《上海交通大学报道低碳发电子技术市场份额显著影响电力系统转型中的关键矿产资源约束》

  • 来源专题:关键原材料知识服务平台
  • 编译者: 费鹏飞
  • 发布时间:2025-04-15
  • 2月21日,上海交通大学在《Nature Communications》上发表题为“Sub-technology market share strongly affects critical material constraints in power system

    transitions”的论文,报道从子技术市场份额调控视角探索资源约束调控策略。

    在碳中和目标下,可再生能源电力系统转型迫在眉睫,但光伏发电和风力发电等可再生能源技术对关键矿产资源的需求远高于传统火力发电,且这些矿产多为关键战略性资源,可能引发长远资源安全风险。目前研究多聚焦于识别风险资源种类,缺乏对资源风险调控的探讨。研究人员从电力系统发电子技术调控入手,综合考虑发电系统以外其他部门对关键矿产资源的需求,预测我国碳中和转型路径下不同子技术组合情景下的关键矿产资源需求特征和资源风险,提出资源约束调控策略,为我国碳中和目标实现和关键资源约束应对提供政策支撑。

    研究集成宏观经济模型和动态物质流分析等方法,量化了基准情景及碳中和情景下我国发电系统转型过程中五种主要发电技术下的22种子技术对19种矿产资源的需求。结果表明,在碳中和情景下,截至2060年五种技术对19种关键矿产资源的需求将达5220万吨,相较于基准情景增加约2.7倍,其中9种资源的累积需求至少翻番,光伏发电和风力发电的资源需求占比最大,合计超90%。进一步考虑三种子技术市场份额调控情景,发现光伏发电对技术性资源的累积资源需求受子技术市场份额影响最大,较新技术情景和激进技术情景下光伏发电的资源需求可增加2.2~2.5倍。就年度需求而言,部分被风力发电和光伏发电需求的技术性资源在不同市场份额情景下差异显著。从累积需求与储量的比值来看,铜和铀资源在任何发电技术情景下都会超过其当前储量,产生严重资源风险。研究还提出了重要性指数概念,结果显示在不同情景下部分资源的重要性指数会超过安全阈值。

