【ZiDongHua 之“方案应用场”收录关键词： 清华大学 人工智能 可持续发展】
　　
　　风电光伏装机“大爆发”？助力中国和全球电力部门脱碳 | Cell Press对话科学家
 
　　
　　可持续发展
 
　　Sustainability当前，气候变化威胁正在加剧，全球多地极端高温和降水事件频发，2024年为有气象记录以来最热年份。作为《巴黎协定》的关键履约国，中国承诺2030年实现碳排放达峰、2060年实现碳中和。根据协定要求，各国将在2025年更新其国家自主贡献（Nationally Determined Contribution，NDC）目标，明确2035年的减排路线和关键指标。在此背景下，电力行业作为中国碳排放的核心部门，能否实现脱碳转型，将直接决定“双碳”目标的达成进度。
　　
　　在这一转型关键期，近日，清华大学与加州大学圣地亚哥分校的研究团队在Cell Press细胞出版社旗下期刊Cell Reports Sustainability上发表研究论文《加速推进风电光伏装机目标：助力中国和全球电力部门脱碳》（Ratcheting up wind and solar targets for decarbonizing the power sector in China and beyond），聚焦于风电与光伏作为主力可再生能源的发展路径，提出了更具前瞻性的目标设定建议。文章指出，在电力需求快速增长、电气化加速及气候目标更趋严格的背景下，中国有必要大幅提升风光装机与发电占比目标，并在未来NDC框架中引入“清洁能源发电占比”这一新的指标体系，以增强政策的导向性与可操作性。
 
 
 
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　　建立高时空分辨率的可再生能源布局与电力系统优化（RESPO）模型，评估2035年前中国风光发电装机与发电占比路径。中国需在2030年完成至少2350吉瓦（GW）风光装机部署，到2035年升至2910~3800吉瓦，并有望使风光发电占比达49%~56%。提出在国家自主贡献（NDC）中引入“清洁能源发电占比”目标，以增强政策约束力和可操作性。
　　
　　研究成果
　　
　　风光装机应持续提速，2035年目标需成倍提升
　　
　　研究通过构建高时空分辨率的可再生能源布局与电力系统优化模型（RESPO），模拟出实现2°C气候目标情景下，中国在截至2030年需要部署的风电与光伏装机容量区间为2350至2780吉瓦，到2035年需进一步增长至2910至3800吉瓦。这意味着在当前1200吉瓦风光目标已提前完成的基础上，中国未来需在2025至2030年间维持年均150至220吉瓦的新增风电光伏速度，2031至2035年间也需保持在120至210吉瓦的年增速。按技术类型来看，集中式光伏和陆上风电仍将是中国风光发展的主力，其中2035年陆上风电装机可能达到1910吉瓦，光伏装机也将超过1400吉瓦。同时，分布式光伏与海上风电也将持续扩张，分别达到470吉瓦与110吉瓦左右，如图1所示。
 
　　
　　图1. 2030年与2035年风电及太阳能装机容量对比。实线表示三种基准情景下的风电与太阳能总装机容量，虚线对应文中所述的未来情景。图中的柱状图展示情景A1下不同技术类型的装机容量，色带则标示未来情景下2035年结果的范围。发电结构显著转变，非化石能源成主导力量
　　
　　随着风光装机规模的持续扩张，我国电力系统的能源结构将呈现深刻变化。研究显示，2024年风电与太阳能在总发电中的占比为17.9%，到2030年有望提升至41%至46%，并在2035年进一步上升至49%至56%。更广义来看，包括风电、光伏、水电、核能与生物质在内的非化石能源，其在电力结构中的占比预计将从2023年的33.7%上升至2030年的65%至68%，2035年进一步增至75%至79%。相应地，煤电和天然气等化石能源发电比重将逐步下滑，预计2035年将降至21%至25%的水平，如图2所示。
　　
　　值得注意的是，研究进一步分析了可再生能源成本路径、电力需求不确定性以及煤电退役等因素对系统建模结果的影响。结果显示，不同场景下风光装机总量和发电结构的变化幅度较小。这表明，中国具备在较为复杂的经济与政策环境下，稳步推进风光规模化发展的能力，也印证了过去十年中国在制造能力、技术降本、政策执行等方面形成的综合优势。
　　
　　建议设立“装机+占比”双重目标以增强政策执行力
　　
　　为增强2035版NDC目标的清晰性与约束力，研究团队建议，中国应在延续现有风光装机容量目标的基础上，增设反映实际系统运行情况的发电结构性目标。具体而言，建议将2030年的风光装机目标由目前的1200吉瓦上调至2200吉瓦，2035年明确提出不低于2800吉瓦的最低容量要求；同时，建议在国家气候政策框架中新增“风光发电占比”或“清洁能源发电占比”这一目标类型，以提升政策导向的弹性和实效性。在发电结构方面，研究建议2030年风光发电应占总发电量的40%左右，2035年提升至50%；而非化石能源整体发电占比则可分别设定为65%以上和70%以上。这种双目标设计模式，不仅能够体现系统脱碳成果，也能更好适应未来电气化加速、电力需求波动等宏观趋势。
 
