科研动态 | 国家自然科学基金项目立项展示：电力市场化条件下“新能源+储能”与“煤电+CCUS”协同机制研究

在国家自然科学基金委员会发布的《关于2024年国家自然科学基金集中接收申请项目评审结果的通告》中，厦门大学管理学院9个项目获得立项。其中，面上项目7项，青年科学基金项目2项。

中国能源政策研究院吴微副教授作为负责人，获批国家自然科学基金面上项目“电力市场化条件下'新能源+储能'与'煤电+CCUS'协同机制研究”。

课题介绍

能源系统正处于深刻的变革过程中。双碳目标下，以可再生能源发电、电动汽车等为代表的新型能源技术的快速发展正在重塑能源产业的格局。但同时，能源系统转型过程的关键技术路径仍不明确，能源供应风险性事件频发，对国家能源安全保障提出了新的要求。化石能源低碳化利用和新能源规模化发展是实现能源系统低碳化转型的基础，而储能与CCUS则是新型能源体系的关键支撑技术。结合电力市场机制建设不断推进的背景，亟需探索电力市场化条件下“新能源+储能”与“煤电+CCUS”协同发展机制。

本项目尝试构建多区域电力市场仿真模型，探索在电力市场化条件下煤电产业低碳转型和新能源协同发展的路径，提出适应新型能源体系的多能耦合模式与机制，进而研究适应未来能源布局特点的产业发展布局模式。主要研究意义体现在两个方面：

在理论层面上，项目研究了市场化条件下“煤电+CCUS”与“新能源+储能”的竞争与耦合模式，相关的研究丰富了以新能源为主体，以传统能源为支撑，以低碳清洁化为特点的多能源系统的研究视角。研究通过构建多区域电力市场仿真模型，对市场下各类电源以及储能、CCUS等技术应用的收益进行评估。研究的结论对于在电力市场化改革稳步推进与新型电力系统深化发展背景下，完善能源投资评价的方法体系具有一定的理论价值。

在现实层面，本项目探索在发挥煤炭安全保障作用的同时，实现煤电产业的低碳化发展。相关的研究对于推动能源转型，提高能源供应安全，避免煤电产业沉没成本具有重要的现实意义。同时，研究新能源配置储能的模式与影响，探索通过多能互补提升新能源消纳能力的路径。研究成果对于提升新能源消纳水平，提高能源安全保障能力，支撑新型电力系统建设具有一定的现实意义。

关于中国能源转型的路径，学术界与产业界存在着较大的争议。学术界有不少学者受到国外激进气候转型思想的影响，在几年前就开始提出中国应该限制或者完全放弃煤基能源使用的观点。这些观点在某种程度上也影响到了能源产业的政策制定，比如2016年之后的煤炭去产能政策，其前提就是我国煤炭消费已经达到峰值或接近峰值。然而，产业界对激进的能源转型政策普遍持有怀疑的态度，主要的原因是基于能源系统运行的实践，仅仅依靠新能源很难满足电力系统的平衡需要。而煤基能源作为我国能源系统中“压舱石”，在保障能源供应安全和支撑新能源消纳等方面发挥着重要的作用。因此，需要在保障能源安全的前提下，有序地推动新能源与传统能源协同发展。

如果简单地因为“碳约束”而进行去煤，现有的燃煤发电机组和煤化工产业面临着退出压力和潜在的沉没成本，同时能源安全也面临着巨大的挑战。碳捕集、利用与封存（CCUS）技术给煤基能源低碳化发展提供了机遇，也成为近年来能源领域关注的重点。亟需探索煤电机组与CCUS等负排放技术进行结合的低碳化发展模式。同时，新能源结合储能也可以减轻新能源出力波动性对电力系统造成的冲击。现有的储能技术虽然可以部分解决新能源消纳的问题，但仍无法解决跨季节长时储能需求以及短期内新能源出力剧烈波动平衡的需求。“煤电+CCUS”作为清洁稳定的电源，在构建新型能源体系的过程中仍将发挥关键性的作用。在未来的能源供应格局中，煤基能源+CCUS与新能源+储能之间不仅仅是竞争替代的关系，同时二者之间也需要耦合协同。亟需对 “煤电+CCUS”和“新能源+储能”开展多维度成本竞争性分析与多时空优化组合发展路径研究。

