资源和需求非均衡格局下区域能源系统绿色低碳发展转型路径研究

The resource and energy demand heterogeneity in a regional energy system is the driving force of its internal energy flows, and there is an urgent need to explore the least-cost optimized regional energy system configuration. As internal energy flows rely on a large amount of renewable electricity transferred by power grid, the five provinces in Southern China with power grid operated by China Southern Power Grid (CSG) are chosen to illustrate the transition pathway of green and low-carbon development for a regional energy system. On the basis of reasonable assumptions on the future economic growth and social development, several energy demand projection technologies and energy supply technologies are integrated into the TIMES modelling platform to build an effective tool. To construct an index system for green and low-carbon development, the driving mechanism and key indicators of the energy system are identified. In consideration of energy supply and demand variation, several policy scenarios are designed to explore the least-cost and sustainable transition pathway with technical feasibility.

能源需求和资源禀赋的不均衡性是区域内能流的驱动力，也提出了区域能源布局应如何全局优化、能源互补以实现绿色低碳发展的科学问题。可再生能源电力通过电网传输是能源互补的主要途径，电网紧密互联互通的南方五省是研究区域能源系统绿色低碳发展转型路径的良好样本。本研究合理构建社会经济发展的基础情景，综合运用多种能源需求预测技术，融入主要能源供应技术，以TIMES能源优化模型为载体，自底向上对南方五省能源供需建模，构建区域能源系统绿色低碳转型的量化分析平台。分析能源系统演变的驱动机理，辨识在能源需求侧和能源供应侧对碳排放和主要大气污染物起关键作用的指标，设计绿色低碳发展指标体系。调整指标数值，设计多个能源情景，以近期、中期、远期绿色低碳目标和能流通道等为约束，按区域能源系统总成本最小化对各省的一次能源供应、能源加工转换、省间能流等能源布局进行整体优化，设计技术可行、经济最优、环境可持续的绿色低碳转型。

能源需求和资源禀赋的错配是区域内能流的驱动力，也提出了区域能源布局应如何全局优化、能源互补以实现绿色低碳发展的科学问题。可再生能源电力通过电网传输是能源互补的主要途径，电网紧密互联互通的南方五省区是研究区域能源系统绿色低碳发展转型路径的良好样本。本课题系统性构建了南方五省区能源模型，为区域能源体系向绿色低碳转型、落实我国碳达峰碳中和要求提供了科学支撑。本课题基于TIMES这一国际先进的能源技术模型，完成了南方五省区能源供需建模，构建了能源需求侧、能源供应侧、能源输运侧、能源外部性等多个技术模块，并模拟了基准情景下南方五省区能源系统演变趋势；从能源、环境和经济维度出发，构建了适用于南方五省区的绿色低碳发展指标体系；初步构建了南方五省区能源经济动态多区域CGE模型，并以碳交易政策为例，模拟了能源政策对南方五省区的综合影响；模拟了低碳情景下南方五省区能源系统演变趋势，总结了南方五省区绿色低碳发展转型路径。研究发现，南方五省区的绿色低碳发展主要分为两个阶段，第一个阶段为能源体系的增量优化阶段，增量部分主要由非化石能源来满足，第二阶段为能源存量替代阶段，主要反映为非化石能源对存量化石能源的替代。在按既有政策推演的基准情景下，南方五省区难以落实低碳发展的要求。为推动南方五省区的绿色低碳发展，在消费侧，需要抑制不合理能源消费，大幅提升电力消费占比；在供应侧，鉴于区域内水电资源开发接近尾声，未来南方五省区清洁能源供应须依赖区域内清洁电源开发和外部电力输入并举来实现，电源开发的思路是稳步发展沿海核电、深度开发水电、积极发展新能源发电，配套发展气电、抽蓄和储能电源，优化发展清洁高效煤电，并积极引导区外电力送入；同时，碳交易等政策的推行，将进一步抑制南方五省区的火力发电，是实现碳减排目标的有效补充。本课题研究成果迅速缩小了南方五省区能源建模领域与国内外先进水平的差距，通过模型的量化分析结果，有利于推动南方五省区能源电力行业的碳达峰碳中和进程，支持地方政府的碳达峰碳中和相关决策。