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7月26日，復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系、IRDR國(guó)際卓越中心王戎團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志（Nature）在線發(fā)表題為 “Accelerating the energy transition towards photovoltaic and wind in China”（注：《加速中國(guó)光伏發(fā)電和風(fēng)電的能源轉(zhuǎn)型》）的研究論文，首次從能源系統(tǒng)統(tǒng)籌的角度提出了中國(guó)加速發(fā)展光電和風(fēng)電、實(shí)現(xiàn)2060年碳中和目標(biāo)的最優(yōu)路徑，并揭示了中國(guó)太陽(yáng)能和風(fēng)能資源的潛力和成本。

在研究中，王戎團(tuán)隊(duì)基于高時(shí)空分辨率的地球智能信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)，優(yōu)化電廠建造的空間位置和發(fā)電量，統(tǒng)籌發(fā)展基礎(chǔ)配套設(shè)施建設(shè)（特高壓線路UHV和儲(chǔ)能設(shè)施），協(xié)調(diào)各省份發(fā)電和用電負(fù)荷實(shí)現(xiàn)（電）源（負(fù)）荷互動(dòng)，并預(yù)估未來(lái)技術(shù)進(jìn)步的影響，實(shí)現(xiàn)未來(lái)40年的能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)建模，構(gòu)建了2021-2060年期間中國(guó)使用大規(guī)模太陽(yáng)能光伏和風(fēng)能電廠替代化石燃料的優(yōu)化模型，提出了低成本且高效用的能源轉(zhuǎn)型方案，揭示了大幅降低發(fā)電成本、提高電力使用效率、加速脫貧進(jìn)程和實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的可能性，強(qiáng)調(diào)了增加當(dāng)前升級(jí)電力系統(tǒng)投資對(duì)于實(shí)現(xiàn)中國(guó)2060年碳中和目標(biāo)的重要性，為我國(guó)“碳中和”目標(biāo)下能源轉(zhuǎn)型提供了科學(xué)建議。

建立復(fù)旦大學(xué)地球數(shù)字智能信息復(fù)雜系統(tǒng)，預(yù)估我國(guó)太陽(yáng)能和風(fēng)能開(kāi)發(fā)的最優(yōu)發(fā)展路徑

以往研究由于缺乏高時(shí)空分辨率的地球數(shù)字智能信息系統(tǒng)，不能準(zhǔn)確量化中國(guó)太陽(yáng)能光伏和風(fēng)能的發(fā)電潛力和變化趨勢(shì)，導(dǎo)致在氣候治理的綜合評(píng)估中無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)估能源轉(zhuǎn)型的最佳路徑。

復(fù)旦領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)基于地球系統(tǒng)中多年太陽(yáng)輻射和風(fēng)速的小時(shí)空間數(shù)據(jù)，綜合考慮國(guó)家行政區(qū)劃、土地類型、氣候條件、地形、海拔、陸地自然保護(hù)區(qū)、海上航線、海水深度、海洋自然保護(hù)區(qū)、特高壓變電站位置等空間地理信息，建立高時(shí)空分辨率的數(shù)字地球智能網(wǎng)絡(luò)，基于五種不同的電廠形態(tài)分布和電廠各組件成本，協(xié)調(diào)統(tǒng)籌發(fā)展特高壓線路電力運(yùn)輸、選擇合適的儲(chǔ)能系統(tǒng)類型、優(yōu)化用電端電力負(fù)荷，根據(jù)平準(zhǔn)化度電成本（LCOE）最低的原則優(yōu)化出2767個(gè)光伏電廠、1066個(gè)陸上風(fēng)電廠和11個(gè)大型海上風(fēng)電廠的空間分布和建造規(guī)模，并基于技術(shù)學(xué)習(xí)對(duì)成本的影響優(yōu)化各電廠的建造時(shí)間，制定了中國(guó)加速發(fā)展太陽(yáng)能光伏和風(fēng)能發(fā)電替代化石燃料的中長(zhǎng)期建設(shè)方案。

