近日，清華大學核能與新能源技術研究所張希良教授、張達副教授團隊，清華大學環境學院陸習教授團隊加入了加州大學聖地牙哥分校（UCSD）麥可·戴維森團隊。中國氣象科學研究院D**IDSON助理教授團隊和張逍遙院士團隊開發了具有較高時空精度的可再生能源選址與電力系統優化模型（respo），並利用該模型研究了未來中國長期碳中和目標下可再生能源發展布局的優化。
分析結果顯示，2060年中國電力需求為15在4萬億千瓦時的假設下，我國需要分別部署24億千瓦的風電和光伏裝機容量，同時要重視儲能系統的發展和特高壓省際輸電網路的擴充套件。
發展以風電、光伏發電為代表的可再生能源，是推動我國電力系統低碳轉型、實現碳中和目標的重要途徑。 建設可再生能源佔比高的電力系統，需要綜合考慮風能和太陽能資源、地理特徵、土地利用、電網吸收能力等因素進行資源配置。
長期以來，由於提高時空解像度會增加電力系統優化模型的複雜性並帶來求解難度，因此我國可再生能源發展電力系統擴容執行優化模型在時空解像度上的精度有限，難以充分描述可再生能源發電在時間和空間上的異質性。
為此，聯合研究團隊開發了respo模型，首次實現了電力系統優化模型，以優化電網點（約31km 25km）和每小時8760小時水平的大規模區域尺度（中國大陸）可再生能源容量的擴容和執行排程。
研究團隊運用respo模型優化了未來我國長期碳中和目標下可再生能源的發展布局，設計了34套場景，涵蓋不同風電和光伏投資成本、儲能建設成本、省際輸電線路建設成本、火力發電靈活性、電力系統負排放目標、 土地利用政策的嚴格性，以及用於分析和比較的模型時空解像度假設。基線情景結果顯示，2060年中國電力需求為15假設4萬億千瓦時，我國需要分別部署24億千瓦風電和光伏裝機容量，其中80%的光伏裝機容量和55%的風電裝機容量集中在電力負荷中心100公里以內（圖1）。
圖12060年碳中和背景下RESPO模式風電與光伏布局優化結果，（a）和（b）：電網級風電和光伏裝機容量; （c）和（d）：連線到每個負荷中心的風電和光伏發電裝機容量; （e）和（f）：與連線負荷中心的距離——風電和光伏裝機容量的累計分布。
此外，儲能系統的發展和省際特高壓輸電網路的擴充套件是提高電力系統可再生能源消納和安全供應能力的重要發展方向。 基線情景結果表明，要保證風光能約60億千瓦的消納，需要建設5億多千瓦的抽水蓄能和7億多千瓦的電化學儲能容量。 當該模型允許考慮部署以壓縮空氣儲能（20小時放電容量）和液流電池（10小時放電容量）為代表的長期儲能技術時，長期儲能的裝機容量可以達到3億千瓦的規模。
圖2不同場景下的儲能裝機容量。
該研究的基線情景的結果還表明，到2060年，省際輸電能力將比2020年的水平增加約三倍。 其中，擴產幅度最大的區域線路是蒙西-山東（從約1000萬千瓦增加到9000萬千瓦）; 其他一些重要的南北輸電走廊也需要進一步加強，比如閩浙，從福建到浙江的風電輸送需要增加約7000萬千瓦的容量。 圖3為省際輸電（圖3）。A1）、總容量（子圖。B1）和新產能（子圖1）。C1） 相對於 2020 年。
圖32060年基線情景下特高壓輸電網路建設，（一）：省際淨流量; （b）：區域間總傳輸容量; （c）：創造新的傳輸容量。
為評估土地利用政策的嚴格性對相關結果的影響，針對風電和集中式光伏的可建潛力設計了高、中、低3個情景，共形成9個情景3 3。 模型結果表明，當集中式光伏建設可用土地的假設較為保守時，分布式光伏將在一定程度上取代集中式光伏安裝。 在電力需求高、農業產業大的省份，能源和糧食用地的競爭更為明顯，一些東部省份將把幾乎所有可用土地用於集中式光伏建設。 相比之下，不同的土地利用假設對風電裝機結果的影響有限。 圖5為不同土地利用情景下的裝機容量（子圖a）、平均供電成本（子圖b）、風光裝機容量（子圖c）、子網區域裝機容量（子圖d）、省際輸電通道容量（子圖e）、儲能裝機容量（子圖f）。
圖4不同土地利用政策嚴格程度下的優化結果：（a）：各發電技術的最優裝機容量; （b）：電力系統（不包括配電）平均用電成本的構成; （c）：風電和光伏發電裝機容量; （d）：不同地區的風能和太陽能發電裝機容量; （e）：輸電線路容量; （f）：儲能裝機容量。
2月26日，題為“中國碳中和的空間解像度土地和網格模型”的研究發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。習璐和麥可·戴維森d**idson）為通訊作者，張大、張希良為第一作者。該研究得到了國家自然科學**和清華大學原始探索計畫的支援。
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