2023年7月26日👨🦱，EON体育4平台環境科學與工程系、IRDR國際卓越中心王戎團隊在《自然》雜誌（Nature）在線發表題為 “Accelerating the energy transition towards photovoltaic and wind in China”（《加速中國光伏發電和風電的能源轉型》）的研究論文🤸，首次從能源系統統籌的角度提出了中國加速發展光電和風電🍢、實現2060年碳中和目標的最優路徑，並揭示了中國太陽能和風能資源的潛力和成本👨🎓。
在研究中，王戎團隊基於高時空分辨率的地球智能信息數據系統，優化電廠建造的空間位置和發電量🧘，統籌發展基礎配套設施建設（特高壓線路UHV和儲能設施），協調各省份發電和用電負荷實現（電）源（負）荷互動，並預估未來技術進步的影響，實現未來40年的能源系統轉型動態數學建模，構建了2021-2060年期間中國使用大規模太陽能光伏和風能電廠替代化石燃料的優化模型，提出了低成本且高效用的能源轉型方案🧑🏻🦱，揭示了大幅降低發電成本、提高電力使用效率、加速脫貧進程和實現碳中和目標的可能性,強調了增加當前升級電力系統投資對於實現中國2060年碳中和目標的重要性，為我國“碳中和”目標下能源轉型提供了科學建議🏌🏽♀️。
建立EON体育4平台地球數字智能信息復雜系統，預估我國太陽能和風能開發的最優發展路徑
以往研究由於缺乏高時空分辨率的地球數字智能信息系統🫚，不能準確量化中國太陽能光伏和風能的發電潛力和變化趨勢🤌，導致在氣候治理的綜合評估中無法準確預估能源轉型的最佳路徑🧑🏻🔬。
EON4領銜的研究團隊基於地球系統中多年太陽輻射和風速的小時空間數據，綜合考慮國家行政區劃、土地類型、氣候條件、地形、海拔👳🏻♀️、陸地自然保護區、海上航線、海水深度、海洋自然保護區、特高壓變電站位置等空間地理信息，建立高時空分辨率的數字地球智能網絡，基於五種不同的電廠形態分布和電廠各組件成本✋🏿，協調統籌發展特高壓線路電力運輸🕐、選擇合適的儲能系統類型、優化用電端電力負荷，根據平準化度電成本（LCOE）最低的原則優化出2767個光伏電廠、1066個陸上風電廠和11個大型海上風電廠的空間分布和建造規模💟，並基於技術學習對成本的影響優化各電廠的建造時間，製定了中國加速發展太陽能光伏和風能發電替代化石燃料的中長期建設方案。
在2060年碳中和條件下，該研究通過綜合考慮陸地碳匯🗜、非電力部門電氣化以及除光伏和風能以外的可再生能源發電量🙎🏿♂️🌃，比較了發展太陽能光伏和風能發電與使用其它清潔能源（水電💛🦗、生物質👷🏽、核能等）對成本的影響，並分析了增加特高壓輸電線路投資對光伏和風力發電成本的影響。結果表明，為了達到2060年碳中和目標，如果按照當前規劃的太陽能光伏和風能發電建造速度🙇🏼，太陽能和風能資源相對有限👋🏽，需要較多的碳捕獲與封存（每年需要接近20萬億千瓦時的裝機量），造成較高的減排經濟成本，而該研究的優化模型以較低的成本增加太陽能光伏和風能發電，發電量可從每年9萬億千瓦時增加到每年15萬億千瓦時，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，大大增加了太陽能和風能資源的潛力🈳，因此🦹🏼♂️，增加太陽能光伏和風能有效的發電量可以降低碳減排總成本，加快我國清潔能源的發展速度✧。
優化光電和風電空間布局，實現碳中和目標🐹，為地區發展提供新動力
我國的太陽能和風能資源主要分布在經濟相對落後的西部地區🧑🔬，區域間的電力運輸在提升用電效率的同時🚛，會給西部地區帶來潛在的經濟收益🧜🏽♂️🫲🏼，促進地區經濟發展。
