面向极端天气的可再生能源优质基础设施2025

免责声明IRENA (2025)，国际可再生能源机构，阿布扎比可再生能源面临极端天气的质量基础设施© IRENA 2025致谢ISBN: 978-92-9260-662-6引用：此处所包含的信息不一定代表IRENA全体成员的观点。提及特定公司或某些项目或产品，并不意味着IRENA优先认可或推荐它们，而不提及其他类似的公司或项目或产品。此处采用的设计ations及材料呈现方式，并不代表IRENA对任何地区、国家、领土、城市或地区的法律地位，或其当局，或对其边界或疆界的划定，表达任何意见。除非另有说明，本出版物中的材料可以自由使用、共享、复制、再生产、印刷和/或存储，但必须适当注明IRENA为来源和版权所有者。本出版物中归第三方所有的材料可能受单独的使用条款和限制的约束，并且在使用此类材料之前可能需要获得这些第三方的适当许可。保罗·拉茨、詹姆斯·多宾和Circe Triviño（DNV）为报告提供了大量输入，并对分析提出了广泛反馈。萨尔特克·萨尼、凯瑟琳·瓦达坎、Tim van Benthem、Ricard Tomas Bayo和Jasper Lemmens（DNV）提供了大量背景信息和反馈。报告由弗朗西斯科·博谢尔（前IRENA）、阿德里安·戈麦斯（IRENA）和杰弗里·楚昂贝（前IRENA）撰写，在实习生斯特凡·加伦斯（Stefan Gahrens）的支持下，并在罗兰·罗施（IRENA创新与技术中心前主任）的指导下。技术评审由Paul Komor提供。编辑和出版支持由Francis Field和Stephanie Clarke提供。报告由Justin French-Brooks进行校对编辑，设计由Strategic Agenda提供。路易斯·热尼亚罗，贾戴夫·达夫莱，盖亚特里·奈尔，丽贝卡·比桑加瓦，扎法尔·萨马多夫，丰岛东，比努·帕尔丹，何塞·托龙（国际可再生能源署）和乔纳森·科比（国际电工委员会）提供了宝贵的评审。本出版物及其中包含的材料均“按原样”提供。国际可再生能源署已采取一切合理预防措施，以核实本出版物中材料的可靠性。然而，国际可再生能源署及其任何官员、代理人、数据或其他第三方内容提供者均不提供任何形式的担保，无论是明示的还是暗示的，并且他们对使用本出版物或其中包含的材料所造成的任何后果不承担任何责任或赔偿责任。 1.内容图形表格箱子缩写执行摘要引言2. 极端天气影响减缓的总体策略2.1. 风险评估2.2. 缓解措施设计2.3. 光伏和风电缓解措施的成本效益分析2.4. 财务影响2.5. 缓解策略的实现3. 结论4. 建议5. 参考文献 444568101115293132343738 箱子表格图形框 1沙漠条件对卡塔尔光伏的影响19箱子2荷兰的严重风影响光伏23框3中国风电场受台风影响24框4巴西风电场的海况27框 5国际可再生能源署（IRENA）出版物《增强韧性：使电力基础设施适应当地气候》29图1在光伏或风力发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重叠风险9图3极端天气影响减缓总体策略10图4冰雹损坏的太阳能电池板X射线图像11图5台风灾害影响中国风场预报及后果11图6全球地图上大气腐蚀性的分布12图7路径、季节性和飓风/台风的频率13图8NASA于2024年8月（上）和2024年11月（下）测量的气溶胶浓度14图 9同期（2081-2100年）12月至2月（左）和6月至8月（右）平均每日平均10米风速均值变化（上）及每日平均10米风速99%分位数变化（下）15图10与天气相关风险缓解措施16图 