中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：為了避免氣候變化的最嚴(yán)重影響，《巴黎協(xié)定》要求將全球變暖控制在1.5°C以下，最好不超過2°C的范圍內(nèi)。目前，地球氣溫已經(jīng)比19世紀(jì)末高出約1.1°C，排放量還在繼續(xù)上升。
為此，很多國家提出減排和碳中和目標(biāo)。2011年歐盟(EU)就提出了其氣候目標(biāo)，即到2050年將溫室氣體 (GHG) 排放量比1990年的水平減少 80-95%，這是保證全球變暖的必要步驟。
為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，電力部門的排放量必須首先降至零，甚至到 2050 年變?yōu)樨?fù)數(shù)。這將需要大規(guī)模實(shí)施低碳能源和負(fù)碳技術(shù)，例如可再生能源（RES）、核電和碳捕獲與儲(chǔ)存(CCS)。
近日，歐洲委員會(huì)能源副總干事Mechthild Worsdorfer表示，考慮到俄烏戰(zhàn)爭帶來的能源問題，歐盟委員會(huì)支持提高可再生能源占比的目標(biāo)，即到2030年使之占比達(dá)45%。
德國提出的目標(biāo)更激進(jìn)。德國聯(lián)邦政府內(nèi)閣近日通過了旨在擺脫化石燃料、加速清潔能源發(fā)展的一系列立法草案，其中設(shè)立了兩階段目標(biāo)： 2030年實(shí)現(xiàn)80%的可再生能源供電，2035年?duì)幦?shí)現(xiàn)100%可再生能源供電。
隨著火電機(jī)組逐步關(guān)停及高比例風(fēng)電、光伏等的并網(wǎng)，可再生能源電力系統(tǒng)將具有強(qiáng)不確定性和不穩(wěn)定特征，其運(yùn)行形態(tài)十分復(fù)雜、調(diào)節(jié)能力和穩(wěn)定性水平大幅下降，對(duì)于規(guī)劃設(shè)計(jì)、調(diào)度運(yùn)行、穩(wěn)定控制、電能質(zhì)量等各環(huán)節(jié)均提出了尚待解決的科學(xué)問題。
構(gòu)建100%可再生能源電力系統(tǒng)，不只是提高風(fēng)電和太陽能占比那么簡單，還將面臨技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和政策等多方面挑戰(zhàn)，更關(guān)鍵的是，還需要對(duì)各種可再生能源的規(guī)劃需要一個(gè)合理比例，需要打造一個(gè)軟性的、可靈活協(xié)調(diào)的智能電網(wǎng)，需要建立一個(gè)可調(diào)節(jié)的大容量電力交易市場(chǎng)等。
那么，歐洲未來如何構(gòu)建100%可再生能源電力系統(tǒng)？最具成本效益的可再生能源發(fā)電和輸電網(wǎng)絡(luò)容量組合是什么？對(duì)中國構(gòu)建新型電力系統(tǒng)有什么啟發(fā)意義？《環(huán)球零碳》結(jié)合一些專家觀點(diǎn)，對(duì)此進(jìn)行分析。
早在1975年丹麥物理學(xué)家 B. S?rensen在《Science》期刊中率先提出100%可再生能
源電力系統(tǒng)的構(gòu)建設(shè)想，但此后的進(jìn)展較為緩慢。在能源革命熱潮的驅(qū)動(dòng)下，目前對(duì) 100% 可再生能源電力系統(tǒng)理論研究逐漸深入，但也面臨技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和政策等多方面挑戰(zhàn)。
100%可再生能源電力系統(tǒng)是指完全利用水能、風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮艿确腔剂锨铱稍偕哪茉?，?jīng)過水電/風(fēng)電機(jī)組、太陽能集熱器/電池板（CSP）等各類發(fā)電裝置轉(zhuǎn)化為電能，最終通過輸配電網(wǎng)達(dá)到用戶側(cè)。
與其概念相近又不完全等同的還有碳中和電力系統(tǒng)(zero-carbon power system)以及純清潔能源電力系統(tǒng)(100% clean energy power system)。其中，碳中和電力系統(tǒng)是由核電、可再生能源機(jī)組以及帶有CCS的火電機(jī)組構(gòu)成，該系統(tǒng)CO2的凈排放量為零甚至為負(fù)是其主要特征。而對(duì)于純清潔能源電力系統(tǒng)，國內(nèi)外尚未形成統(tǒng)一定義。
100%可再生能源電力系統(tǒng)由于需要實(shí)現(xiàn)發(fā)電資源完全可再生，故需在碳中和的電力系統(tǒng)基礎(chǔ)上完全退出核電，并充分利用CCS和天然氣合成技術(shù)來滿足系統(tǒng)部分的儲(chǔ)能及供電需求，最終形成100% 可再生能源電力系統(tǒng)。
荷蘭烏得勒支大學(xué)哥白尼可持續(xù)發(fā)展研究所William Zappa等表示： 僅可再生能源（RES）供應(yīng)充足并不能說明100%可再生能源電力系統(tǒng)是可行的，因?yàn)轱L(fēng)能和太陽能等的間歇性，使得電力需求和供應(yīng)的平衡存在困難。
除了可變的可再生能源外，剩余需求必須由可調(diào)度的RES發(fā)電技術(shù)（水力、地?zé)岬龋┗騼?chǔ)能來提供。
