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科研進展丨清華大學同丹課題組合作揭示中國煤電低碳轉型路徑不確定性對協同效益的影響

2024-03-24 09:43:15來源:清華大學地球系統科學系 關鍵詞:低碳轉型碳中和閱讀量:13271

導讀:清華大學地球系統科學系課題組建立了多目標下中國煤電退役策略不確定性分析框架,揭示了中國煤電低碳轉型路徑的不確定性可能帶來氣候、環境、健康效益和經濟成本的差異以及與政策預期目標的偏離,成果以“成本效益不確定性可能會干擾中國煤電轉型決策”發表。
  電力是中國煤炭消費量最大的部門,排放大量二氧化碳和大氣污染物。盡管落后產能淘汰、超低排放改造和節能降碳改造等一系列政策已大幅降低了煤電行業大氣污染排放,但煤電污染排放導致的健康風險仍不容忽視,且二氧化碳排放一直處于高位。在碳中和與美麗中國目標下,推進煤電行業轉型、推動煤電行業減污降碳協同治理迫在眉睫。目前已有研究從機組尺度出發設計了健康協同效益最優、資產擱淺最少的煤電退役路徑,但現實的煤電退役可能受多因素影響,造成環境氣候經濟效益和成本偏離最優預期。
 
  針對上述問題,清華大學地球系統科學系(以下簡稱“地學系”)同丹課題組建立了多目標下中國煤電退役策略不確定性分析框架,創新海量情景尋優技術,量化了中國多條煤電轉型路徑的成本效益,解析了路徑擾動帶來的成本效益不確定性,揭示了中國煤電低碳轉型路徑的不確定性可能帶來氣候、環境、健康效益和經濟成本的差異以及與政策預期目標的偏離。成果以“成本效益不確定性可能會干擾中國煤電轉型決策”(Cost-effectiveness uncertainty may bias the decision of coal power transitions in China)為題,于3月13日在《自然-通訊》(Nature Communications)在線發表。
 
  為量化中國煤電轉型不確定性的影響,研究團隊通過耦合綜合評估模型、大氣化學伴隨模式、暴露-響應方程和煤電轉型成本效益評估方法,提出了面向多目標決策的中國煤電機組轉型策略不確定性分析框架?;谠撃P涂蚣?,從機組級煤電資產擱淺風險、碳減排效益和健康影響等異質性特征出發,設計多條靶向轉型路徑,定量表征了轉型成本及氣候、環境、健康效益及其不確定性,并通過多準則決策分析揭示了不確定性影響下中國煤電低碳轉型效益與預期的偏離程度。
 
  研究發現,現役煤電機組的碳排放和健康風險分布呈現顯著異質性特征:近四分之一的碳排放由裝機容量占比為10%的煤電機組引起,而占裝機容量2%的煤電機組造成了煤電行業超過25%的健康風險,落實靶向退役策略有望在碳減排、保護人群健康等方面取得可觀的效益。
 
  研究進一步從煤電機組的異質性特征出發,從資產擱淺、碳減排、健康效益的多目標視角分析燃煤機組退役路徑的差異性;通過開展萬組退役路徑的擾動模擬分析,發現不確定性可能延誤退役政策首次獲得正效益的時間節點,沿用當前的退役策略可能導致獲得正效益的時間延遲六年(圖1);任一退役政策的實施均存在一定程度的風險,并非所有策略都能保證100%累積凈效益,特別是以碳減排、資產擱淺規避為首要目標的靶向退役策略和沿用當前的退役策略均有一定概率導致累積負效應。在政策執行不確定性的干擾下,即使嚴格根據政策目標設計煤電退役策略,仍有可能錯過落實最適宜退役政策的機會(圖2)。研究表明,煤電退役應最大限度地減少政策執行干擾,降低負效應風險,同時按照靶向政策目標選取最適策略指導我國煤電機組有序低碳轉型。

圖1 煤電轉型決策碳排放、健康損失與凈效益的時序變化趨勢及不確定性分布

圖2 政策執行不確定性對落實最適煤電轉型決策的潛在干擾
 
  研究揭示了中國煤電低碳轉型政策的不確定性以及新建產能的時空隨機性對決策和效益的影響,表明了限制政策擾動和采用基于靶向政策目標的煤電轉型策略對于煤電轉型提質增效的重要意義。研究對碳中和與清潔空氣協同治理路徑制訂提出了政策建議,即能源結構低碳化轉型并非總能帶來正向凈效益,設計和實施相關能源政策時應加強頂層設計,始終堅持以整體戰略目標為導向,減少能源政策不確定性風險,推動電力系統低碳轉型平穩過渡。
 
  清華大學地學系博士生嚴禧哲為論文第一作者,清華大學地學系同丹助理教授和生態環境部環境規劃院雷宇研究員為論文共同通訊作者。論文合作者包括清華大學地學系張強教授,清華大學環境學院教授、碳中和研究院院長賀克斌院士,中山大學陳紹晴教授,生態環境部環境規劃院鄭逸璇副研究員、陳楚楚助理研究員,清華大學環境學院博士后劉洋、畢業生施沁人(現為法國環境與氣候科學實驗室博士后),清華大學地學系畢業生程靜(現為加州大學爾灣分校博士后)、博士研究生徐若翀、覃馨瑩、鄭棟升。研究得到了國家自然科學基金委、能源基金會、新基石科學基金會和清華大學自主科研計劃的支持。
 
  原標題:科研進展 | 清華大學同丹課題組合作揭示中國煤電低碳轉型路徑不確定性對協同效益的影響
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