11极端天气事件对光伏和风力安装的影响的缓解措施示例17图12有和没有缓解措施的项目在不同极端条件下的内部收益率30图13来自斯堪的纳维亚风力涡轮机上的冰雪导致的能源产量损失，2008-2014年31图14光伏板上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每个利益相关者在质量改进系统中的角色35表1温度极端情况下的光伏影响与缓解措施18表2与化学惰性颗粒相关的光伏影响及缓解措施18表3冰雹、雪和霜冻的相关影响与缓解措施20表4PV影响及与高太阳紫外线照射相关的缓解措施21表5降雨和湿度相关的光伏影响及缓解22表6强风相关的光伏影响及缓解措施22表7风能涡轮机对强风的冲击及其缓解措施24表8涡轮机受冰雪影响及缓解26表9涡轮机雷电影响及缓解措施26表10涡轮机对高湿度和缓解的影响27表11涡轮机极端温度影响及缓解措施28 2缩写欧盟IEC内部收益率km千瓦时mm/smPIDPVQI研发SSPSTF 执行摘要由气候变化驱动的极端天气事件日益频繁且强度加剧，为全球可再生能源系统带来了严峻挑战。从破坏性的飓风到持续性的热浪和冰雹灾害，这些现象不仅威胁到太阳能光伏（PV）和风能安装的结构完整性，也威胁到全球电力系统的稳定性和可靠性。经济损失严重，随着可再生能源在实现气候与能源安全目标上依赖度的增加，损害成本急剧上升。在此背景下，强大的质量基础设施（QI）已成为确保可再生能源系统韧性与可靠性的基石。在2000年至2021年间，由极端天气事件造成的重大灾害记录数量与之前的二十年相比几乎翻了一番，这是全球变暖和气候变异加剧所推动的。这类事件影响了数十亿人并造成了数万亿美元的经济损失，强调了全面减缓策略的紧迫性。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，甚至历史上幸免的地区现在也变得脆弱。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加以应对，否则将产生停电和大规模停电的叠加风险。在此背景下，QI的作用至关重要。QI由标准、测试、认证、认可和计量构成的协调系统组成，为可再生能源资产的安全、可靠性和性能提供支撑。通过对可再生能源项目整个生命周期——从设计、施工到运营和维护——进行QI措施整合，可以降低风险、增强韧性并最大限度地减少财务损失。例如，针对光伏组件的IEC 61215和国际风机叶片的IEC 61400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了组件在恶劣环境中的耐用性。施工阶段是另一个QI发挥变革作用的关键节点。确保采购、测试和装配流程符合国际标准，可以保障装置的长期韧性。施工期间进行工厂验收测试（FAT）和独立的第三方检查，确保关键部件气候韧性始于稳健的风险评估。利用历史气象数据、场地特定测量和预测建模，项目开发商可以识别脆弱性并定制缓解策略。例如，集成实时监测和预测性维护系统可实现早期发现威胁，如高温导致的组件老化、盐腐蚀或强风产生的机械疲劳。此类措施可减少停机时间并防止灾难性故障，从而保障能源产出并延长资产寿命。 随着极端天气事件不断加剧，质量保证的实施已不是可选项而是必需项。通过在可再生能源发展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。国际可再生能源署的指南强调了质量保证在应对可再生能源规模化发展和适应气候变化双重挑战方面的变革潜力。经济分析强调，实施广泛的质量改进措施的成本被其收益所超过。整合了稳健风险缓解措施的项目持续实现更高的内部收益率，这得益于降低的维修成本、最小化的运营中断以及投资者信心的提升。例如，荷兰在经历严重风暴后采用NEN 7250标准，减少了风电场的损坏并降低了保险费率，这证明了整合质量改进措施的经济可行性。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净化器的应用已被证明可显著降低维护成本和停机时间。运营韧性取决于将质量改进实践融入持续的维护和监控中。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风向的快速变化，并确保备用电源等辅助系统在电网停电期间保持运行。政策制定者在通过推广采用先进标准及建立国家测试设施来强化质量保证(QI)体系方面发挥着关键作用。