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长江流域水电能源干旱未来变化预估与适应研究

能源干旱,气候变化,可再生能源,水库调度,高分辨率陆面模型

主题3 技术、台站、交叉 > 专题3.10 气象水文干旱机理诊断与监测预测

水电作为可再生能源体系核心，在支撑风、光等间歇性能源和弥补电力缺口方面作用不可替代，其稳定性对能源安全与碳中和目标至关重要。长江流域作为全球最大水电基地，受气候变化影响，极端水文事件频发导致水电出力波动加剧，同时气候增暖使电力需求呈非线性增长，未来峰值可能向夏季转移，水电供需差距或进一步扩大。然而，以往研究多聚焦气候变化对水电或电力需求的单一影响，忽视了供需不匹配引发的水电能源干旱事件。

鉴于此，本论文基于分位数分析方法，将水电能源干旱定义为流域水力发电占总电力需求比重持续低于一定阈值的区域性能源供需失衡状态。以长江流域为研究对象，构建考虑水位约束的陆面水文-水库-水电耦合模型，揭示气候变化背景下水电能源干旱演变规律，探索水-风-光多能互补的适应性水库调度方案并量化其缓解效能，主要结论如下：

（1）开发考虑动态水位调控的高分辨率耦合模型CSSPv2-YZB，可协同模拟长江流域水-能系统，模拟精度较高。该模型考虑水位约束、防洪-保供双模态季节库容调控及多目标约束决策框架，实现56座大中型水库出流和发电模拟，流域出口站径流模拟纳什效率系数达0.92，水库库容模拟相对误差≤±8.7%，对极端水文事件模拟效果良好。分析显示，2007-2023年长江流域水电生产短缺事件（日发电量低于20%分位数）年均14次，平均持续64天，约83%的短缺事件发生在气象干旱后10天内，平均滞后4-7天。

（2）利用CMIP6多模式数据驱动模型，预估未来水电能源干旱随全球变暖加剧。SSP585高排放情景下最为严峻，重度干旱（超过80%分位数）年均28次，单次平均持续5.2天，较SSP245情景分别增加37%和18%。春季干旱频次最高，夏季频次最低但单次持续时间（20.5天）和强度（28.7 TWh）为其他季节的2.1-3.4倍，呈“低频高损”特征。此外，干旱与极端电力负荷事件协同效应显著，同时发生概率超50%，叠加时干旱烈度达峰值。

（3）开发风-光协同互补的适应性水库调度方案，中高排放情景下可显著缓解干旱。通过日内动态调节（光伏高峰时段降水电出流、夜间提升），优化了电力系统效率，SSP245和SSP585情景下水电年发电量分别增加7.2%和5.8%，干旱强度降低19%-23%，极端干旱重现期延长，SSP245情景下干旱风险降低12.5%。但SSP119情景下，气候变化加剧供给波动，使干旱烈度增加15.7%，凸显低碳路径下能源系统的供需双重挑战。