实现巴黎协定的1.5或2℃温控目标有助于缓解激增的气候风险。为实现此目标，采用清洁的低碳能源并尽早实现能源行业的二氧化碳净零排放至关重要。针对这一挑战，环境科学与工程系王戎教授团队将其2023年在Nature发表论文中的中国太阳能和风能优化模型进一步发展为全球尺度模型，最新成果以“Global spatiotemporal optimization of photovoltaic and wind power to achieve the Paris Agreement targets” 为题，于3月5日在线发表在Nature Communications。
该研究提出了巴黎协定目标下时空高分辨的风光发电减排方案，揭示了全球192个国家在使用太阳能与风能清洁能源减排二氧化碳的潜力与成本，为实现二氧化碳净零排放的能源系统提供了路线图，也为国家和区域的气候和能源政策制定提供了科学依据。研究强调全球清洁能源转型在技术、金融和投资等面临的关键挑战，未来可服务于国家在全球气候治理方略上的需求。
近年来，太阳能与风能作为发展最迅猛的可再生能源，在低碳领域具有广阔的应用前景。充分了解全球使用太阳能与风能的潜力，优化全球光电与风电发展的时空布局，提出了多种清洁能源共同发展的减排路径，对准确预测电力行业脱碳进程及其对未来全球二氧化碳排放总量的影响具有重要的科学意义。
空间显式方法能够探究可再生能源的最大利用潜力，为实现二氧化碳净零排放的电力转型目标提供可靠依据。迄今为止，该方法已在区域尺度得到广泛应用，由于缺乏可再生能源资源潜力、技术进步速度、电力运输、能源储存、国际贸易和原材料供应链等关键的空间信息，以往研究缺乏在全球尺度优化低碳能源的时空布局，对主要国家可再生能源的装机容量和碳减排成本存在争议，导致国际气候资金的清洁能源分配方案缺乏科学依据。
王戎教授团队的成果因此有重要价值。首先，该研究开发了全球太阳能和风能的电力系统优化模型，构建时空高分辨的地理信息数据智能系统，并考虑了技术改进、电网升级、统筹能源储存和电力传输等基础配套设施建设，以及区域电力传输、全球矿产贸易、优化光伏电池板和风力涡轮机全球供应链等方案对风光发电潜力的作用。
该模型使用了时空高分辨的地理空间数据以及消费端电力负荷的小时波动数据，结合可再生能源的技术进步、电力运输、能源储存、国际贸易和供应链等影响，考虑到光伏和风力发电与其他清洁发电技术的竞争关系，考虑了生产光伏面板与风机的矿物限制，提出了在全球192个国家建造光伏、陆上风电和海上风电厂的方案，在实现2040年电力系统二氧化碳净零排放的目标下，全球2040年光伏、陆上风电和海上风电的总发电量将分别达到21.7、14.7和2.3 PWh y-1，揭示了全球风光发电减排二氧化碳的巨大潜力。
研究分析了影响风光发电潜力和成本的主要因素。强调在整合高比例的可变可再生能源时，扩大储能和电力传输以维持电网稳定的重要性。
研究表明了尽早布局与实施零碳综合技术对实现2°C目标的重要性，在全球气候治理的过程中，需要加大对清洁能源以及超高压输变电线路建设的投入，升级电力系统以提高清洁能源发电的使用效率，加强国际合作与国际协调治理政策制定与实施，构建能源基础设施的气候韧性，同时加大区域与跨区域能源转型的合作力度，完善清洁能源布局-超高压输变电线路布局-电网适应性升级-用户端无缝衔接等的支持框架，加快数字化能源技术的应用。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-57292-w
来源：环境科学与工程系
