在沙漠地区，稳定的电力供应至关重要，尤其是在热浪期间，制冷系统对保障人体健康不可或缺。KAUST的研究人员指出，对于计划转向可再生能源的社区，如果在系统设计阶段就充分考虑极端天气事件，将有助于避免关键时刻的电力短缺。相关成果发表在期刊《能源转换与管理》（Energy Conversion and Management）上。

可再生能源发电与储能技术的快速发展，使许多重视可持续发展的社区——包括KAUST校园——开始探索如何从依赖化石燃料的发电方式，转向完全由可再生能源驱动的本地电网。负责该研究的Omar Knio课题组研究科学家Farah Souayfane表示：“这些系统必须经过精心设计，才能确保在各种情况下都具备足够的可靠性。”

Souayfane解释，目前针对沙特阿拉伯等炎热沙漠地区的社区级可再生能源系统设计，多数是围绕“平均天气条件”来优化性能。“这种做法在日常运行中可能表现良好，但在少见却至关重要的极端天气事件中，系统就有可能出现失效。”

研究团队特别关注所谓的“极端天气日”：这类日子通常同时具备极端高温、低风速和多云等特征。一方面，极端高温会推高制冷用电需求；另一方面，风力和太阳辐照度又偏低，导致风电和光伏发电出力不足。需求高峰与供给低谷叠加，极易引发未针对这类情形进行设计的系统出现电力中断。

“我们的目标是，在为炎热沙漠社区设计可再生能源系统时，把极端天气明确纳入考量，并通过为KAUST构建一个具备高韧性的可再生能源系统，来量化这种设计思路的成本影响。”Knio团队的研究科学家Ricardo Lima介绍说。

团队基于KAUST所在地长达25年的逐小时历史气象数据开展分析。Souayfane说明：“我们首先使用单一年度的数据对系统进行优化设计，然后再将该设计方案放入完整的25年数据中进行模拟，以识别在何种年份、何种条件下会出现供电不足、无法满足需求的故障事件。”随后，研究人员将这些极端情形逐步纳入设计约束，通过增加电力储能和发电装机容量，不断迭代，直到系统在历史记录中的所有条件下都能可靠满足负荷需求。

Lima表示：“最终形成的系统方案，通过组合聚光太阳能发电、光伏板和风力涡轮机，并配套电池储能与热能储存，实现了成本与韧性之间的平衡。”此外，团队还利用KAUST海水淡化厂在用能上的灵活性，在极端事件期间适当调整其能耗，从而减轻电网压力，进一步提升整体系统的韧性。

研究结果显示，在纳入极端天气约束后优化得到的系统，能够在历史记录中的极端条件下，依然可靠满足KAUST的电力需求。同时，与传统化石燃料发电相比，该方案每年可避免超过33万吨二氧化碳排放。Lima指出：“要达到这种可靠性水平，需要一定的额外投资。根据不同配置，系统总成本相较仅按平均条件优化的方案增加约19%至30%。”

Knio表示，这项分析为KAUST提供了一个实用的设计框架，可用于构建适合校园尺度应用的低碳且具高韧性的电力系统。他补充说，从更广泛的角度看，这一研究也为沙特阿拉伯在严酷气候条件下，如何通过可再生能源系统推动能源结构多元化和减排，提供了有价值的参考。

下一步，团队正进一步挖掘需求侧灵活性潜力，以更好地应对极端事件期间的能源管理需求，包括区域制冷系统的运行策略优化以及储能系统的灵活调度。研究人员还在将气候预测纳入分析框架，以同时考虑未来潜在风险与历史极端事件。“这将有助于开展更长周期的规划，并提升可再生能源系统在面对气候不确定性时的韧性指标。”Knio总结道。