Năng lượng mặt trời có thể rẻ và đáng tin cậy trên khắp Trung Quốc vào năm 2060

Tại Hội nghị sắp tới về biến đổi khí hậu của Liên hợp quốc ở Glasgow, Scotland, nhiều sự chú ý sẽ tập trung vào Trung Quốc. Là nhà sản xuất CO2 lớn nhất thế giới' những nỗ lực của' để khử cacbon trong hệ thống năng lượng của mình sẽ rất quan trọng đối với mục tiêu hạn chế sự gia tăng nhiệt độ bề mặt trung bình toàn cầu lên 1,5 độ C.

Trung Quốc đã có những cam kết lớn trong việc chuyển đổi hệ thống năng lượng của mình sang năng lượng tái tạo, đặc biệt là sản xuất điện từ các nguồn năng lượng mặt trời, gió và thủy điện. Tuy nhiên, còn nhiều điều chưa biết về tương lai của năng lượng mặt trời ở Trung Quốc, bao gồm chi phí, tính khả thi kỹ thuật và khả năng tương thích của lưới điện trong những thập kỷ tới. Những dự đoán gần đây về chi phí của tiềm năng năng lượng mặt trời trong tương lai ở Trung Quốc dựa trên chi phí lỗi thời và được đánh giá quá cao của các tấm pin mặt trời cũng như công nghệ lắp đặt và lưu trữ của chúng như pin lithiumion.

Giá điện mặt trời thực sự ở Trung Quốc sẽ là bao nhiêu trong những thập kỷ tới, bao gồm cả những thách thức về tính biến đổi vốn có của nó đối với lưới điện?

Các nhà nghiên cứu từ Harvard, Đại học Thanh Hoa ở Bắc Kinh, Đại học Nam Đài ở Thiên Tân và Đại học Renmin của Trung Quốc ở Bắc Kinh đã phát hiện ra rằng năng lượng mặt trời có thể cung cấp 43,2% nhu cầu điện của Trung Quốc&# 39 vào năm 2060 với mức thấp hơn 2,5 tuổi ở Mỹ xu cho mỗi kilowatthour. Để so sánh, thuế điện than ở Trung Quốc dao động từ 3,6 đến 6,5 cent / kilowatthour vào năm 2019.

Nghiên cứu được xuất bản dưới dạng bài báo bìa của Kỷ yếu Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS).

& quot; Các phát hiện nêu bật một điểm chuyển đổi năng lượng quan trọng, không chỉ đối với Trung Quốc mà còn đối với các quốc gia khác, tại đó năng lượng mặt trời kết hợp và các hệ thống lưu trữ trở thành một giải pháp thay thế rẻ hơn cho điện đốt than và một lựa chọn tương thích với lưới điện hơn," Michael B. McElroy, Giáo sư Gilbert Butler về Nghiên cứu Môi trường tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng Harvard John A. Paulson (SEAS) và là đồng tác giả của nghiên cứu cho biết.

& quot; Ngày nay, điện mặt trời miễn trợ cấp đã trở nên rẻ hơn điện than ở hầu hết các vùng của Trung Quốc, và lợi thế cạnh tranh về chi phí này sẽ sớm mở rộng ra toàn quốc do tiến bộ công nghệ và chi phí giảm," Xi Lu, Phó Giáo sư, Trường Môi trường, Đại học Thanh Hoa và là đồng tác giả của bài báo cho biết." Kết quả của chúng tôi chứng minh rằng khả năng cạnh tranh kinh tế của năng lượng mặt trời kết hợp với đầu tư vào hệ thống lưu trữ có thể mang lại lợi ích bổ sung cho việc vận chuyển lưới điện, điều này sẽ đặc biệt quan trọng đối với hoạt động của các hệ thống điện trong tương lai ở Trung Quốc."

Lu nhận bằng Tiến sĩ. từ Trường Cao học Nghệ thuật và Khoa học Harvard và bắt đầu đặt nền móng cho nghiên cứu với tư cách là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ và cộng sự nghiên cứu tại Dự án Năng lượng, Kinh tế và Môi trường Harvard Trung Quốc có trụ sở tại SEAS.

Nhóm nghiên cứu đã phát triển một mô hình tích hợp để đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời ở Trung Quốc và chi phí của nó từ năm 2020-2060. Trước tiên, mô hình tính đến các yếu tố như sử dụng đất ở khắp Trung Quốc, độ nghiêng và khoảng cách có thể có của các tấm pin mặt trời cũng như các điều kiện khí tượng như bức xạ mặt trời và nhiệt độ để ước tính tiềm năng vật lý của điện mặt trời trên cả không gian và thời gian.