基于上述背景，项目团队产生了研究“新能源+储能”与“煤电+CCUS”协同模式的想法。传统的技术评估的方法大多基于平准化成本进行比较，即简单计算不同能源技术生命周期内的平均成本再进行对比。然而，电能是一种特殊的商品，其在不同时间点的价值存在差异。电价能更直观反映不同发电技术在不同时间、不同地点的不同价值，从而体现新能源配储和化石能源配置CCUS技术之间的竞争耦合关系。因此，项目申请团队最终确定了电力市场化条件下“新能源+储能”与“煤电+CCUS”协同机制研究的选题方向。

在前期的研究过程中，通过与国家能源集团、中科院武汉岩土力学研究所、国家气候中心、国网能源研究院以及部分省份电网公司的项目合作，项目团队已积累了较好的数据条件。

发电机组数据方面，目前已整合了各类发电项目数据清单。该数据集包括截止2023年11月底我国已投产、在建和拟建的风电、太阳能发电和水电项目所在地级市、所属集团以及装机容量。以及2023年10月底已投产、在建和拟建的煤电、燃气发电与核电项目数据清单。

燃煤电厂CCUS源汇匹配数据方面，目前已整合了国家能源集团燃煤电厂数据。该数据集包括国家能源集团煤电厂的位置、建设时间、装机规模、发电量、排放量等数据，总806家待评估煤电厂，装机容量共8.4亿kW，年CO2排放量29.58亿吨。

仿真工具方面，项目团队前期已开发了单区域的电力市场仿真平台软件，可用于测算在不同电源结构下电力市场的出清结果，以及可能出现的缺口/裕度。基于单区域电力市场仿真的研究基础，在本项目中将进一步开发多区域电力市场仿真模型。

关于本课题，申请团队有着较好的前期研究基础，在2021年主持的福建省软科学项目《双碳目标下福建省能源转型路径与新能源产业发展战略研究》中，对福建省新能源资源现状与发展潜力进行了探索，并提出福建省能源转型路径进行了研究。在2022年主持国家能源集团委托项目《我国储能应用场景仿真及国家能源集团发展战略研究》中，对于中国各区域的新能源配置储能的模式，以及二者的协同机制进行了初步的探索。该研究成果曾获得中央企业智库联盟2022年重点课题二等奖。

项目团队出版专著《储能规模化发展政策体系、商业模式与综合影响》（2024年科学出版社出版），系统性地梳理了当前我国促进储能发展的主要政策，以及储能商业化运行的模式。论文“Benefits of electric vehicles integrating into power grid”（2021年发表于Energy）构建了电力系统成本评价模型，并研究了电动汽车V2G模式在电力系统中的应用价值。论文“The impact of electric vehicle penetration: A recursive dynamic CGE analysis of China”（2021年发表于Energy Economics）研究了不同电动汽车发展路径对中国宏观经济与能源消费的影响。论文“Lose at sunrise and gain at sunset: A long-term evaluation of China's PV penetration”（2023年发表于Environmental Impact Assessment Review）评估了中国光伏产业技术进步的经济与环境影响。论文“煤电CCUS产业化发展路径与综合性政策支撑体系研究”（2023年发表于《中国人口·资源与环境》）基于国家能源集团煤电CCUS源汇匹配的结果，提出了促进煤电CCUS产业发展的优化路径与政策体系。论文“Can fossil energy make a soft landing？— the carbon-neutral pathway in China accompanying CCS”（2023年发表于Energy Policy）基于CCUS技术成本，构建了耦合CCUS的CGE模型，对不同CCUS发展路径下减排的社会成本与经济影响进行了评估。

项目负责人介绍

厦门大学管理学院副教授、硕士生导师，主要研究方向为宏观经济建模、新型电力系统、储能技术经济、上市公司碳足迹等。曾担任科技部十四五能源技术预测专家组成员，教育部科技委能源与交通学部《中国能源与交通领域战略研究报告》、教育部哲学社会科学系列发展报告《中国能源发展报告》等研究报告撰写组成员。担任经济学（季刊），Energy Economics, Energy Policy, Energy等学术期刊匿名审稿人，学术期刊Energy Storage and Saving青年编委。曾在《中国社会科学》、《经济学》（季刊）、Energy Economics、Energy Policy等国内外高水平学术期刊发表论文30余篇，有多篇论文入选ESI热点与高被引论文。主持国家自然科学基金、教育部人文社会科学项目、福建省软科学项目、厦门市社会科学调研项目及多项企事业委托项目。研究成果获得福建省社会科学优秀成果奖和厦门市社会科学优秀成果奖。