在世界各地，能源系统日益受到气候变化的影响。能源系统，特别是电力系统，很容易受到自然压力的影响，如野火、严重风暴、极端温度和水循环的长期中断。
能源工程教授莫特·韦伯斯特(Mort Webster)说:“正如我们近年来经历的那样，我们的系统受到了越来越多的自然压力，比如去年德克萨斯州的寒流，以及西部的野火和干旱。”“这些压力正越来越多地造成重大的区域电力中断，有充分的理由认为，未来随着气候变化的加剧，这些压力可能会增加。”
与气候相关的水压力和温度变化的影响可以通过能源系统串联，尽管模型还没有捕捉到这种复合效应。由宾夕法尼亚州立大学领导的一组研究人员开发了一种耦合的水能经济模型，以捕捉这些重要的相互作用，以研究用于发电的水温超过阈值的情况。
“模型通常是相互独立运行的，”Karen Fisher-Vanden说，她是环境与资源经济学和公共政策教授、可持续农业、食品和环境科学研究所(SAFES)所长、人类与地球系统耦合项目(pchs)首席研究员，该项目由美国能源部资助，为这项工作提供了资金。“在不断变化的天气模式和极端情况下，对人类和自然系统的影响可能会有所不同，系统之间的相互作用可能是关键的。这项研究整合了多个现有的模型来捕捉交互和反馈。”
该团队基于西部电力协调委员会的可靠性系统为美国西部进行了一个案例研究，该系统对应于落基山脉以西的美国12个州，以及不列颠哥伦比亚省、阿尔伯塔省和墨西哥北部的部分地区，探索系统的脆弱程度以及脆弱的时间和地点。他们的发现发表在《自然能源》杂志上。
该研究的主要作者韦伯斯特说:“我们的团队开发了一个框架，来研究我们需要做什么来让我们的系统为未来50到100年的冲击做好准备，以及如何让它们更有弹性。”例如，美国西部长期缺水的情况有增无减，干旱和热浪的频率和严重程度不断增加，可能导致热力发电机的冷却水不足，从而限制电力供应。”
多部门动力系统，如本研究中的水能经济耦合系统，是由重叠和交叉的网络组成的。本研究的交叉框架着眼于流域和流域的区域网络、电网和区域经济。
韦伯斯特说:“我们的研究是第一个详细分析水资源短缺如何影响电力系统，进而造成经济损失的研究。”“我们的耦合模型框架捕获了水、电力和经济系统之间的相互作用，同时保留了空间、时间和部门细节。”
该团队对一系列气候强迫模式对水力-经济耦合系统的影响的分析表明，较高的水温可能导致一系列因果关系的事件，从由于冷却水进口温度限制而导致发电机关闭，电力成本上升和电力需求得不到满足，用电部门的经济调整和生产力下降。
研究小组发现，许多气候模式会导致水温升高导致发电机断电，但这些气候模式不会造成任何重大影响。对于任何给定的外部冲击，水力经济系统中的互联网络通过提供冗余和空间转移冲击来减轻冲击。
韦伯斯特说:“这一结果的一个重要含义是，某一天可用发电能力的减少并不一定意味着任何重大成本。”“我们的系统非常有弹性，因为我们在其中建立了很多冗余。它需要一个巨大的冲击，才能真正扰乱事物，使能源无法到达消费者手中。”
根据研究人员的说法，大多数经济影响是由于在特定时间和地点无法满足电力需求。
韦伯斯特说:“我们发现，在一天、一周和一年的关键时刻，电力供应的间歇性中断是造成经济影响的主要原因。”“在更广泛的区域经济中，每年的净消费损失可能高达0.3%，平均电力成本增加3%，区域制造业的生产损失超过1%。”
他们还发现，影响可能是在不同的地方，从最初的水压力。
韦伯斯特说:“当相互依赖的系统由于许多压力源同时出现而变得更有压力时，只需要多一个推力就会产生一个问题，而这个问题可能会在其他地方出现，因为这个系统是一个相互连接的单一网络。”“因此，随着更多的野火、干旱、洪水和寒流对系统造成压力，我们可能会看到更频繁的影响。虽然在过去的50年里，我们没有发生过太多灾难性的停机，但我们确实需要为可能到来的情况做好准备，并在系统中构建比现在更多的冗余。”
研究结果强调了重叠和交互系统网络之间反馈的重要性。重要的是，这种类型的耦合模型方法允许研究人员保留在每个单独模型中所表现出的空间、时间和部门的丰富性，这在一个综合模型中是无法实现的，因为在综合模型中，为了计算的可处理性通常会牺牲细节。
