气候变化对政策制定者构成了重大挑战，无论他们的关注点是什么国防或农业．但它提出了与能源政策有关的特别棘手的问题。在为用户提供可靠能源的同时，我们应该把我们的努力集中在哪里，以限制气候变化的影响?我们应该把基础设施投资到哪里?
这些政策问题的答案显然会影响美国能源系统的近期未来，包括从发电到运输，燃料供应和制造的一切。但这些政策决定还将塑造全球气候变化过程。这使得政策制定者提出明智的决定至关重要。给定政策的结果是什么？如果他们投资于选项A而不是选项B，会发生什么？
计算模型可以预测与各种政策决策相关的可能结果。但这些模型——以及其中包含的信息——有其自身的局限性。为了给决策者提供关于不同政策可能产生的影响的最佳信息，对这些工具进行充分研究是很重要的。
一系列学科的一支国际研究人员推出了一个名为“的项目”开放能源前景这旨在解决这些挑战。提高他们的努力的可见性，研究人员最近发表了一份开放获取的报告期刊文章焦耳．本文介绍了分布式和协作能源建模团队的好处，即采取的近期能源前景。要了解更多，我们谈到了乔DeCarolis他是Open Energy Outlook的联合创始人，也是北卡罗来纳州立大学(NC State)土木、建筑和环境工程教授。
文摘:一般来说，“开放能源展望”项目希望实现什么目标?
乔·DeCarolis:《开放能源展望》的最终目标是为美国旨在减少碳排放的能源和气候政策努力提供信息。为此，我们计划利用计算机模型来严格检查整个美国能源系统中减少或消除碳排放的技术途径。我们工作的一个新特性是关注模型、工具和数据集，这些都是开源的，因此可以免费向公众开放。通过这种透明的建模方法，我们希望围绕这一努力建立一个学者社区。
助教:你可以铺设在这种背景下的建模手段吗？它是如何使用的，以及如何使用它？
黛塔洛莉斯：我们没有办法在全球能源系统上进行真实世界的实验，所以我们使用计算机模型来预测未来不同情景下能源系统中能源技术的部署和利用。通过研究许多不同场景的相似和不同，我们可以获得为政策提供信息的见解。
气候科学家告诉我们，全球平均气温的增加应限制为相对于工业前时代最多1.5-2摄氏度。为了满足该目标，我们需要在本世纪中半年的某个时候从全球能源系统实现净中性碳排放。我们如何迎接这个巨大的挑战？我们可以在没有正式模型的情况下将现有的市场趋势推向不久的将来。例如，我们可以期望看到风，太阳能电池和电池存储的更高部署，以及跨越能量系统的电气化，包括电池电动车辆。但这些短期期望与碳中性能源系统的终端游戏之间存在巨大差距。这就是模特派上用场的地方 - 他们帮助我们探索了让我们归零排放的详细的未来途径。
例如，具有高可再生能源份额的电力系统需要长时间储存能量，因为从季节的能源生产中有很多可变性。这远远超出了锂离子电池提供的短期持续时间（即2-8小时）。
解决这一挑战的一个选择是电解水来制造氢气，我们可以大量储存氢气。但是，我们需要直接使用氢作为燃料，或将其转化为电力或其他燃料，以便在整个能源系统中使用。
另一种选择可能涉及在电力部门中占有较高份额的核能发电，这不需要存储。这必须与交通、建筑和工业部门的高度电气化相结合。我们可以在不同的假设下运行能源系统模型，观察这些不同的选项如何影响能源技术部署、成本和碳排放。
助教:这种类型的建模是你的专业领域，对吗?
黛塔洛莉斯：是的。我的研究方向是能源系统模型的开发与应用。在北卡罗来纳州，我们的团队开发了能源模型优化和分析工具(Temoa)，这是一个开源的能源系统模型。我们开发Temoa有两个原因。首先，我们希望支持可重复的分析。任何人都应该能够下载我们的源代码和数据，并复制已发表的结果——这是科学的基本原则。其次，对模型进行了不同类型的敏感性和不确定性分析。这方面至关重要，因为未来能源领域的不确定性非常大，我们在考虑长期政策、技术部署、排放和成本时需要考虑到这一点。Temoa是支撑“开放能源展望”的关键模型。
［编辑注意事项:你可以在这里了解更多关于Temoa模型:https://temoacloud.com/．此外，黛巴罗斯最近谈到了能源建模，高性能计算和开放能源前景，您可以在线查看：https://www.lib.ncsu.edu/events/energy-systems-modeling-high-performance-computing-resources．]
助教:在讨论气候和能源政策时，为什么建模如此重要?
