清華新聞網(wǎng)7月7日電（通訊員 王家興）近日，清華大學(xué)“碳中和與能源智聯(lián)”國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃培育項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)及合作者研究探討了煤電容量控制和可再生能源擴(kuò)張對(duì)中國(guó)凈零排放戰(zhàn)略的綜合影響。研究構(gòu)建了基于全球變化評(píng)估模型（GCAM）和電力系統(tǒng)優(yōu)化模型的耦合分析框架，從社會(huì)經(jīng)濟(jì)層面量化了實(shí)施嚴(yán)格的煤電容量控制和加速可再生能源部署的減排潛力，同時(shí)在電力系統(tǒng)運(yùn)行層面識(shí)別并量化了單獨(dú)實(shí)施控煤政策對(duì)電力系統(tǒng)充足性的潛在風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)剖析四種非凈零排放情景及其相對(duì)應(yīng)的凈零情景之間的關(guān)鍵轉(zhuǎn)型差異，研究提出相應(yīng)的轉(zhuǎn)型建議，旨在為中國(guó)能源系統(tǒng)凈零排放轉(zhuǎn)型的平穩(wěn)過(guò)渡提供有效參考。
相比傳統(tǒng)基于單一綜合評(píng)估模型的研究，如何在宏觀(guān)能源經(jīng)濟(jì)層面探討轉(zhuǎn)型路徑的同時(shí)兼顧電力系統(tǒng)的運(yùn)行特性，是捕捉能源轉(zhuǎn)型路徑中煤電與可再生能源發(fā)電相互作用關(guān)系，提升研究精細(xì)度、系統(tǒng)性與全面性的迫切需要。基于此，該研究旨在量化將嚴(yán)格的煤電容量控制和低成本可再生能源納入中國(guó)凈零排放戰(zhàn)略的宏微觀(guān)系統(tǒng)轉(zhuǎn)型影響，通過(guò)將技術(shù)豐富的綜合評(píng)估模型GCAM進(jìn)行中國(guó)本地化校準(zhǔn)后與小時(shí)級(jí)電力系統(tǒng)優(yōu)化模型相耦合，克服了傳統(tǒng)綜合評(píng)估模型對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行細(xì)節(jié)刻畫(huà)欠缺的不足，為中國(guó)能源系統(tǒng)的平穩(wěn)轉(zhuǎn)型提供參考。
圖1.不同情景下的排放路徑和碳價(jià)變化情況
研究結(jié)果表明，基準(zhǔn)情景下中國(guó)的凈零排放能源轉(zhuǎn)型（BAU_CN情景）可實(shí)現(xiàn)約148 Gt CO2減排（2020-2060年），覆蓋未來(lái)1.5℃目標(biāo)下的全球約37%的碳預(yù)算。這些減排主要通過(guò)碳價(jià)格的動(dòng)態(tài)變化實(shí)現(xiàn)在各部門(mén)間碳減排的平衡。除碳價(jià)調(diào)控外，實(shí)施更嚴(yán)格的煤電容量控制和加速降低可再生能源成本都有利于進(jìn)一步降低碳排放。如圖1所示，實(shí)施更嚴(yán)格的煤電容量控制（SPs_CN情景）將在短期內(nèi)產(chǎn)生顯著的減排效果，并可額外降低約27 Gt的CO2排放；降低可再生能源成本（REs_CN情景）則更有利于對(duì)化石燃料的替代，從而促進(jìn)長(zhǎng)期減排，最終可額外降低約38 Gt的CO2排放。若同時(shí)考慮兩項(xiàng)減排措施（RESP_CN情景），累計(jì)減排效益可提升至196 Gt，覆蓋未來(lái)全球碳預(yù)算的約49%。
圖2.不同凈零排放情景下的電力組合、電力化率和小時(shí)級(jí)電力供需平衡
限制煤電投資（SPs_CN情景）雖顯著加速了煤電在電力結(jié)構(gòu)中占比的下降，但也導(dǎo)致2025年及2030年的總電力產(chǎn)出分別減少約5.7%和11.1%（圖2），并減緩了終端能源的電氣化進(jìn)程。電氣化的放緩反而促進(jìn)了終端領(lǐng)域直接燃煤使用的增長(zhǎng)。與BAU_CN和REs_CN情景的電氣化水平（分別達(dá)到33.4%和33.9%）相比，SPs_CN情景下2030年的終端電氣化率僅為29.6%。與此同時(shí)，盡管該情景禁止新建煤電項(xiàng)目，但面對(duì)2030-2035年電力需求的快速增長(zhǎng)，現(xiàn)有煤電廠(chǎng)仍需保持穩(wěn)定運(yùn)行。
