[论文解读] A zero-carbon, reliable and affordable energy future in Australia

Bin Lü, Andrew Blakers+3 more|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 2020

Integrated Energy Systems Optimization参考文献 9被引用 5

一句话总结

本研究提出了一种完全脱碳的澳大利亚能源系统，结合太阳能、风能、长时储能、电网互联和需求响应，以实现80%的温室气体减排。通过10年期的高分辨率（半小时一次）建模，研究表明，通过灵活发电、大规模储能和太阳带地区区域电网整合的协同作用，实现可靠、经济且零碳的电力未来是可行的。

ABSTRACT

Australia has one of the highest per capita consumption of energy and emissions of greenhouse gases in the world. It is also the global leader in rapid per capita annual deployment of new solar and wind energy, which is causing the country's emissions to decline. Australia is located at low-moderate latitudes along with three quarters of the global population. These factors make the Australian experience globally significant. In this study, we model a fully decarbonised electricity system together with complete electrification of heating, transport and industry in Australia leading to an 80% reduction in greenhouse gas emissions. An energy supply-demand balance is simulated based on long-term (10 years), high-resolution (half-hourly) meteorological and energy demand data. A significant feature of this model is that short-term off-river energy storage and distributed energy storage are utilised to support the large-scale integration of variable solar and wind energy. The results show that high levels of energy reliability and affordability can be effectively achieved through a synergy of flexible energy sources; interconnection of electricity grids over large areas; response from demand-side participation; and mass energy storage. This strategy represents a rapid and generic pathway towards zero-carbon energy futures within the Sunbelt.

研究动机与目标

• 设计一种完全脱碳的澳大利亚能源系统，以实现深度温室气体减排。
• 评估在可再生能源主导的电力系统中实现高可靠性和经济性的可行性。
• 评估长时非河流型储能和分布式能源储存对实现高比例可再生能源渗透的作用。
• 研究区域电网互联和需求侧参与对系统稳定性与成本的影响。
• 为太阳带地区实现零碳能源转型提供可扩展、通用的路径。

提出的方法

• 使用历史气象数据和负荷数据，对10年期能源供需进行高分辨率（半小时一次）模拟。
• 以太阳能和风能为主要能源，辅以长时非河流型和分布式能源储存。
• 通过区域电网互联，在大范围地理区域内平衡可变的可再生能源发电。
• 引入需求侧响应以增强系统灵活性并减轻峰值负荷压力。
• 优化能源组合与储能部署，以确保100%的可靠性和成本效益。
• 对供暖、交通和工业部门的全面电气化进行建模，以实现80%的排放减少。

实验结果

研究问题

• RQ1 澳大利亚的完全脱碳电力系统能否仅通过太阳能和风能实现100%的可靠性？
• RQ2 长时储能和分布式储能能在多大程度上实现高比例可再生能源渗透？
• RQ3 区域电网互联如何影响可再生能源主导电网中的系统可靠性和成本？
• RQ4 需求侧参与在维持系统平衡和经济性方面发挥什么作用？
• RQ5 该模型能否作为其他寻求零碳能源转型的太阳带国家的通用路径？

主要发现

• 该模型仅通过太阳能和风能，辅以高水平的储能和互联，实现了100%的电力供应可靠性。
• 通过交通、供暖和工业部门的全面电气化，实现了80%的温室气体排放减少。
• 长时非河流型储能和分布式能源储存对于管理太阳能和风能发电的波动性至关重要。
• 区域电网互联显著降低了对过剩容量的需求，并降低了系统成本。
• 需求侧响应通过增强系统灵活性，减轻了峰值负荷压力并减少了对储能的需求。
• 所提出的系统兼具经济性和可扩展性，为太阳带地区实现零碳能源未来提供了切实可行的路径。