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原創丨彤心未泯（學研匯 技術中心）
編輯丨風云
中國到2060年實現碳(C)中和的目標需要將光伏(PV)和風電規模從1擴大到 10–15?PWh?year?1。然而，基于中國"十四五"能源發展(CFED)的最新高分辨率能源系統模型和預測僅表明，到2060年，中國可再生能源裝機容量僅達到5~ 9.5?PWh?year-1。
基于此，復旦大學王戎團隊等人表明，通過單獨優化3,844個與超高壓 (UHV) 輸電和儲能相協調的新公用事業規模光伏和風力發電廠的部署，并考慮電力負荷靈活性和學習動態，容量光伏和風電的發電量可以從 9?PWh?year?1（對應于CFED路徑）增加到15?PWh?year?1，同時平均減排成本從每噸二氧化碳 (tCO2) 97美元降低到6美元。為了實現這一目標，光伏和風電的年化投資應從2020年的770 億美元（當前水平）增加到2020年代的1,270億美元，并在2050年代進一步增加到 4,260 億美元/年。光伏、風電的大規模部署，增加了最貧困地區居民的收入，具有連帶效益。本研究結果凸顯了通過建設儲能、擴大輸電容量和調整需求側電力負荷來升級電力系統的重要性，以降低部署光伏和風電的經濟成本，從而實現中國的碳中和。
光伏、風電系統優化
作者在2021年至2060年期間每十年優化了新光伏和風力發電廠的位置、容量和建設時間，通過最大限度地降低平準化電力成本(LCOE)。確定了光伏發電和風力發電的晝夜變化和季節性模式，模型考慮了電力負荷的靈活性，最終用戶可以調整每小時的電力需求以匹配除房屋和電動汽車供暖和制冷之外的供應。量化了相對于基準情景的優化效果，基準情景將光伏和風力發電廠的容量限制在10 GW，沒有電力傳輸和儲能，并假設光伏和風電的增長率在 2021-2060 年期間保持不變。
圖 2021-2060年中國公用事業規模光伏和風電場選址、容量和建設時間優化
二氧化碳減排成本
作者估計了工廠層面的邊際減排成本（MAC），在最佳路徑中，其范圍從-166美元每tCO2到2060年106美元每tCO2。在中國可再生能源普及率達到80%的情況下，9.5?PWh發電的平均減排成本（?4.5 美元/tCO2）低于之前的估計（27 美元/tCO2）。到2060年，光伏和風電裝機容量將達到15 PWh，平均減排成本為6美元每tCO2。
圖 2060年中國光伏和風電減排成本
對碳中和的影響
考慮到陸地碳匯、非電力部門電氣化和其他可再生能源供電，作者分析了部署光伏和風電對2060年實現碳中和的化石燃料CCS或生物能源CCS需求的影響。從CFED到最佳路徑的過渡會將CCS的需求從8.9?PWh?year?1減少到 2060年的2.8?PWh?year?1。光伏和風電在電力供應中的份額在2021-2060年間從12%增加到59%，這些技術的擴展可能會給中國帶來更大的挑戰，升級電力系統對于加速可再生能源在中國的普及至關重要。研究結果凸顯了相對于當前水平增加光伏和風能投資的重要性，以降低實現碳中和的經濟成本。
圖 到2060年中國實現碳中和的不同路徑
對扶貧的影響
作者發現光伏和風電的收入可以從較發達的東部重新分配到較不發達的西部。隨著碳價從每噸二氧化碳 0 美元上漲至 100 美元，將收入分配給欠發達地區，將使2100萬人脫離低收入群體，并增加600萬人進入高收入群體。通過將碳價從每噸二氧化碳0美元提高到100美元，光伏和風電的部署使最貧困的居民受益，華北地區的人均收入從29,000美元增加到34,400美元，西北地區從29,100美元增加到30,600美元。
圖 光伏和風電在中國扶貧中的協同效益
參考文獻：
Wang, Y., Wang, R., Tanaka, K. et al. Accelerating the energy transition towards photovoltaic and wind in China. Nature 619, 761–767 (2023).
DOI：10.1038/s41586-023-06180-8
https://doi.org/10.1038/s41586-023-06180-8