　　
　　图2. 2030年与2035年清洁能源发电占比。实线表示三种基准情景下风能和太阳能资源的总发电占比，虚线为文本所述未来情景。图中的柱状图显示情景A1下风能、太阳能、核能、水力发电及生物质能的发电占比，色带则表示未来情景下2035结果的范围。结论
　　
　　本研究为中国2035年电力系统脱碳提供了数据充分、路径清晰、政策相关性强的参考方案。相比于传统的绝对装机量目标，发电结构类指标（如清洁能源发电占比）对实际碳减排的指向性更强、弹性更高，有助于应对电力需求不确定性、跨行业电气化等复杂挑战。
　　
　　与此同时，研究也指出中国在实现高比例可再生能源发展过程中仍面临电网接入瓶颈、区域资源错配、电力市场机制有待完善等现实约束。因此，若要支撑更高比例风光并网，应同步推进电网基础设施建设、火电机组灵活性改造和区域协调机制改革。
　　
　　作为面向2035的战略性研究，本研究为中国制定更有力、更具韧性的气候行动路径提供了理论与实证支持，也为其他主要排放国和发展中经济体制定NDC提供了思路借鉴。研究最后强调，设定更具雄心的目标，不仅是减碳压力所迫，更是推动清洁能源投资与产业升级的战略机遇。
　　
　　作者专访Cell Press细胞出版社特别邀请论文通讯作者张达副教授进行了专访，为大家进一步详细解读。CellPress：请简要概述这项工作的亮点。
　　
　　张达副教授：这项研究的核心亮点在于开发了高时空分辨率的可再生能源布局与电力系统优化（RESPO）模型，该模型为《可再生能源法》修订和相关的可再生能源规划及政策讨论提供了重要的量化分析支撑。基于RESPO模型，我们系统评估了在满足全球2°C控温目标的前提下，中国风电和太阳能的发展需求，并据此提出了更加稳健、具有操作性的2035年能源转型路径。我们不仅量化了装机容量与发电结构的演变，还从政策机制角度首次提出将“清洁能源发电占比”纳入国家自主贡献目标，为未来气候政策设计提供了新的方向。CellPress：研究过程中遇到了哪些困难？团队是如何克服并顺利解决的？
　　
　　张达副教授：由于本研究需要覆盖多个情景、多种不确定性假设，并确保对技术参数、电力需求、区域差异等因素的高精度模拟，模型在构建和求解过程中涉及的数据量和计算复杂度都非常高。我们通过优化模型结构和搭建高性能计算集群，完成了上亿参数级别的模拟计算，最终顺利实现了目标。同时，我们也借助团队跨学科背景，在建模方法、气候政策与能源经济之间实现了有效衔接。CellPress：团队下一步的研究计划是怎样的？
　　
　　张达副教授：下一阶段，我们希望进一步拓展研究的适用范围，包括纳入极端气候事件下的电力系统韧性分析，以及考虑多部门协同减排对电力系统的反馈机制。同时，我们也计划围绕“清洁能源占比目标”的可操作性与实施效果进行跟踪研究，为中国及其他发展中经济体提供更具落地性的政策建议。CellPress：最后，请您与我们分享一下选择Cell Reports Sustainability的原因。
　　
　　张达副教授：Cell Reports Sustainability是Cell Press细胞出版社旗下重要的可持续发展期刊，发表前沿的高质量研究，强调数据透明、方法扎实和现实影响力，非常契合我们此次工作在研究内容与政策导向等方面的定位。同时，该期刊在推动全球气候与能源议题的跨界对话方面具有广泛影响力并提供完全的开放获取渠道，我们希望通过这一平台，与更多同行和政策制定者分享中国能源转型的路径探索与经验。
　　
　　作者介绍
　　
　　张振华
　　
　　 博士生
　　
