将行星边界纳入能源系统优化模型以进行绝对环境可持续性评估：一种方法论框架

《Scientific Reports》：Integrating planetary boundaries into energy system optimisation models for absolute environmental sustainability assessment: a methodological framework

　　

摘要

为应对气候变化而进行的能源系统转型，必须避免将负担转嫁至其他行星边界。然而，大多数能源模型仍主要关注温室气体减排，往往忽视了对关键地球系统过程更广泛的生命周期影响。这种狭隘的视角可能会无意中将环境压力从气候转移至土地、材料或生态系统，即便是在被视为可持续的情景中也是如此。为弥补这一不足，我们提出了一种建模框架，将前瞻性生命周期评估和行星边界指标整合进国家能源优化模型中。该框架首先将生命周期和行星边界指标整合进多目标优化模型，随后利用目标规划来刻画环境影响的不同权衡，最后应用可解释机器学习将庞杂的权衡集合简化为系统原型。以比利时 2045 年低碳情景为例进行应用，该方法表明，所有近优路径虽能实现气候目标，但在最宽松的降尺度原则下，其生态毒性和颗粒物排放均超出了边界，这表明仅靠脱碳不足以实现绝对可持续性。通过对近优空间的探索及可解释机器学习，涌现出四种截然不同的系统配置——分别由电气化、氢能、可再生能源装机或混合策略主导——每种配置成本相似，但环境权衡各异。未来对本工作的扩展应纳入动态需求变化和行为适应，以进一步使能源系统与绝对可持续性目标相契合。