Compound climate hazards erode energy-system resilience through transmission infrastructure
这项研究表明，复合型气候灾害正日益向全球输电基础设施汇聚，其中并发的多线路故障——而非孤立的中断——严重削弱了电网的冗余度和用户可靠性，从而使输电韧性成为成功实现清洁能源转型的关键前提。
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现代世界依靠电力运转，但输送电力的电线正日益受到天气的威胁。几十年来，科学家们一直在研究气候变化如何影响发电厂，担心气温升高可能会降低太阳能电池板的效率，或者干旱可能会降低水力发电大坝所需的水位。然而，一个关键的拼图碎片却经常被忽视：输电线路本身。这些是巨大的高压电缆，绵延数千英里，将偏远的风电场和太阳能场连接到人们生活和工作的城市。随着地球变暖，天气变得更加极端且难以预测，威胁着要折断或吹倒这些线路。危险不仅在于一场风暴可能袭击一个城镇，而是在于不同类型的灾害——如野火、冻雨和强劲的飓风——开始在相同的地方、相同的时间发生，形成一场可能使整个电网瘫痪的“完美风暴”。
来自中国、美国和英国大学的一个研究小组建立了一种观察这一问题的新方法。他们创建了一个庞大的数字模型，将气候数据与全球 50 多万条输电线路的物理细节相连接。该模型并没有孤立地观察每一种危害，而是模拟了这些不同的危险是如何相互作用的。他们提出了一个简单但紧迫的问题：如果气候持续变化，这些线路失效的可能性有多大，以及当它们失效时，依赖它们的人们会面临什么情况？研究人员运行了数千次计算机模拟，以观察线路在火灾、冰冻和风力的压力下发生断裂的可能性，并追踪这些断裂如何波及整个网络，导致用户停电。
结果揭示了一个令人清醒的现实。研究人员预计，到本世纪中叶，全球 60% 到 73% 的输电线路将面临至少一种气候危害导致的显著失效风险。这种风险并非均匀分布，而是集中在特定区域和特定类型的线路上。在某些地区，线路主要受到冻雨的威胁，即冰层覆盖在电线上导致其沉重；在其他一些地区，危险来自于热带气旋，或者在许多地方，来自于野火，野火会烧焦塔架下方的地面或点燃线路本身。使情况变得尤为危险的是，这些灾害正开始发生重叠。在高排放情景下，同时暴露在多种不同危害下的线路数量预计将近乎翻倍，从 2030 年的约 4.3 万条增加到本世纪中叶的 8.2 万条。这意味着电网的一个部分可能会遭受一系列灾害的连续打击，例如在野火之后紧接着发生飓风，使基础设施没有时间恢复。
这项研究还强调了这些物理性的断裂如何转化为人类的痛苦。研究人员发现，当线路失效时，其影响并非随机的。极少数关键线路一旦故障，就会导致数百万人面临电力短缺。在对中国、巴西和南部非洲等发展中地区的模拟中，仅 1% 的最重要线路发生故障，就造成了超过一半的预期停电。此外，问题通常不仅仅是一根电线的断裂，而是两条或更多线路的同时失效。研究人员发现，当多条线路同时失效时，系统通过重新路由电力来应对的能力更容易被压垮。在他们研究的电网中，这些并发失效是导致几乎所有客户失去电力的原因，占总影响的 89% 到 97%。
哪种类型的线路会造成最大的麻烦，取决于当地的网络。在某些地方，负责长距离输电的最高电压线路最为关键；如果它们断裂，破坏将是严重的。而在其他地方，连接社区与主电网的中压线路则是薄弱环节。研究人员发现，在巴西，单条在中压水平运行的线路在典型年份失效时，负责影响超过 22 万名客户。这表明，最危险的线路并不总是最大的那些，而是那些充当电源与需求者之间唯一桥梁的线路。研究还指出，虽然减少排放可以降低某些风险，但并不能消除它们。即使在世界限制升温幅度显著的情景下，很大一部分电网仍将面临严重威胁，尤其是野火，预计将成为许多地区风险的主要驱动因素。
这些发现表明，我们保护电力系统的方式需要改变。长期以来，工程师设计的设施是为了抵御特定的、孤立的事件，比如百年一遇的风暴或特定类型的冰载荷。但新的研究表明，这种方法已不再足够。由于气候正在变化，规则也在改变，曾经罕见或独立的危害现在正以传统设计无法处理的方式结合在一起。研究人员认为，我们需要停止仅仅思考保护单个塔架或电线，而要开始思考整个网络的韧性。这意味着我们需要加固连接不同区域的关键走廊，实现发电来源的多样化，以确保某一地的灾难不会让所有人陷入黑暗，并为多次灾害接踵而至的可能性做好规划。目标是建立一个能够“弯而不折”的系统，确保随着气候的变化，灯火依然常亮。
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