　　张振华，本文共同第一作者，加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系2022级博士生，2020年于美国斯坦福大学获得能源工程硕士学位。研究方向聚焦于国际电力市场和能源系统转型的路径与策略，此前研究涵盖新型电力技术的系统级仿真、实时控制软件开发及其市场参与机制等问题。以主要作者在Nature Communications、Cell Reports Sustainability等国际期刊发表多篇论文。
　　
　　朱子恒
　　
　　博士生
　　
　　朱子恒，本文共同第一作者，清华大学能源环境经济研究所2021级博士生。2021年于中国人民大学信息学院获得数学与应用数学理学学士和计算机科学与技术工学学士学位。曾获清华大学解振华能源环境综合优秀奖学金/华为年度最佳个人开发者称号。研究方向为大规模高精度综合电力系统规划模型的开发与应用、数据中心电碳协同优化算法开发和人工智能在气候/能源/管理领域的应用等。以主要作者在PNAS、Energy & Environmental Science、Cell Reports Sustainability、Applied Energy和中国电机工程学报等国内外知名期刊发表论文多篇。
　　
　　鲁玺
　　
　　教授
　　
　　鲁玺，论文共同作者。清华大学长聘教授，环境学院大气污染与控制教研所所长、碳中和研究院院长助理。长期从事可再生能源“供-用”全链条评估技术、可再生能源潜量与变动性精准化评估方法与数据库等方面研究，为开发利用可再生能源与碳中和转型提供关键分析工具与数据库支撑。发表SCI论文100 余篇，在Science、Nature 子刊和PNAS 等顶级期刊发表论文30余篇，其中7篇为封面论文，多篇入选 ESI 高被引、热点论文。承担科技部重点专项、总理攻关基金、自科基金重点、杰青等多项国家项目与课题。担任联合国ESCAP亚太能源联盟智库专家，中国环境科学学会青年科学家分会常务副主任、秘书长，中国工业节能与清洁生产协会碳中和专委会主任等。先后获得环境保护科学技术奖、美团青山科技奖、北京市先进科技工作者、中国环境科学学会青年科学家奖（金奖）与第十五届中国青年科技奖等。担任Technology Review for Carbon Neutrality期刊的执行主编。
　　
　　张达
　　
　　副教授
　　
　　张达，本文共同通讯作者，现任清华大学能源环境经济研究所所长助理、长聘副教授，博士生导师，兼任清华三峡气候与低碳中心副主任、清华碳中和研究院气候治理与碳金融中心副主任。主持多项受全国人大环资委、生态环境部、发改委、科技部、财政部、国资委、国家能源局等部委以及世界银行、国际能源署、美国环保协会等国际机构委托的咨询项目。以第一作者或通讯作者在 Nature Climate Change、Nature Energy、PNAS、Joule、One Earth、Lancet Planetary Health、Energy and Environmental Science 等重要期刊发表多篇论文，担任 Climatic Change、Journal of Global Economic Analysis、Energy and Climate Management 期刊的副主编。
　　
　　Michael R. Davidson
　　
　　副教授
　　
　　迈克尔·戴蔚森(Michael R. Davidson)，本文共同通讯作者，现任加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系与全球政策与战略学院联合副教授、电力转型实验室主任。研究聚焦于大规模低碳能源部署过程中的工程实现路径与制度协调，涵盖电力系统、能源政策及全球气候合作等领域。曾在 Nature、Science、PNAS、Nature Energy和Applied Energy 等国际重要期刊发表多篇论文。