在全球能源转型加速推进、太阳能光伏与风电装机规模快速扩张的背景下，可再生能源出力的稳定性与可靠性已成为关乎能源安全的核心议题。然而，气候变化可能导致长时间、大范围的“无光无风”气象条件增多，直接影响新能源的供电保障能力。

12月10日，国家安全与应急管理学院教授刘凯团队在Nature Communications上发表题为“Rising worldwide challenges to climate-induced extreme low-production events of photovoltaic and wind power”的研究论文。该研究系统评估了在未来不同气候变化情景下，全球范围内太阳能光伏与风电遭遇“极低电力产出事件”的风险演变规律，为推动构建更具韧性与安全性的新能源电力系统提供了关键科学依据。

风能与太阳能光伏发电高度依赖气象条件。高温、气溶胶和云层覆盖会显著抑制光伏发电出力，而气压梯度的减弱则会导致风电出力下降；当这些不利气象条件出现时，可能引发“极低电力产出事件”。此类事件预测难度大，容易导致突发性供电短缺，对电力系统的应急储备和调度能力构成严峻考验。随着全球变暖，相关气象要素的长期趋势与波动特征正在发生改变，并进一步影响极低电力产出事件的发生频率、强度与空间分布。这些变化将如何系统性影响未来电力供应的可靠性，目前仍缺乏系统认识。

本研究将极低电力产出（Extreme Low Production, ELP）事件定义为：发电量连续低于历史同期第10百分位阈值的情况。基于此定义，研究进一步从发生频率、持续时间、相对强度与累计异常等多个维度综合衡量多种未来气候情景下发电异常的演变规律。通过结合全球高分辨率装机数据与未来潜在可开发区域，量化了ELP风险的全球空间分布。研究包含了三种具有代表性的共享社会经济路径情景：SSP1-2.6（低排放路径）：代表严格气候减排与空气污染控制协同的乐观情景，力图将全球温升控制在2°C以内，符合《巴黎协定》目标。SSP2-4.5（中间路径）：延续当前排放趋势与污染控制水平，反映一种稳步发展的中间状态。SSP3-7.0（高排放路径）：表征气候减缓措施有限、空气污染控制薄弱的情景，将导致较高的温室气体与气溶胶排放。

研究发现

气候变化下，全球风光ELP事件将更加频繁。即使在严格减排情景（SSP1-2.6）下，全球仍有约三分之一地区的风光ELP风险呈现上升趋势；若走向高排放路径（SSP3-7.0），风险上升区域将扩大至近三分之二。从事件特征看，频次与持续时间的增加是主要变化，而相对强度变化较小。

风电ELP风险的上升几乎不可避免，而光伏ELP风险对社会发展路径高度敏感。研究发现，风电风险上升几乎不可避免，且空间分布集中：其高风险区主要位于北半球中高纬度，与现有风电装机布局高度重叠；至本世纪末，全球超过75%的现有风电场址将面临ELP风险增加。相比之下，光伏发电的ELP风险对未来社会经济发展路径高度敏感：在SSP1-2.6情景下，其异常值可下降14.8%；而在SSP3-7.0情景下，则可能上升26.4%，其中东亚地区尤为显著。研究进一步揭示，气溶胶排放与空气治理在这一差异中起关键作用。有效控制空气污染能提高地表太阳辐射，从而有助于抵消气候变暖对光伏发电的负面影响。这一发现突显了协同推进气候治理与空气质量改善对于保障未来光伏电力可靠性的双重意义。

图1 不同情景下1985 年至 2100 年ELP的全球趋势预估

风光协同并非“万能解”，其效果存在显著的区域异质性。研究发现，到本世纪中叶，全球约40%-60%的已装机或潜在的可开发区域，可能面临风电与光伏ELP风险同时上升的“双重风险”。高风险区域主要集中在南亚、中亚、东亚、东欧及北美；而西欧、南欧、南非、中部美洲及澳新地区的双重风险最低，这些区域的风光ELP风险呈现同步或单独下降趋势，更有利于协同系统的稳定运行。

较低收入国家面临更为严峻的挑战。低收入和中低收入国家尽管拥有更好的太阳能资源禀赋，却更容易遭遇ELP风险上升，从而背负更沉重的气候适应成本。这一发现揭示了全球能源转型中潜在的公平性缺失与适应能力差距问题。

图2 21世纪中叶光伏和陆上风电ELP综合风险变化

在全球加速能源结构转型、可再生能源成为实现碳中和目标核心支撑的背景下，系统识别与应对风光发电的气候风险，对保障能源安全与推动高质量绿色转型具有重大战略意义。新能源电力系统的安全稳定运行，不仅取决于装机规模的扩大，更依赖于气候减缓、空气污染治理与系统韧性规划的协同推进。未来，加强国际合作、共同推动低碳发展路径、全面提升能源系统对极端气候事件的适应能力，将成为保障电力供应安全、支撑全球能源转型平稳实施的关键所在。

该研究是刘凯团队围绕新能源的气候风险评估系列成果之一。2024年12月2日，刘凯团队在Nature旗下期刊《Communications Earth & Environment》发表题为“Photovoltaic installations are extensively deployed in areas at risk of extremely low production”的研究论文，基于1986-2021年再分析天气数据和高分辨率全球光伏装置清单，对全球历史时期光伏发电面临的极低电力输出事件进行了系统性评估。本次在《Nature Communications》上发表的成果，推动了对气候变化与新能源安全的认知从“历史诊断”向“未来预见”延伸，从“单一能源”向“系统协同”拓展，为应对能源转型中的气候韧性挑战提供了更为全面的科学依据。

教育部巨灾模拟与系统性风险应对国际合作联合实验室、北京师范大学国家安全与应急管理学院为论文的第一、二单位，博士生王倩之为第一作者，刘凯为通讯作者，教授汪明、张朝、陈浩、刘兰翠为共同作者。论文作者还包括北京师范大学系统科学学院教授吴金闪，伦敦大学学院巴特莱特可持续建设学院副教授郑赫然。该研究得到国家重点研发计划项目（2024YFC3808601）、国家自然科学基金项目（42377467）和中央高校基本科研业务费专项（2243300007）的资助。

原文链接：

Wang, Q., Liu, K., Wang, M. et al. Rising worldwide challenges to climate-induced extreme low-production events of photovoltaic and wind power. Nat Commun (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-67428-7