类面临的最具潜在破坏性的风险[4]。减少化石燃料燃烧、降低温室气体排放是减缓气候变化的主要途径，然而能源部门本身也在遭受气候变化不利影响带来的后果[5]，复合型极端天气同时叠加在能源供应和需求两侧造成的能源短缺已频繁显现。学界很早意识到能源行业自身面临的气候变化风险与脆弱性[6]，一些多边银行——例如世界银行[7]、美洲开发银行[8]、亚洲开发银行[9]、欧洲投资银行[10]等，和多边经济或军事合作机制——例如经济合作与发展组织（OECD）[11]、亚太经济合作组织（APEC）[12]、北大西洋公约组织（NATO）[13]等，也高度关注能源领域气候变化影响与风险，维护投资和战略资源安全。但与能源减排政策相比，能源领域适应决策相对滞后。随着全球能源供给端和需求端的气候风险逐渐显著，特别是2010年以来，衡量、评价能源系统气候变化风险与影响，以及适应气候变化逐渐成为国际能源安全领域的研究前沿[1，5]并服务于全球能源战略和投资走向。

气候条件深刻影响中国能源资源生产、运输、存储、分配以及终端需求，能源基础设施和重大工程生命周期长且跨越数千千米，不同气候地貌环境对全球变暖的敏感性差异巨大。2022年6月出台的《国家适应气候变化战略2035》是对2013年《国家适应气候变化战略》的重要更新，对中国能源行业适应气候变化提出明确要求，面对未来不同气候情景，能源规划、运行应积极提升适应能力以显著降低气候风险和不确定性带来的不利影响。

1 气候变化对能源行业的影响与风险

1.1 能源禀赋和生产

全球变暖改变冻土、极寒地区油气资源开发的经济可行性[14]以及工程设施稳定性[15]。极端天气气候事件（简称“极端事件”）直接影响煤田、油田、气田露天生产作业生产过程、工时、设备及关联设施，降水分布异常对内陆资源勘探带来冲击[16]；海上平台、风机、油气港口等暴露在风暴潮、台风等强灾害性天气下甚至可能会导致高净值设备遭到大面积严重损坏[17-18]，海平面上升和风暴潮侵蚀减少设备寿命。气温升高还改变火电的热循环效率增加冷却水需求量[19]。

风、光能源可利用量与工程建设极易受气候变暖和极端事件的影响。风能资源可利用量及其稳定性取决于风功率密度、全球能量平衡及大气活动之间的关系[20]，气候变化影响风场分布、变率[21]，还间接影响植被覆盖引起下垫面粗糙度变化改变垂直风廓线[22]；中国地表风速呈持续减小的趋势并存在显著时空差异[23]，未来全球地面风速减弱更显著[24]。台风、雷电、冰雹、低温冰冻等季节性和区域性极端事件直接影响或损坏风电机部件装置[25]。太阳能可利用量由行星尺度的地面太阳辐射量变化决定，气候变化主要通过局地总云量、气溶胶含量、臭氧等影响太阳辐射，总体影响较小[26]；但持续高温、低温导致电力超负荷、光伏组件发电效率下降、太阳能电池寿命缩短，沙尘、雾霾、灰尘严重削弱光伏组件接收日照强度，局部灰尘遮蔽导致的热斑效应严重影响其安全特性和发电效率。

气候变化通过改变河流径流总量及其季节分布、流量稳定性对水力资源禀赋产生影响[27]，冰川融水季节模式转变，例如春季融雪提前、夏季流量减少、冬季流量增加，都可能对发电容量、调峰和用电需求管理以及大坝安全产生严重影响[28]。传统水电建筑设计常基于“未来的水文条件与过去的水文条件相同”的假设，但水电工程受到气象、水文、冰川等过程的直接影响，这些要素对气候变化极其敏感。

1.2 能源运输

能源运输可能跨越国土范围所有气候区，且油气、氢、核燃料等属于易燃易爆或具放射性危化品，运输途中气候变化引发的不利影响和风险将严重威胁人身安全和生态环境。恶劣天气等不利气象条件使能见度和道路、轨道、航道及港口的安全性降低，导致煤、油、液化天然气等的供应临时中断，其影响的严重程度取决于中断持续时间与应急储备量。北极增温使通航时间和航次增多、经济性提高，为中国进口俄罗斯油气起积极作用。中国油气管道总里程为17.5万千米[29]，暴雨、高温、严寒、雷电、海浪和风暴潮等极端气候及其导致的泥石流、黄土失陷等次生灾害是管道灾害风险的重要因素[30]，冻土退化造成冻土地基承载能力下降、管道下沉加剧、季节融化层加厚等威胁青藏管道、中俄东线境外和东北境内段管道运行安全[31-32]。

