[논문 리뷰] Hurricane-blackout-heatwave Compound Hazard Risk and Resilience in a Changing Climate

Kairui Feng, Min Ouyang외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 12. 08.

Tropical and Extratropical Cyclones Research참고 문헌 42인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 기후 변화 하에서 텍사스주 하리스 카운티에서 hurrican에 의한 정전과 극심한 폭염이 복합적으로 발생할 위험을 통합된 위험 예측과 정전 모델링을 통해 분석한다. RCP8.5 시나리오 하에서, 2100년까지 고객 중 최소 5일 이상의 정전을 겪을 확률은 14%에서 44%로 증가하며, 정전-폭염 노출 비율은 0.8%에서 15.5%로 증가한다. 이는 기후 완화 및 표적적 인프라 개선을 통한 전력망 내성 강화의 긴급한 필요성을 보여준다.

ABSTRACT

Hurricanes have caused power outages and blackouts, affecting millions of customers and inducing severe social and economic impacts. The impacts of hurricane-caused blackouts may worsen due to increased heat extremes and possibly increased hurricanes under climate change. We apply hurricane and heatwave projections with power outage and recovery process analysis to investigate how the emerging hurricane-blackout-heatwave compound hazard may vary in a changing climate, for Harris County in Texas (including major part of Houston City) as an example. We find that, under the high-emissions scenario RCP8.5, the expected percent of customers experiencing at least one longer-than-5-day hurricane-induced power outage in a 20-year period would increase significantly from 14% at the end of the 20th century to 44% at the end of the 21st century in Harris County. The expected percent of customers who may experience at least one longer-than-5-day heatwave without power (to provide air conditioning) would increase alarmingly, from 0.8% to 15.5%. These increases of risk may be largely avoided if the climate is well controlled under the stringent mitigation scenario RCP2.6. We also reveal that a moderate enhancement of critical sectors of the distribution network can significantly improve the resilience of the entire power grid and mitigate the risk of the future compound hazard. Together these findings suggest that, in addition to climate mitigation, climate adaptation actions are urgently needed to improve the resilience of coastal power systems.

연구 동기 및 목표

• 기후 변화가 주요 미국 도시 지역에서 허리케인, 정전, 폭염의 복합적 위험에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 기후 변화가 정전 빈도와 지속 시간, 관련 폭염 노출에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 정량화하기 위해.
• 전력망 복구 능력을 향상시키기 위한 인프라 개선 조치의 효과를 평가하기 위해.
• 고배출(RCP8.5)과 엄격한 완화(RCP2.6) 기후 시나리오 간의 결과를 비교하기 위해.

제안 방법

• 텍사스주 하리스 카운티의 지역적 허리케인 예측과 폭염 기후 예측을 통합한다.
• 고객 수준의 정전 지속 시간을 시뮬레이션하기 위해 정전 및 복구 모델을 사용한다.
• 통계적 및 확률적 모델링을 적용하여 장기 정전을 겪는 고객의 예상 비율을 추정한다.
• 핵심 배전 네트워크 구성 요소의 중간 수준의 개선이 정전 내성에 미치는 영향을 평가한다.
• 고배출(RCP8.5)과 엄격한 완화(RCP2.6) 기후 시나리오 간의 위험 결과를 비교한다.
• 다양한 기후 미래 상황에서 복합 위험에 대한 누적 노출을 추정하기 위해 20년 시뮬레이션 윈도우를 활용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RCP8.5 시나리오 하에서, 21세기 말까지 하리스 카운티에서 최소 5일 이상의 허리케인에 의한 정전을 겪을 고객의 확률은 어떻게 변화할 것인가?
• RQ2 복합적 허리케인-정전-폭염 사건으로 인해 냉방을 위한 전력 없이 극심한 폭염에 노출되는 고객 수는 얼마나 증가할 것인가?
• RQ3 핵심 배전 네트워크 구성 요소의 중간 수준 개선이 복합 위험 노출 위험을 크게 줄일 수 있는가?
• RQ4 고배출 및 저배출 기후 시나리오 간에 복합 정전 및 폭염 위험은 어떻게 다를 것인가?
• RQ5 기후 변화 하에서 도시 인구의 복합 위험 노출은 얼마나 증가할 것으로 예상되며, 가장 효과적인 적응 전략은 무엇인가?

주요 결과

• RCP8.5 시나리오 하에서, 20년 기간 동안 최소한 한 번 이상 5일 이상의 허리케인에 의한 정전을 겪는 고객의 예상 비율은 20세기 말 기준 14%에서 21세기 말 기준 44%로 증가한다.
• RCP8.5 하에서, 최소한 한 번 이상 5일 이상 지속되는 폭염 기간 동안 냉방을 위한 전력 없이 노출되는 고객의 예상 비율은 0.8%에서 15.5%로 증가한다.
• 이러한 정전-폭염 노출 증가는 RCP2.6 완화 시나리오 하에서는 대부분 피할 수 있으며, 기후 정책이 복합 위험 위험에 강력한 영향을 미친다는 것을 시사한다.
• 전력 배전 네트워크의 핵심 구성 요소에 대한 중간 수준의 개선이 전체 전력망의 내성 강화에 기여하고 장기 정전 위험을 감소시킨다.
• 연구 결과는 해안 도시 지역에서 향후 복합 위험 위험을 줄이기 위해 기후 완화와 표적적 적응 투자 모두가 필수적임을 강조한다.