面向所有人的净零电力系统综合规划

Mon, 04 May 2026 00:00:00 +0000

该论文提出用于全球净零电力系统规划的 GISPO 框架，并开放代码、绘图复现脚本、可再生能源资源数据集和线性规划算例，便于研究复现与扩展。

图 1：Nature Energy 论文首页。

全球可持续电力系统综合优化模型（GISPO）

Mon, 04 May 2026 00:00:00 +0000

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。

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。

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。

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。