中国电网架空输电线路点多面广，气温每升高5℃运行容量的峰值损失将增加7%～8%，降低输电效率[33]；夏季热浪易造成电力变压器故障[34]。电网设施所处自然环境往往较为恶劣，易遭受大风、冰灾、暴雨雷击等气象及其他次生灾害破坏，造成线路风偏跳闸、舞动短路故障、沙尘暴引起绝缘子污闪、线路和变电站设备覆冰等。中国是电网遭受冰害最严重的国家之一。近年来在电网高电压、长距离、大容量输电线路发展趋势下，各类极端事件给电网运行造成的危害快速增加。

1.3 能源需求与高峰负荷

气候变化改变环境温度和湿度，影响采暖制冷用能需求[35-36]，气候变量已成为能源需求预测模型纳入考虑的外部参数[37]。大量研究证实，气候变暖使冬季采暖需求或负荷降低、采暖期缩短，夏季制冷需求或负荷及其峰值增加[38-39]，总能耗的净变化取决于不同气候区二者的抵消关系[40]。理论上建筑能耗与环境温度存在平衡温度点，即环境温度低于该点建筑因采暖导致能耗增加，温度高于该点建筑因制冷亦造成能耗增加[41]；峰值负荷也有类似关系[42]。中国建筑气候区划包含差异悬殊的7个一级区、20个二级区，能耗对气候变化的响应不同。自20世纪60年代以来，北方城市的典型气象年数据发生较大变化[43]；广州近50年来5-10月平均气温每升高1℃城市制冷度日强度增加46.6%[44]；80年代中期以来，全国采暖度日数呈明显减少趋势[45]；大部地区采暖期缩短5～10天，集中采暖区南界明显北移，各地采暖强度普遍减弱，以寒冷地区减幅最大[46-47]。在《排放情景特别报告》（SRES）B1情景（低温升情景）和A1B情景（中等温升情景）中，2001-2100年与1971-2000年相比，建筑平均年度总能耗将在严寒地区的哈尔滨分别减少4.2%和6.1%，在夏热冬暖地区的香港分别增加4.3%和7.6%[48]。未来随着节能水平的提高，能源消耗及其对气候变化的敏感性随时间推移而降低[49-50]。除建筑领域外，气候变暖还将增加车辆制冷能耗从而增加燃料用能（0.01～0.03升/℃）[51]；工业水淬和制冷工艺用能、食品加工和冷链存储用能、农业部门灌溉和牲畜降温用能也会增加[52]。

热浪、寒潮等极端事件的频率和变化对电力、天然气高峰负荷产生重大影响。变暖叠加空调普及率提高使夏季电力高峰负荷持续增加[53]；寒潮影响范围大，采暖季天然气需求呈爆发式增长，而上游供气不足、调峰储气设施与能力有限导致供需矛盾突出；上游中亚进口气源国冬季与华北均处于西伯利亚高压影响范围，与华北用气高峰需求同步，进口气易因寒潮发生欠量加剧供应紧张。

2 国际能源行业气候适应发展现状

2.1 联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）

气候变化对能源需求、可再生能源资源利用、关键基础设施的影响与适应是联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）报告关注的内容之一[54-56]。联合国政府间气候变化专门委员会第六次评估报告第二工作组报告对亚洲地区国家能源部门适应气候变化提出建议，认为各国应提高能源部门对气候变化预期影响的准备程度，需将气候风险、脆弱性和适应措施纳入各级管理决策，建立具有气候韧性（resilience，也称为“恢复力”）的能源系统[57]。具体措施包括但不限于：制定与气候预估、影响与适应一致的中长期能源战略规划；推广非化石能源并扩大投资，以提升能源供应多元化水平；提高全行业能效和需求侧管理；加强区域能源合作提高地区能源安全；确保本地天然气资源供应安全；推广绿色建筑及储能、智能电网以及其他柔性管理技术；在气候脆弱地区大力发展分布式能源等。报告还指出，目前能源和工业部门的风险评估和脆弱性评估尚处于早期阶段，应推动现有气候影响和风险研究并开展全面的国家评估。报告还提出了全新的“气候韧性发展”（Climate Resilient Development，CRD）概念，以能源、城市和基础设施、陆地海洋生态、工业、社会五大系统转型发展为核心，综合了应对气候变化风险（适应）、减少温室气体排放（减缓）以及改善福祉的内涵。这一概念的提出将为推动全球能源行业提升气候韧性发挥重要作用。

