停电影响国家的柴油备用电源经济与气候影响评估：基于56国统一框架的基准分析

《Sustainable Energy Technologies and Assessments》：Economic and climate implications of diesel backup power in outage-affected countries

　　

： 长期停电可能将不可靠电网供应的负担转移至本地备用发电，然而关于这一转移的规模及后果的跨国证据仍然有限。本研究构建了一个涵盖56个受停电影响国家的统一框架，将报告的停电暴露、电力系统规模及经验性季节需求因子与保留需求情景相衔接，并评估以标准化柴油基准（diesel benchmark）满足由此产生的备用电力需求的后果。研究采用各来源观测数据及其记录的参考年份（世界银行企业调查（WBES）停电数据：2006–2024年；电力系统及电网生命周期数据：2022–2024年；月度需求数据：2024年；柴油价格及汇率证据：2025年），R20参考建模情景（20%保留需求）下，56国样本的预期年备用电力需求约为4.275太瓦时（TWh）。在35%的参考发电机效率下，柴油燃料循环排放估计为3.971百万吨二氧化碳当量/年（MtCO2e/year），而对应的电网生命周期反事实排放为2.123 MtCO2e/year，净新增气候负担为1.849 MtCO2e/year。对于具备完整匹配柴油价格、电网电价及汇率证据的26个国家，净可避免运行能源成本为3.069亿至4.844亿美元/年，该范围反映可容许电价分支而非概率不确定性。国家层面的经验性P05–P95范围描述季节性变化，而保留需求、发电机效率、电价证据及上游柴油路径则分别作为情景、敏感性及结构稳健性维度进行评估。研究结果揭示了显著的跨国异质性，并表明总体负担与单位影响结构并非必然同步变动。该框架为比较停电驱动的柴油负担及未来评估韧性和低碳备用转型提供了透明基准，无需依赖综合脆弱性评分或政策优先级阈值。

论文解读

一、研究背景与问题

全球电力需求在2024年增长4.3%，接近过去十年年均增速的两倍，增长主要来自新兴经济体。然而，电力需求的快速扩张与持续存在的供电可靠性挑战并存，极端天气、基础设施压力及其他扰动使电力系统可靠性日益脆弱。停电引发经济、健康及气候相关的连锁后果。在撒哈拉以南非洲等地区，反复停电降低产出、增加运营成本、扰乱供应链并削弱创收能力。即使名义电力接入率有所提升，供电不稳定仍可能削弱电气化的发展价值。

柴油发电机因其模块化、可调度性及成熟的燃料供应和维护体系，在众多受停电影响的国家中仍被广泛用作备用电源。尽管柴油备用电源的环境和运营劣势已被充分认识，但替代技术（如光伏-电池-热电联产系统、光伏/电池系统、燃料电池及光伏-柴油混合系统）的可行性高度依赖具体负荷特征、停电时长、当地资源及资本成本。现有研究多聚焦于设施或行业层面的优化，缺乏回答一个更广泛的跨国问题的统一框架：当慢性停电在国家电力系统层面大规模影响时，以通用柴油基准满足停电驱动的备用电力需求，其经济与气候影响为何？

二、研究内容与主要结论

本研究开发了一个涵盖56个受停电影响国家的统一跨国评估框架，将报告的停电暴露、电力系统规模及经验性季节需求因子与明确的保留需求情景相衔接。在R20参考建模情景下，预期年备用电力需求约为4.275 TWh。柴油燃料循环排放估计为3.971 MtCO₂e/year，对应电网生命周期反事实为2.123 MtCO₂e/year，净新增气候负担为1.849 MtCO₂e/year。对于26个具备完整经济证据的国家，净可避免运行能源成本为3.069亿至4.844亿美元/年。

研究的重要意义在于：第一，提供了从报告停电暴露和系统规模到明确保留需求假设、匹配电价分支及国家特定电网生命周期反事实的统一衔接框架；第二，明确区分了经验性季节变化、模型敏感性及结构证据范围，避免将其合并为单一的综合性不确定性或脆弱性度量；第三，揭示了总体负担与单位影响结构的非等价性，为韧性规划和低碳备用转型提供了透明基准。

