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碳中和下中国电力系统将迎来深刻变革，而现有研究在建模上往往忽略了可变可再生能源并入电网时的实际挑战从而低估了碳中和电力系统转型成本。本研究基于电力系统优化模型在考虑风光出力、源荷匹配、电网建设和安全性约束的前提下模拟碳中和电力系统情景并详细揭示成本规模和贡献因素。研究具有扎实的电力系统建模基础和详细的数据支撑，将有助于充分认识碳中和电力系统转型的挑战和风险，并进一步制定更高效的政策激励措施以确保碳中和电力系统的转型。 中国为电力行业实现碳中和设定了具有雄心的可再生能源发展目标，这意味着未来30年中国的电力系统将面临深刻的变革。尽管可再生能源技术成本急剧下降，但其间歇性的外部成本和对新增装机的大规模投资将增加电力成本。然而很少有研究在计算成本时详细考虑与高可再生能源份额相关的实际挑战，仅根据电力平衡来估算电力供应成本的变化可能会低估关键因素的综合效应。因此揭示未来中国碳中和电力系统转型成本规模及其驱动因素至关重要。本研究使用电力系统规划（GTEP）模型全面评估电力系统的转型成本，通过全球可再生能源开发分析（GREAN）数据库生成的分省电力供给曲线为GTEP模型提供可再生能源的每小时发电量，并考虑了未来发电和用电负荷的地理分布、电网的建设和安全约束。 研究结果表明： 1）到2050年中国电力系统中实现碳中和将需要3579和2247GW的光伏和风能装机（占整个电力系统装机的72.8%），大约是目前电力系统中风光装机的10倍。天然气和生物质发电装机容量分别为389.1和187.5GW，其中生物质发电的43.4%为BECCS技术，每年可贡献1.8亿吨负碳排放以抵消天然气发电的正碳排放。储能将有1117GW的装机以保证电力系统安全。 2）高可再生能源电力系统增加了对长距离输电线路的需求，需要更紧密的电网互连来应对发电和用电负荷的不平衡。尽管碳中和目标不影响目前中国电网传输中“西电东送”和“北电南送”的格局，但电力在区域之间双向传输的通量增加。 3）碳中和下电力系统转型总本将增加19万亿元，年均占目前GDP的0.62%。而度电成本将达到57.8分/kWh，相较于BAU情景增加9.6分/kWh。成本增加在年际间呈现先慢后快再慢的模式。主要的成本将来自对可再生能源装机、灵活发电资源和电网扩展建设的大量投资。 |
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