框架推出更智能、更快捷的美國燃煤電廠退役方式

儘管美國的煤電持續穩步下降，但仍有一百多家發電廠沒有退役計劃——這一差距足以破壞國家氣候變化目標。加州大學聖塔芭芭拉分校研究人員的一項新研究通過展示有針對性的數據驅動方法如何幫助加速轉變，提供了一條前進的道路。

發表於 自然能源該研究解決了一個關鍵問題：如果市場力量已經導致許多燃煤電廠關閉，為什麼還有這麼多燃煤電廠仍在運營？儘管煤炭裝機容量多年來一直在下降，但大約 105 吉瓦的煤炭裝機容量（相當於 114 座發電廠）仍計劃運行到 2035 年，不過人們普遍認為，到 2035 年之前完全淘汰煤炭對於實現美國淨零排放目標是必要的。

“煤炭很複雜，沒有一種正確的方法來處理它，”該研究的主要作者 Sydney Guthrid ’22 說。 “我們的目標是創建反映這種複雜性的工具，以便不同的參與者能夠解決問題的不同方面。沒有一條簡單的路徑，我們希望進行反映這一現實的研究。”

古斯里德和他的團隊與環境研究項目助理教授、該論文的資深作者格蕾絲·吳(Grace Wu)合作表明，實現這些目標需要政策制定者超越基於年齡或一刀切的方法，而是關注加速一些燃煤電廠退役的具體情況。

為此，包括 Jeremy Weiland、Stuart Weiland ’22 和布倫環境科學與管理學院環境研究項目助理教授 Ranjit Deshmukh 在內的研究人員開發了一個新框架，該框架結合了圖論和拓撲數據分析，根據 68 個技術、經濟、環境和社會政治因素將整個美國煤炭船隊分為八個不同的組。他們還引入了“上下文退役脆弱性”指標，通過將每個工廠與已經宣布關閉的工廠進行比較來衡量每個工廠對提前退役的敏感程度。

這個概念更進一步，通過識別“退休原型”——解釋每組植物退休原因的模式。這些範圍從監管和健康因素到不利的經濟條件或政治壓力，提供了一套明確的槓桿，可應用於其他地方的類似機構。

“我們不是問燃煤電廠為何退役，而是問如何以有效、數據驅動的方式加速退役，”古斯里德說。 “我們的系統幫助政策制定者和倡導者確定他們可以在哪些方面產生最大的影響。”

這項研究始於 Guthrid 在加州大學聖巴巴拉分校環境研究項目中的高級論文，並得到了霍華德和麗莎溫格贊助的馬納利斯學生領導獎學金的支持，並發展成為一項多年的合作。吳說，該項目的範圍和影響對於本科生研究來說是罕見的。

“這是博士級別的工作，”吳說。 “對於一個以論文開始的項目來說，達到如此復雜程度和影響力是極其不尋常的。有趣的是，這個概念不僅描述了哪些發電廠可能退役，它還展示瞭如何利用曾與其他已經退役或即將退役的燃煤電廠合作過的驅動程序來加速退役。”

該團隊利用他們的模型，將 198 座正在運營的美國燃煤電廠分為“高健康影響區域”、“高成本電廠”和“反煤炭地區電廠”等集群，每個集群都與可以通過政策或宣傳解決的特定漏洞相關。例如，可以通過公共衛生運動和環境執法來優先考慮與哮喘高發和空氣質量差相關的植物，而那些經歷經濟困難的植物可以更有效地應對經濟激勵或市場機制。

一個著名的例子是北卡羅來納州的 Bellews Creek，這是一座建於近 50 年前的 2.49 吉瓦燃煤電廠，該研究將其歸類為極易退休的電廠，屬於第 0 類：混合燃料電廠。該工廠可燃燒高達 50% 的天然氣，但仍然是該國最大的顆粒物污染企業之一，細顆粒物排放量在 198 個工廠中排名第 26 位。從財務上看，它是該國最虧損的工廠之一，截至 2020 年負債約為 4600 萬美元。

Belews Creek 所在的州太陽能開發快速增長，煤炭債務證券化政策旨在幫助公用事業公司剝離無利可圖的化石資產。作者指出：“考慮到這一群體退休的原因，倡導者可以利用政府和公用事業公司的清潔能源目標。”

甚至還就用小型模塊化核反應堆取代 Belews Creek 進行了初步討論，但該核電站的所有者杜克能源公司此後推遲了其退役，這凸顯了 UCSB 結構旨在解決的財務和運營複雜性。

“我們可以將近 200 種植物分成明確的組，並將它們與基於科學的策略結合起來，”吳說。 “這是解決地理上多樣化和政治上分散的問題的有力方法。”

他們的分析發現，大約 28% 沒有養老金計劃的燃煤電廠已經非常容易被關閉，這對政策制定者和倡導者來說是一個潛在的“快速勝利”。但它也表明，最不脆弱的植物分佈在多個群體中，這凸顯了需要採取多種策略來控制最具抵抗力的植物。

其影響不僅限於煤炭。由於該模型反映了影響現實世界決策的多維力量（經濟、政治、公共衛生和電網可靠性），因此它可以適應其他復雜的脫碳挑戰。

吳的研究重點是可持續能源轉型規劃，他表示，這一概念將數學和應用環境科學相結合，可能會改變分析師和決策者處理能源政策的方式。

“這項工作採用了最先進的數學工具，並將它們放入從業者的工具箱中，”她說。 “它靈活、透明且可重複——正是我們在能源轉型方面做出更明智、更具戰略性決策所需要的。”

Guthrid 現在是洛杉磯人工智能和數據初創公司 Krv Analytics 的聯合創始人，他表示該平台的開源設計使其特別有價值。

“我們開發的方法是為了使用而設計的，”他說。 “無論您是在研究煤炭、可再生能源還是工業排放，想法都是一樣的：利用您所擁有的數據來了解哪裡可以首先取得進展以及原因。”