面向极端天气的可再生能源优质基础设施

优质基础设施以 可再生能源面临极端天气。 ©IRENA2025 除非另有说明，本出版物中的材料可自由使用、共享、复制、再生产、印刷和/或存储，但需注明IRENA为资料来源和版权所有者。本出版物中归第三方所有的材料可能受制于单独的使用条款和限制，并在使用此类材料前需获得相关第三方的适当许可。 ISBN:978-92-9260-662-6 引用： 致谢 ：IRENA(2025),,国际可再生能源机构,阿布扎比高质量可再生能源基础设施面临极端气候 该报告由FranciscoBoshell（前IRENA成员）、AdrianGonzalez（IRENA成员）和JeffreyTchouambe（前IRENA成员）撰写，并在StefanGahrens（实习生）的支持下，由RolandRoesch（IRENA创新与技术中心前主任）指导。 PaulRaats、JamesDobbin和CirceTriviño（DNV）为报告提供了大量输入，并对分析提出了广泛反馈。SaarthakSaini、CatherineVadakkan、TimvanBenthem、RicardTomasBayo和JasperLemmens（DNV）提供了大量背景信息和反馈。 LuisJaneiro、JaidevDhavle、GayathriNair、RebeccaBisangwa、ZafarSamadov、ToyoKawabata、BinuParthan、JoséTorón（IRENA）和JonathanColby（国际电工委员会）提供了宝贵的审阅。 技术评审由PaulKomor提供。编辑和出版支持由FrancisField和StephanieClarke提供。报告由JustinFrench-Brooks进行校对编辑，设计由StrategicAgenda提供。 免责声明 本出版物及其所含材料按“原样”提供。国际可再生能源署（IRENA）已采取一切合理措施核实本出版物中材料的可靠性。然而，国际可再生能源署（IRENA）及其任何官员、代理人、数据或任何其他第三方内容提供者均不提供任何形式（明示或暗示）的保证，也不对本出版物或其所含材料的任何使用后果承担责任或承担法律责任。 此处所含信息未必代表国际可再生能源署（IRENA）全体成员的观点。提及特定公司或某些项目或产品，并不暗示IRENA优先认可或推荐之，亦不意味着IRENA不认可未提及的其他同类性质公司、项目或产品。此处采用的设计称谓及材料呈现方式，并不代表IRENA对任何地区、国家、领土、城市或区域的法定地位，或对其当局，或对边界或界限的划定表明任何意见。 Contents 数据 4 表格盒子缩写执行摘要 5 4 4 6 1.引言 8 2.应对极端天气影响的一般策略 10 2.1.风险评估 11 2.2.应对措施设计 15 2.3.对光伏和风电缓解措施的成本效益分析 29 2.4.财务影响 31 2.5.缓解策略的实施 32 3.结论 34 4.建议 37 5.参考文献 38 数据 图1在光伏或风电项目中必须考虑的天气条件8 图2未来高渗透率可再生能源的叠加风险9 图3总体策略：应对极端天气影响10 图4X射线图像显示一块被冰雹损坏的太阳能电池板11 图5台风灾害预警：Yagi台风将袭击中国的一个风力发电场及灾害后果11 图6全球大气腐蚀性分布图12 图7路径、季节性和飓风/台风的频率13 图8由NASA在2024年8月（上方）和2024年11月（下方）测量的气溶胶集中度14 图9平均每日平均10米风速的变化（上方）和每日平均10米风速的99分位数（下方）在2081-2100年期间 ，12月至2月（左侧）和6月至8月（右侧）15 图10与天气相关的风险缓解措施16 图11极端天气事件影响光伏和风电设施时，缓解措施的实例17 图12具有和不具有缓解措施的项目内部收益率，针对不同的极端条件30 图13风力涡轮机上的冰导致的能源产出损失，斯堪的纳维亚地区，2008-2014年31 图14光伏面板因粉尘沉积导致的能量收益损失31 图15基于QI的缓解策略。