燃煤電廠(chǎng)作為中國最大的CO2排放源,是中國實(shí)現碳中和目標的關(guān)鍵點(diǎn)。CO2捕集、利用與封存（CCUS）技術(shù)是目前煤電行業(yè)實(shí)現深度減排的唯一途徑,碳約束情景下,CCUS技術(shù)將在實(shí)現煤電碳達峰、碳中和目標中發(fā)揮不可或缺的作用。研究中首先使用綜合環(huán)境控制模型（IECM）對燃煤電廠(chǎng)捕集技術(shù)環(huán)節的成本構成和經(jīng)濟性進(jìn)行核算,得到中國燃煤電廠(chǎng)逐廠(chǎng)CO2捕集成本和捕集量;其次,基于地質(zhì)利用封存潛力及分布特征,構建CCUS源匯匹配優(yōu)化模型,得到碳中和目標下的煤電CCUS項目分階段布局方案;最后,以?xún)?yōu)化基礎設施建設并通過(guò)規模經(jīng)濟降低成本為前提,使用聚類(lèi)分析方法對煤電CCUS項目集群進(jìn)行識別,進(jìn)一步構建改進(jìn)成本最小生成樹(shù)模型,得到CCUS項目集群最低成本CO2輸送管道網(wǎng)絡(luò )的路線(xiàn)優(yōu)化策略。研究表明：碳中和目標約束下,需要對總裝機容量約為355 GW的300個(gè)燃煤電廠(chǎng)進(jìn)行CCUS技術(shù)改造,2030—2060年間可實(shí)現累積減排190.11 億t CO2。煤電CCUS項目集群主要分布在華中、華北和西北地區,通過(guò)建立CCUS樞紐以實(shí)現CO2運輸基礎設施共享,在松遼盆地、渤海灣盆地、蘇北盆地和鄂爾多斯盆地優(yōu)先開(kāi)展CCUS早期集成示范項目,能顯著(zhù)降低運輸成本,推動(dòng)CCUS技術(shù)大規模、商業(yè)化發(fā)展。
當前我國農村仍然面臨著(zhù)經(jīng)濟發(fā)展、清潔用能、環(huán)境保護、減少碳排放等多重問(wèn)題,文中對我國農村地區發(fā)展屋頂光伏系統的資源潛力、技術(shù)方案、融資模式和重要意義進(jìn)行了深入探討和定量分析,結果表明,我國農村地區面臨著(zhù)能源、環(huán)境、經(jīng)濟發(fā)展的多重問(wèn)題,“雙碳”戰略給解決“三農”問(wèn)題提供了新的發(fā)展契機。發(fā)展以農村屋頂光伏系統為基礎的新型農村能源系統是解決“三農”問(wèn)題、實(shí)現鄉村振興的重點(diǎn)工作,也是我國建成新型電力系統、實(shí)現能源系統低碳轉型的突破口和著(zhù)力點(diǎn)。
氫能是中國能源系統低碳轉型和實(shí)現2060年前碳中和目標的重要技術(shù)選擇之一。根據原料來(lái)源可以將氫分為綠氫、藍氫和灰氫,其制備成本和碳排放強度存在較大差異。文中以中國氫能生產(chǎn)現狀為基礎,建立基于學(xué)習曲線(xiàn)的平準化制氫成本（LCOH）模型,測算不同制氫技術(shù)從2020年到2060年的成本變化趨勢。結果表明：現階段灰氫成本最低,綠氫成本最高;到2030年綠氫成本將下降至20~25元/kg;2050年后,綠氫將成為成本最低的制氫方式（含碳排放成本),而且PEM（質(zhì)子交換膜）電解水制氫的成本將低于A(yíng)E（堿性）電解水制氫,光伏+PEM電解水制氫成本將下降至12元/kg。電解槽和電力成本下降是未來(lái)綠氫成本下降的主要驅動(dòng)因素。敏感性分析表明,運營(yíng)維護成本和關(guān)鍵技術(shù)學(xué)習率是影響綠氫成本下降速度的重要參數。