  • 原文来源:https://www.nature.com/articles/s41467-025-56592-5
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    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
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    • 电力部门在全球温室气体减排中扮演着关键角色,尤其是在美国。根据深度脱碳研究,风能和太阳能发电技术的发展速度或将超过电动汽车和热泵。这一趋势在2023年愈发明显,美国大型太阳能装机的增长达到了前所未有的水平。然而,清洁能源转型的过程并非一帆风顺,例如风能项目遭遇困境,天然气价格持续飙升。以下八个关键词概括了美国电力行业转型的发展态势。 48亿吨——2023年美国能源相关二氧化碳排放量 与2022年的水平相比,该数字下降了3%,比2012年至2021年间美国平均每年下降约1%的幅度还要大。这一下降归因于煤炭消费量的大幅降低,因为石油和天然气排放量大致持平。2023年煤炭排放量为7.74亿吨,低于2022年的9.39亿吨。美国因此需要每年减排6%,以实现《巴黎协定》规定的气候目标。 负4%——2023年风力发电量下降 2023年美国境内风力较弱。美国在整个夏季大部分时间风速较低(8月除外),这意味着风力发电量从2022年的436太瓦时降至2023年的419太瓦小时。 新增风电速度的放缓加剧了风能发展的困境。2023年新增的6.9吉瓦陆上风电是自2018年以来的最低年度量。该行业在2020年和2021年分别建造了超过14吉瓦的发电量。这一趋势看起来不会迅速被逆转。目前,风电相关开发企业每年计划在2024年、2025年和2026年每年新建约5吉瓦的陆上项目。 3.86亿吨——2023年电力公司的煤炭消费量 煤炭产量的急剧下降要归功于煤矿公司的不断退出。十年前,美国煤炭发电的总容量约为302吉瓦。截至2023年10月,这一数字已降至181吉瓦。2022年,煤炭发电量为690太瓦时,低于2021年的902太瓦时。2022年,燃煤电厂的发电量也第一次低于核电。 39%——零碳能源的发电量比例 这一数字与2019年相比没有变化。在过去五年时间里,风能和太阳能发电量占比从8%增长到14%,但核能和水力发电量则有所下降。水力输出通常因年份和气象条件而异。相比之下,核电的产量随着一些核电站的关停而降低。去年,随着乔治亚州Vogtle核电站的一个新反应堆上线,核能发电量略有上升。但底线是:近年来,零排放电力一直保持平稳。 5吉瓦——截至2023年11月的储能装机量 美国在2023年的前11个月里安装了4.1吉瓦储能装机,比2022年全年新增储能装机还多。另有2.4吉瓦的存储容量计划在2023年最后一个月上线。绝大多数储能装机位于加利福尼亚州和得克萨斯州。根据EIA的数据显示,2023年1月至11月,加州新增装机容量为3.5吉瓦,全国累计安装的14吉瓦装机容量中有10.5吉瓦就在加州。 148太瓦时——公用事业太阳能发电量规模化 美国太阳能事业会愈加繁荣,根据初步评估数据显示,2023年大型太阳能项目的发电量比美国五年前多130%,比2022年多16%。这些新能源这足以为近1400万户家庭供电,占总发电量的4%。 20.8吉瓦——2023年公用事业规模的太阳能装机容量 太阳能发电增长之所以如此迅速是因为美国正在安装更多的光伏设备。2020年美国新增10.7吉瓦太阳能,2021年新增13.6吉瓦,2022年新增11.1吉瓦。 截至2023年11月,电力公司已安装了近12吉瓦的新太阳能发电量,并且还有8.8吉瓦在12月上线。太阳能新增装机将超过天然气,后者在新增产能方面排名第二,去年上线了8.7吉瓦。 41%——美国电力来自天然气的百分比 受廉价价格和煤炭留下的巨大缺口的推动,美国的天然气发电量将继续增长。2023年,天然气发电量为1659太瓦时,占全年发电量的41%(2019年天然气占电力产量的37%)。核能位居第二,占19%。
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    • 来源专题:可再生能源
    • 编译者:许露露
    • 发布时间:2023-09-28
