近日，全球能源互联网发展合作组织（GEIDCO，以下简称“合作组织”）在清洁能源评估与开发、我国电力系统碳中和转型发展研究领域取得重要进展。合作组织研究团队联合清华大学、哈佛大学在国际知名学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）发表论文，题为“中国电力系统实现碳中和的成本增量”（Cost Increase in the Electricity Supply to Achieve Carbon Neutrality in China）”，论文介绍了双碳目标下中国电力系统结构形态、演进路径和系统成本变化等研究成果。
本论文基于合作组织自主研发的全球清洁能源资源分析与开发平台（Global Renewable-energy Exploitation Analysis platform, GREAN），完成了中国各省风电、光伏的容量因子与度电成本在空间上500米分辨率的量化评估，首次提出各省的开发规模与开发成本的统计特性、风光发电出力曲线，精准揭示了不同地区的资源特性与经济性的分布特点。
我国风光技术可开发资源的容量因子地理分布
中国部分省份风光技术可开发资源的容量与成本统计特性
目前，我国电力系统碳排放占全社会排放量的40%以上，火力发电量占比达67%，可再生能源发电量占比约28%。研究提出，电力系统脱碳是实现全社会双碳目标的关键部分，也是一项资源-技术-经济耦合的复杂系统性工程，但技术路径、潜在效益、转型成本与最终结构形态尚不明确。现有电力结构形态无法适应面向双碳目标的发展需求，高效利用高比例可再生能源面临负荷保供、保持系统安全稳定等前所未有的挑战。
合作组织经济技术研究院团队立足于我国电力系统转型挑战与可再生能源资源禀赋，全面构建了我国电力系统中长期发展规划全要素数据库，与清华大学合作，联合开发了考虑可再生能源资源禀赋、以电为中心的多能源系统长期规划模型，对陆上与海上风电、集中式与分布式光伏、光热、火电、水电、核电、生物质能、碳捕集电厂、抽水蓄能、电化学储能、特高压交直流电网等关键要素进行了详细建模，同时考虑了系统低惯量、灵活性资源稀缺等高比例清洁能源电力系统将会面临的安全性挑战。
研究表明，在碳中和目标下，我国电力系统结构形态将发生巨大变化。“风光等可再生能源电量占比快速提高，多种其他低碳发电、灵活调节电源与储能技术协同发展，电网互联规模不断扩大、资源配置能力不断增强”将是双碳目标下我国电力系统发展的重要特征。电力系统达到碳中和时，电力需求将主要由超过58亿千瓦的风电与光伏满足，其电量渗透率超过70%。2050年跨省区电量交换规模约为2020年水平的4倍，输电网络逐步从单纯的电力传输通道转变为不同区域间“可再生能源资源互补互济、系统调节能力资源共享”的电力双向互济与共享平台。
碳中和目标下我国省间电量传输模拟结果
据了解，GREAN平台基于覆盖全球范围的资源-地理-社会全景式基础数据库，构建了资源储量-开发潜力-开发成本多维度、精细化的量化评估模型，可以实现全球范围水电、风电、光伏发电资源的系统化评估与快速在线计算。合作组织借助GREAN平台已经开展了广泛深入的研究与合作，如受国家部委委托完成了《中国沙漠、戈壁、荒漠地区风光资源评估与大型风光基地初步选址研究》，与世界资源研究所联合完成了《一带一路国家风光资源评估研究》，与水电水利规划设计总院合作完成了《东盟国家低风速风电应用潜力研究》等，有关研究成果有效服务了我国以及“一带一路”沿线国家清洁能源资源开发与评估工作。
论文作者：
卓振宇（清华大学电机系2017级博士生）、杜尔顺（清华大学气候变化与可持续发展研究院助理研究员）、张宁（清华大学电机系副教授）、克里斯·P·尼尔森（哈佛大学John A. Paulson工程与应用科学学院研究员）、鲁玺（清华大学环境学院长聘副教授）、肖晋宇（合作组织经济技术研究院院长助理）、吴佳玮（合作组织经济技术研究院技术处职员）、康重庆（清华大学电机系教授）。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-30747-0