清華新聞網(wǎng)2月3日電 在巴黎協(xié)定提出的1.5℃溫控目標(biāo)框架下，全球燃煤電廠(chǎng)排放需要快速下降。然而，中國(guó)和印度等發(fā)展中國(guó)家燃煤電廠(chǎng)的裝機(jī)容量和數(shù)量非常龐大且多為近年來(lái)新建，強(qiáng)制退役這些燃煤電廠(chǎng)可能會(huì)導(dǎo)致巨額資產(chǎn)擱淺。除了強(qiáng)制退役外，燃煤電廠(chǎng)還可通過(guò)生物質(zhì)摻燒、碳捕獲與封存、基于靈活性改造降低發(fā)電小時(shí)數(shù)等改造策略減少排放，或者通過(guò)生物質(zhì)摻燒耦合碳捕獲與封存實(shí)現(xiàn)負(fù)碳排放。而采用過(guò)于單一減排策略（如強(qiáng)制退役）和不合理的碳減排路徑則可能會(huì)抬高煤電轉(zhuǎn)型成本。
針對(duì)這一問(wèn)題，清華大學(xué)地學(xué)系蔡聞佳教授課題組開(kāi)發(fā)了一個(gè)廠(chǎng)級(jí)遞歸動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型（PLAn T-level dynamic Optimization model, PLATO），旨在探究燃煤電廠(chǎng)在多種減排策略下遞歸動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)型路徑。在該模型中，燃煤電廠(chǎng)可根據(jù)自身的裝機(jī)容量、投產(chǎn)時(shí)間、周?chē)镔|(zhì)資源量、距離碳封存點(diǎn)位的距離等特征，在多種減排策略中進(jìn)行決策。同時(shí)，隨著國(guó)家碳減排目標(biāo)的提高，模型將幫助燃煤電廠(chǎng)開(kāi)展多期的序貫決策。在這一模型基礎(chǔ)上，通過(guò)構(gòu)建多條滿(mǎn)足相同累計(jì)碳減排目標(biāo)的碳減排情景，研究探究了不同情景的曲線(xiàn)形態(tài)對(duì)廠(chǎng)級(jí)轉(zhuǎn)型路徑及其轉(zhuǎn)型成本的影響。
通過(guò)將模型應(yīng)用至中國(guó)4200多個(gè)燃煤電廠(chǎng)，研究發(fā)現(xiàn)，若燃煤電廠(chǎng)不采取任何轉(zhuǎn)型措施，正在運(yùn)行和即將投產(chǎn)的電廠(chǎng)將提前鎖定1600億噸碳排放。若以50%的累計(jì)減排量作為減排目標(biāo)，成本最低的碳減排曲線(xiàn)形態(tài)為：在2030年達(dá)到較低的峰值，在2050年維持低水平排放（圖1）。
圖1.碳減排路徑下的廠(chǎng)級(jí)動(dòng)態(tài)決策過(guò)程
在這一碳減排情景下，約88.3%、6.2%和2%的煤電機(jī)組在其動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)型過(guò)程中將采取靈活性改造、碳捕獲與封存和生物質(zhì)摻燒措施，而僅有7.3%的煤電裝機(jī)會(huì)提前退役。該情景的總轉(zhuǎn)型成本約為1.37萬(wàn)億美元，其中，受總裝機(jī)容量、電廠(chǎng)數(shù)量和剩余壽命的影響，新疆、山東和內(nèi)蒙古等地區(qū)的轉(zhuǎn)型成本較高。
圖2.50%累計(jì)減排目標(biāo)下低成本情景的減排技術(shù)結(jié)構(gòu)演變過(guò)程
研究發(fā)現(xiàn)，在中國(guó)“雙碳”目標(biāo)下，煤電行業(yè)排放達(dá)峰時(shí)間和2050年是否實(shí)現(xiàn)凈零排放均不是降低燃煤電廠(chǎng)轉(zhuǎn)型成本的關(guān)鍵。而在2030年至2040年間快速提升減排目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)深度脫碳，對(duì)于降低中國(guó)燃煤電廠(chǎng)轉(zhuǎn)型成本具有重要作用。同時(shí)，合理設(shè)置碳減排路徑可在不額外增加成本的情況下實(shí)現(xiàn)更高的累計(jì)碳減排量。
圖3.各累計(jì)碳減排目標(biāo)下成本更低的碳減排情景（圖a表示不同累計(jì)減排目標(biāo)下各碳減排情景的轉(zhuǎn)型成本。圖b表示不同累計(jì)碳減排目標(biāo)下碳減排情景的曲線(xiàn)形態(tài)；實(shí)線(xiàn)表示低成本情景；虛線(xiàn)表示高成本情景；曲線(xiàn)顏色與圖a對(duì)應(yīng)；深度減排表示二氧化碳排放相比于2020年水平降低80%）
相關(guān)研究成果以“降低中國(guó)燃煤電廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)碳中和的轉(zhuǎn)型成本”（Reducing transition costs towards carbonneutrality of China’s coal power plants）為題，于1月2日在線(xiàn)發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。
清華大學(xué)地學(xué)系2020級(jí)博士生汪蕊為論文第一作者，蔡聞佳教授為論文通訊作者。論文合作者包括馬里蘭大學(xué)崔宜筠副教授，微軟亞洲研究院黃麟、馬衛(wèi)東、張佳、邊江研究員，中國(guó)石油大學(xué)（北京）祁彬彬博士，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院李浩然博士后、地學(xué)系張?jiān)娀懿┦亢?、博士生沈鑒翔，中國(guó)21世紀(jì)議程管理中心張賢研究員，北京師范大學(xué)中國(guó)綠色發(fā)展協(xié)同創(chuàng)新中心張九天教授，清華大學(xué)地學(xué)系俞樂(lè)、李偉副教授，清華大學(xué)電機(jī)系張寧副教授，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院王燦教授。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、清華-力拓資源聯(lián)合研究中心和微軟亞洲研究院合作研究項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-55332-5
供稿：地學(xué)系
編輯：李華山
審核：郭玲
