Credit: CC0公共领域在即将于苏格兰格拉斯哥举行的联合国气候变化大会上，许多注意力将集中在中国身上。作为世界上最大的二氧化碳排放国，中国为能源系统脱碳所做的努力对于将全球平均地表温度上升限制在1.5摄氏度至关重要。中国已经做出重大承诺，将能源系统向可再生能源转变，特别是太阳能、风能和水能发电。然而，中国太阳能的未来还有许多未知因素，包括未来几十年的成本、技术可行性和电网兼容性。最近对中国未来太阳能潜力成本的预测依赖于过时和高估的太阳能电池板及其安装成本，以及锂离子电池等存储技术。
未来几十年，太阳能在中国真正的成本是多少，包括其固有的可变性对电网构成的挑战？
来自哈佛大学、北京清华大学、天津南开大学和北京中国人民大学的研究人员发现，2060年，太阳能可以以每千瓦时不到2.5美分的价格提供中国43.2%的电力需求。相比之下，2019年中国的煤电电价在每千瓦时3.6至6.5美分之间。
这项研究作为美国国家科学院院刊(PNAS)的封面文章发表。
哈佛大学约翰·保尔森工程和应用科学学院(SEAS)的吉尔伯特·巴特勒环境研究教授、该研究的合著者迈克尔·麦克埃尔罗伊说:“这些发现凸显了一个关键的能源转变点，不仅对中国如此，对其他国家也是如此，在这个转变点上，太阳能和储能系统的结合成为燃煤发电的更便宜的替代方案，也是一个与电网更兼容的选择。”。
“如今，在中国大部分地区，免补贴太阳能发电已经变得比煤电更便宜，由于技术进步和成本下降，这种成本竞争优势将很快扩大到全国，”清华大学环境学院副教授、该论文的合著者路表示。“我们的结果表明，太阳能发电的经济竞争力与对储能系统的投资相结合，可以为电网调度提供额外的好处，这对于中国未来电力系统的运行尤为重要。”
陆获得了哈佛大学文理学院的博士学位，并作为哈佛中国能源、经济与环境项目的博士后和研究助理开始为这项研究奠定基础。
研究团队开发了一个综合模型来评估2020-2060年中国的太阳能潜力及其成本。该模型首先考虑中国各地的土地使用、太阳能电池板可能的倾斜和间距以及太阳辐射和温度等气象条件等因素，以估计太阳能在空间和时间上的物理潜力。
该团队随后整合了投资成本和技术变革的速度，以捕捉太阳能发电相对于煤炭发电在现在和未来不断发展的成本竞争力。在此基础上，该研究开发了一个每小时优化模型，以评估电力存储系统的额外成本，这些成本是平滑太阳能输出变化所必需的，这样它就可以整合到电网中以满足电力需求。
研究人员首先发现，2020年，中国太阳能光伏的物理潜力达到了99.2千兆瓦时，其中包括可以安装多少太阳能电池板以及它们可以产生多少太阳能。这是该国各种能源消耗总量的两倍多，不仅包括电力，还包括车辆、工厂、建筑供暖等直接消耗的燃料。研究结果显示，太阳能光伏是中国脱碳的巨大资源。
他们随后展示了其成本竞争力，2020年78.6%的潜力等于或低于当地燃煤发电的当前价格，这一份额将进一步增长。这种成本优势意味着中国可以投资于电池等存储容量，到2060年仍能经济高效地提供7.2千兆瓦时的电力，占全国电力需求的43.2%。
“大多数人现在意识到，气候变化需要从化石能源的使用中过渡出来，”哈佛-中国项目执行主任、该论文的合著者克里斯·尼尔森(Chris P. Nielsen)说。“没有多少人意识到，电力系统脱碳是关键，尤其是在更多部门实现电气化的情况下，而电网对可再生能源可变性的适应是难题中最棘手的部分。这是一个巨大的突破，而且不仅仅是对中国来说，如果存储能够以有竞争力的成本使太阳能电网兼容。”
“我们的研究表明，如果成本继续下降，特别是在存储方面，可能会有机会为车辆提供动力，为建筑供暖或制冷，或者生产工业化学品，所有这些都使用太阳能。这将使太阳能的气候和环境效益远远超出传统观念中的电力部门，”该论文的第一作者之一、清华大学博士生、哈佛-中国项目访问学者陈石说。
本研究由张、李、何旭、、王、、褚伟、共同完成。
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