地理所科研人員發文探討了溫室氣體减排背景下全球水電站發展的權衡問題

减少溫室氣體排放、大力發展清潔能源是實現碳中和戰略目標的重要途徑。水電作為現時占比最大的“清潔”能源,具有開發潜力巨大、科技高度成熟和供電靈活穩定等特點。如何通過精確評估全球現存水電站GHGs排放的空間格局和潜在影響機制,進而科學指導未來减排背景下水電站日常管理和選址新建工作,成為該領域的熱點話題。

减少溫室氣體排放、大力發展清潔能源是實現碳中和戰略目標的重要途徑。水電作為現時占比最大的“清潔”能源,具有開發潜力巨大、科技高度成熟和供電靈活穩定等特點。然而,近期越來越多研究表明,水電站在其蓄水發電過程中也會排放大量的CO2、CH4和N2O等溫室氣體(GHGs)。如何通過精確評估全球現存水電站GHGs排放的空間格局和潜在影響機制,進而科學指導未來减排背景下水電站日常管理和選址新建工作,成為該領域的熱點話題。

為深入探究這一話題,中科院地理資源所李明旭博士在何念鵬研究員帶領下,採用蒙特卡洛類比方法系統評估了全球現存水電站(n=1221)的GHGs排放通量、碳排放强度(組織發電量的GHGs排放量)以及關鍵影響因素。研究結果表明,全球現存水電站GHGs排放總量約為0.26 Pg CO2eq. yr-1,約占人為源GHGs總排放的0.7%;全球水電站碳强度約為63.0 kg CO2eq.MWh-1,顯著低於煤、石油和瓦斯等傳統能源,但略高於太陽能、風能和核能等。全球尺度上,水電整體是相對“清潔”、低GHGs排放的;然而,聚焦到單個水電站碳强度分析時,以聯合國公佈的2030可持續發展目標參攷值(80 kg CO2eq.MWh-1)為清潔能源基準,現存水電站中超過44%無法達標。無法達標的水電站主要來自於以下兩類:蓄水深度低於20m的淺水型和葉綠素濃度超過7μg L-1的富營養化水電站。

(圖1.水電站溫室氣體(GHGs)產生和影響機制示意圖)

此外,研究人員結合相關數据集,將全球在建和規劃中的水電站(n=3490)納入分析,發現未來全球水電站GHGs總排放將新增42.0%以上,整體碳强度將顯著增加至131.5 kg CO2eq.MWh-1,超過66.4%的水電站難以滿足2030可持續發展目標之“清潔能源”標準。同時,針對未來水體富營養化名額的情景分析表明,即使不考慮在建和規劃中的這些水電站,如果現存水電站水體葉綠素濃度上升一倍,水電整體碳排放强度將無法達標。囙此,未來水電發展需高度重視水電站庫區GHGs排放問題以降低整體碳排放强度,建議加强日常管理預防水體富營養化、同時新建水電站選址時應儘量避開淺水型河段。

(圖2.全球在建和規劃中水電站的碳排放强度空間分佈)

論文近期線上發表於國際著名學術期刊《Renewable and Sustainable Energy Reviews》(IF2=14.89),第一作者為地理所李明旭博士,通訊作者為何念鵬研究員。研究受到國家自然科學基金重點專案和基礎科學中心項目(42141004,31988102,32001186)、第二次青藏高原綜合科學考察項目(2019QZKK060602)等資助。

此外,李明旭博士關於內陸水體溫室氣體排放、碳水准遷移以及基於此自主研發的生態水文過程模型(TRIPLEX-HYDRA),2篇相關研究論文近期發表於國際著名學術期刊《Water Research》。

相關論文目錄(*通訊作者):

Li MX,He NP*.2022. Carbon intensity of global existing and future hydropower reservoirs.Renewable and Sustainable Energy Reviews,162: 112433.doi: 10.1016/j.rser.2022.112433.(IF=14.98)

Li MX,Peng CH*,Zhang KR,Xu L,Wang JM,Yang Y,Li P,Liu ZL,He NP*.2021. Headwater stream ecosystem: an important source of greenhouse gases to the atmosphere.Water Research,190:116738.doi: 10.1016/j.watres.2020.116738.(IF=11.23)

Li MX,Peng CH*,Zhu QA,Zhou XL,Yang G,Song XZ,Zhang KR. 2020.The significant contribution of lake depth in regulating global lake diffusive methane emissions.Water Research,172: 115465.doi: 10.1016/j.watres.2020.115465.(IF=11.23)

Li MX*,Peng CH*,He NP.2022. Global patterns of particulate organic carbon export from land to the ocean.Ecogydrology,doi: 10.1002/eco.2373.(IF=2.84)

Li MX,Peng CH*,Zhou XL,Yang Y,Guo YR,Shi GH,Zhu QA.2019. Modeling global riverine DOC flux dynamics from 1951 to 2015.Journal of Advances in Modeling Earth Systems,11:514-530.doi: 10.1029/2018MS001363.(IF=6.66)

Li MX,Peng,CH*,Wang M,Xue W,Zhang KR,Wang KF,Shi GH,Zhu QA.2017.The carbon flux of global rivers: A re-evaluation of amount and spatial patterns.Ecological Indicators,80: 40-51.doi.org/10.1016/j.ecolind.2017.04.049.(IF=4.96)

1.Carbon intensity of global existing and future hydropower reservoirs - ScienceDirect

2.Headwater stream ecosystem: an important source of greenhouse gases to the atmosphere - ScienceDirect

3.The significant contribution of lake depth in regulating global lake diffusive methane emissions - ScienceDirect

4.Global patterns of particulate organic carbon export from land to the ocean - Li - 2022 - Ecohydrology - Wiley Online Library

5.Modeling Global Riverine DOC Flux Dynamics From 1951 to 2015 - Li - 2019 - Journal of Advances in Modeling Earth Systems - Wiley Online Library

6.The carbon flux of global rivers: A re-evaluation of amount and spatial patterns - ScienceDirect

本文標題: 地理所科研人員發文探討了溫室氣體减排背景下全球水電站發展的權衡問題
永久網址: https://www.laoziliao.net/doc/1656000736799686
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