2.2 国际能源组织

国际能源署（IEA）主张各成员国建设“更具气候韧性”的能源部门，强调为应对极端天气、水资源紧张等气候变化影响，能源部门作为全球产业链系统，达到技术可行、满足未来能源需求成本效益等目标非常重要和紧迫，并鼓励政府在本国能源应急调度、能源资产管理等方面发挥应对气候风险的重要作用。自2014年举办“气候-能源安全互馈关系”论坛发出倡导以来，国际能源署发布一系列研究分析报告呼吁关注能源部门遭受的气候变化影响与风险[58-60]。针对电力部门，《气候韧性——电力安全2021》[61]报告系统阐述长期气候变化和极端事件对电力系统产能、能效、需求、基础设施的影响，从评估气候变化风险和影响、将气候适应能力建设纳入能源和气象发展规划、识别制定具有成本效益的恢复力提升措施、激励机制、制定电网韧性提升和能力建设措施、决策有效性评估和调整等方面提出具体建议。国际能源署还对受气候变化影响面临严重水安全问题的非洲[62]、拉丁美洲[63]、南亚及东南亚[64]地区的水力发电进行专题评估。近期国际能源署“清洁能源转型计划”（Clean Energy Transitions Programme，CETP）发布《气候韧性政策指标》分析报告[65]，初步尝试以气候灾害评估、气候韧性政策准备（针对能源系统气候适应能力制定国家级气候或能源规划及其优先和详细程度）为基础，评估成员国和联盟国能源部门气候韧性政策进展，目前已完成奥地利等25个成员国的评估报告。

国际可再生能源署（IRENA）强调可再生能源在气候变化减缓-适应协同增效、撬动各渠道气候适应资金方面发挥了重要作用[66]，提出各国应在气候适应决策全过程充分考虑可再生能源利用发挥的作用，基于现有科技水平将可再生能源相关技术纳入气候适应政策制定与项目开发；可再生能源项目潜在收益最大化有利于促进气候适应融资；加强可再生能源项目的气候风险监测、学习和管理水平以提升气候韧性。

国际原子能机构（IAEA）于2012年发起一项“核能和其他能源基础设施适应长期气候变化和极端天气方案的技术经济评估”合作研究，该项目归纳了包括核电在内所有能源领域的气候变化影响并提出了核电发展的适应措施[67]；第26届联合国气候变化大会（COP26）开幕前国际原子能机构明确了核科学与核技术在可持续土地管理、气候智慧农业、粮食生产、温室气体排放分析、可持续水资源管理、海洋变化与生态系统的六大适应领域发挥的重要作用及其在全球的相关实践案例，并提出国际原子能机构将在加强核技术支撑气候适应能力、推动生物多样性和环保、提高农业资源效率和产量等方面提供不可替代的价值[68]。

2.3 美国

美国政府重视能源系统的气候风险管理，持续推动本国能源、环境、国防、国家安全及政府问责部门开展能源系统气候变化影响、脆弱性及风险评估[69-72]。自2011年美国能源部发布首个《能源部气候变化适应规划》以来至少每四年更新一次。能源部最新发布的《2021气候适应和韧性规划》[73]中提出了五大优先行动和三项特别议题。其中五大优先行动分别是：基于能源部下属28个国家实验室开展脆弱性评估和实施具有韧性的解决方案，包括开展新型微电网、电力输送系统、微反应堆、水再利用系统和用于园林绿化的灰水系统的示范项目；基于实验室网络解决气候对不同地理区域的弱势社区的影响并强化气候变化适应-减缓协同效益；将气候适应和韧性在能源政策体系中制度化；利用高性能计算系统对气候脆弱性和影响进行建模，为能源领域提供气候适应工具、技术和气候学支持；推动新兴气候适应性技术的应用，例如设置1500万美元额度的太阳能海水淡化奖项[74]。三项特别议题是：全面更新能源部门劳动力、供应链、能源-水复合系统、重大能源工程仪器设备、固定资产的气候脆弱性评估；加强能源管理人员气候专业知识能力建设；确保生产服务供应的气候准备。

