北京大学覃栎课题组Nature Water：全球火电行业冷却技术的碳-水权衡机制

图1. 人-地耦合视角下电力部门的水-碳权衡关系示意图

基于全球电厂数据集、气象水文数据集、非常规水源和碳封存潜力估算，研究团队搭建了全球高精度的冷却技术-非常规水资源-碳封存技术的电力部门碳-水权衡关系综合评估框架，为电力行业应对人地耦合视角下气候变化和水资源短缺双重挑战提供科学依据。研究发现，全球主要燃料类型的干式冷却技术存在明显的碳-水权衡关系。从空间分布来看，取水量减少较大的电厂主要集中在中国北方、美国西部和非洲南部，二氧化碳排放量大幅增加的机组则集中在印度和中国北方。环境温度升高会导致更高的背压，干式冷却机组的效率损失将非线性增加。在RCP6.0和RCP8.5情景下，环境温度和效率损失将持续增加，且效率损失的增加速度快于环境温度的增速。通过对冷却技术、非常规水资源和碳封存潜力的耦合评估，研究发现，提高污水回用比例可使非常规水满足冷却水需求的火力发电容量从25%增加到85%，而将非常规水收集距离从10km增加到50km，冷却水满足率将从15%增加至42%。因此，积极开发非常规水源回收利用和碳封存技术将为解决电力部门的碳-水权衡提供机会；同时，研究还发现，对于中国东部、印度和泰国等干式冷却技术-非常规水资源-碳封存技术耦合都难以应对其电力部门碳-水权衡的地区，迫切需要可再生能源转型等策略来解决碳-水权衡困境，从水资源角度提出了碳中和目标下电力部门低碳转型的优先布局。

本研究聚焦于气候变化下厂级冷却技术部署及其碳-水权衡的综合评估框架，在全球尺度上揭示了水资源与碳排放权衡关系的双向耦合机制和空间分布特点，探究了非常规水源和碳封存技术在全球电厂尺度的灵活应用潜力，从多维视角更加系统地分析电厂尺度气候变化下碳-水权衡关系的时空动态演变，为碳中和目标下的电力系统规划和能源安全提供科学依据。

以上研究成果以“Global assessment of the carbon-water tradeoff of dry cooling for thermal power generation”为题发表在Nature Water上。 北京大学环境科学与工程学院覃栎研究员为论文第一作者及共同通讯作者，论文共同通讯作者为清华大学深圳国际研究生院的洪朝鹏助理教授。论文其他合作者还包括美国能源部橡树岭国家实验室王耀平博士、北京大学工学院邓航研究员、环境科学与工程学院博士研究生李诗雨、硕士研究生黄亮点，以及荷兰乌得勒支大学、荷兰拉德堡德奈梅亨大学、俄亥俄州立大学、纽约州立大学等相关领域知名专家。该研究工作得到了中国国家自然科学基金委(72140003, 42277482, 42130708) 等项目的支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s44221-023-00120-6#citeas

作为该成果的前期基础，课题组还在 Nature Climate Change (2022 CYWater Outstanding Paper, 2020 NCC封面文章), Nature Sustainability (2019 Nature Research Highlights, 2018), PNAS (2017) 发表了系列基于人地系统耦合的水-能-粮系统脆弱性及适应性机制相关研究。课题组长期招收博士后，诚邀对气候变化及碳中和下水资源-能源-粮食系统脆弱性及适应性领域感兴趣的研究者加入课题组开展合作研究。

课题组详细信息可参考：

http://scholar.pku.edu.cn/qinyue

博后招聘：

https://mp.weixin.qq.com/s/imk5S8PxYnjAEjqTnBfFKA