新疆是我國電力生產(chǎn)的主要地區,同時(shí)存在嚴重的水資源短缺問(wèn)題。作為綜合評價(jià)指標,水足跡可以用來(lái)量化分析電力生產(chǎn)中的水資源消耗及其水環(huán)境影響。文中基于投入產(chǎn)出和生命周期的混合生命周期模型對新疆地區2012年和2017年電力生產(chǎn)水足跡進(jìn)行了量化研究,并對不同發(fā)電技術(shù)的水足跡貢獻部門(mén)進(jìn)行了分析。結果發(fā)現：因電力生產(chǎn)結構的變化和燃煤發(fā)電技術(shù)革新,新疆電力生產(chǎn)的單位水足跡由2012年的4.26×10-3 m3/(kW∙h)下降到2017年的3.08×10-3 m3/(kW∙h)。對不同發(fā)電技術(shù)的水足跡貢獻部門(mén)分析發(fā)現,煤電和水電的間接水足跡分別主要來(lái)自采礦業(yè)和重工業(yè),占比分別為60.3%和52.8%。風(fēng)電和光伏發(fā)電的間接水足跡分別主要來(lái)自重工業(yè)和輕工業(yè),占比分別為38.1%和56.0%。最后針對碳中和目標下新疆電力結構轉型帶來(lái)的水足跡變化進(jìn)行分析,2017—2050年高比例的可再生能源發(fā)電將使新疆電力生產(chǎn)單位水足跡下降75%。
對5組區域氣候模式集合模擬的中國徑流深進(jìn)行評估,并且預估了溫室氣體高排放情景RCP8.5下的未來(lái)變化。結果表明：多區域氣候模式集合結果能夠基本模擬出徑流深的觀(guān)測特征,對年徑流深的空間分布特征模擬較好,但量值存在一定的系統偏差,特別是黃河中游、海河和松遼河存在明顯的正偏差,且對全國9個(gè)流域片中東南、西南和西北諸河的年內分配總體模擬效果相對較差。未來(lái)到21世紀末,全國平均年徑流深在各個(gè)時(shí)段都以增加為主,增加幅度多在5%以?xún)取Ｎ磥?lái)變化存在明顯的空間差異,大致表現為“北增南減”的分布特征,但不會(huì )改變中國水資源南多北少的空間格局;其中,黃河、西南和西北諸河流域片呈顯著(zhù)的增加趨勢,淮河、長(cháng)江和東南諸河流域片呈現顯著(zhù)的減少趨勢,海河、松遼和珠江流域的變化趨勢不顯著(zhù)。21世紀末期各地的變化多在±30%以?xún)?且多模式預估的正負變化一致性較高。到21世紀末期,各流域片平均的徑流深季節分配總體特征沒(méi)有明顯變化,徑流深的最大月份基本維持不變,分配比例的數值有±2%以?xún)鹊淖兓?且各季節的增減變化存在明顯流域間差異。
2009/2010年云貴地區（YGR）和2013年夏季中南地區（CSC）發(fā)生了近幾十年以來(lái)最嚴重的干旱事件。文中對比了兩次干旱事件的發(fā)展速度,基于水分收支原理,診斷影響干旱發(fā)展的物理過(guò)程。結果顯示,CSC干旱發(fā)展前,溫度升高,蒸散發(fā)增加,土壤濕度減少,高溫和降水減少對干旱有觸發(fā)作用;而YGR的降水減少使干旱開(kāi)始發(fā)展。CSC干旱事件發(fā)展迅速,YGR干旱事件發(fā)展緩慢,同時(shí)前者干旱的維持和恢復時(shí)間也短于后者,這些差異與蒸散發(fā)過(guò)程強弱有關(guān)。CSC干旱事件發(fā)展階段,蒸散發(fā)過(guò)程強,平均為4.7 mm/d,8 d時(shí)間,土壤濕度從45%減少到20%,促使干旱快速形成（典型驟發(fā)干旱）。