【儀表網 研發快訊】當前，全球約70%的電力供應依賴熱力發電。在未來幾十年的低碳轉型進程中，熱力發電作為基礎負荷與靈活調峰的重要支撐，將繼續發揮“兜底能源”的關鍵作用，助力實現“先立后破”的能源轉型目標。然而，隨著氣候變化加劇和極端天氣事件增多，水資源短缺、水溫上升及生態需水等多重水壓力日益凸顯，可能通過降低熱力發電廠的冷卻效率影響其可用容量因子，從而引發熱力發電機組的氣象水文風險。值得注意的是，當前熱力發電機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組自身面臨的氣象水文風險及其對能源安全的潛在影響，這可能危及低碳轉型過程中的能源系統韌性。
為厘清氣候變化與低碳轉型并行背景下，自然水循環的改變如何通過社會水循環過程傳導并影響熱力發電機組的運行可靠性，北京大學覃櫟課題組構建了機組尺度的氣象水文風險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，搭建了熱力學物理過程模型，并結合了數據驅動的機器學習算法。通過揭示熱力學與水文過程的耦合效應，回答了氣候水文變化對熱力發電機組運行性能及其退役路徑的作用機制，并由此評估了在退役規劃中納入氣象水文約束的潛在效益和政策啟示。
研究發現，大型熱力發電機組作為一個整體，在歷史與未來氣候情景下面臨的氣象水文風險高于小型機組群體，主要原因在于部分大機組單位裝機容量的可用冷卻水資源量顯著更低。然而，現有退役策略往往優先保留效率較高的大型機組，形成了部分高風險大機組被優先保留的結構性矛盾，導致低碳轉型過程中電力系統的穩定性可能降低。若在退役決策中納入氣象水文風險約束，可顯著提升優先保留機組的可用容量因子(平均增加26—37個百分點)，從而提高電力系統應對氣候變化的韌性。不同地區可根據地方實際情況，靈活設定氣象水文風險閾值，實現能源安全與環境影響的協同優化。需要強調的是，雖然放寬生態流量或河湖熱排放標準可在短期緩解熱力發電廠的運行壓力，但更為寬松的環境監管卻可能對水生態環境造成長期損害，有悖于日益受到重視的水資源-水環境-水生態“三水”統籌目標。因此，從長遠看，積極推動氣候減緩與適應協同，兼顧能源規劃與水資源管理的統籌協調，是保障低碳轉型過程中電力系統安全與韌性的可持續路徑。
研究圖示
該研究在機組尺度解析了氣候變化與低碳轉型并行背景下熱力發電機組面臨的氣象水文風險形成機制，揭示了機組級氣象水文風險與退役策略之間的錯位關系，強調將氣象水文約束納入熱力發電機組的退役規劃有助于在低碳轉型過程中保障能源安全，助力“先立后破”的能源轉型要求。研究成果為統籌水資源、水環境、水生態約束下的低碳能源轉型路徑提供了關鍵科學依據，也為各國協同保障能源安全與應對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”為題發表于《自然-可持續發展》(Nature Sustainability)。北京大學環境科學與工程學院博士研究生李詩雨為論文第一作者，覃櫟為論文通訊作者。論文合作者包括北京大學環境科學與工程學院劉永教授和蔣青松博士、華北水利水電大學劉俊國教授、生態環境部華南環境科學研究所嚴剛研究員、能源基金會環境管理項目劉欣主任、生態環境部環境規劃院鄭逸璇副研究員、清華大學深圳國際研究生院洪朝鵬助理教授、德國法蘭克福大學Hannes Müller Schmied研究員、美國斯坦福大學Steven J. Davis教授，美國加州大學爾灣分校Amir AghaKouchak教授、荷蘭烏特勒支大學Niko Wanders教授以及荷蘭拉德堡德大學Joyce Bosmans博士。該研究得到了國家自然科學基金項目(42361144876、42471021、42277482)和北京大學必和必拓“碳與氣候”博士研究生未名學者獎學金項目(WM202413)等支持。應期刊邀請撰寫的政策簡報(Policy Brief)亦同步上線：https://www.nature.com/articles/s41893-025-01711-9，覃櫟、劉永和嚴剛為Policy Brief共同通訊作者。
作為該成果的前期基礎，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)等期刊發表了系列基于自然-社會系統耦合的跨圈層氣候風險相關研究。課題組長期招收科研助理和博士后，誠邀對氣候變化及“碳中和”下水資源-能源-糧食系統風險領域感興趣的研究者加入課題組開展合作研究。
（原標題：環境學院覃櫟課題組在《自然-可持續發展》發文揭示氣象水文風險對熱力發電機組退役策略與能源安全的影響機制。）
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