当前，全球约70%的电力供应依赖热力发电。在未来几十年的低碳转型进程中，热力发电作为基础负荷与灵活调峰的重要支撑，将继续发挥“兜底能源”的关键作用，助力实现“先立后破”的能源转型目标。然而，随着气候变化加剧和极端天气事件增多，水资源短缺、水温上升及生态需水等多重水压力日益凸显，可能通过降低热力发电厂的冷却效率影响其可用容量因子，从而引发热力发电机组的气象水文风险。值得注意的是，当前热力发电机组的退役路径主要考虑碳排放、搁浅成本及空气污染等因素，尚未纳入气候变化下机组自身面临的气象水文风险及其对能源安全的潜在影响，这可能危及低碳转型过程中的能源系统韧性。

为厘清气候变化与低碳转型并行背景下，自然水循环的改变如何通过社会水循环过程传导并影响热力发电机组的运行可靠性，北京大学覃栎课题组构建了机组尺度的气象水文风险模拟与低碳退役模型（E-Risks），该模型集成了全球气候模式与水文模型，搭建了热力学物理过程模型，并结合了数据驱动的机器学习算法。通过揭示热力学与水文过程的耦合效应，回答了气候水文变化对热力发电机组运行性能及其退役路径的作用机制，并由此评估了在退役规划中纳入气象水文约束的潜在效益和政策启示。

研究发现，大型热力发电机组作为一个整体，在历史与未来气候情景下面临的气象水文风险高于小型机组群体，主要原因在于部分大机组单位装机容量的可用冷却水资源量显著更低。然而，现有退役策略往往优先保留效率较高的大型机组，形成了部分高风险大机组被优先保留的结构性矛盾，导致低碳转型过程中电力系统的稳定性可能降低。若在退役决策中纳入气象水文风险约束，可显著提升优先保留机组的可用容量因子（平均增加26—37个百分点），从而提高电力系统应对气候变化的韧性。不同地区可根据地方实际情况，灵活设定气象水文风险阈值，实现能源安全与环境影响的协同优化。需要强调的是，虽然放宽生态流量或河湖热排放标准可在短期缓解热力发电厂的运行压力，但更为宽松的环境监管却可能对水生态环境造成长期损害，有悖于日益受到重视的水资源-水环境-水生态“三水”统筹目标。因此，从长远看，积极推动气候减缓与适应协同，兼顾能源规划与水资源管理的统筹协调，是保障低碳转型过程中电力系统安全与韧性的可持续路径。

研究图示

该研究在机组尺度解析了气候变化与低碳转型并行背景下热力发电机组面临的气象水文风险形成机制，揭示了机组级气象水文风险与退役策略之间的错位关系，强调将气象水文约束纳入热力发电机组的退役规划有助于在低碳转型过程中保障能源安全，助力“先立后破”的能源转型要求。研究成果为统筹水资源、水环境、水生态约束下的低碳能源转型路径提供了关键科学依据，也为各国协同保障能源安全与应对气候变化提供了重要的决策支持。

以上研究成果以“Global hydroclimatic risks and strategic decommissioning pathways for thermal power units”为题发表于《自然-可持续发展》（Nature Sustainability）。北京大学环境科学与工程学院博士研究生李诗雨为论文第一作者，覃栎为论文通讯作者。论文合作者包括北京大学环境科学与工程学院刘永教授和蒋青松博士、华北水利水电大学刘俊国教授、生态环境部华南环境科学研究所严刚研究员、能源基金会环境管理项目刘欣主任、生态环境部环境规划院郑逸璇副研究员、清华大学深圳国际研究生院洪朝鹏助理教授、德国法兰克福大学Hannes Müller Schmied研究员、美国斯坦福大学Steven J. Davis教授，美国加州大学尔湾分校Amir AghaKouchak教授、荷兰乌特勒支大学Niko Wanders教授以及荷兰拉德堡德大学Joyce Bosmans博士。该研究得到了国家自然科学基金项目（42361144876、42471021、42277482）和北京大学必和必拓“碳与气候”博士研究生未名学者奖学金项目（WM202413）等支持。应期刊邀请撰写的政策简报（Policy Brief）亦同步上线：https://www.nature.com/articles/s41893-025-01711-9，覃栎、刘永和严刚为Policy Brief共同通讯作者。

作为该成果的前期基础，课题组还在Nature Climate Change（2024，2022，2020），Nature Geoscience（2024），Nature Water（2024，2023），Nature Sustainability（2019，2018），NSR（2025），Water Research（2024）等期刊发表了系列基于自然-社会系统耦合的跨圈层气候风险相关研究。课题组长期招收科研助理和博士后，诚邀对气候变化及“碳中和”下水资源-能源-粮食系统风险领域感兴趣的研究者加入课题组开展合作研究。