全球可持续电力系统综合优化模型（GISPO）
GISPO 是面向全球电力系统低碳转型的规划优化框架。模型将地理空间资源评估与容量扩张、逐小时运行调度相连接，在统一框架下协同优化发电装机、储能、输电、稳定电源、碳捕集与封存、直接空气捕集以及需求侧响应等决策。
该模型支撑了 Nature Energy 论文 Integrated planning of net-zero power systems for all，用于分析在满足全球基本电力需求和体面生活用电需求的同时，实现净零电力系统的可行路径。
模型结构
GISPO 采用多层空间表达：电网区域用于描述负荷、电力平衡和跨区输电，技术资源点用于描述风电、光伏和水电等资源潜力，负荷中心与变电站节点用于刻画电源接入和网架连接。风电和光伏在网格单元尺度建模，水电在坝址尺度建模，随后汇总到电网层面进行容量规划和逐小时运行优化。
模型覆盖陆上风电、海上风电、集中式光伏、分布式光伏、径流式水电、水库水电、煤电、天然气、核电、生物质、锂离子电池、抽水蓄能、直接空气捕集、碳捕集运输与封存等技术。火电和生物质发电可以区分是否配备 CCS，因此能够同时比较化石能源 CCS、BECCS 和负排放路径。
优化目标
GISPO 的目标函数是在工程、经济和政策约束下最小化年度系统总成本。成本项包括发电、储能、输电、变电站、汇集线路、直接空气捕集和碳管理设施的年化投资成本与固定运维成本，也包括可变运维、燃料、启停、爬坡、碳捕集、二氧化碳运输和封存成本。
这一设定使模型能够系统比较本地可再生能源开发、长距离输电、储能时长、可调低碳电源、需求响应和碳移除之间的权衡。由于模型覆盖全年 8760 小时运行，它可以刻画日内波动、季节性波动和极端时段压力，而不仅是年度电量平衡。
关键约束
- 风电、光伏和水电出力受逐小时容量因子和站点装机潜力约束。
- 水库水电刻画天然来水、发电流量、弃水、库容变化和库容上下限。
- 电源接入、变电站、负荷中心和跨区输电共同构成电网连接约束，并考虑线路容量和距离相关损耗。
- 火电与核电刻画装机台数、在线台数、启停、最小出力、爬坡、燃料消耗和类机组组合运行限制。
- 储能模块刻画充放电、荷电状态、自放电、储能时长、备用贡献以及年初年末状态一致性。
- 逐小时电力平衡要求本地发电、储能放电和外来电力共同满足负荷以及碳移除技术用电。
- 可靠性约束包括旋转备用、必要时的容量备用以及高比例新能源系统中的惯量约束。
- 碳约束包括年度排放上限、直接空气捕集用电、碳源与封存点匹配、二氧化碳运输路径和封存点注入能力限制。
- 需求响应模块允许负荷在给定时间窗口内转移，同时保持总用电量守恒。
输入与输出
GISPO 使用高分辨率可再生能源资源潜力、逐小时容量因子、技术成本、既有基础设施、负荷曲线、储能潜力和碳封存潜力等输入。模型输入强调透明与可复现，适合开展多情景比较，而不仅是求解单一基准路径。
典型输出包括分技术和分电网区域的最优装机、逐小时出力、储能运行、跨区电力流、弃风弃光、输电扩张、碳捕集与封存流量、系统成本、排放以及能源可及性和土地利用压力指标。
数据与代码
- 源代码与绘图复现脚本：NetZero2050
- 全球可再生能源资源潜力数据：GlobalRenewableEnergyResource
- GISPO 基准情景线性规划文件：Zenodo 10.5281/zenodo.17618090
研究用途
- 设计兼顾能源可及性的全球净零电力系统路径。
- 量化高比例新能源系统对逐小时灵活性、储能、输电、稳定电源和需求响应的需求。
- 评估土地利用约束、技术贸易壁垒、CCS 可得性和碳移除选项对系统成本与可行性的影响。
- 将地理空间可再生能源数据与全球尺度电力系统规划决策相连接。
