清華新聞網(wǎng)3月11日電 近日,，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院王燦課題組研究評(píng)估了燃煤電廠從基礎(chǔ)負(fù)荷轉(zhuǎn)向靈活性電源在加速中國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)上的三方面關(guān)鍵作用,，即減少煤電資產(chǎn)擱淺風(fēng)險(xiǎn)、促進(jìn)中短期可再生能源消納,、降低電力系統(tǒng)碳中和轉(zhuǎn)型成本,，為煤炭依賴型經(jīng)濟(jì)體探索公正有序的能源轉(zhuǎn)型路徑提供科學(xué)支撐。
《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》第二十八次締約方大會(huì)達(dá)成的《阿聯(lián)酋共識(shí)》強(qiáng)調(diào)以公正,、有序,、平等的方式從能源系統(tǒng)中擺脫化石燃料，但各國(guó)路徑仍不明確,。電力系統(tǒng)凈零轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的核心支柱,，以風(fēng)、光為代表的波動(dòng)性可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)在快速減排的同時(shí)帶來(lái)調(diào)峰需求激增,，因此,，轉(zhuǎn)型仍受到天然氣資源匱乏、儲(chǔ)能技術(shù)成本高昂的制約,。與此同時(shí),，中國(guó)作為煤炭消費(fèi)大國(guó)，面臨碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)下緊迫的時(shí)間窗口,，快速退出煤電會(huì)導(dǎo)致巨大的資產(chǎn)擱淺和社會(huì)政治風(fēng)險(xiǎn),。因此，亟需探索既能減輕煤電擱淺風(fēng)險(xiǎn),，又能以低成本支撐高比例可再生能源發(fā)展和電力系統(tǒng)碳中和的轉(zhuǎn)型路徑,。
為此，該研究在中國(guó)省級(jí)電力系統(tǒng)優(yōu)化模型中內(nèi)生了煤電提前退役,、詳細(xì)的碳捕集與封存技術(shù)改造和小時(shí)級(jí)調(diào)度的跨期決策,，模擬2025年至2060年不同情景的電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型路徑。研究交叉設(shè)置碳排放約束與煤電角色兩類變量構(gòu)建六種轉(zhuǎn)型情景：在碳排放約束上,，劃分參考情景（REF,，無(wú)額外碳減排政策）、溫和減排（MOD,，2030年達(dá)峰,、2060年中和）和嚴(yán)格減排（STR，2025年達(dá)峰,、2050年中和）,；在煤電角色上，區(qū)分基荷情景（Base,，年利用小時(shí)數(shù)>5000h,、最低出力70%）與靈活調(diào)度情景（Flex，無(wú)利用小時(shí)數(shù)限制,、最低出力40%）,。
研究結(jié)果顯示，在實(shí)現(xiàn)相同氣候目標(biāo)基礎(chǔ)上,，煤電從基礎(chǔ)負(fù)荷轉(zhuǎn)向靈活性電源具有三方面關(guān)鍵作用,。首先，煤電靈活調(diào)度顯著降低提前退役壓力,，可避免的提前退役容量高達(dá)617.8GW-651.2GW,，現(xiàn)有煤電機(jī)組的平均壽命損失減少7.9至9.6年；其次,，煤電靈活調(diào)度將提高煤電的系統(tǒng)價(jià)值,，降低更昂貴的燃?xì)獍l(fā)電和儲(chǔ)能需求，加速波動(dòng)性可再生能源的短期發(fā)展,，使得2030年風(fēng)電光伏發(fā)電的容量增加194.0GW-244.8GW,，上述效益在不同區(qū)域的差異明顯；最后,，煤電靈活調(diào)度將顯著降低電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型成本約1760億美元,，主要來(lái)源于燃料成本節(jié)約和降低氣電儲(chǔ)能的投資需求。
圖1.煤電提前退役,、利用小時(shí)數(shù)和預(yù)期壽命損失（a-d分別為MOD-Flex,、STR-Flex、MOD-Base和STR-Base情景的提前退役容量熱力圖,，e為不同運(yùn)行期的平均利用小時(shí)數(shù),，f為不同時(shí)期建設(shè)的煤電平均壽命損失）
圖2.不同情景和時(shí)期的中國(guó)電力系統(tǒng)裝機(jī)容量和發(fā)電結(jié)構(gòu)（a-c分別為2030年、2045年和2060年的分情景裝機(jī)結(jié)構(gòu),；d-e分別為2030年,、2045年和2060年的分情景發(fā)電結(jié)構(gòu)）
研究指出，煤電轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略必須與整個(gè)電力系統(tǒng)的碳中和路徑相一致，有序的煤電轉(zhuǎn)型策略在防風(fēng)險(xiǎn),、促減排,、降成本等方面發(fā)展著關(guān)鍵作用，必須重視考慮煤炭,、風(fēng)光和碳封存資源稟賦的差異確定因地制宜的煤電轉(zhuǎn)型策略,，并采用有效的政策組合應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)各主體激勵(lì)不足的挑戰(zhàn)，包括電力市場(chǎng),、容量電價(jià)機(jī)制,、碳排放權(quán)交易市場(chǎng)等，確保激勵(lì)相容并不斷發(fā)揮煤電在提供靈活資源方面的價(jià)值,。
圖3.電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型成本動(dòng)態(tài)及其構(gòu)成（a為電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型成本占REF-Flex情景系統(tǒng)總成本的比重,；b為電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型貼現(xiàn)的總成本構(gòu)成；c和d分別為MOD和STR排放情景下煤電靈活調(diào)度帶來(lái)的各期成本節(jié)約構(gòu)成）
相關(guān)研究成果以“重新定位煤電以加速中國(guó)電力系統(tǒng)凈零轉(zhuǎn)型”（Repositioning coal power to accelerate net-zero transition of China’s power system）為題,，于3月8日在線發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）,。
清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院2021級(jí)博士生安康欣為論文第一作者，環(huán)境學(xué)院教授王燦為論文通訊作者,。中國(guó)石油大學(xué)（北京）經(jīng)管學(xué)院教授鄭馨竺,、清華大學(xué)地學(xué)系教授蔡聞佳等為論文合作者。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)專項(xiàng)項(xiàng)目等的支持,。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-025-57559-2
供稿：環(huán)境學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
