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          科研人員發文探討了溫室氣體減排背景下全球水電站發展的權衡問題

            減少溫室氣體排放、大力發展清潔能源是實現碳中和戰略目標的重要途徑。水電作為目前占比最大的清潔能源,具有開發潛力巨大、技術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、CH4N2O等溫室氣體(GHGs)。如何通過精確評估全球現存水電站GHGs排放的空間格局和潛在影響機制,進而科學指導未來減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,采用蒙特卡洛模擬方法系統評估了全球現存水電站(n=1221GHGs排放通量、碳排放強度(單位發電量的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 CO2 eq. yr-1,約占人為源GHGs總排放的0.7%;全球水電站碳強度約為63.0 kg CO2eq.MWh-1,顯著低于煤、石油和天然氣等傳統能源,但略高于太陽能、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強度分析時,以聯合國公布的2030可持續發展目標參考值(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于以下兩類:蓄水深度低于20m的淺水型和葉綠素濃度超過7μg L-1的富營養化水電站。 

           

            (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據集,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總排放將增加42.0%以上,整體碳強度將顯著增加至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指標的情景分析表明,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,水電整體碳排放強度將無法達標。因此,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強度,建議加強日常管理預防水體富營養化、同時新建水電站選址時應盡量避開淺水型河段。 

           

           (2. 全球在建和規劃中水電站的碳排放強度空間分布) 

             論文近期在線發表于國際著名學術期刊《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項目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,李明旭博士關于內陸水體溫室氣體排放、碳水平遷移以及基于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于國際著名學術期刊《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 


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