清華新聞網(wǎng)6月10日電 近日，清華大學(xué)電機(jī)系張寧副教授與康重慶教授在我國(guó)電力系統(tǒng)碳中和轉(zhuǎn)型領(lǐng)域研究取得重要進(jìn)展。電機(jī)系團(tuán)隊(duì)聯(lián)合哈佛大學(xué)、清華大學(xué)氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院、清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院、全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織開(kāi)展我國(guó)電力系統(tǒng)碳中和轉(zhuǎn)型全要素規(guī)劃優(yōu)化與運(yùn)行模擬研究，結(jié)合我國(guó)可再生能源資源稟賦與電力系統(tǒng)實(shí)際數(shù)據(jù)分析了雙碳目標(biāo)對(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)與轉(zhuǎn)型成本的關(guān)鍵影響，推演了電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的演化路徑。
我國(guó)電力系統(tǒng)目前年碳排放占全社會(huì)總碳排放量的40%以上。電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)碳中和是我國(guó)實(shí)現(xiàn)全社會(huì)“3060”雙碳目標(biāo)的重要組成部分。目前我國(guó)電力系統(tǒng)火力發(fā)電量占比達(dá)67%，可再生能源發(fā)電量占比約27%。電力系統(tǒng)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)形態(tài)無(wú)法適應(yīng)面向雙碳目標(biāo)的發(fā)展需求。由于我國(guó)一次能源資源稟賦與其它國(guó)家區(qū)別較大，電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型沒(méi)有成熟的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。電力系統(tǒng)消納高比例可再生能源面臨負(fù)荷保供以及保持系統(tǒng)安全穩(wěn)定等前所未有的挑戰(zhàn)。未來(lái)我國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)碳中和的技術(shù)路徑、潛在效益、轉(zhuǎn)型成本與最終結(jié)構(gòu)形態(tài)尚不明確。
電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)碳中和轉(zhuǎn)型是一項(xiàng)資源-技術(shù)-經(jīng)濟(jì)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)性工程。團(tuán)隊(duì)立足于我國(guó)電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)與可再生能源資源稟賦，全面構(gòu)建了我國(guó)電力系統(tǒng)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃所需的全要素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，并基于此建立了考慮可再生能源資源稟賦的電力系統(tǒng)中長(zhǎng)期轉(zhuǎn)型規(guī)劃模型，對(duì)陸上與海上風(fēng)電、集中式與分布式光伏、光熱、火電、水電、核電、生物質(zhì)能、碳捕集電廠(chǎng)、抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能、特高壓交直流電網(wǎng)等關(guān)鍵要素進(jìn)行了詳細(xì)建模，同時(shí)考慮了系統(tǒng)低慣量、靈活性資源稀缺等碳中和電力系統(tǒng)將會(huì)面臨的安全性挑戰(zhàn)。
研究表明，在碳中和目標(biāo)下，我國(guó)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)將發(fā)生巨大變化?！帮L(fēng)光等可再生能源電量占比快速增加，多種其他低碳發(fā)電與儲(chǔ)能技術(shù)共同發(fā)展”將是雙碳目標(biāo)下我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展的重要特征。電力系統(tǒng)達(dá)到碳中和的階段時(shí)，電力負(fù)荷將主要由超過(guò)58億千瓦的風(fēng)電與光伏機(jī)組支撐，其電量滲透率將超過(guò)70%。電力網(wǎng)絡(luò)逐步從單純的電力傳輸通道轉(zhuǎn)變?yōu)橹尾煌瑓^(qū)域間電力雙向互濟(jì)與共享的平臺(tái)。此外，碳中和目標(biāo)將使終端用電成本增加19.9%。研究指出電力系統(tǒng)碳中和轉(zhuǎn)型的道路上，宏觀(guān)政策需要關(guān)注可再生能源高質(zhì)量發(fā)展、電力市場(chǎng)建設(shè)以及對(duì)儲(chǔ)能等新興電力技術(shù)的支持。
碳中和目標(biāo)下我國(guó)省間電量傳輸模擬結(jié)果
本項(xiàng)研究基于電機(jī)系張寧副教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自主開(kāi)發(fā)的電力系統(tǒng)規(guī)劃決策軟件GOPT。該軟件被國(guó)家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)以及國(guó)核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)院等企業(yè)在日常電力規(guī)劃工作中長(zhǎng)期使用，支撐我國(guó)十余個(gè)省的電力規(guī)劃，支撐我校氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院對(duì)電力系統(tǒng)碳達(dá)峰碳中和的研究。與此同時(shí)，該項(xiàng)研究工作構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)、建模方法、量化歸因評(píng)估方法以及實(shí)證結(jié)論能夠?yàn)槲覈?guó)電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、研究工具及結(jié)論參考。
研究成果以“中國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)碳中和的成本增量”（Cost Increase in the Electricity Supply to Achieve Carbon Neutrality in China）為題發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》（Nature Communications）。
該論文的第一作者為清華大學(xué)電機(jī)系2017級(jí)博士生卓振宇，通訊作者為電機(jī)系張寧副教授與康重慶教授。其他作者包括清華大學(xué)氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院杜爾順助理研究員、環(huán)境學(xué)院魯璽長(zhǎng)聘副教授、哈佛大學(xué)約翰·保爾森（John A. Paulson）工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院克里斯·P·尼爾森（Chris P.Nielsen）研究員，以及全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織肖晉宇博士與吳佳瑋博士。該項(xiàng)目得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目以及青年科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-30747-0
供稿：電機(jī)系
編輯：李華山
審核：呂婷