黛塔洛莉斯：正如我提到的，我们需要在未来几十年从根本上改变全球能源体系，以实现净零碳排放。要实现这一前所未有的目标，需要经济各部门采取积极、协调的努力。此外，能源基础设施——包括炼油厂、管道、发电厂、输电线路、建筑物——昂贵且寿命长。一旦建成，它们通常可以运行几十年。因此，现在的投资影响着我们在2050年或2060年实现零排放的能力。总的来说，这些投资决策还可以创建路径依赖关系，因此我们今天开发的基础设施将在未来产生类似类型的基础设施。例如，专注于利用廉价的天然气在今天可能具有经济意义，但与天然气相关的钻井平台、管道、涡轮机和其他基础设施将存在很长一段时间，可能会阻碍向替代能源形式的过渡。
能源系统模型之所以有用，是因为它们允许分析人员在不同的假设下，让该系统在未来几十年发挥作用。它们帮助我们更清楚地看到这些短期投资决策如何影响我们的长期目标，以及正确设计的政策如何能让我们走上正确的道路。
助教:“开放能源展望”是如何融入其中的?
黛塔洛莉斯：在美国，许多这些建模努力由政府机构和实验室进行。例如，能源信息管理局使用国家能源建模系统（NEM）来生产年度能源前景，被认为是美国政府的官方中期能源前景。然而，NEMS旨在查看对基线的扰动，而不是大大减少或消除美国能源系统的碳排放所需的基本结构变化。还有其他几个美国建模努力，但一般来说：不要将过渡到净零碳排放量模拟;关于能量系统的扩张和操作缺乏关键细节;或者不是开源，因此不能仔细审查。开放能源前景旨在帮助填补这种差距，通过产生的分析来通知未来的政策。
但是，我们的抱负超出了这个以结果为重点的目标。我们还想改变能源系统建模的方法。
首先，我们希望在我们的努力中最大限度地提高透明度。透明度的先决条件是开放源代码和数据，但透明度要求的不止这些。它需要对模型和输入数据进行仔细的文档记录，并使用清晰地概述关键假设和警告的叙述。
其次，我们希望围绕努力发展社区。我们正在尝试模型的能量系统周围的边界 - 在空间，时间和复杂的动态潜在的能源系统开发 - 非常广泛。这些模型不仅尝试纳入身体和经济原则，还要考虑人类如何做出关于能源基础设施的决定。我们需要一个来自不同学科背景的学者社区和域名专业知识，以对这些重要问题进行权衡，因为它们有关建模分析。
助教:杂志上最近的一篇文章焦耳是什么?这是战斗的号令?你希望从中得到什么?
黛塔洛莉斯：的焦耳一块主要关注模型开发过程。从历史上看，我们为“开放能源展望”所做的建模工作都是在一个机构内进行的。这种方法有几个局限性:解决能源系统建模中无数挑战的专业知识可能是有限的，而一些最持久和完善的建模工作是由政府机构或政府间组织进行的，这些机构或组织的范围可能是有限的，或受制于政治考虑。
在今年1月举办的第一届“开放能源展望”研讨会上，我们意识到我们的建模团队——大约35名来自24个机构的专家，他们具有不同的专业知识——代表了一种新的分布式工作，旨在执行基于模型的分析。公平地说，欧洲已经有了分布式的建模工作，但它们通常涉及大型的多机构团队，并且得到了欧盟的大量资金支持。
在我们的案例中，我们试图用有限的资金从下至上创建一个新的分布式工作。现在所有的元素都可以做到这一点。我们正在利用开源模型和数据，使我们能够在不考虑知识产权的情况下进行协作。我们拥有协调分析所需的所有工具:分布式软件修订控制系统、通信平台、视频会议功能和社交媒体，以推动我们的消息传递，并从更广泛的建模者和分析师社区寻求反馈。我们认为，我们的分散努力可以作为其他努力的蓝图。从长远来看，使用我们触手可及的工具可以通过包括那些通常不参与能源系统建模的人来实现更广泛的建模工作。
助教:目前在目前工作的开放能源前景集团是什么？
黛塔洛莉斯：我们目前正在构建用于进行分析的大输入数据集。完成后，数据库将包括美国燃料供应，电力，运输，建筑和行业的详细表示。我们的GitHub存储库中已有数据库的初步版本：https://github.com/TemoaProject/oeo．除了我们计划生成的最终报告之外，我们希望输入数据库和相关文档将成为其他建模人员和研究人员的重要资源。我们计划在接下来的几个月里准备好输入数据库和文档的完整版本。
助教:“开放能源展望”团队的下一步计划是什么?
黛塔洛莉斯：整个团队将在明年年初再次开会，并开始规划将于2022年初发布的《开放能源展望报告》第一版。有兴趣的人士，可以加入我们的公众邮寄名单(https://oeo.groups.io/g/main）查看我们的网站（https://openenergyoutlook.org/）。我们欢迎反馈和贡献这项努力。