2.4 欧盟

欧盟能源部门尝试将适应气候变化纳入能源政策主流[75]，但目前未专门针对能源系统出台气候适应和韧性提升配套政策，仅将能源作为关键基础设施应对自然灾害相关应急管理提出相关措施。欧盟各成员国根据自身气候变化影响特征已在各自的适应战略或行动方案中对能源部门适应提出要求，多数国家将能源气候韧性作为重要或优先事项列入国家适应行动和/或能源规划。其中，意大利、奥地利、西班牙、希腊、捷克、芬兰等国气候行动和国家能源政策均明确强调关注能源行业气候韧性对能源安全的重要性。

3 中国能源行业气候适应政策现状与进展

在中国以往发布的气候适应文件中，能源主要作为关键基础设施、生命线系统的重要组成被部署和要求。2013年底，国家发展改革委等9部门联合发布的首部《国家适应气候变化战略》提出应加强基础设施风险管理水平；根据气候条件的变化修订基础设施设计建设、运行调度和养护维修的技术标准。对有关重大水利工程进行必要的安全复核，考虑地温、水分和冻土变化完善铁路路基等建设标准，根据气温、风力与冰雪灾害的变化调整输电线路、设施建造标准与电杆间距，根据海平面变化情况调整相关防护设施的设计标准；科学规划建设城市生命线系统和运行方式，根据气温变化调整城市分区供暖、供水调度方案，提高地下管线的隔热防潮标准等。2014年9月，国务院正式批复同意《国家应对气候变化规划（2014-2020年）》，要求加强供电、供热、供水、排水、燃气、通信等城市生命线系统建设，提升建造、运行和维护技术标准，保障设施在极端天气气候条件下平稳安全运行；评估气候变化对能源设施的影响；修订输变电设施抗风、抗压、抗冰冻标准，完善应急预案；加强对电网安全运行、采矿、海上油气生产等的气象服务；研究改进海上油气田勘探与生产平台安全运营方案和管理方式。2016年2月，国家发展改革委、住房和城乡建设部联合印发了《城市适应气候变化行动方案》，强调应减少能源等重要城市生命线系统的风险暴露度；提高城市供电、供气等生命线系统的设计标准，加强稳定性和抗风险能力；针对不同城市及城市居民、企业、公共部门等不同用户，评估气候变化对制冷、采暖及节能标准的影响，调整能源工程与供电系统运行的技术标准。

国家能源局基于统筹协调能源运行调节和应急保障职能，在能源系统涉及应对极端天气灾害应急调峰、安全生产方面已制定相关中长期和临时性政策措施及应急预案，以电力行业为主，例如《电网安全风险管控办法（试行）》《关于进一步做好电力行业山洪和地质灾害防御工作的通知》《电力行业应急能力建设行动计划（2018-2020年）》《关于电力系统防范应对台风灾害的指导意见》《关于电力系统防范应对低温雨雪冰冻灾害的指导意见》《关于进一步做好电力行业防汛抗旱工作的通知》等。应急管理部《关于切实强化油气增储扩能安全生产保障的通知》要求油气行业应有效防范化解极端天气等自然灾害带来的风险，油气企业要与气象等部门建立常态化沟通联系和应急联动机制，强化自然灾害特别是极端天气安全预警。气象局自上世纪70年代以来配合能源局开展可再生能源气候服务，近年来已开展了风能太阳能资源的精细化评估，并配合能源局建立风能太阳能资源预报系统，积极为新能源发展提供气象保障。

“十四五”开局之际，能源、应急、气象部门对能源领域适应气候变化提出更高要求。2021年11月，中国气象局与国家发展改革委联合印发《全国气象发展“十四五”规划》，提出气象服务国家能源安全，强化大风舞动、电线覆冰等电力气象灾害预报预警，发展电力负荷预测业务；加强煤电油气产、调、运全过程气象服务，建立能源行业高影响气象因子预报预警指标体系及服务模型；开展大规模风能太阳能开发利用工程、重要能源工程建设的气候风险评估和影响效应评价。2021年12月，中国气象局、国家能源局签署战略合作协议，计划充分利用气象预测预报精准提高能源生产供应水平，并将联合开展风能太阳能资源普查，共建“国家能源气象资源开发中心”，加强数据共享和面向全球合作研究。2022年1月，国家发展改革委、国家能源局印发的《“十四五”现代能源体系规划》是中国明确碳达峰、碳中和目标后的首个能源五年规划，其中首要任务是增强能源供应链安全性和稳定性，包括发挥煤电和天然气调节作用、维护能源基础设施安全、加强风险隐患治理和应急管控。2022年2月，国务院印发《“十四五”国家应急体系规划》，要求提高重大设施自然灾害防御工程标准和重点基础设施设防标准；提升行业救援力量专业水平，加强重点国际铁路、跨国能源通道、深海油气开发等重大工程安全应急保障能力建设；规范灾后恢复重建。

