随着越来越多的国家致力于实现净零排放能源系统转型，低碳和可再生风能和太阳能正在经历前所未有的增长，风能和太阳能发电成本也在持续快速下降。国际能源署（IEA）预计，在可持续发展情景下，到2050年，风能和太阳能可能占全球发电量的约62%和总能源供应量的约26%。气候变化使风能和太阳能在能源转型路径中的重要作用变得复杂，系统的供需双方都容易受到气候变化的影响，气候变化既影响能源需求，又影响风能和太阳能供应。在需求方面，气候变暖通常需要减少对供暖的需求，增加对制冷的需求，此外，更多与温度有关的极端天气，如热浪和极端寒冷，也会引发突然的需求激增。该研究使用12个目前最先进的全球气候模型来评估气候变化对全球范围内的风能和太阳能供需匹配(SDM) 的影响，这些影响通过当地风能或太阳能的供应满足需求的比例来量化。
图1.气候变化对风能和太阳能系统的供应、需求和SDM 的影响的概念图。在供应图中，误差线显示特定时期内每日供应的平均值（点）和 1 个标准差（垂直线）。在需求图中，直方图显示特定时期内每日能源需求的分布。在供需图中，红色斜线区域显示供需不匹配 (SDMM)。
需求不变，供应驱动的SDM变化
控制需求不受温度变化的影响，根据SSP2-4.5，仅供应一项预计将迫使约25%和37%的陆地地区（不包括南极洲）分别对高度依赖风能和太阳能供应的能源系统的SDM大幅减少（图2a、b）。对于风能系统，SDM的减少在北部中高纬地区（NMH）（>30°N）地区普遍存在，在北美西部（-4%）、北美东部（-6%）、西欧和中欧（-2%）以及东西伯利亚（-4%）尤为明显。预计许多低纬度地区（北纬30°S-30°）的SDM会增加，但不确定性更大。
与风能系统一样，太阳能系统的SDM削减在北部中高纬地区也很普遍。与风能相比，预计全球太阳能系统的SDM降幅较小，一些低纬度地区的SDM也可能略有增加，例如东亚（+3%）、南美洲北部（+1%）和地中海（+1%）。在北部中高纬地区，增强的变异性和较小的平均值分别解释了SDM减少的51%和49%（图2d f）。在低纬地区，SDM供应变异性减弱带来的好处被许多地区较小的供应平均值所抵消，供应变异性和平均值分别解释了SDM变化的18%和82%。
图2.气候变化对全球风能和太阳能系统供应产生的 SDM 影响。a、b.1985-2015年至2071-2100年SDM的变化，基于SSP2-4.5下高度依赖风能（a）和太阳能（b）供应的能源系统的多模型平均估计。右图显示了分区综合SDM变化（%）的概况。c-f: 气候变率（c，d）和气候平均值（e，f）对风能（c，e）和太阳能（d，f）系统SDM变化的相应贡献。
供应不变，需求驱动的SDM变化
图3：气候变化对 SDM 的影响仅源于全球对风能和太阳能系统的需求。a、b. 基于 SSP 2-4.5下高度依赖风能（a）和太阳能供应（b）的能源系统的多模型均值估计，1985-2015 年至 2071-2100 年的 SDM 变化。右侧面板显示了高敏感度需求情景（实线）和低敏感度需求情景（虚线）下区域整合 SDM 变化的概况（%）。c – f：气候变化（c、d），气候平均值（e、f），风能（c、e），太阳能（d、f）系统的 SDM 变化的相应贡献。
供给与需求共同驱动的SDM变化
供需错配的每日频率和强度
采用气候科学研究气候和极端天气（例如干旱和热浪）的框架，作者们还定义了供需错配的概念（SDMM:100%-SDM），提出了两个易于理解的指标：（1）SDMM频率——每日SDM<100%的天数比例；（2）SDMM强度——每日SDM<100%的日子里未满足的需求占总需求的平均比例。在SSP2-4.5下，预计全球风能和太阳能系统的SDMM频率和强度将大幅增加（图4c-f）。在 SDM大幅减少的地区，预计风能和太阳能系统的SDMM 频率将分别增加9%和7%；太阳能系统的SDMM强度增幅（+19%）远高于风能系统（+2%）。
气候变化适应
图5.区域气候变化对全球风能和太阳能系统的供应、需求和 SDM 的影响。a、b. 基于 SSP2-4.5下多模型均值估计，1985-2015 年至 2071-2100 年供应（a）和需求（b）的平均值和变异系数的变化。对于需求，H 和 L 分别表示高敏感度和低敏感度情景。c.SSP2-4.5下高度依赖风能和太阳能供应的能源系统 1985-2015 年至 2071-2100 年 SDM 的变化。
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参考文献
Liu, L., He, G., Wu, M. et al. Climate change impacts on planned supply–demand match in global wind and solar energy systems. Nat Energy 8, 870–880 (2023).https://doi.org/10.1038/s41560-023-01304-w
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