【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】當(dāng)前，全球約70%的電力供應(yīng)依賴熱力發(fā)電。在未來(lái)幾十年的低碳轉(zhuǎn)型進(jìn)程中，熱力發(fā)電作為基礎(chǔ)負(fù)荷與靈活調(diào)峰的重要支撐，將繼續(xù)發(fā)揮“兜底能源”的關(guān)鍵作用，助力實(shí)現(xiàn)“先立后破”的能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)。然而，隨著氣候變化加劇和極端天氣事件增多，水資源短缺、水溫上升及生態(tài)需水等多重水壓力日益凸顯，可能通過(guò)降低熱力發(fā)電廠的冷卻效率影響其可用容量因子，從而引發(fā)熱力發(fā)電機(jī)組的氣象水文風(fēng)險(xiǎn)。值得注意的是，當(dāng)前熱力發(fā)電機(jī)組的退役路徑主要考慮碳排放、擱淺成本及空氣污染等因素，尚未納入氣候變化下機(jī)組自身面臨的氣象水文風(fēng)險(xiǎn)及其對(duì)能源安全的潛在影響，這可能危及低碳轉(zhuǎn)型過(guò)程中的能源系統(tǒng)韌性。
 

　　為厘清氣候變化與低碳轉(zhuǎn)型并行背景下，自然水循環(huán)的改變?nèi)绾瓮ㄟ^(guò)社會(huì)水循環(huán)過(guò)程傳導(dǎo)并影響熱力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行可靠性，北京大學(xué)覃櫟課題組構(gòu)建了機(jī)組尺度的氣象水文風(fēng)險(xiǎn)模擬與低碳退役模型(E-Risks)，該模型集成了全球氣候模式與水文模型，搭建了熱力學(xué)物理過(guò)程模型，并結(jié)合了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。通過(guò)揭示熱力學(xué)與水文過(guò)程的耦合效應(yīng)，回答了氣候水文變化對(duì)熱力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行性能及其退役路徑的作用機(jī)制，并由此評(píng)估了在退役規(guī)劃中納入氣象水文約束的潛在效益和政策啟示。
 

　　研究發(fā)現(xiàn)，大型熱力發(fā)電機(jī)組作為一個(gè)整體，在歷史與未來(lái)氣候情景下面臨的氣象水文風(fēng)險(xiǎn)高于小型機(jī)組群體，主要原因在于部分大機(jī)組單位裝機(jī)容量的可用冷卻水資源量顯著更低。然而，現(xiàn)有退役策略往往優(yōu)先保留效率較高的大型機(jī)組，形成了部分高風(fēng)險(xiǎn)大機(jī)組被優(yōu)先保留的結(jié)構(gòu)性矛盾，導(dǎo)致低碳轉(zhuǎn)型過(guò)程中電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性可能降低。若在退役決策中納入氣象水文風(fēng)險(xiǎn)約束，可顯著提升優(yōu)先保留機(jī)組的可用容量因子(平均增加26—37個(gè)百分點(diǎn))，從而提高電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)氣候變化的韌性。不同地區(qū)可根據(jù)地方實(shí)際情況，靈活設(shè)定氣象水文風(fēng)險(xiǎn)閾值，實(shí)現(xiàn)能源安全與環(huán)境影響的協(xié)同優(yōu)化。需要強(qiáng)調(diào)的是，雖然放寬生態(tài)流量或河湖熱排放標(biāo)準(zhǔn)可在短期緩解熱力發(fā)電廠的運(yùn)行壓力，但更為寬松的環(huán)境監(jiān)管卻可能對(duì)水生態(tài)環(huán)境造成長(zhǎng)期損害，有悖于日益受到重視的水資源-水環(huán)境-水生態(tài)“三水”統(tǒng)籌目標(biāo)。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，積極推動(dòng)氣候減緩與適應(yīng)協(xié)同，兼顧能源規(guī)劃與水資源管理的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，是保障低碳轉(zhuǎn)型過(guò)程中電力系統(tǒng)安全與韌性的可持續(xù)路徑。
 

研究圖示
 

　　該研究在機(jī)組尺度解析了氣候變化與低碳轉(zhuǎn)型并行背景下熱力發(fā)電機(jī)組面臨的氣象水文風(fēng)險(xiǎn)形成機(jī)制，揭示了機(jī)組級(jí)氣象水文風(fēng)險(xiǎn)與退役策略之間的錯(cuò)位關(guān)系，強(qiáng)調(diào)將氣象水文約束納入熱力發(fā)電機(jī)組的退役規(guī)劃有助于在低碳轉(zhuǎn)型過(guò)程中保障能源安全，助力“先立后破”的能源轉(zhuǎn)型要求。研究成果為統(tǒng)籌水資源、水環(huán)境、水生態(tài)約束下的低碳能源轉(zhuǎn)型路徑提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)，也為各國(guó)協(xié)同保障能源安全與應(yīng)對(duì)氣候變化提供了重要的決策支持。
 

　　以上研究成果以“Global hydroclimatic risks and strategic decommissioning pathways for thermal power units”為題發(fā)表于《自然-可持續(xù)發(fā)展》(Nature Sustainability)。北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生李詩(shī)雨為論文第一作者，覃櫟為論文通訊作者。論文合作者包括北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院劉永教授和蔣青松博士、華北水利水電大學(xué)劉俊國(guó)教授、生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學(xué)研究所嚴(yán)剛研究員、能源基金會(huì)環(huán)境管理項(xiàng)目劉欣主任、生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院鄭逸璇副研究員、清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院洪朝鵬助理教授、德國(guó)法蘭克福大學(xué)Hannes Müller Schmied研究員、美國(guó)斯坦福大學(xué)Steven J. Davis教授，美國(guó)加州大學(xué)爾灣分校Amir AghaKouchak教授、荷蘭烏特勒支大學(xué)Niko Wanders教授以及荷蘭拉德堡德大學(xué)Joyce Bosmans博士。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(42361144876、42471021、42277482)和北京大學(xué)必和必拓“碳與氣候”博士研究生未名學(xué)者獎(jiǎng)學(xué)金項(xiàng)目(WM202413)等支持。應(yīng)期刊邀請(qǐng)撰寫的政策簡(jiǎn)報(bào)(Policy Brief)亦同步上線：https://www.nature.com/articles/s41893-025-01711-9，覃櫟、劉永和嚴(yán)剛為Policy Brief共同通訊作者。
 

　　作為該成果的前期基礎(chǔ)，課題組還在Nature Climate Change(2024，2022，2020)，Nature Geoscience(2024)，Nature Water(2024，2023)，Nature Sustainability(2019，2018)，NSR(2025)，Water Research(2024)等期刊發(fā)表了系列基于自然-社會(huì)系統(tǒng)耦合的跨圈層氣候風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)研究。課題組長(zhǎng)期招收科研助理和博士后，誠(chéng)邀對(duì)氣候變化及“碳中和”下水資源-能源-糧食系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域感興趣的研究者加入課題組開展合作研究。
 

　　（原標(biāo)題：環(huán)境學(xué)院覃櫟課題組在《自然-可持續(xù)發(fā)展》發(fā)文揭示氣象水文風(fēng)險(xiǎn)對(duì)熱力發(fā)電機(jī)組退役策略與能源安全的影響機(jī)制。）