科学和超级计算机如何帮助公用事业适应气候变化

北诺伊州传统上享有四个可预测的季节。冬天是出了名的寒冷，而夏天的炎热足以让冬天变得值得。“肩部”季节(春季和秋季)可预测且均匀地进出其他两个季节。

然而，这种气候正在发生变化，对该地区的居民和支持他们的电网产生了巨大影响。

为诺伊州北部900万人(占该州70%的人口)提供电力的能源公司ComEd和美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的气候恢复力和决策科学中心(CCRDS)发布了一份新报告，指出表明本世纪中叶诺伊州北部整体上会更温暖、更潮湿，肩部和生长季节更长。

该报告——“ComEd气候风险和适应展望，第1阶段：温度、热指数和平均风”——是CCRDS的第一个公开发行的问题。它介绍了对气候变化如何影响ComEd配电网的最新理解，并强调了适应未来气候条件的战略的必要性。

CCRDS是位于阿贡(Argonne)的一个国家中心，它利用尖端科学资源提供信息，帮助社区识别脆弱性并制定应对气候变化影响的复原力计划。主要资源包括阿贡的可视化实验室、增强协作工作室和阿贡领导计算设施(ALCF)，这是美国能源部科学办公室的用户设施。

该研究的作者分析了历史(1995-2004年)和本世纪中叶(2045-2054年)时期的温度、热指数和平均风，以评估该地区未来的气候影响。他们研究了气候变化如何影响ComEd的能源需求，并绘制了一张地图，显示该国其他地区当前的气候与诺伊州北部预测的未来气候相似。

“到本世纪中叶，圣路易斯或路易斯维尔更典型的天气将在诺伊州北部更加普遍，”帮助起草该报告的阿贡决策和基础设施科学部门的高级气候风险和弹性分析师乔丹布兰纳姆说。“平均温度超过93或94华氏度的日子每年都会出现，而夜间温度较高将在热浪期间提供较少的缓解。这可能导致许多空调同时高速运行，这可能会给压力和压力带来压力。使电网负担过重。”

今天电网规划的最佳实践着眼于历史天气，但气候变化将要求像ComEd这样的能源公司展望未来并预测前所未有的天气状况，因为该地区的新气候情景改变了ComEd将面临的风险。

例如，更多的极端天气导致对供暖和空调的需求增加，可能会考验变压器和导体等电网设备的设计极限，并可能需要改变系统规划标准，以确保配电系统能够满足客户的需求。另一个例子是植被过度生长，这可能会干扰ComEd的基础设施并需要更改预防性维护计划。

“由气候变化引起的恶劣和破坏性天气已经影响到我们的地区，这项研究让我们预览了即将发生的事情——包括将对电网构成新挑战的更温暖、更潮湿的条件，”ComEd首席执行官GilQuiniones说。“我们的客户今天以美国最低的价格之一享受创纪录的可靠性;利用这些本地化的气候数据，我们可以规划必要的电网投资，以确保我们继续为客户提供可靠、有弹性的能源，即使电网必须随着客户采用电动汽车和热泵，应对更恶劣的天气并满足新的需求。”

了解这些变化并为这些变化做好准备的愿望促使ComEd与CCRDS的决策科学和基础设施专家以及实验室环境科学部门的研究人员合作。由该部门的资深科学家兼首席科学家RaoKotamarthi领导的团队开发了降尺度气候预测和分析。该团队还利用了ALCF的超级计算资源。

使用地球气候模拟来预测未来状况的典型气候模型的分辨率约为100公里乘100公里。这意味着科学家可以评估广泛的全州趋势，但他们不允许局部细节。

阿贡先进的气候建模使用ALCF的超级计算机动态缩小这些全球模型。由此产生的模型拥有12公里乘12公里的分辨率，这意味着它们可以专注于影响更小区域(例如城市)的气候。该决议将变得更加连贯。Argonne的下一个气候模型的分辨率将接近4km×4km，接近大城市社区或小乡村城镇的大小。

这种超特异性水平对ComEd非常有用。电力公司可以利用这些知识更好地规划诺伊州北部的预期能源需求，防范气候变化的不利影响，并在未来几十年继续为诺伊州北部的客户提供可靠的电力。

ComEd和CCRDS已经开始合作开展研究的第二阶段。他们将使用类似的方法更深入地研究其他与气候相关的变量的未来影响，例如洪水、降水、冰暴、闪电和雷暴。CCRDS与AT&T和联邦紧急事务管理局(FEMA)合作，通过其气候风险和恢复力门户网站，将其先进气候模型的大部分内容提供给其他地区。

“Argonne和ComEd之间的合作是我们国家实验室为行业和社区提供价值的一个很好的例子，”Branham说。“ComEd一直是一个积极参与的合作伙伴，希望确保其电网能够适应气候变化并可靠地为社区服务数十年。”

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