清华大学环境学院陈吕军团队揭示能-水基础设施共生的降碳、节水与经济效益
作者： 发布日期：2022-11-09 浏览：
清华新闻网10月28日电（通讯员 吕一铮）近日，清华大学环境学院陈吕军教授团队与美国普林斯顿大学丹妮斯·莫泽罗（Denise L. Mauzerall）教授团队合作，在燃煤电厂与污水处理设施的共生效益研究领域取得新进展：在减污降碳协同增效的政策背景下，团队提出，“基础设施共生”将在现有基础设施独立优化的基础上，进一步挖掘环境绩效改善潜力。研究以中国燃煤发电与污水处理两类基础设施的共生策略为例，揭示了其在降碳、节水和经济方面的综合效益。
燃煤电厂
污水处理厂
我国提出二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，以及在2025年前将缺水城市的再生水利用率提升到25%的目标。燃煤电厂和城镇污水处理厂的共生有助于以上目标的实现。2019年，我国污水处理厂出水仅20%被重复利用，再生水利用仍有巨大潜力。同时，煤与污泥的掺烧是我国政策提倡的燃煤电厂改造方案，截至2019年已有约30个试点项目投入运行。
然而，现有研究主要集中于单一类别基础设施的独立优化，基础设施共生还未得到充分关注。本研究分析了利用城镇污水处理厂再生水和污泥作为燃煤电厂替代水源和燃料的共生策略优化方案及环境经济效益。研究开发了厂级数据库，包含约2400座燃煤电厂和约4200座城镇污水处理厂，进而运用优化算法、技术经济分析和生命周期评价等方法识别了成本有效的优化共生方案，并量化了环境与经济效益。
研究框架
研究发现，此基础设施共生策略可实现每年减少温室气体排放860万吨二氧化碳当量，相当于全国污水处理部门和燃煤发电部门温室气体排放的29%和0.28%；可实现每年节约淡水30亿立方米，相当于全国燃煤发电部门淡水消耗的62%；同时每年削减燃煤发电和污水处理的全系统成本34~120亿元。河北、山东、河南、江苏、浙江、安徽和广东的此二类基础设施具有较好的地理邻近特性，在总体效益中贡献约50%的温室气体减排，以及约60%的淡水节约和成本削减。此外，约80%的碳、水和经济效益可通过总体方案中32%的污泥连接和44%的再生水连接得以实现，即优先发展少数关键设施连接可获得大部分环境经济效益。
10月24日，上述成果以《燃煤电厂与污水处理设施的共生效益》（Benefits of infrastructure symbiosis between coal power and wastewater treatment）为题发表于《自然·可持续发展》（Nature Sustainability）上。环境学院2019届博士毕业生郭扬（现为美国普林斯顿大学施密特科学研究员）为论文第一作者，陈吕军、丹妮斯·莫泽罗为论文共同通讯作者，环境学院田金平研究员、2019级直博生吕一铮、2022届博士毕业生胡琬秋为论文合作作者。
论文提出了燃煤发电和污水处理基础设施共生的分析框架和高分辨技术方案，为可持续基础设施系统开发的管理决策提供了科学支撑。污泥掺烧和再生水回用是燃煤发电和污水处理部门间的合作共赢机会，有助于实现污泥处置、淡水节约和碳减排等多重环境目标。论文建议未来城市规划应考虑发电厂和污水处理厂之间的邻近性，以实现环境经济效益的最大化。综合考量我国各区域（如缺水省份）具体政策愿景，可进一步平衡技术可行性、环境效益和经济效益，从而制定基础设施共生的最佳实践方案。总体而言，燃煤发电和污水处理的基础设施共生激励政策将有效促进我国减碳和节水目标的实现。
陈吕军团队长期致力于产业生态系统工程、中国工业园区绿色低碳循环发展的研究与实践，为生态环境部、商务部、科技部、工信部等推进产业及园区生态化发展提供了有力的技术支撑。丹妮斯·莫泽罗团队长期从事中国大气污染物和温室气体减排政策在空气质量、公共健康、水资源、农业、气候等方面的协同效益研究。本研究得到了国家自然科学基金、普林斯顿大学马化腾基金、施密特科学研究员项目的支持。
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