    • 构建 新型电力系统 是建设新型能源体系的重要组成部分、是一项复杂而艰巨的系统工程。9月15日,在经研论电?2023年新型电力系统创新发展研讨会上,专家学者围绕“加快新型电力系统构建 ”主题,研讨了新型电力系统构建的新理论、新模式,分享了新型电力系统构建的科研成果、技术创新和实践经验,共同推动“双碳”目标落地。 规划引领新型电力系统构建 国家能源局电力司副司长吴冰表示,要坚持系统思维,聚焦需要突破的基础理论、关键技术和需要探索的管理模式、政策机制,加快取得新型电力系统建设实际成果。 国网经济技术研究院有限公司执行董事郭铭群认为,要在保障能源安全的前提下有序推进能源绿色低碳转型,践行创新驱动发展战略,发挥科技在能源发展中的关键支撑作用,增强能源转型发展动力。 规划是确保新型电力系统安全性、经济性、可靠性和充裕性的重要基础。中国工程院院士舒印彪说:“要以电为中心、电力系统为平台,以清洁化、电气化、数字化、标准化为方向,从生产侧和消费侧协同发力,推进能源低碳转型。” “为应对新挑战,要大力发展中短期及长期储能技术,并建设源端及受端多能互补综合能源电力系统。”中国科学院院士周孝信表示,要建立大规模能源电力输送系统,打造结构合理、安全可靠的配用电网络,推进能源电力市场建设,保障新型电力系统健康运行。 国网经研院总经理董朝武认为,行业内需从加强分布式光伏开发潜力预测、变革配 电网规划 理念、提升灵活性资源配置水平等方面入手,进一步推进电网规划向源网荷储全链条延伸,促进能源电力安全可靠供应与创新发展。 谈及构建新型电力系统实施路径时, 国家电网 有限公司发展部新型电力系统处副处长赵红嘎强调,要统筹好发展与安全、清洁转型与电力供应、存量与增量的关系,推动源网荷储各环节共同发力,积极稳妥构建新型电力系统。 国网经研院主网规划中心副主任蒋维勇认为,目前能源转型形势下,“沙戈荒”大型风电光伏基地在通过外送直流向受端输送高比例清洁电力的同时,可考虑利用配套煤电、储能等提升晚高峰时段的送电能力,支撑电力保供。 我国海上风电发展前景广阔。水电水利规划设计总院新能源研究院副院长王跃峰认为,深远海风电规模化开发是重要趋势,建议推动重大海上输变电工程建设。 技术创新助力绿色电网建设 随着电网设计水平的不断提升和数字化技术应用的逐渐成熟,设计技术创新在新型电力系统构建中的应用价值凸显。针对新型电力系统构建给电网建设和发展带来的变化,专家学者在智慧设计、评审咨询新形势、绿色电网建设、关键设备增效、零碳光伏建筑能源系统应用等方面提出了一系列建议。 中国宏观经济研究院能源研究所副所长孙颖认为,在“双碳”目标指引下,实现能源转型既是破解我国能源资源约束的根本途径,也是塑造我国竞争新优势的战略抉择。要立足我国生态文明建设已进入以降碳为重点战略方向的关键时期,逐步转向碳排放总量和强度双控制度,加强碳排放双控基础能力建设。 党的二十大报告指出,必须牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,站在人与自然和谐共生的高度谋划发展。国网经研院设计咨询中心副主任洪倩介绍,国家电网有限公司严守生态保护红线,不仅从电网环保理念、管理制度方面创新,还结合典型工程开展超高海拔电磁环境控制、变电(换流)站原始地貌自适应布置及生态脆弱区植被快速恢复等电网环保技术创新。 电网建筑信息模型(BIM)可助推电网行业生产方式数字化转型。中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司副总工程师傅强认为,为实现数据结构化、设计智能化、成果三维化、应用泛在化的电网BIM数字化转型愿景,应全面推进自主可控的“E+”电网BIM数智综合解决方案,让电网全生命周期建设更可见、更智能。 国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》提出,提高建筑终端电气化水平,建设集光伏发电、储能、直流配电、柔性用电于一体的“光储直柔”建筑。天津大学建筑学院副院长杨崴提到应探索建设融合“光储直柔”建筑和微电网概念的零碳太阳能建筑模型及其能源系统,为未来城市变电站建设提供了一种设计理念。 直流输电技术研究服务新能源开发 “沙戈荒”大型风电光伏基地项目并网及海上风电大规模开发,迫切需要更为灵活可靠的输电技术。基于电力电子设备的直流输电技术重要性日益凸显。除了传统的常规直流输电技术,特高压柔性直流输电技术、远海风电二极管整流送出技术、低频送出技术等蓬勃发展。 国网经研院副总经理马为民介绍,国网经研院聚焦解决交直流混联系统安全稳定运行问题,创新提出基于多源换相换流器的新型直流输电技术。该技术能够解决现阶段直流输电的痛点问题并快速落地应用。 国网经研院直流中心科研人员苑宾说,为满足未来大规模广域分布的新能源的高效汇集与远距离送出需求,需要开展新型直流输电技术研究,破解高比例电力电子化系统带来的振荡、故障穿越、保护灵敏度方面的难题,提升系统安全可靠运行能力。 “大规模电力电子器件是支撑直流电网安全、高效运行的关键。”清华大学电机系副主任余占清认为,开发强换流、低功耗、高可靠的新型电力电子器件刻不容缓。 “宽频振荡问题是限制新能源并网的重要问题之一。建设新型电力系统,需要重点研究先进的控制方法,解决相关问题。”东北林业大学计控学院电气工程系主任刘一琦说。