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水~泥沙~能源协同规划:守护河流生命线,推动清洁能源转型

2025/10/11
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近日,新加坡国立大学何小刚助理教授团队与大连理工大学徐博副教授、新加坡国立大学刘战伟、严舒悦博士研究生、以及加州大学圣芭芭拉分校Rafael Schmitt助理教授合作,在Nature Sustainability 上发表题为 《Strategizing Renewable Energy Transitions to Preserve Sediment Transport Integrity》 的研究论文。

通讯作者与课题组简介

何小刚,新加坡国立大学土木与环境工程系助理教授、博士生导师。清华大学本科(水利水电工程+经济学双学位),东京大学硕士,普林斯顿大学博士。

主要研究方向包括:气候变化与水文极端事件,水-能源-粮食系统耦合,机器学习在水文中的应用,深度不确定环境下的稳健决策。

论文信息

标题:Strategizing Renewable Energy Transitions to Preserve Sediment Transport Integrity

期刊:Nature Sustainability

作者:Bo Xu, Zhanwei Liu, Shuyue Yan, Rafael J. P. Schmitt, Xiaogang He*

上线时间:2025年10月

研究背景:水电虽清洁,泥沙不可替

水电是全球能源转型的重要组成部分,每七度电就有一度来自水电。然而,大坝在发电的同时也会拦截河流中的泥沙,导致下游泥沙通量锐减,进而引发河口侵蚀、农业减产、渔业衰退等一系列生态与经济问题。

研究框架:耦合三大模型,实现系统优化

本研究构建的 “水-泥沙-能源”协同规划框架,耦合了:水文模型(SWAT)、泥沙输移模型(CASCADE)、能源系统优化模型(PREP-SHOT)。

通过精细化模拟水电调度与泥沙输移过程,该框架在16种不同气候目标与跨境合作情景下,识别出兼顾低成本清洁能源与泥沙保护的最优水电开发路径。

来源:NUS

核心发现:精准筛选水电站,守住泥沙就是守住未来

1. “低影响”水电站是优选

在规划中的53座水电站中,优先建设34座“低影响”水电站(总装机约1800万千瓦),可在2020–2050年间:

降低能源系统总成本4%(约196亿美元)

泥沙通量仅减少2%(年均减少0.01亿吨)

2. “高影响”水电站代价巨大

若继续开发其余19座“高影响”水电站(约900万千瓦):

虽可再节省5%能源成本,但将导致泥沙通量骤降73%(年均减少0.40亿吨)

来源:NUS

跨境合作:释放水电调节潜力

研究进一步指出,强化区域电网互联是提升水电调节能力的关键:

若跨境输电能力维持现状(407万千瓦),开发低影响电站可节省56亿美元;

若提升至1280万千瓦,节省成本可大幅增至196亿美元。

替代方案:风光储替代高影响水电,生态效益显著

研究提出:电力可以被替代,泥沙没有等价替代品。

若以风电+光伏+储能全面替代19座高影响水电站:

能源系统成本将增加4%–6%(约157–260亿美元)

但可保留98%的泥沙通量;

若计入泥沙带来的农业、渔业、海岸防护等生态经济价值,可避免约240亿美元经济损失。

生态效益几乎完全抵消甚至超过新增能源成本,抵偿比例达92%–153%,

大脑是世界上最先进的“计算机”,拥有近900亿个神经元,它们通过数万亿个突触相互连接。

来源:NUS

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