4 中国能源行业气候适应对策建议

2022年6月，生态环境部、国家发展改革委、科技部等17部门联合印发的《国家适应气候变化战略2035》首次将能源作为独立行业体系写入适应气候变化文件，并首次明确了提高能源气候韧性的具体要求。未来在实现碳达峰碳中和目标、建设现代能源体系进程中，防范化解能源行业气候变化风险，强化适应气候变化能力，将为促进全球气候变化背景下中国能源产业链、供应链安全提供必要补充。结合《国家适应气候变化战略2035》，对中国能源行业适应气候变化提出以下具体对策建议。

4.1 加强能源供应气候风险管理

考虑到极端事件的破坏力强、短期内引发能源供需矛盾突出，《国家适应气候变化战略2035》指出，重点针对高温热浪、寒潮冰冻、极端暴雨等，开展气候变化对能源生产、运输、存储和分配的影响及风险系统评估。开展能源境内外全供应链的气候变化影响和风险评估是能源行业适应气候变化的首要任务，应通过“能源+气象”信息深度融合，明确能源行业不同能源品种、不同环节、不同地理区域所可能暴露的极端天气气候事件，及其对能源保供带来的系统性扰动，有效监控风险点，辨识风险源、薄弱隐患以及重点防护目标，动态评估气候风险可能性、风险后果、可控性，做出风险预警预判和快速恢复供应的相应调整，维持原有能源供给能力，甚至化危为机，提升能源供应安全保障水平。

4.2 保障能源重大工程和基础设施的安全运行

对于大型核电站、水电站、跨省跨区输电通道、枢纽变电站、重要换流站、油气长距离输送管道、大型能源化工项目等能源重大工程安全运行的维护，事关区域能源、环境安全。《国家适应气候变化战略2035》明确，应加强能源基础设施正常运行保障，提高设施对于风暴潮、高温、冰冻等极端天气气候事件的耐受能力。技术层面的主要措施应包括，更新完善能源基础设施和重大工程的气候灾害设计标准和应急预案体系：结合气候变化影响和风险评估、中长期趋势预估，通过修订完善能源重大工程和基础设施现行技术标准，解决其与气候变化影响和风险不匹配、不适应问题，建立与气候变化相适应的工程技术标准体系；加强能源基础设施与重大工程气候风险管理，实施气候变化风险区划和“实时监测-信息传递-风险评估-动态调度-效果分析”全链条风险管理体系。城市电力电缆通道建设和具备条件地区实现架空线入地，持续实施城镇老旧燃气管网设施更新改造；对于沿海地区核电站、大型能源接卸港口，应强化沿海工程设施除险加固，更新完善应对气候灾害设计标准。《国家适应气候变化战略2035》还专门就电网气候韧性做出具体要求。

4.3 持续推进可再生能源气候服务

未来新型电力系统将以新能源为主。《国家适应气候变化战略2035》要求，开展风能、太阳能等气候资源普查、区划、监测和精细化评估；应根据气候资源和能源需求变化，优化能源结构和用地布局。通过资源普查和精细化详查，完善全国风能、太阳能气象观测和预报，加强中国可再生能源的监测评估等核心技术攻关，为加强中国能源资源多时空互补、考虑国土空间规划、生态保护红线控制的精细化评估能力提供重要科学支撑；基于气候资源评估和用能需求，在风光资源丰富的西部和西北部地区、高耗能的南部和中东部地区合理开发风光发电用地，兼顾节约输电成本、改善生态环境以及土地利用效率，实现气候资源与区域电力需求的最优匹配。

4.4 大力发展能源行业适应气候变化关键技术

推动能源领域关键气候韧性技术升级是提升能源行业适应气候变化能力的重要保障。积极推动低风速风力发电、太阳能高效电池、光伏建筑一体化等技术研发推广，快速提升可再生能源综合利用技术水平和经济性。充分利用物联网、工业互联网、遥感、视频识别、5G等技术提高能源灾害事故监测、风险预警感知能力，发展精细化气象灾害预警预报体系；推广应用重大气象灾害智能化精细化监测预警技术与装备、雷击火监测预警技术。快速推广智慧电厂、智能电网、智能机器人勘探开采等，应用无人值守、故障诊断等，缩短灾害风险防治和恢复周期。在能源工程中充分利用适用于高海拔、特殊地形、台风等极端恶劣环境的智能化、实用化、轻量化专用救援装备。