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【SCI聚焦】清华大学钟海旺等:探究中国电采暖政策与碳减排的权衡

以下文章来源于清华电机 ,作者王剑晓、钟海旺


清华大学电机系钟海旺副教授在电力系统运行的环境影响交叉研究领域取得创新成果,于2020年11月27日在《自然·通讯》(Nature Communications)发表了题为“探究中国电采暖政策与碳减排的权衡(Exploring the Trade-offs between Electric Heating Policy and Carbon Mitigation in China)”的研究论文。该论文第一作者为电机系2014级直博生王剑晓(现于华北电力大学任教),通讯作者为电机系钟海旺副教授与美国加州大学伯克利分校丹尼尔·卡曼(Daniel Kammen)教授,其他合作者包括重庆大学杨知方研究员、清华大学地学系刘竹副教授、清华大学电机系夏清教授、康重庆教授等。


研究背景


近年来,为缓解农村散煤燃烧造成的环境污染,我国北方各省市相继发布清洁采暖和电能替代政策。随着清洁采暖政策的贯彻落实,大规模直/蓄热式、空气源热泵、太阳能等电代煤设施接入电网、投入运行,显著抑制了散煤燃烧产生的二氧化硫、氮氧化物和粉尘的低空排放,改善了我国北方的空气质量。然而,目前我国以煤为基础的能源格局难以适应农村地区能源终端大幅提升的电气化水平,快速增长的采暖需求正在加剧我国电力系统源侧的碳排放,一定程度影响了我国实施碳减排的应对气候变化战略。


研究方法和主要结论


该研究提出内嵌建筑能耗精细模拟的电力系统运行排放分析方法,并搭建了相应的数值仿真平台。揭示了清洁采暖政策对于碳减排的影响,研判了释放污染控制与碳减排双重价值的发展路径。相比国际上传统电能替代的环境影响分析方法,该研究所提模型和系统能够实现小时级高精度的电力系统运行模拟、源荷双侧能耗和碳排放分析,为综合全面研究我国多元电能替代和能源终端电气化技术路径的可持续性提供了基础理论和工具平台。

基于我国北方的实证分析表明,农村地区能源终端大幅提升的电气化水平将显著改变省级电网的负荷曲线,近年来河北省着力推进电代煤布局,某典型周的小时级负荷曲线如图1所示。



图1. 河北省实施电代煤的周负荷曲线


该研究表明,持续快速增长的清洁采暖负荷将引起我国电力系统发电侧的额外碳排放,2015年电采暖政策造成我国北方16个省、区、直辖市额外排放1.0169-1.6289亿吨二氧化碳,大约相当于法国整个国家全年碳排放的1/3-1/2,如图2所示。


(a)


(b)


图2. (a)2015年中国北方各省实施电代煤的碳排放;

(b)中国碳排放增量影响显著


此外,2020年该政策的环境影响可能进一步扩大,预计导致碳排放增加至1.3003-1.9787亿吨,对中国甚至全球的气候变化产生影响。


同时,该研究提出开展跨区可再生能源匹配以及发展空气源热泵、太阳能等高效设施的近零排放政策建议,并根据我国现行补贴政策,分析不同技术路径的成本效益。


(a)


(b)

图3. (a)中国弃风弃光与跨省区联络线分布;

(b)不同采暖路径的成本效益分析


期待该研究为我国提升能源终端电气化水平、推进新型城镇化发展、贯彻落实碳中和的应对气候变化战略提供理论模型和政策建议。


该研究得到了国家自然科学基金、国家电网公司总部科技项目的支持。


扩展阅读


文章链接:

Wang, J., Zhong, H., Yang, Z. et al. Exploring the trade-offs between electric heating policy and carbon mitigation in China. Nat. Commun. 11, 6054 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-19854-y


Nature Sustainability Community博客链接:https://sustainabilitycommunity.springernature.com/posts/rural-electrification-is-impeding-carbon-neutral-strategy-in-china


供稿| 王剑晓、钟海旺

编辑| 齐鼎华

审核| 余占清