科研人员发文探讨了温室气体减排背景下全球水电站发展的权衡问题

  减少温室气体排放、大力发展清洁能源是实现碳中和战略目标的重要途径。水电作为目前占比最大的清洁能源,具有开发潜力巨大、技术高度成熟和供电灵活稳定等特点。然而,近期越来越多研究表明,水电站在其蓄水发电过程中也会排放大量的CO2CH4N2O等温室气体(GHGs)。如何通过精确评估全球现存水电站GHGs排放的空间格局和潜在影响机制,进而科学指导未来减排背景下水电站日常管理和选址新建工作,成为该领域的热点话题。 

   为深入探究这一话题,中科院地理资源所李明旭博士在何念鹏研究员带领下,采用蒙特卡洛模拟方法系统评估了全球现存水电站(n=1221GHGs排放通量、碳排放强度(单位发电量的GHGs排放量)以及关键影响因素。研究结果表明,全球现存水电站GHGs排放总量约为0.26 Pg CO2 eq. yr-1,约占人为源GHGs总排放的0.7%;全球水电站碳强度约为63.0 kg CO2eq.MWh-1,显著低于煤、石油和天然气等传统能源,但略高于太阳能、风能和核能等。全球尺度上,水电整体是相对清洁、低GHGs排放的;然而,聚焦到单个水电站碳强度分析时,以联合国公布的2030可持续发展目标参考值(80 kg CO2eq.MWh-1)为清洁能源基准,现存水电站中超过44%无法达标。无法达标的水电站主要来自于以下两类:蓄水深度低于20m的浅水型和叶绿素浓度超过7μg L-1的富营养化水电站。 

 

  (1. 水电站温室气体(GHGs)产生和影响机制示意图) 

    

  此外,研究人员结合相关数据集,将全球在建和规划中的水电站(n=3490)纳入分析,发现未来全球水电站GHGs总排放将增加42.0%以上,整体碳强度将显著增加至131.5 kg CO2eq.MWh-1,超过66.4%的水电站难以满足2030可持续发展目标之“清洁能源”标准。同时,针对未来水体富营养化指标的情景分析表明,即使不考虑在建和规划中的这些水电站,如果现存水电站水体叶绿素浓度上升一倍,水电整体碳排放强度将无法达标。因此,未来水电发展需高度重视水电站库区GHGs排放问题以降低整体碳排放强度,建议加强日常管理预防水体富营养化、同时新建水电站选址时应尽量避开浅水型河段。 

 

 (2. 全球在建和规划中水电站的碳排放强度空间分布) 

   论文近期在线发表于国际著名学术期刊《Renewable and Sustainable Energy Reviews》(IF2=14.89),第一作者为地理所李明旭博士,通讯作者为何念鹏研究员。研究受到国家自然科学基金重点项目和基础科学中心项目(42141004, 31988102, 32001186)、第二次青藏高原综合科学考察项目(2019QZKK060602)等资助。 

   此外,李明旭博士关于内陆水体温室气体排放、碳水平迁移以及基于此自主研发的生态水文过程模型(TRIPLEX-HYDRA),2篇相关研究论文近期发表于国际著名学术期刊《Water Research》。 

    

  相关论文目录 (*通讯作者) 

  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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