编者按:这是一个由耶利米约翰逊她是北卡罗来纳州立大学环境工程副教授，主要从事能源系统和政策研究。这篇文章是一系列强调北卡罗来纳州立大学帮助我们理解、减轻和准备的方法的一部分气候变化的影响．
今天大多数美国人都不知道没有可靠电力的生活是什么样子。虽然我们认为这种服务是理所当然的，但从加州的新闻来看，气候变化给电网的安全可靠运行带来了新的挑战。
气候变化在增加野火风险、增加空调用电高峰需求以及降低现有发电厂的能力等方面发挥了作用。在应对这些气候变化带来的挑战的同时，电力行业在减少温室气体排放方面也处于领先地位，用污染更少的天然气和无碳的可再生能源替代煤炭发电。然而，鉴于我们能源系统的规模和复杂性，电力部门现代化的努力面临着巨大的挑战。
由于太平洋天然气电力公司(Pacific Gas & Electric，简称PG&E)试图减少其传输系统引发的灾难性野火的风险，加州居民经历了周期性停电预计这种轮流停电将在未来十年继续下去．尽管PG&E因基础设施规划和植被管理不善而受到了合理的批评，但气候变化使公用事业的防火变得更加困难。气候变暖导致树木和灌木变干，为更频繁和危险的野火．使基础设施现代化例如，埋设电线-可能是非常昂贵和耗时的。
除了这些风险之外，气候变化已经影响到我们的用电方式。
更频繁和极端炎热的天气意味着更多的人更频繁地使用空调。在美国东南部，空调的使用已经占到家庭能源消耗的四分之一以上。我们设计的电力系统满足高峰需求，在许多地区，高峰出现在炎热的夏季，由空调驱动。越来越多的空调和越来越多的极端热浪意味着我们需要更多的发电厂来帮助我们度过这些高峰时间。
例如，在2019年夏天，德克萨斯州的电网打破电力需求高峰记录德州人打开空调，躲避持续的热浪。电网观察员松了一口气，因为可用的发电量证明足以满足需求，但确保足够的发电能力的挑战仍然存在。一项研究发现夏季电力负荷可能增加15%由于气候变化，这将需要大量投资于新的发电基础设施。
气候变化还会影响现有发电厂的功能。据预测，未来10年，全球火力发电厂(如燃煤和燃气电厂)的可用容量将减少5%，未来将减少19%。由于气候引起的水的变化可用性和水温(热水的冷却效果不如冷水)。
谈到这个话题，你不能不承认电力系统是造成气候污染的一个关键因素。在2017年,发电产生了美国28%的温室气体排放．然而，在过去的十年里，我们看到电力部门的温室气体排放有所下降。
电力行业面临的根本挑战是:发电必须实时满足需求。
事实上，美国的温室气体电力排放下降了25%以上自2007年达到顶峰以来。这些减排在很大程度上是由于煤炭发电被天然气、风能以及越来越多的太阳能所取代。这种快速变化的电力系统提出了新的运营挑战，北卡罗来纳州立大学的研究人员正在探索和解决这些挑战能源合作和校长的教师卓越计划可持续能源系统和政策．
电力行业面临的根本挑战是:发电必须实时满足需求。但是风能和太阳能提供了9%多一点的公用事业规模的发电2019年，每天和季节性地改变他们的生产。这就要求剩余的电力来源提供灵活性，使发电量与需求相匹配。当只有一小部分的发电来自可再生资源时，这是相对容易的，但当风能或太阳能的份额足够高时，平衡发电和需求可能会很有挑战性。
电网储能是解决这一问题的一种方法。北卡罗来纳州的研究人员最近完成了这项研究一项研究能源储存的潜在成本和效益的主要研究在北卡罗来纳电网在这项工作中，我们展示了电网电池成本的快速下降可能会使这种技术在未来10年内比新的发电厂更具有成本效益。事实上，加州最近的长期规划文件是这样设想的至少有11千兆瓦的电池——一个惊人的数字。
电池成本的迅速下降尤其重要，因为需要新的产能来取代燃煤电厂的退休，以及空调负荷增加可能导致更高的峰值电力需求。
发电厂和电网电池并不是帮助整合风能和太阳能的唯一选择;实时改变客户需求也会有所帮助。
作为多所大学能源部项目的一部分，北卡罗来纳州立大学的研究人员正在研究商业建筑调整空间冷却电力需求的潜力，以满足电力系统的需求。
为了做到这一点，我们可以稍微改变时间，当我们以一种不会导致舒适度明显变化的方式使用空间冷却。在许多建筑上，当我们希望增加或减少需求时，这可能导致电力消耗的重大变化。
这种“需求响应”计划已经在许多公用事业公司推出，但它们的能力和影响还没有被完全了解。通过在20座建筑上进行的实验，我们的研究将帮助我们了解如何高效、有效地利用建筑，帮助整合可再生能源和管理电网。
因此，尽管未来还有挑战，但技术进步和清洁能源技术更有利的经济状况让我有理由乐观。我们希望我们的研究能够帮助我们继续，甚至可能加速这一进展。