YGR干旱發(fā)展階段,蒸散發(fā)過(guò)程弱,平均為1.7 mm/d,土壤濕度從45%減少到20%歷時(shí)2個(gè)多月（傳統干旱）。蒸散發(fā)的強弱主要與區域大氣柱的水汽凈輻散有關(guān)。CSC干旱發(fā)展階段,其大氣柱水汽凈輻散達每天3.1 kg/m2,增強了陸氣水分交換,使蒸散發(fā)遠大于降水,土壤濕度快速下降,加快干旱發(fā)展速度。YGR的區域大氣柱水汽凈輻散為每天1.1 kg/m2,只有CSC的1/3,使干旱發(fā)展緩慢。兩個(gè)干旱事件的大氣柱水汽凈輻散主要發(fā)生在經(jīng)向方向,即由區域北界相對較強的經(jīng)向水汽輸送引起。
梅里雪山地區是中國地形起伏最大的地區之一,其氣候環(huán)境復雜多變、空間分異特征顯著(zhù),對區域氣溫和降水的系統分析有助于揭示區域內冰川變化的原因和水文循環(huán)過(guò)程。站點(diǎn)觀(guān)測的缺乏和再分析資料的低空間分辨率是精細刻畫(huà)該地區氣象條件的主要制約因素。研究中首先基于有限站點(diǎn)觀(guān)測,采用尺度因子法和月尺度的回歸校正對ERA5-Land產(chǎn)品進(jìn)行校準;然后,考慮氣溫和降水的海拔效應,采用Anusplin插值的方式對校準后的結果進(jìn)行統計降尺度。最終獲得了梅里雪山地區近30年(1990—2020年）1 km空間分辨率的氣溫、降水數據,并以此分析了這一地區降水、氣溫的時(shí)空異質(zhì)性及其在不同海拔梯度上的表現特征。結果表明,區域氣溫以0.15℃/(10 a)的速率呈顯著(zhù)上升趨勢,且各季節升溫的幅度及分布范圍各異;降水則以-41.19 mm/(10 a)的速率呈顯著(zhù)下降趨勢,整個(gè)區域呈“變暖變干”的傾向。區域增溫具有明顯的海拔依賴(lài)性,海拔低于4000 m和>5000 m時(shí),增溫不隨海拔變化而變化,當海拔處于4000~5000 m時(shí),增溫幅度隨海拔升高而增加。區域降水也具有顯著(zhù)的海拔梯度效應,當海拔<5000 m時(shí),西坡降水隨海拔的升高而減少,當超過(guò)該海拔后降水隨海拔升高而增加;東坡降水始終隨海拔升高而增加。梅里雪山氣候變化的時(shí)空分異特征是大氣環(huán)流背景和復雜地理環(huán)境共同作用的結果。區域持續的變暖及降水的減少可能會(huì )進(jìn)一步加重該區冰川水資源的流失。
危險性、暴露度、脆弱性是極端低溫事件風(fēng)險評估的關(guān)鍵因素。基于1961—2015年中巴經(jīng)濟走廊地區逐日最低氣溫、人口和耕地等數據,選取極端低溫事件強度、頻次、持續時(shí)間,人口密度,耕地面積占比,植被覆蓋度,數字高程模型（DEM),脆弱人口比重和性別比重9個(gè)指標,采用層次分析法和熵權法確定各指標組合權重,對中巴經(jīng)濟走廊地區極端低溫事件進(jìn)行風(fēng)險評估,實(shí)現了中巴經(jīng)濟走廊極端低溫事件不同風(fēng)險等級（低、較低、中、較高、高風(fēng)險）的區劃。研究表明,中巴經(jīng)濟走廊內極端低溫事件風(fēng)險分布具有顯著(zhù)的空間差異,極端低溫事件風(fēng)險受極端低溫事件強度、人口密度和地形影響較大。區域內絕大部分地區屬于低風(fēng)險地區,高風(fēng)險地區有巴基斯坦的阿扎德克什米爾地區、吉爾吉特-巴爾蒂斯坦地區、開(kāi)普省地區、聯(lián)邦直轄部落地區和中國的喀什地區。