战略性煤电退役将碳-水协同效益重新分配至中国水资源紧张地区

《Sustainable Futures》：Strategic coal-power phaseout reallocates carbon-water co-benefits towards water-stressed regions in China

　　

煤电退役对于气候减缓至关重要，且与水资源安全规划日益相关。然而，与地理上均匀的气候效益不同，节水的价值在很大程度上取决于当地水资源稀缺程度。将水资源稀缺考量从事后评估转向事前路径设计能否重塑碳-水关系，仍不清楚。为此，研究人员开发了一个机组级评估框架，用于考察2025—2050年中国煤电转型中碳效益和水效益的时空分布，涉及十三条退役路径，包括照常路径（BAU）以及优先考虑技术、碳、水或技术-碳-水综合标准的策略。研究发现，将水资源稀缺纳入煤电退役规划可提高节水的稀缺价值，同时保持可观的碳减排收益。与BAU及技术或碳优先路径相比，纳入水信息的路径到2050年使累计稀缺加权节水潜力（SWSP）提高18%–20%，同时保留89%–95%的累计CO₂减排量。其中，水资源稀缺知情路径进一步将水安全效益引向水资源紧张地区：到2030年，72%–97%的累计SWSP分配给高水风险城市，远高于BAU及技术或碳优先路径下的37%–60%，使这些城市提前1–2年达到其累计SWSP的一半。这些发现表明，将水资源稀缺作为优先排序标准纳入考量，可以通过重塑基础设施转型路径，使气候减缓与水资源安全目标相协调。

研究背景

煤电退役被广泛视为全球脱碳战略的核心环节，但已有研究多聚焦碳排放、经济成本、搁浅资产和电力系统可靠性等目标，通常将节水效益视为既定脱碳路径的附属产出，而非影响退役决策的前置因素。中国煤电是最大的工业用水户之一，2015—2021年高水压力地区煤电装机从464 GW增至625 GW，占全国总量的53%–58%。碳减排效益在地理上可替代，而节水的社会价值高度依赖当地水资源稀缺程度，因此以碳减排为核心的退役路径未必能引导节水效益流向最缺水地区。该论文发表于《Sustainable Futures》，针对这一空白，开发了机组级评估框架，考察2025—2050年中国煤电转型中碳与水的时空分布。

研究方法概述

研究人员基于全球能源监测（GEM）中国煤电机组数据库（3168台，约占2024年全国煤电装机的96%）和《中国电力统计年鉴2024》运行小时数构建机组级活动数据；利用GCAM模型SSP1-2.6情景确定全国煤电退役总量约束；以Cox比例风险模型拟合历史退役规律构建BAU路径；采用多准则决策（MCDM）加权和排序构建技术（老旧小机组指数，OSI）、碳（C）、物理节水潜力（WSP）、水压力指数（WSI）及其组合路径；通过概率冷却系统分类（XGBoost）与省级火电耗水基准校准得到机组冷却水消耗；使用WRI Aqueduct水压力指数计算稀缺加权节水潜力（SWSP）。

研究结果

气候与水安全目标识别出不同的退役优先级

通过机组级空间分布和Jaccard相似性分析，研究发现煤电碳排放、物理节水潜力（WSP）与稀缺加权节水潜力（SWSP）之间存在两层空间错配：在20%容量退役阈值下，CO₂优先排序与WSP优先排序的Jaccard相似性仅为29%；WSP优先排序与SWSP优先排序的Jaccard相似性为42%。高水压力城市（WSI 4–5级）贡献全国39%的CO₂排放和36%的物理WSP，却贡献55%的全国SWSP。这表明仅依据碳减排或物理节水量排序，无法自动最大化水安全效益。

考虑水资源稀缺重塑退役路径与结果

通过比较十三条路径下累计CO₂减排量、WSP和SWSP，研究发现早期退役决策差异显著：前20%退役容量中，碳优先路径与水优先路径仅共享2%–14%的机组；到2030年共享比例降至0%–3%，到2050年升至57%–82%。与BAU及技术或碳优先路径相比，九条水信息路径使累计SWSP提高18%–20%，同时保留89%–95%的累计CO₂减排量；每吨CO₂减排所产生的水安全效益从0.5–0.6 m³当量提高25%–34%。尤其从WSP优先转向WSI-WSP路径后，物理WSP下降6%，但SWSP增加15%，SWSP/WSP比值从0.5升至0.7，说明最大化物理节水量并不等于最大化节水的稀缺价值。

水稀缺知情路径将效益重新导向高风险地区

通过分析不同水风险等级城市的效益分配份额，研究发现到2030年，水稀缺知情路径将68%–95%的CO₂减排量、63%–97%的WSP和72%–97%的SWSP分配给高水风险城市，而BAU及技术或碳优先路径仅为25%–44%、21%–42%和37%–60%；仅考虑物理WSP的路径只将16%–22%的CO₂减排量、11%–13%的WSP和24%–25%的SWSP分配给高水风险城市。水稀缺知情路径还使高水风险城市提前1–2年达到其累计SWSP的一半，且到2030年这些城市获得的累计SWSP是BAU及技术或碳优先路径的2–4倍、WSP知情路径的4–5倍。到2050年，路径间的分配差异随更多机组退役而缩小，但水稀缺知情路径分配给高水风险城市的效益份额仍高于其他路径。

讨论与结论

讨论指出，将水资源稀缺从事后评估转向事前路径设计，可以主动重塑退役优先序；碳减排效益与地点无关，而节水价值依赖当地稀缺条件，因此需要在碳约束框架内利用稀缺加权后的水效益指导退役排序。水安全不应仅被视为脱碳的协同效益，而应作为退役决策的明确目标。该研究还揭示了环境效益“数量与价值”的一般性区分：同类减排或修复措施在不同地点产生的实际福利可能差异很大。研究局限性包括采用静态水压力指标、未纳入输电约束和替代电源部署等电力系统约束。研究结论可概括为：将水资源稀缺作为优先排序标准纳入煤电退役规划，能够在保持大部分碳减排收益的同时提高节水的稀缺价值，并将水安全效益更早、更多地引向高水风险地区，从而通过重塑基础设施转型路径实现气候减缓与水资源安全目标的协同。