32 图16各利益相关者在质量改进系统中的作用35 表格 表1PV影响及极端温度相关的缓解措施18 表2化学惰性颗粒相关的光伏影响及缓解措施18 表3与冰雹、雪和霜相关的光伏影响及缓解措施20 表4与高太阳紫外线照射相关的光伏影响及缓解措施21 表5与降雨和湿度相关的PV影响及缓解措施22 表6PV影响及相关缓解措施与强风22 表7风力强劲时涡轮机的影响及缓解措施24 表8涡轮机对冰雪的影响及缓解措施26 Table9涡轮机对雷击的影响及缓解措施26 表10涡轮机对高湿度的影响及缓解措施27 表11涡轮机对极端温度的影响及缓解措施28 盒子 Box1沙漠条件对卡塔尔光伏的影响19 Box2严重的大风影响荷兰的光伏产业。23 Box3台风正在影响中国风电场。24 Box4巴西风电场沿岸条件27 Box5IRENA的出版物《增强韧性：使电力基础设施适应气候变化》29 缩写 EU欧洲联盟 FAT工厂评估测试 ggramme IPCC政府间气候变化专门委员会 IEC国际电工委员会 IRENA国际可再生能源署 IRR内部收益率 km/h千米每小时 kmkilometre kWh千瓦时 mmetre m/s每秒米 mm毫米 m2平方米 NGO非政府组织 PV光伏 PID潜在诱导性退化 QEERI卡塔尔环境与能源研究所 QI优质基础设施 ssecond 研发研究与开发 SSP共享社会经济路径 STF太阳能测试设施 高质量的基础设施建设对于可再生能源面临极端天气条件 气候变化导致的极端天气事件频发和强度增加，对全球可再生能源系统构成重大挑战。从毁灭性的飓风到持续的酷热和冰雹天气，这些现象不仅威胁到太阳能光伏（PV）和风能装置的结构完整性，也影响全球电力系统的稳定性和可靠性。经济影响尤为严重，随着对可再生能源为应对气候和能源安全目标依赖度的日益增长，损害成本急剧上升。在此背景下，强大的质量基础设施（QI）成为确保可再生能源系统韧性和可靠性的关键基础。 在2000年至2021年间，由极端天气事件引发的重大灾害记录数量与前两个十年相比几乎翻了一番，这得益于全球变暖和气候变率的加剧。此类事件已影响数十亿人并造成万亿美元的损失，凸显了制定全面缓解策略的紧迫性。气候模型预测极端天气的频率、持续时间和严重程度将增加 ，就连历史上幸免于难的地区如今也变得脆弱。这些趋势与可再生能源在电网中的渗透率上升相吻合，除非采取有针对性的适应措施，否则将产生停电和大规模断电的叠加风险。 在此背景下，QI（质量保证）的作用至关重要。它由标准、测试、认证 、认可和测量等协调系统组成，为可再生能源资产的安全、可靠性和性能提供支撑。通过在整个可再生能源项目的生命周期中将QI措施融入其中——从设计、施工到运营和维护——有助于降低风险、增强韧性和最小化经济损失。例如，IEC61215（光伏模块）和IEC61400（风力涡轮机）等国际标准在极端条件下建立了关键性能基准，而严格的测试和认证则确保组件在恶劣环境中的耐用性。 执行摘要 气候韧性始于稳健的风险评估。利用历史气象数据、场地特定测量及预测建模，项目开发商能够识别脆弱性并定制缓解策略。例如，整合实时监测与预测性维护系统能够提前发现如高温导致的组件老化、盐腐蚀或强风引发机械疲劳等威胁。此类措施可减少停机时间，防止灾难性故障 ，从而保障能源产出并延长资产使用寿命。 建设阶段是QI发挥变革性作用的另一个关键节点。确保采购、测试和装配流程符合国际标准，可以保障设施的长远韧性。建设期间进行工厂验收测试（FAT）以及独立第三方检验，可确保关键部件 从光伏板到风力涡轮机叶片，满足性能规格。例如，在沿海风力发电厂，先进防腐蚀涂层和空气过滤器的应用已被证明可显著降低维护成本和运行停机时间。 运营韧性取决于将质量改进（QI）实践融入持续维护和监控中。