其中,阿扎德克什米爾高風(fēng)險面積占比最高（約35%),聯(lián)邦直轄部落地區較高風(fēng)險面積占比最高（約7.7%),吉爾吉特-巴爾蒂斯坦地區中風(fēng)險地區面積占比最高（約24.6%);中風(fēng)險地區占比超過(guò)10%的還有開(kāi)普省（12.5%)、阿扎德克什米爾（20%)、聯(lián)邦直轄部落地區（10.2%)、中國喀什地區（14.3%)。評估結果與歷史災情吻合,可為區域氣象災害風(fēng)險評估和防災減災提供參考。
城市的低碳發(fā)展對于應對氣候變化及實(shí)現我國“碳達峰、碳中和”目標起著(zhù)至關(guān)重要的作用。在新的國土空間規劃體系下,國土空間總體規劃對城市的低碳發(fā)展影響重大。為解決現有的城市溫室氣體核算中存在的問(wèn)題,使總體規劃促進(jìn)城市低碳發(fā)展,構建了國土空間總體規劃溫室氣體核算模型。該模型基于“空間布局—用地類(lèi)型—部門(mén)劃分—模型方法”的框架,采用自上而下與自下而上相結合的方法,與國土空間規劃要素緊密結合;建立了市域和中心城區兩個(gè)層次的碳排放核算方法,并解決了中心城區的碳排放核算問(wèn)題,可進(jìn)行國際間比較;解決了總體規劃能源預測不完善的問(wèn)題,提出了不同的核算方法供靈活選擇,與完全基于用地類(lèi)型的方法相比,降低了不確定性。最后基于模型提出了評估總體規劃低碳發(fā)展水平的核心指標與參考指標。
2011年以來(lái),我國碳排放權交易市場(chǎng)建設不斷加快,碳排放權交易機制不斷健全完善,其中基準線(xiàn)法被確定為全國碳交易初始配額分配的主要方法。電解鋁行業(yè)是我國能源消耗和碳排放的重點(diǎn)部門(mén),盡早將該行業(yè)納入碳市場(chǎng)對于行業(yè)減排、縱深推進(jìn)全國碳市場(chǎng)交易以及應對國際碳邊境調節機制政策均有重要意義。基于2018年電解鋁行業(yè)直報的碳排放相關(guān)數據,確定了我國電解鋁行業(yè)開(kāi)展全國碳交易的基準線(xiàn)方案。結果顯示,電解鋁行業(yè)宜選取8.12~8.15 t CO2/t鋁作為基準線(xiàn)取值,不需設置區域差異調整系數。同時(shí)為保證電解鋁行業(yè)碳交易的順利開(kāi)展,還需盡快確定行業(yè)配額方案,進(jìn)一步完善企業(yè)排放量的監測、報告和核查以提高核查填報數據質(zhì)量,以及進(jìn)一步研究電解鋁行業(yè)碳排放核算的范圍。
干法制粉是陶瓷行業(yè)重要的節能減排技術(shù)之一,但目前并未得到廣泛應用。文中以南、北方各一家代表企業(yè)作為案例,針對干法制粉開(kāi)展減污降碳協(xié)同增效評估。通過(guò)文獻調研和實(shí)地考證,采用產(chǎn)排污系數法計算了干、濕法制粉技術(shù)大氣污染物和CO2減排量,并進(jìn)行了對比分析。結果表明,與濕法制粉工藝（天然氣）相比,同樣生產(chǎn)1 t粉料,干法制粉可以減少51%的CO2排放;同時(shí)大氣污染物明顯下降,其中顆粒物降低了42%,NOX下降了45%,SO2降低了42%。協(xié)同控制交叉彈性分析結果進(jìn)一步表明干法制粉在減排大氣污染物的同時(shí)可以實(shí)現較好的溫室氣體減排效果。由于南、北方原料含水率的差異,北方干法制粉能耗與南方相比下降51%,在原料含水率較低的北方應用干法制粉減污降碳效果更好。
