天然气调峰电厂（Peaker Plant）邻近居住的个体层面健康效应：基于急诊与紧急护理就诊的病例交叉研究

《The Journal of Climate Change and Health》：Individual-level health effects of living near a gas-fired “Peaker” power plant

　　

“调峰”（Peaker）电厂仅在用电高峰时段运行。快速燃烧化石燃料的启动过程会产生大量排放，因此调峰电厂是二氧化碳（CO₂）和颗粒物空气污染的重要来源。研究人员评估了居住在天然气调峰电厂附近的居民，是否因调峰电厂“开启”阶段产生的空气污染而出现与污染相关的急诊/紧急护理（ED/UC）就诊次数增加。研究分析了马萨诸塞州某调峰电厂周边社区一家初级保健诊所患者5年（2017—2021年）的急诊/紧急护理（ED/UC）就诊记录，诊断类别包括呼吸系统疾病、心血管疾病、头痛及妊娠并发症。研究人员采用HyADS（一种基于空气轨迹模型的暴露强度无量纲指标）估算每日调峰电厂相关排放暴露，并按患者居住地址的邮政编码进行分配。研究采用病例交叉设计，在调整热指数、其他来源的PM_2.5、节假日及季节性的基础上，评估了每日调峰电厂暴露与特定病因急诊/紧急护理（ED/UC）就诊之间的关联。结果显示，调峰电厂平均每日暴露值为1.4（无量纲），且由于电厂间歇性运行，变异性较大（标准差SD=16）；背景PM_2.5暴露均值为8.5 μg/m3（SD=6.4）。分析共纳入居住于电厂30公里范围内患者的2,310次急诊/紧急护理（ED/UC）就诊。主要分析显示，短期调峰电厂排放与呼吸系统疾病急诊/紧急护理（ED/UC）就诊风险增加呈正相关（OR=1.044；95% CI 1.001–1.090）。此外，非白人群体中呼吸系统疾病相关就诊风险更高（OR=1.347；95% CI 1.034–1.755）。未观察到调峰电厂排放与心血管疾病、头痛或妊娠诊断就诊之间存在关联。研究结论认为，调峰电厂在运行时恶化了空气质量。尽管在所有评估的急诊/紧急护理（ED/UC）就诊类别中未观察到一致的关联，但建模的调峰电厂暴露与呼吸系统相关就诊之间存在当日正相关。在人口稠密的社区用可再生能源替代以燃烧驱动的调峰电厂，可带来可测量的全球和地方空气质量相关健康效益。

**一、研究背景与问题**

全球能源需求持续增长，为满足人口中心非恒定电力需求，仅在用电高峰时段运行的辅助发电厂——即“调峰”（Peaker）电厂——成为常见解决方案。美国现有超过1,000座调峰电厂，大多以天然气为燃料，部分以柴油为主要或备用燃料。与承担基础负荷的发电厂相比，调峰电厂通常设备老旧、技术效率较低，频繁的启动和升负荷阶段导致单位发电量的排放率更高。天然气和柴油燃烧产生二氧化碳（CO₂）、氮氧化物（NOx）、挥发性有机化合物（VOCs）及一次细颗粒物（PM_2.5）等污染物，可加剧气候变化并危害健康。已有研究证实，靠近化石燃料电厂居住与全因死亡率、感染、心血管疾病及妊娠并发症风险增加相关。然而，专门针对调峰电厂健康效应的研究十分有限。调峰电厂多位于人口稠密的城市社区，居民往往为社会经济发展水平较低、历史上处于弱势地位的人群，但因其排放与交通、工业等其他化石燃料燃烧源相似，区分调峰电厂本身的健康效应颇具挑战。

马萨诸塞州皮博迪（Peabody）市位于波士顿以北15英里，人口密集且有悠久的工业历史。当地的沃特斯河（Waters River）调峰电厂以天然气和柴油为燃料，距多个环境正义社区不足2公里。该市居民慢性呼吸系统、心血管疾病及癌症发病率高于州平均水平。研究启动时，该电厂正计划扩建第三台燃气轮机，遭到多个社区及环境正义组织反对。在此背景下，研究人员开展了一项探索性研究，以评估该调峰电厂运行时排放的污染物是否与周边居民因污染相关疾病的急诊/紧急护理（ED/UC）就诊增加有关。

**二、研究设计与关键方法**

研究人员利用一家大型多专科医师组织初级保健诊所的电子病历数据，回顾性收集2017年1月至2021年12月期间该诊所患者（均为电厂周边社区居民）的急诊/紧急护理（ED/UC）就诊信息。纳入的诊断类别包括呼吸系统（J编码）、心血管（I编码）、妊娠并发症（O00–O9A）及头痛（R51、G43），排除COVID-19相关就诊、居住地距电厂超过30公里、地址信息缺失或为邮政信箱的患者。最终共纳入2,310次就诊（图1、表1）。

主要暴露评估采用HyADS模型（一种基于HYSPLIT空气轨迹模型的源特异性暴露无量纲指标）。该模型结合美国环境保护署（EPA）提供的电厂逐日NOx排放数据和烟囱高度，模拟污染物下风向扩散，输出逐日、逐邮政编码的单位less暴露值。背景PM_2.5（非电厂来源的细颗粒物）来自EPA社区多尺度空气质量（CMAQ）模型，采用反距离加权（IDW）插值估算至患者地理编码住址。气象数据（热指数）来自PRISM（俄勒冈州立大学提供的高分辨率气温和露点数据，800米分辨率）。