在2060年碳中和條件下，該研究通過(guò)綜合考慮陸地碳匯、非電力部門電氣化以及除光伏和風(fēng)能以外的可再生能源發(fā)電量，比較了發(fā)展太陽(yáng)能光伏和風(fēng)能發(fā)電與使用其它清潔能源（水電、生物質(zhì)、核能等）對(duì)成本的影響，并分析了增加特高壓輸電線路投資對(duì)光伏和風(fēng)力發(fā)電成本的影響。結(jié)果表明，為了達(dá)到2060年碳中和目標(biāo)，如果按照當(dāng)前規(guī)劃的太陽(yáng)能光伏和風(fēng)能發(fā)電建造速度，太陽(yáng)能和風(fēng)能資源相對(duì)有限，需要較多的碳捕獲與封存（每年需要接近20萬(wàn)億千瓦時(shí)的裝機(jī)量），造成較高的減排經(jīng)濟(jì)成本，而該研究的優(yōu)化模型以較低的成本增加太陽(yáng)能光伏和風(fēng)能發(fā)電，發(fā)電量可從每年9萬(wàn)億千瓦時(shí)增加到每年15萬(wàn)億千瓦時(shí)，減排成本可從每噸二氧化碳約700元降低到每噸二氧化碳約40元，大大增加了太陽(yáng)能和風(fēng)能資源的潛力，因此，增加太陽(yáng)能光伏和風(fēng)能有效的發(fā)電量可以降低碳減排總成本，加快我國(guó)清潔能源的發(fā)展速度。

優(yōu)化光電和風(fēng)電空間布局，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，為地區(qū)發(fā)展提供新動(dòng)力

我國(guó)的太陽(yáng)能和風(fēng)能資源主要分布在經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的西部地區(qū)，區(qū)域間的電力運(yùn)輸在提升用電效率的同時(shí)，會(huì)給西部地區(qū)帶來(lái)潛在的經(jīng)濟(jì)收益，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

該研究基于優(yōu)化的太陽(yáng)能光伏和風(fēng)能發(fā)展路徑，解析了區(qū)域之間的資金流動(dòng)情況，并量化了加快太陽(yáng)能光伏和風(fēng)能發(fā)展速度對(duì)減小貧富差距的影響。如果采用每噸二氧化碳700元的碳價(jià)，到2060年，光伏和風(fēng)能發(fā)電的資金流動(dòng)將達(dá)到年均7萬(wàn)億元，是當(dāng)前中國(guó)扶貧年均投資的15倍，其中，光伏發(fā)電和風(fēng)電電力傳輸導(dǎo)致最大的資金流是從華東流向西北（將達(dá)到每年約14000億元的規(guī)模），優(yōu)化光電和風(fēng)電的空間布局可以使最貧困的居民受益，其中西北地區(qū)的人均收入從21萬(wàn)元將增加到25萬(wàn)元。比如，復(fù)旦模型預(yù)估我國(guó)新疆地區(qū)是未來(lái)最重要的太陽(yáng)能和風(fēng)能資源所在地，在2060年光伏和風(fēng)電廠可達(dá)到255個(gè)，裝機(jī)容量約為23億千瓦，但配套特高壓線路總?cè)萘繉⑦_(dá)到20億千瓦，儲(chǔ)能設(shè)施容量需達(dá)到2.7億千瓦，根據(jù)當(dāng)前化石燃料價(jià)格推算出相關(guān)的年收益可達(dá)到3800億元。

領(lǐng)先世界的中國(guó)光伏發(fā)電和風(fēng)電在高速發(fā)展，但考慮到未來(lái)中國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展需要大量的電力能源，為實(shí)現(xiàn)2060年的碳中和目標(biāo)，仍需加快能源系統(tǒng)的清潔低碳轉(zhuǎn)型。

通過(guò)建立高分辨率的數(shù)字地球智能電力系統(tǒng)大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，該研究發(fā)現(xiàn)，即使未來(lái)技術(shù)進(jìn)步會(huì)進(jìn)一步降低光伏和風(fēng)機(jī)的成本，但考慮到未來(lái)新建太陽(yáng)能光伏和風(fēng)能發(fā)電廠的技術(shù)挑戰(zhàn)，仍需擴(kuò)大當(dāng)前的清潔能源投資規(guī)模，加快國(guó)家電力系統(tǒng)升級(jí)速度，提高建造超大規(guī)模光伏和風(fēng)能發(fā)電和高壓輸電的技術(shù)，降低我國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)碳中和的經(jīng)濟(jì)成本。

原標(biāo)題：Nature再發(fā)復(fù)旦大學(xué)王戎團(tuán)隊(duì)研究成果！太陽(yáng)能和風(fēng)能資源的潛力會(huì)是無(wú)限的嗎？