Sau đó, nhóm nghiên cứu đã tích hợp chi phí đầu tư và tốc độ thay đổi công nghệ để nắm bắt khả năng cạnh tranh về chi phí đang phát triển của điện mặt trời so với điện than hiện tại và trong tương lai. Dựa trên nền tảng này, nghiên cứu đã phát triển một mô hình tối ưu hóa theo giờ để đánh giá chi phí bổ sung của hệ thống lưu trữ điện năng cần thiết để làm trơn tru các biến đổi của sản lượng mặt trời để nó có thể được tích hợp vào lưới điện phù hợp với nhu cầu điện.

Các nhà nghiên cứu lần đầu tiên phát hiện ra rằng tiềm năng vật lý của điện mặt trời, bao gồm bao nhiêu tấm pin mặt trời có thể được lắp đặt và chúng có thể tạo ra bao nhiêu năng lượng mặt trời, ở Trung Quốc đạt 99,2 petawatthours vào năm 2020. Con số này nhiều hơn gấp đôi quốc gia' tổng mức tiêu thụ năng lượng dưới mọi hình thức, không chỉ bao gồm điện mà còn cả nhiên liệu được tiêu thụ trực tiếp bởi xe cộ, nhà máy, hệ thống sưởi của tòa nhà và hơn thế nữa. Các phát hiện cho thấy PV năng lượng mặt trời là một nguồn tài nguyên to lớn cho quá trình khử cacbon của' Trung Quốc.

Sau đó, họ đã chứng minh khả năng cạnh tranh về chi phí, với 78,6% tiềm năng vào năm 2020 bằng hoặc thấp hơn giá nhiệt điện than địa phương hiện tại, một tỷ lệ sẽ còn tăng trưởng hơn nữa. Lợi thế về chi phí này có nghĩa là Trung Quốc có thể đầu tư vào dung lượng lưu trữ, chẳng hạn như pin, và vẫn cung cấp hiệu quả về chi phí 7,2 petawatt-giờ hoặc 43,2% nhu cầu điện trên toàn quốc vào năm 2060.

& quot; Hầu hết hiện nay đều nhận ra rằng biến đổi khí hậu đòi hỏi phải chuyển đổi khỏi việc sử dụng năng lượng hóa thạch," Chris P. Nielsen, giám đốc điều hành của Dự án Harvard-Trung Quốc và là đồng tác giả của bài báo cho biết." Không nhiều người nhận ra rằng khử cacbon trong hệ thống điện là mấu chốt quan trọng, đặc biệt là khi ngày càng nhiều lĩnh vực trở nên điện khí hóa, và chỗ ở của lưới điện có khả năng thay đổi tái tạo là phần khó nhất của câu đố. Nó' một bước đột phá lớn và không chỉ dành cho Trung Quốc, nếu bộ lưu trữ có thể làm cho điện mặt trời tương thích với lưới điện với chi phí cạnh tranh."

& quot; Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng nếu chi phí tiếp tục giảm, đặc biệt là chi phí lưu trữ, có thể có cơ hội cung cấp năng lượng cho xe cộ, sưởi ấm hoặc làm mát các tòa nhà hoặc sản xuất hóa chất công nghiệp, tất cả đều sử dụng năng lượng mặt trời. Điều này sẽ mở rộng lợi ích về khí hậu và môi trường của năng lượng mặt trời vượt xa ngành điện như quan niệm truyền thống," Shi Chen, đồng tác giả đầu tiên của bài báo, người đã giúp dẫn đầu nghiên cứu với tư cách là Tiến sĩ Thanh Hoa. sinh viên và một thành viên tham quan tại Dự án Harvard Trung Quốc.

Nghiên cứu này được đồng tác giả bởi Chongyu Zhang, Jiacong Li, He Xu, Ye Wu, Shuxiao Wang, Feng Song, Chu Wei, Kebin He và Jiming Hao.

Công việc này được hỗ trợ một phần bởi các khoản tài trợ từ Văn phòng Chủ tịch Đại học Harvard và Viện Toàn cầu Harvard cho Dự án Harvard-Trung Quốc về Năng lượng, Kinh tế và Môi trường.