在碳中和、碳达峰的目标下，我国亟需通过能源结构调整与构建新型电力系统实现低碳零碳转型。光伏发电作为全球增长最为迅速的可再生能源之一，发电转换效率逐步提升，度电成本迅速下降。在光伏平价上网时代开启和向“双碳”目标迈进的关键节点，迫切需要明确近期光伏平价上网路径，挖掘未来中长期成本优势带动下“光伏+储能”在以新能源为主体的电力系统中的并网潜力。
图1 光伏发电容量因子（A）及装机潜力（B）分布
该项研究解析了我国近期光伏发电平价上网路径，首次在空间尺度上明确了平价上网时间节点。研究引入空间地理、资源气象、工程经济等多源数据，在解析我国技术潜力时空分布特征的基础上，结合学习曲线模型和行业动态，构建了平价上网时间与平价上网潜力的评估方法。研究结果表明，我国2020年技术发电潜力总量达99.2PWh，超过同年电力需求的13倍，并有望在2060年增长到146.1PWh。光伏发电成本已由发展障碍转变为竞争优势，2021年我国78.6%的技术潜力已实现与煤电平价或低价上网，全国范围内的平价上网将在2023年前实现。
图2 光伏发电供给曲线（A）及光伏发电与煤电价格比较（B）
中长期视角下，光伏发电“无补贴”时代的成本优势有助于提高“光伏+储能”系统的经济可行性，从而为应对光伏发电的间歇性挑战提供契机。研究进一步以“光伏+储能”系统并网后净电力需求的波动性为优化目标，结合光伏出力、储能设备充放电特征等约束条件，在电网尺度构建了逐小时优化模型，以量化“光伏+储能”系统的并网潜力。研究结果表明，“光伏+储能”并网潜力有望在2030年和2060年达到5.2PWh和7.2PWh，且“光伏+储能”与需求侧具备更好的兼容性。同时，“光伏+储能”具备成本竞争力，全国平均度电成本在2030年和2060年分别为0.25元/千瓦时和0.12元/千瓦时。
图3“光伏+储能”并网潜力（A）及成本（B）
该研究成果以“碳中和背景下我国光伏加储能系统的成本动态与并网潜力”（Combined solar power and storage as cost-competitive and grid-compatible supply for China’s future carbon-neutral electricity system）为题于10月12日在线发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上，并被推选为当期封面论文。
环境学院鲁玺副教授、国家博士后创新人才支持计划与清华大学“水木****”计划入选者陈诗博士为共同第一作者，鲁玺和哈佛大学迈克尔·麦克尔罗伊（Michael B. McElroy）教授为共同通讯作者，清华大学郝吉明院士、贺克斌院士为共同作者。论文合作者还包括美国哈佛大学中国项目执行主任克里斯·尼尔森（Chris P.Nielsen）；清华大学环境学院王书肖教授、吴烨教授，博士生张憧宇、李佳聪；南开大学环境科学与工程学院徐鹤教授；中国人民大学应用经济学院魏楚教授与宋枫副教授。本研究受到国家自然科学基金****基金、面上项目，环境前沿技术北京实验室、清华大学-INDITEX可持续发展基金资助项目，哈佛大学校长办公室及哈佛全球研究所资助项目等资助。
论文链接：
https://www.pnas.org/content/118/42/e2103471118
供稿：环境学院
编辑：李华山
审核：吕婷
2021年10月19日 09:00:55