基于标准化性能基准的预测技术，使基础设施运营商能够预见极端天气影响并主动应对。在飓风易发地区，这包括加固风力涡轮机以应对快速风向变化，并确保备用电源等辅助系统在电网中断期间保持运行。 经济分析强调，实施广泛质量保证（QI）措施的成本被其效益所超越。采用强化风险管理措施的项目持续实现更高的内部收益率，这得益于减少的维修成本、最小化的运营中断以及增强的投资者信心。例如，荷兰在经历严重风暴后采用NEN7250标准，减少了风力发电场的损害并降低了保险费，这证明了整合QI措施的经济可行性。 政策制定者在通过推广先进标准及建立国家测试设施以强化质量信息（QI）系统方面发挥着至关重要的作用。他们的工作应与列入数据库的国际标准化框架相一致，例如IRENA的INSPIRE平台，该平台收录了600多项专用于可再生能源的标准。通过在公共招标中强制采用QI实践，政府能够促进韧性措施的广泛采纳，确保可再生能源项目能够抵御日益加剧的气候风险。 随着极端天气事件持续加剧，质量保证的实施已不再是可选项，而是必需。通过在可再生能源开发的每个阶段嵌入韧性，利益相关者能够保障其投资、支持电网稳定并加速向可持续、气候韧性的能源未来转型。国际可再生能源署（IRENA）的指南强调了质量保证在应对可再生能源规模化发展及适应气候变化双重挑战方面的变革潜力。 1.引言 极端天气事件在未来几十年中将构成主要威胁。受气候变化驱动，2000至2021年间记录了8179起重大灾害事件，与1980至1999年间记录的4212起灾害事件相比有所增加。这些事件还因城市化的加剧而影响日益扩大。因此，据估计，2000至2019年间，4.2亿人受气候灾害影响，而1980至1999年间为3.25亿人。从经济角度看，极端事件的影响从1980至1999年的1.63万亿美元增加到2000至2019年的2.97万亿美元。 可再生能源设施的安装受到气候条件和气象现象的影响，这与所有类型的基础设施类似。影响程度因技术和气象事件的类型而异，并可能导致发电设施完全损毁。为分析极端天气条件的影响，已确定了16种可能影响可再生能源设施气象因素，包括温度、湿度、降雨和风。 图1在光伏或风力发电项目中必须考虑的天气条件 化学活性substancesinthe 大气层(e.g金.属particles) 温度 湿度 化学上 非活动状态substancesin大气层 (dust,dirt,sand和盐 空气密度 闪电 太阳能辐照度 风 大气层不稳定 Frost 风暴潮 雾 降雨 雪 Hail 冰 极端天气状况可以以不同的方式发生： ●气候条件。这包括一个或几个气象因素在长时间内（数月）达到极端水平。寒冷气候、沙漠、沿海和高海拔条件可能表现出极端天气的持续指标。此外，这些条件原本持续时间有限的地区可能整个季节都受到影响，例如气候变化导致的沙漠化条件。 ●气象现象。这些包括在短期或中期（从几小时到几天）内一个或多个气象因素的极端水平，以及在振幅和频率方面的重要变化（IRENA，2021年）。已识别出几种极端气象现象，如台风、龙卷风、强雷暴和沙尘暴。 随着气候变化增加了极端天气事件的发生频率和严重程度，以及电力系统对其可再生能源的依赖日益增加 ，停电和大规模停电的风险正在增长。这可以通过坚实的质量基础设施（QI）来支持可再生能源的鲁棒性加以应对。发电机组安装。QI（质量基础设施）是指为确保产品和服务安全可持续所需的组织体系、政策、法律框架和实践。它是国内市场顺畅运行的基本要素，并促进国际市场准入（INetQI，2024）。QI包括计量学、标准化、认证、合格评定（包括测试、认证、验证/确认和检查）以及市场监管作为其组成部分，技术法规作为一种跨领域方面（IRENA，2024）。 基于QI的缓解策略必须与电网韧性措施相辅相成，在极端天气风险增加的情况下维护供能安全。图2从当前电力系统和气候变化的角度，到未来在两种共享社会经济路径（SSP2-4.5和SSP