環境學院、碳中和研究院魯璽教授團隊合作提出加速全球可再生能源開發與利用的創新性解決方案
清華新聞網3月25日電 可再生能源的大規模部署是應對全球能源危機與實現碳中和目標的重要舉措。目前在全球范圍內，各國都在積極推動可再生能源的發展。雖然可再生能源發展潛力巨大，然而在開發利用過程中面臨技術、政策、市場等諸多挑戰。如何有效地推動可再生能源開發和利用成為全球關注的熱點問題和前沿問題。近日，清華大學環境學院、碳中和研究院魯璽教授團隊聯合北京大學與中國農業大學團隊，系統梳理了目前可再生能源開發利用過程中存在的潛在挑戰，在此基礎上從物質流、信息流與能量流的綜合視角提出了加速全球可再生能源開發與利用的創新性解決方案。
全球可再生能源的生產、開發和利用挑戰及相應的解決方案
研究表示，可再生能源開發與利用面臨的潛在挑戰主要包括三個層面。可再生能源生產方面，傳統基于年均值的靜態評估方法無法滿足可再生能源高精度化規劃管理與政策制定需求、單一資源自然屬性指標難以服務可再生能源并網利用需求、氣候變化（如風速、太陽輻射、極端氣候事件等）對可再生能源生產的穩定性影響增大等。可再生能源利用方面，可再生能源長期波動不確定性風險增加、現有電力系統難以應對大規模可再生能源接入所帶來的波動等。可再生能源產業鏈環境風險方面，可再生能源環境影響與效益時空差異性表征不足、可再生能源的部署對局地環境生態直接效益及其機理的研究存在不足、未來關鍵礦產資源供應壓力增加、可再生能源廢棄物管理面臨挑戰等。
研究進一步提出了可再生能源開發與利用的潛在解決方案。可再生能源精準化評估方面，未來的技術發展應側重于加強多尺度氣候預測和風險管理能力，揭示可再生能源時變動性及其驅動因素，建立長時序變動性預測方法及風險預警機制，保障可再生能源生產的穩定性和能源系統運行的安全性。可再生能源高效利用機制方面，未來應發展跨發電、輸電、負荷等關鍵技術的主動并網機制，供給側與需求側闡釋其協同利用機制，可以通過需求響應、電動汽車、儲能等交互技術，促進分布式可再生能源的消納；在輸電方面，靈活的交流和高壓直流輸電技術可以提高容量，而微電網和分布式發電可以最大限度地減少長距離輸電需求；在儲能方面，協同利用長時儲能（例如氫能和抽水蓄能）和短時儲能（例如電化學儲能）可以進一步減小能源波動。可再生能源產業鏈方面，未來應注重開發更加環保的回收技術，如水冶金技術和生物浸出技術，并推動能源材料創新，特別是鈣鈦礦光伏材料的應用，這有望提高太陽能轉換效率并降低資源依賴；同時，采用全生命周期分析方法評估能源產品的全程環境影響，將有助于提升能源開發的可持續性。
總體來講，加速全球可再生能源開發與利用不僅僅依賴于技術的突破，還需要政策、市場和國際合作的共同支持。各國應根據本國的資源稟賦與技術條件，制定適合的能源政策并推動技術創新。同時，加強跨國合作和全球能源市場的整合，將加速可再生能源的全球化應用，推動能源綠色低碳轉型和高質量發展。
相關研究成果以“加速全球可再生能源開發與利用”（Accelerating exploitation and integration of global renewable energy）為題，于3月11日發表于細胞（Cell）出版集團旗下《創新》（The Innovation）雜志。
清華大學環境學院、碳中和研究院教授魯璽為論文通訊作者，中國農業大學資源與環境學院副教授莊明浩為論文共同通訊作者，北京大學數學科學學院大數據國家工程實驗室副研究員王劍曉、北京大學工學院2021級博士生陳新江為論文共同第一作者。論文合作者包括中國工程院院士、清華大學環境學院教授、碳中和研究院院長賀克斌，電機系副教授張寧，環境學院博士畢業生李彥和阮梓紋、2022級博士生王雨涵，北京大學工學院教授宋潔。研究得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃項目、碳中和與能源智聯國際大科學計劃（CNEST）培育項目等的資助。
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