水~泥沙~能源協同規劃:守護河流生命線,推動清潔能源轉型

2025/10/11   •   1705閱
新加坡國立大學研究揭示,如何在能源轉型中兼顧清潔能源發展與泥沙保護的策略。該研究構建「水-泥沙-能源」協同規劃框架,表明優先建設「低影響」水電站,並通過強化區域電網互聯,可以有效降低成本並保護生態系統。 這項研究為可持續的能源轉型提供了重要的科學依據。

近日,新加坡國立大學何小剛助理教授團隊與大連理工大學徐博副教授、新加坡國立大學劉戰偉、嚴舒悅博士研究生、以及加州大學聖芭芭拉分校Rafael Schmitt助理教授合作,在Nature Sustainability 上發表題為 《Strategizing Renewable Energy Transitions to Preserve Sediment Transport Integrity》 的研究論文。

通訊作者與課題組簡介

何小剛,新加坡國立大學土木與環境工程系助理教授、博士生導師。清華大學本科(水利水電工程+經濟學雙學位),東京大學碩士,普林斯頓大學博士。

主要研究方向包括:氣候變化與水文極端事件,水-能源-糧食系統耦合,機器學習在水文中的應用,深度不確定環境下的穩健決策。

論文信息

標題: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*

上線時間:2025年10月

研究背景:水電雖清潔,泥沙不可替

水電是全球能源轉型的重要組成部分,每七度電就有一度來自水電。然而,大壩在發電的同時也會攔截河流中的泥沙,導致下游泥沙通量銳減,進而引發河口侵蝕、農業減產、漁業衰退等一系列生態與經濟問題。

研究框架:耦合三大模型,實現系統優化

本研究構建的 「水-泥沙-能源」協同規劃框架,耦合了:水文模型(SWAT)、泥沙輸移模型(CASCADE)、能源系統優化模型(PREP-SHOT)。

通過精細化模擬水電調度與泥沙輸移過程,該框架在16種不同氣候目標與跨境合作情景下,識別出兼顧低成本清潔能源與泥沙保護的最優水電開發路徑。

來源:NUS

核心發現:精準篩選水電站,守住泥沙就是守住未來

1. 「低影響」水電站是優選

在規劃中的53座水電站中,優先建設34座「低影響」水電站(總裝機約1800萬千瓦),可在2020–2050年間:

降低能源系統總成本4%(約196億美元)

泥沙通量僅減少2%(年均減少0.01億噸)

2. 「高影響」水電站代價巨大

若繼續開發其餘19座「高影響」水電站(約900萬千瓦):

雖可再節省5%能源成本,但將導致泥沙通量驟降73%(年均減少0.40億噸)

來源:NUS

跨境合作:釋放水電調節潛力

研究進一步指出,強化區域電網互聯是提升水電調節能力的關鍵:

若跨境輸電能力維持現狀(407萬千瓦),開發低影響電站可節省56億美元;

若提升至1280萬千瓦,節省成本可大幅增至196億美元。

替代方案:風光儲替代高影響水電,生態效益顯著

研究提出:電力可以被替代,泥沙沒有等價替代品。

若以風電+光伏+儲能全面替代19座高影響水電站:

能源系統成本將增加4%–6%(約157–260億美元)

但可保留98%的泥沙通量;

若計入泥沙帶來的農業、漁業、海岸防護等生態經濟價值,可避免約240億美元經濟損失。

生態效益幾乎完全抵消甚至超過新增能源成本,抵償比例達92%–153%,

大腦是世界上最先進的「計算機」,擁有近900億個神經元,它們通過數萬億個突觸相互連接。

來源:NUS

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