三、主要技术方法

研究采用四层分析框架：系统输入、需求估计与停电建模、影响量化及分析输出。停电暴露数据来自世界银行企业调查（WBES），覆盖2006–2024年各调查波次；电力系统数据来自Ember年度电力数据集；月度需求数据来自六个参考国家（孟加拉国、多米尼加共和国、肯尼亚、尼日利亚、巴基斯坦和南非）2024年完整月度数据。季节因子通过留一国家交叉验证（LOOCV）选择池化中位数估计器。备用电力需求通过五个保留需求情景（R05–R40）计算，R20为参考情景。经济路径比较柴油燃料运行成本与匹配电网可变成本，气候路径比较柴油燃料循环温室气体排放与电网生命周期反事实。

四、研究结果

系统级停电与备用电源格局：56国年停电暴露范围为2.16至2,862小时/年。R20典型保留备用负荷约占装机容量的1.91%至29.58%。预期年备用电力总量约为4.275 TWh。部分一致性检验显示，发电机拥有率与建模备用依赖度正相关（Spearman's ρ = 0.434；Kendall's τ = 0.299），最低四分位平均拥有率约36.7%，最高四分位为54.4%。

敏感性与结构稳健性：在R20和η=35%参考设定下，26国匹配样本的净可避免运行能源成本受可容许电价分支约束在3.069亿至4.844亿美元/年。保留需求对经济和气候结果产生单调且直接成比例的影响；发电机效率通过改变单位备用电力所需柴油量产生非线性响应。上游柴油路径变化使匹配样本净新增气候负担从智利路径的0.879 MtCO₂e变动至加利福尼亚路径的1.011 MtCO₂e，美国标准化参考为0.915 MtCO₂e。补充运维（O&M）敏感性将净成本提升至每千瓦时0.03美元时的3.726亿至5.501亿美元/年和每千瓦时0.06美元时的4.383亿至6.159亿美元/年。

国家层面异质性与不确定性：尼日利亚贡献约1.254 TWh/年备用电力，南非约1.012 TWh/年，孟加拉国约0.443 TWh/年。经济负担方面，尼日利亚在匹配样本中具有最大总体经济负担；所罗门群岛在所有可容许电价分支下保持负值，塞内加尔跨越零值。气候方面，56国柴油燃料循环排放约3.971 MtCO₂e/year，电网生命周期反事实约2.123 MtCO₂e/year，净新增负担约1.849 MtCO₂e/year。单位气候结构方面，博茨瓦纳净气候强度差异较小（约79.6 gCO₂e/kWh），莱索托接近分布另一端（约908.2 gCO₂e/kWh）。

经济-气候比较映射：匹配26国样本的总体视图显示尼日利亚和孟加拉国因大规模备用电力需求占据突出位置；单位影响视图则显示莱索托具有最大的柴油燃料循环-电网生命周期气候强度差异之一，而博茨瓦纳因电网反事实碳强度较高而接近相反端。洪都拉斯的净成本结果跨越约177万至1,610万美元，显示对电价证据的结构敏感性。

五、讨论与结论

讨论部分强调，停电驱动的备用负担不应简单解释为可靠性差的直接后果，而是停电暴露、停电期间维持需求比例、电力系统规模及国家特定价格和电网排放条件相互作用的结构性结果。总体负担与单位影响结构是相关但不等价的维度：系统规模主要作为放大器而非备用需求的初始来源。经济结果方面，大多数匹配样本国家柴油燃料运行成本超过匹配电网可变成本，但所罗门群岛保持负值、塞内加尔跨零，需在界定运行能源边界内解释，不应视为生命周期经济优越性的证据。

研究结论指出，停电驱动的备用负担并非仅由停电暴露决定。保留需求决定备用电力物理规模，系统规模放大总体后果，发电机效率影响下游柴油使用，国家特定价格和电网排放条件塑造经济与气候比较。总体负担与单位影响结构可能跨国分化。该框架应被解释为标准化柴油基准而非各国完整备用技术组合的代表。近期可通过运行效率改进、关键负荷管理、预防性维护及燃料物流准备改善现有柴油备用安排的可靠性和绩效；长期则需通过电网可靠性改进、分布式储能、可再生混合系统及其他低碳韧性技术减少对柴油备用的结构性依赖。