在短期內(nèi)，技術(shù)限制意味著這些工廠可能無法以足夠快的速度達(dá)到供需平衡，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)過電壓或能源欠缺。
從長遠(yuǎn)來看，有些年份的陽光充足或多風(fēng)，這意味著不能依靠風(fēng)能和光伏裝置每年產(chǎn)生相同數(shù)量的電力。因此，William等認(rèn)為，對(duì)100% RES電力系統(tǒng)可行性的任何評(píng)估都應(yīng)包括對(duì)其長期和短期可靠性的分析。
目前針對(duì)構(gòu)建100%可再生能源的電力系統(tǒng)研究的一些缺陷主要集中在：
構(gòu)建 100%可再生電力系統(tǒng)的電源規(guī)劃方案時(shí)，需重點(diǎn)考慮新能源出力的強(qiáng)不確定性，在滿足投資約束、電力電量平衡、調(diào)節(jié)能力等多維需求下構(gòu)建經(jīng)濟(jì)合理的電源規(guī)劃方案，確定多階段煤電機(jī)組退出策略和可再生能源發(fā)電裝機(jī)構(gòu)成及容量。
William等人研究的地理范圍包括歐盟27國以及英國在內(nèi)，考慮了廣泛的可再生能源發(fā)電技術(shù)組合：包括風(fēng)能（陸上和海上）、光伏（公用事業(yè)和屋頂）、生物電、CSP、地?zé)岷退?。將投資和運(yùn)營總成本最低為目標(biāo)，供需平衡、碳排放量、儲(chǔ)能容量、各類可再生能源的開發(fā)潛力等條件為約束，建立線性化的綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃模型，求得包含電源配置在內(nèi)的多能源系統(tǒng)規(guī)劃方案。
100% RES系統(tǒng)需要提高跨境輸電容量。歐洲被構(gòu)建為一個(gè)單一的綜合電力系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中國家之間可以共享電力容量。這種完全互連的電力系統(tǒng)對(duì)傳輸?shù)目煽啃院痛_保系統(tǒng)的充足性變至關(guān)重要。要實(shí)現(xiàn)高需求情景下的輸電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，需要從2016年到2050年每年安裝10吉瓦的新輸電能力，是目前計(jì)劃速度的兩倍。
100% RES系統(tǒng)需要足夠的風(fēng)能和光伏容量。據(jù)預(yù)測(cè)，歐洲陸上風(fēng)能主要安裝在與北海和波羅的海接壤的國家，因?yàn)樗鼈冇欣娘L(fēng)速，并且位于歐洲的中心位置，可以最大限度地減少傳輸損失。大多數(shù)國家到2050年將大力發(fā)展光伏。在國家內(nèi)部，光伏容量通常安裝在偏南的位置，或靠近負(fù)載中心以降低成本。William等表示，到2050年，歐洲可以部署足夠的風(fēng)能和光伏容量，以支持 100% 可再生能源電力系統(tǒng)。
100% RES系統(tǒng)需要顯著增加生物質(zhì)的使用：與風(fēng)能和光伏已經(jīng)裝機(jī)顯著并正在增長不同，2015 年固體生物質(zhì)、沼氣、CSP和地?zé)岬目傃b機(jī)容量分別僅為18吉瓦、10吉瓦、2.3吉瓦和0.8吉瓦。任何技術(shù)的部署率不超過1 吉瓦/年。為了達(dá)到基本情景中的 2050 年裝機(jī)容量，從 2016 年到 2050 年，CSP 和地?zé)嵫b機(jī)容量需要平均每年分別為 6吉瓦和 1.4吉瓦。
雖然生物質(zhì)將在2050年在100% RES 電力系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但生物質(zhì)的未來成本和潛在供應(yīng)是不確定的，并且將取決于未來的降雨模式、農(nóng)業(yè)實(shí)踐和來自其他國家的生物質(zhì)需求部門。依靠生物質(zhì)來提供穩(wěn)定容量的 100% RES 電力系統(tǒng)將容易受到最終稀缺且相對(duì)昂貴的燃料的影響。
100% RES系統(tǒng)需要顯著下降可再生能源技術(shù)成本。不同發(fā)電技術(shù)的不同成本發(fā)展將影響優(yōu)化可再生能源組合的構(gòu)成，以及它們與非可再生能源替代品的競(jìng)爭力。盡管近年來可再生能源的成本迅速下降，但仍需需要比基本水平再下降70%。100%可再生能源系統(tǒng)的年總成本將至少為5300億歐元每年，比包含核電或碳捕獲和儲(chǔ)存的系統(tǒng)高出約30%。此外，這些成本將隨著需求的增加而相對(duì)增加。
100%的可再生能源電力系統(tǒng)需要大量水電、CSP、地?zé)?、生物質(zhì)或季節(jié)性儲(chǔ)存提供容量來平衡可變的風(fēng)力和光伏發(fā)電，并在風(fēng)力和太陽能供應(yīng)不足時(shí)滿足需求。但這些技術(shù)目前都沒有部署到支持2050年100%可再生電力系統(tǒng)所需的水平。
研究人員表示，即使是100%的可再生能源系統(tǒng)也可能無法提供實(shí)現(xiàn)歐洲氣候目標(biāo)所需的減排水平，仍然需要CCS技術(shù)捕獲和封存的生物質(zhì)的負(fù)排放。因此，在引導(dǎo)向符合歐洲氣候目標(biāo)的可靠的、具有成本效益的電力系統(tǒng)過渡時(shí)，政策制定者應(yīng)確保所有的技術(shù)選擇組合性、合理性。
