清華新聞網(wǎng)10月19日電（通訊員 魯璽）近日，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院、碳中和研究院、哈佛大學(xué)等國(guó)內(nèi)外聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在碳中和背景下我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電平價(jià)動(dòng)態(tài)與并網(wǎng)潛力研究方面取得新進(jìn)展，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)評(píng)估了我國(guó)技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)平價(jià)、電網(wǎng)兼容的光伏發(fā)電潛力，揭示了光伏成本優(yōu)勢(shì)下“光伏+儲(chǔ)能”的廣闊應(yīng)用前景。該研究成果可為碳中和背景下的光伏發(fā)電資源開(kāi)發(fā)、新型電力系統(tǒng)規(guī)劃提供參考，對(duì)于光伏發(fā)電與終端用能“電氣化”與儲(chǔ)能技術(shù)融合，促進(jìn)工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域的脫碳具有啟示意義。
在碳中和、碳達(dá)峰的目標(biāo)下，我國(guó)亟需通過(guò)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整與構(gòu)建新型電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低碳零碳轉(zhuǎn)型。光伏發(fā)電作為全球增長(zhǎng)最為迅速的可再生能源之一，發(fā)電轉(zhuǎn)換效率逐步提升，度電成本迅速下降。在光伏平價(jià)上網(wǎng)時(shí)代開(kāi)啟和向“雙碳”目標(biāo)邁進(jìn)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，迫切需要明確近期光伏平價(jià)上網(wǎng)路徑，挖掘未來(lái)中長(zhǎng)期成本優(yōu)勢(shì)帶動(dòng)下“光伏+儲(chǔ)能”在以新能源為主體的電力系統(tǒng)中的并網(wǎng)潛力。
圖1 光伏發(fā)電容量因子（A）及裝機(jī)潛力（B）分布
該項(xiàng)研究解析了我國(guó)近期光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)路徑，首次在空間尺度上明確了平價(jià)上網(wǎng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)。研究引入空間地理、資源氣象、工程經(jīng)濟(jì)等多源數(shù)據(jù)，在解析我國(guó)技術(shù)潛力時(shí)空分布特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)習(xí)曲線(xiàn)模型和行業(yè)動(dòng)態(tài)，構(gòu)建了平價(jià)上網(wǎng)時(shí)間與平價(jià)上網(wǎng)潛力的評(píng)估方法。研究結(jié)果表明，我國(guó)2020年技術(shù)發(fā)電潛力總量達(dá)99.2PWh，超過(guò)同年電力需求的13倍，并有望在2060年增長(zhǎng)到146.1PWh。光伏發(fā)電成本已由發(fā)展障礙轉(zhuǎn)變?yōu)楦?jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，2021年我國(guó)78.6%的技術(shù)潛力已實(shí)現(xiàn)與煤電平價(jià)或低價(jià)上網(wǎng)，全國(guó)范圍內(nèi)的平價(jià)上網(wǎng)將在2023年前實(shí)現(xiàn)。
圖2 光伏發(fā)電供給曲線(xiàn)（A）及光伏發(fā)電與煤電價(jià)格比較（B）
中長(zhǎng)期視角下，光伏發(fā)電“無(wú)補(bǔ)貼”時(shí)代的成本優(yōu)勢(shì)有助于提高“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可行性，從而為應(yīng)對(duì)光伏發(fā)電的間歇性挑戰(zhàn)提供契機(jī)。研究進(jìn)一步以“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)并網(wǎng)后凈電力需求的波動(dòng)性為優(yōu)化目標(biāo)，結(jié)合光伏出力、儲(chǔ)能設(shè)備充放電特征等約束條件，在電網(wǎng)尺度構(gòu)建了逐小時(shí)優(yōu)化模型，以量化“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)的并網(wǎng)潛力。研究結(jié)果表明，“光伏+儲(chǔ)能”并網(wǎng)潛力有望在2030年和2060年達(dá)到5.2PWh和7.2PWh，且“光伏+儲(chǔ)能”與需求側(cè)具備更好的兼容性。同時(shí)，“光伏+儲(chǔ)能”具備成本競(jìng)爭(zhēng)力，全國(guó)平均度電成本在2030年和2060年分別為0.25元/千瓦時(shí)和0.12元/千瓦時(shí)。
圖3“光伏+儲(chǔ)能”并網(wǎng)潛力（A）及成本（B）
該研究成果以“碳中和背景下我國(guó)光伏加儲(chǔ)能系統(tǒng)的成本動(dòng)態(tài)與并網(wǎng)潛力”（Combined solar power and storage as cost-competitive and grid-compatible supply for China’s future carbon-neutral electricity system）為題于10月12日在線(xiàn)發(fā)表在《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS）上，并被推選為當(dāng)期封面論文。
環(huán)境學(xué)院魯璽副教授、國(guó)家博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃與清華大學(xué)“水木學(xué)者”計(jì)劃入選者陳詩(shī)博士為共同第一作者，魯璽和哈佛大學(xué)邁克爾·麥克爾羅伊（Michael B. McElroy）教授為共同通訊作者，清華大學(xué)郝吉明院士、賀克斌院士為共同作者。論文合作者還包括美國(guó)哈佛大學(xué)中國(guó)項(xiàng)目執(zhí)行主任克里斯·尼爾森（Chris P.Nielsen）；清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院王書(shū)肖教授、吳燁教授，博士生張憧宇、李佳聰；南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院徐鶴教授；中國(guó)人民大學(xué)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)學(xué)院魏楚教授與宋楓副教授。本研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金杰出青年基金、面上項(xiàng)目，環(huán)境前沿技術(shù)北京實(shí)驗(yàn)室、清華大學(xué)-INDITEX可持續(xù)發(fā)展基金資助項(xiàng)目，哈佛大學(xué)校長(zhǎng)辦公室及哈佛全球研究所資助項(xiàng)目等資助。
論文鏈接：
https://www.pnas.org/content/118/42/e2103471118
供稿：環(huán)境學(xué)院
編輯：李華山
審核：呂婷
