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未来无冰川盆地具有较大的水力发电和蓄水潜力

自然体积575，页面341 - 344 (2019）引用本文

主题

摘要

气候变化正在导致大面积冰川退缩1，人们更关注的是诸如水资源减少等负面影响2径流季节性的变化3.以及与冰冻圈相关的危险增加4．在这里，我们将重点放在一个不同的方面，探讨在本世纪有望成为无冰地区的蓄水和水力发电潜力。对于目前大约18.5万处被冰川覆盖的地点，我们预测了潜在的水库存储量和水力发电潜力。使用气候驱动的冰川演化模型5还有地形分析6，我们估计理论最大总蓄水量和水力发电潜力分别为每年875±260立方公里和1355±515太瓦时(95%置信区间)。考虑到环境、技术和经济因素的一级适宜性评估确定，大约40%的潜力(每年355±105立方公里和533±200太瓦时)可能适合实现。预计到2050年，潜在储水量的四分之三将变成无冰的，储水量将足以保留调查地点每年约一半的径流量。虽然需要在个案基础上评估局部影响，但研究结果表明，消冰盆地可能对一些国家的国家能源供应作出重要贡献，特别是在亚洲高山地区。

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图1:冰川消融地区的全球水电和储水潜力。
图2:冰川消冰区水力发电潜力的全球分布，显示适宜性和国家意义。
图3:就总能源潜力而言，每个国家前十大地点的累积水力发电潜力和平均适宜性得分。

数据可用性

本文生成的数据可从http://doi.org/10.3929/ethz-b-000353109获取。参考清单提供了关于从第三方获得的数据的信息。

代码的可用性

用于评价的计算机代码可根据要求从通讯作者处获得。

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下载参考

确认

这项研究得到了瑞士国家科学基金会(SNSF)的支持，资助号为PZENP2_154290。我们感谢所有免费提供这里使用的数据的人;D.用于经济分析的距离到电力线信息的Gernaat;和D. Felix就水电基础设施设计及时提出建议。

作者信息

作者及隶属关系

  1. 瑞士苏黎世联邦理工学院水力学、水文学和冰川学实验室(VAW)

    Daniel Farinotti, Vanessa Round, Matthias Huss, Loris Compagno和Harry Zekollari

  2. 瑞士联邦森林、雪和景观研究所(WSL)，瑞士伯门斯多夫

    Daniel Farinotti, Vanessa Round, Matthias Huss, Loris Compagno和Harry Zekollari

  3. 瑞士弗里堡大学地球科学系

    马提亚鲨鱼肉

作者
  1. 丹尼尔Farinotti
    查看作者出版物

    您也可以在PubMed谷歌学者

  2. 凡妮莎轮
    查看作者出版物

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  3. 马提亚鲨鱼肉
    查看作者出版物

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  4. 懒猴Compagno
    查看作者出版物

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  5. 哈利Zekollari
    查看作者出版物

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贡献

D.F.和V.R.构思了这项研究;M.H.制作了冰川径流预测，并提供了分析所需的dem;D.F.构想并实施了大坝建设分析的规范;V.R.在D.F.和H.Z.的帮助下构想了适宜性评分系统;虚拟现实进行了全球范围的计算，并设计了大多数图形;H.Z.和L.C.在d.f.的帮助下实施和执行经济分析，并协助设计和制作图形。手稿是由V.R.和d.f.起草的，m.h.， H.Z.和L.C.也提供了帮助

相应的作者

对应到丹尼尔Farinotti．

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有利益竞争。

额外的信息

出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

同行评审信息自然感谢Joseph Shea和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。

扩展的数据图形和表格

扩展数据图1虚拟安装的大坝和水库的可视化。

一个- - - - - -f，大坝和水库的任意子集的位置:一个阿拉斯加;b斯堪的纳维亚半岛;c，北亚;d，中亚;e、低纬度地区;而且f，新西兰(见扩展数据图。7区域的命名法)。这些地点的大致位置显示在右下角。背景图片来自GoogleEarth(提供商:一个- - - - - -f数字地球;b，c，e陆地卫星/哥白尼;b，d，e, CNES / Aribus;一个，f， Maxar Technologies;f, Planet.com)。

扩展数据图2各个区域内所有考虑的盆地的总水力发电潜力的时间演变。

面板的区域定义一个- - - - - -r见扩展数据图。7并遵循伦道夫冰川清单20.．预测是指基于选定的代表性浓度路径的三种气候情景(绿色、蓝色和红色)23．时间上的变化反映了径流的变化。注意，每一行使用不同的垂直刻度。灰色阴影表示95%置信区间。

扩展数据图3给定适宜性评分下的累积水力潜力和潜在储层体积。

一个，b、水力发电潜力(一个)和储层体积(b)．适宜性评分中的“步骤”是由于一些适宜性指标只取离散值，最终的适宜性评分是三个类别的平均值(参见方法)。50分的拐点被标记出来了，其他值得注意的特征也被标记出来了。适宜性评分是无量纲的。

扩展数据图4全球水电潜力和潜在蓄水量作为适宜性的函数。

一个，b、水力发电潜力(一个)和储层体积(b)．每个适宜性指标(环境、技术或经济)的得分都是单独给出的。每个面板的最后一行显示最终的适宜性评分(参见方法)。

扩展数据图5水电潜力作为适宜性的函数，各国合计。

一个- - - - - -o，累积水力发电潜力最大的15个国家。个别指标的分数分别给出。

扩展数据图6世界不同地区累计水力能源潜力与生产成本的函数关系。

一个- - - - - -r区域在扩展数据图中定义。7，并根据估计生产成本低于0.5 USD kWh的最大潜力进行排序1．不同颜色表示各个成本组成部分(见方法和扩展数据表)1计算)。请注意，面板有不同的比例(右上角的灰色条总是相当于3太瓦年1)．

扩展数据图7冰川消冰盆地的水力发电潜力与目前可再生电力生产的全球分布。

每个国家的总最大潜力(蓝色阴影)显示为目前可再生电力生产的百分比。后者的数据来自国际可再生能源机构162017年。红色方框表示伦道夫冰川清单中定义的区域20.用于在扩展数据图中聚合数据。2，6．基准图是使用Matplotlib生成的30.．

扩展数据图8全球水电潜力最大的1000个地点分布。

圆圈的大小和颜色分别表示水电潜力和适宜性评分。基准图是使用Matplotlib生成的30.．

扩展数据图9用于确定设计流量的程序的概念表示问D．

问avg每月的平均流量是多少Vres(橙色面积)是水库的体积。小型水库和大型水库是根据年流量来区分的:一个水库如果能储存年流量的一半或更多，就被认为是大型水库。在这种情况下，每年都需要净化年流量问D等于问avg(一个小问D这意味着水会年复一年地积聚，从而导致油藏溢出，随着时间的推移造成产量损失)。较小的水库需要较大的水库问D，因为可以暂时储存的水更少了。信件x-轴表示月份。

扩展数据表1水电生产成本计算公式
全尺寸表

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引用本文

法里诺蒂，D, Round, V, Huss, M。et al。未来无冰川盆地具有较大的水力发电和蓄水潜力。自然575， 341-344(2019)。https://doi.org/10.1038/s41586-019-1740-z

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