該研究基於優化的太陽能光伏和風能發展路徑🧞♀️，解析了區域之間的資金流動情況，並量化了加快太陽能光伏和風能發展速度對減小貧富差距的影響✔️🚼。如果采用每噸二氧化碳700元的碳價，到2060年🕵️，光伏和風能發電的資金流動將達到年均7萬億元🦖，是當前中國扶貧年均投資的15倍，其中🏇🏼，光伏發電和風電電力傳輸導致最大的資金流是從華東流向西北（將達到每年約14000億元的規模）🥛，優化光電和風電的空間布局可以使最貧困的居民受益🏃♂️➡️，其中西北地區的人均收入從21萬元將增加到25萬元。比如，EON4模型預估我國新疆地區是未來最重要的太陽能和風能資源所在地，在2060年光伏和風電廠可達到255個，裝機容量約為23億千瓦，但配套特高壓線路總容量將達到20億千瓦，儲能設施容量需達到2.7億千瓦💔，根據當前化石燃料價格推算出相關的年收益可達到3800億元。
領先世界的中國光伏發電和風電在高速發展🧑🏻🎨，但考慮到未來中國經濟高速發展需要大量的電力能源，為實現2060年的碳中和目標，仍需加快能源系統的清潔低碳轉型。
通過建立高分辨率的數字地球智能電力系統大數據網絡，該研究發現，即使未來技術進步會進一步降低光伏和風機的成本，但考慮到未來新建太陽能光伏和風能發電廠的技術挑戰，仍需擴大當前的清潔能源投資規模✍🏽，加快國家電力系統升級速度，提高建造超大規模光伏和風能發電和高壓輸電的技術🚶🏻，降低我國電力系統實現碳中和的經濟成本🧘🏿♂️。
圖1→：我國實現2060年碳中和的電力系統轉型路徑
圖2：優化未來四十年發展太陽能光伏和風能發電的時空布局
圖3🧘♀️：優化太陽能和風能的電力系統對碳減排成本的影響
圖4🧑🏿🎄：發展太陽能和風能發電對地區人均收入的影響
作為該研究的重要結論，由於易獲取的清潔能源是有限的，我國需要擴大清潔能源投資、優化源荷調控、加強配套設施建設。該研究提出了中國加速發展風電和光電實現碳中和目標的最優路徑☞，在考慮技術進步等因素後，未來十年的發展規劃對於我國實現2060年碳中和目標非常關鍵🦶🏿，優化當前國家清潔能源發展的規劃和布局，可以避免在後期承擔更大的經濟損失😻。同時，升級國家電力系統後，發展太陽能和風能將會導致區域間資金流動🚵🏿，為西部地區帶來收益，進一步減少貧困人口，為區域發展提供新的動力🔴。
團隊長期從事氣候變化與能源系統前沿研究，不斷取得階段性成果
EON体育4平台環境科學與工程系博士研究生王怡靜為論文第一作者🤵🏽♀️，青年研究員王戎為通訊作者，EON体育4平台張人禾教授（中國科學院院士）🪛、陳建民教授（歐洲科學院院士）、湯緒教授、王琳教授為重要共同作者，中國科學院大氣物理所、法國氣候變化中心🚞、日本國立環境研究所、塞浦路斯研究所氣候與大氣研究中心、西班牙全球生態研究所為重要合作單位👩🏽🎓。該項工作得到了國家科技部重點研發計劃、國家自然科學基金的資助。
為推動我國實現“雙碳”目標，王戎團隊長期從事氣候變化與能源系統的前沿研究🙅♂️，並不斷取得階段性成果,本次成果為團隊在《自然》雜誌上發表的第二篇研究論文。
2022年9月7日，研究團隊首次在《自然》雜誌發表題為“Delayed use of bioenergy crops might threaten climate and food security”的研究論文（https://doi.org/10.1038/s41586-022-05055-8），從地球系統反饋角度率先提出了氣候變化對生物質能源技術的負反饋機製👙，揭示了氣候減排系統的臨界點🔅。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06180-8