他们的工作应与国际标准化框架保持一致，这些框架被列入数据库，例如IRENA的INSPIRE平台，该平台将超过600项致力于可再生能源的标准进行分类。通过在公共招标中强制要求采用QI实践，政府可以促进弹性措施的广泛采用，确保可再生能源项目能够抵御日益严峻的气候风险。 (图1 光伏或风力发电项目中必须考虑的天气条件温度湿度化学活性分子中的大气层例如金属粒子)空气质量化学上非激活物质在大气层(dust, dirt, sand和盐)闪电太阳能辐照度风大气不稳定性霜风暴潮雾降雨万岁雪冰可再生能源设施受到气候条件和气象现象的影响，方式与所有类型的基础设施相似。影响程度因技术和气象事件类型而异，可能导致发电设施完全损毁。为分析极端天气条件的影响，已识别出16种可能影响可再生能源设施的气象因素，包括温度、湿度、降雨和风。极端天气事件在未来几十年中将构成重大威胁。在气候变化的影响下，2000年至2021年间记录了8179起重大灾害事件，较1980年至1999年间记录的4212起灾害有所增加。由于城市化进程的加快，这些事件的影响也在逐渐加剧。因此，据估计，2000年至2019年间有42亿人受到气候灾害的影响，而1980-1999年间为32.5亿人。从经济角度来看，极端事件的影响从1980-1999年的1.63万亿美元增加到2000-2019年的2.97万亿美元。 图2未来高渗透率可再生能源的叠加风险极端天气状况可能以不同方式发生：(Xu ., 2024). 来源：等人●气候条件。这些包括在长时间（数月）内一个或多个气象因素的极端水平。寒冷气候、沙漠、沿海和高原条件可以显示极端天气的持续指标。此外，以前这些条件持续时间有限的区域可能会受到整个季节的影响，例如由气候变化加剧的沙漠条件。基于qi的应对策略必须补充电网韧性的工作，在极端天气风险增加的情况下保持供应安全。图2从当前的电力系统和气候到未来可再生能源占比更高的情景，结合两个共享社会经济路径（ssp2-4.5和ssp5-8.5）的预测气候变化，对这些问题风险和影响进行定性表现（xu ., 2024）。等随着气候变化增加了极端天气事件的发生率和严重程度，以及电力系统对其可再生能源来源的依赖性日益增加，停电和大规模停电的风险正在加剧。这可以通过坚实的质量基础设施（QI）来支持可再生能源的稳健性来加以应对。置。质量保证体系（QI）是指确保产品和服务安全可持续所需的组织、政策、法律框架和实践系统。它是国内市场顺利运行的基本要素，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）和市场监督作为其组成部分，技术法规作为跨领域方面（IRENA, 2024）。●气象现象。这些包括在短期或中期时间段（从小时到天）内，一个或几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）。已经识别出几种极端气象现象，例如旋风、龙卷风、强雷暴和沙尘暴。 发电装 在项目现场图3 极端天气影响缓解的一般策略缓解措施设计减轻极端天气影响的风险的总体策略如图3所示。• 场地保护措施 (• 组件和程序标准• 保险• 成本效益分析• 预防性维护• 定期性能测试• 在整个施工阶段实施已确定的缓解措施2. 极端天气影响减缓的总体策略缓解措施实施施工阶段• 采购文件 • 关键部件的工厂验收文件 • 由独立质量保险机构进行的施工控制• 在运行和维护阶段实施已识别的缓解措施• 识别措施以将每个已识别风险降低到可接受水平 • 聚焦于已识别的关键组件• 确定项目场地可能发生的所有极端天气条件 • 评估其概率和影响 • 确定基础设施的关键组成部分图4和图5展示了缓解策略的重要性，表明极端天气事件对光伏和风电资产的潜在损害。• 地方和国家气象数据 • 全球数据（. NASA, NOAA）例如• 气候变化情景 (IPCC, UNFCCC) • 现场测量（温度、湿度等） • 场地特定研究（岩土工程、地形、水文等）缓解措施实施操作阶段 图5 飓风艾姬袭击中国某风电场及后续影响(NCHMF,