统计分析采用病例交叉设计，即每位患者作为自身对照，比较就诊日（病例日）与同月同星期非就诊日（对照日）的电厂暴露水平，以控制时间固定混杂因素（如慢性病、社会经济地位）。条件逻辑回归模型调整了3天滑动平均热指数、7天滑动平均背景PM_2.5、节假日指示变量以及年内时间自然样条（自由度4），采用以患者ID聚类的稳健标准误处理重复就诊相关性。研究评估了当天（lag 0）及滞后1–3天（lag 1–3）的暴露效应，并按性别、年龄、种族和民族进行效应修饰分析。敏感性分析包括使用二分类暴露指标（有/无电厂暴露）和滞后0–3天累积移动平均暴露。

**三、主要研究结果**

**3.1 研究人群**：在1,048,445次就诊记录中筛选出2,310次潜在污染相关ED/UC就诊。其中女性占45%（1,029人），平均年龄39岁（SD=22）；白人占76%，87%为非西班牙裔。就诊类别包括呼吸系统1,331次、心血管431次、妊娠并发症318次、头痛239次。调峰电厂运行呈高度零膨胀特征（多数日子不运行），病例日中有4.3%、对照日中有4.2%存在任何电厂暴露。

**3.2 电厂排放暴露**：电厂平均HyADS暴露值为1.5（SD=16），背景PM_2.5均值为8.7 μg/m3（SD=6.1）。仅考虑电厂运行日时，HyADS暴露四分位距为1.7–32.7。空间分布显示电厂排放暴露在皮博迪电厂附近最高，尤其东北方向（与区域主导风向一致）；背景PM_2.5在皮博迪附近空间分布较均匀，但波士顿市中心较高（图2）。

**3.3 电厂排放对就诊的影响**：主分析以HyADS每增加10个单位计算调整后比值比（OR）。在所有污染相关就诊合并分析中，各滞后日估计值均接近零效应。按疾病类别分析发现，呼吸系统就诊在当天暴露（lag 0）时达到统计学显著：每增加10个单位HyADS暴露，呼吸系统就诊风险升高4.4%（OR=1.044；95% CI 1.001–1.090）。滞后1–3天未观察到延迟效应。心血管、妊娠及头痛就诊与各滞后日电厂暴露均无显著关联（表3、图3）。亚组分析显示，当日电厂暴露效应在性别、年龄、民族各层间总体相似，但非白人群体呼吸系统就诊风险显著升高（OR=1.347；95% CI 1.034–1.755）。

**3.4 敏感性分析**：使用二分类暴露指标的分析在方向、量级上与原模型基本一致，但置信区间更宽且包含零。使用滞后0–3天累积移动平均暴露的分析未获得统计学显著关联，提示lag 0关联可能具有当日特异性。仅限疫情前（2020年前）数据的分析显示，与全研究期结果方向一致，但置信区间更宽、精确度更低（样本量较小，n=1,413）。

**四、讨论与结论**

研究人员指出，这是首个在患者个体层面探讨调峰电厂排放对邻近居民健康影响的探索性研究。病例交叉设计通过以患者自身为对照，内在控制了慢性病、社会经济地位等时间固定混杂因素，并进一步调整了气象和背景污染。但该设计也意味着对照日与就诊日的电厂运行状态相似，暴露差异很小，限制了在有限样本中的检出能力。

本研究发现当日调峰电厂暴露与呼吸系统ED/UC就诊呈正相关，这与化石燃料电厂空气污染与急性呼吸系统发病的文献一致：电厂排放可加重哮喘及其他肺部疾病，并增加呼吸道感染易感性。研究中平均背景PM_2.5为8.5 μg/m3，接近美国EPA年均标准限值9.0 μg/m3，提示居民本就处于相对较高的区域颗粒物污染环境中，调峰电厂的额外贡献不容忽视。未发现心血管、头痛及妊娠相关就诊的显著关联，可能反映真实无关联、患者数量不足或居住于最高排放区域的患者较少。

研究人员强调，2024年底皮博迪电厂已扩建第三台天然气发电机。鉴于周边社区存在较高背景污染，新增排放可能加剧当地健康负担。以可再生能源驱动的电池储能等非燃烧调峰替代方案，可同时减少CO₂排放和局地污染物，兼具全球气候健康和本地公共健康效益。

**研究结论**：本研究表明，在控制患者特征和背景空气污染后，邻近调峰电厂的空气污染增加与呼吸系统诊断的ED/UC就诊存在关联。未检测到心血管疾病、头痛或妊娠相关诊断的关联，但有限的患者数量和较小的暴露差异可能妨碍检出。即使背景污染已相对较高，且电厂在扩建第三台烟囱之前，调峰电厂排放与呼吸系统ED/UC就诊之间的关联仍被发现，这提示在人口稠密社区以非燃烧资源替代调峰电厂，可带来可测量的当地空气质量和公共健康效益，同时缓解导致气候变化的全球CO₂排放和局地污染。