通過(guò)耦合小時(shí)級(jí)的電力系統(tǒng)優(yōu)化模型，該研究進(jìn)一步從電力系統(tǒng)運(yùn)行層面揭示了單獨(dú)實(shí)施煤電容量控制策略的潛在風(fēng)險(xiǎn)。研究結(jié)果表明，隨著中國(guó)凈零排放路徑進(jìn)入后期階段（2050年后），電力需求的持續(xù)增長(zhǎng)將導(dǎo)致電力系統(tǒng)部署高成本的后備技術(shù)（如跨季節(jié)儲(chǔ)能），以應(yīng)對(duì)在高負(fù)荷的夏季典型日可能出現(xiàn)的系統(tǒng)減載風(fēng)險(xiǎn)。相比于BAU_CN和REs_CN情景，SPs_CN情景中電力系統(tǒng)由于同時(shí)缺少新煤電和低成本可再生能源，導(dǎo)致了系統(tǒng)穩(wěn)定性和充足性的降低，因此對(duì)后備技術(shù)的需求將更為普遍。到2050年，SPs_CN情景中最高約270 GW（約占對(duì)應(yīng)總負(fù)荷的約12%）的電力負(fù)荷需通過(guò)后備技術(shù)滿(mǎn)足，且一天中最高七小時(shí)的時(shí)間需部署后備技術(shù)。在RESP_CN情景中，通過(guò)加速可再生能源部署，并配合儲(chǔ)能技術(shù)，可以有效緩解由于煤電容量控制導(dǎo)致的系統(tǒng)充足性降低的風(fēng)險(xiǎn)，從而降低系統(tǒng)對(duì)高成本后備技術(shù)的需求。
研究開(kāi)發(fā)了一個(gè)耦合分析框架，通過(guò)多路徑分析探討了加速可再生能源擴(kuò)張和實(shí)施嚴(yán)格的煤電容量控制所帶來(lái)的協(xié)同減排效益，從系統(tǒng)運(yùn)行角度識(shí)別了過(guò)早且單一地實(shí)施煤電產(chǎn)能控制對(duì)未來(lái)電力系統(tǒng)帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)，同時(shí)揭示出整合低成本可再生能源對(duì)于強(qiáng)化長(zhǎng)期脫碳以及緩解電力系統(tǒng)充足性風(fēng)險(xiǎn)的重要性。
相關(guān)研究成果以“重新評(píng)估立即淘汰煤電的策略：中國(guó)凈零排放戰(zhàn)略下的煤電產(chǎn)能控制與加速可再生能源擴(kuò)張的雙重迫切需求”（Reassessing Immediate Coal Phase-Out: Dual Imperatives of Capacity Control and Renewables Expansion in China’s Net-zero Strategy）為題，于7月1日發(fā)表于細(xì)胞（Cell）出版社《聯(lián)結(jié)》（Nexus）雜志。
清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院2021級(jí)博士生王家興為論文第一作者。清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院、碳中和研究院教授魯璽，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）能源與礦業(yè)學(xué)院教授樊靜麗和中國(guó)21世紀(jì)議程管理中心研究員張賢為論文共同通訊作者。
研究得到“碳中和與能源智聯(lián)”國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃培育項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，以及鄂爾多斯-清華碳中和創(chuàng)新合作研究項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.ynexs.2025.100081
供稿：環(huán)境學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
