Italy 100% Renewable: A Suitable Energy Transition Roadmap
我们概述了一个现实的能源转型路线图为意大利，其中整个能源需求是由低成本的可再生能源技术，即太阳能光伏发电，风能和水力发电产生的电力。我们评估额外的电力和存储容量以及成本，投资回报和投资回收时间。基于成本、可再生性和可扩展性，提出了在由二氧化碳、水和剩余电力酶促合成的能量密集多糖中储存以满足显著的储存要求。
2016-09-27 physics.soc-ph
Brazil electricity needs in 2030: trends and challenges
对电力的需求以及用可再生能源取代化石燃料的需求一直在稳步增长，这一转变将对我们的世界产生重大影响，而这些影响才刚刚开始被理解。巴西是大型经济体的一个重要例子，该国的电力已经由可再生能源供应，如水电、风能和生物质火力发电。在这项工作中，我们调查了巴西过去20年的电力负荷曲线，并提出了2030年的四种不同情景，以评估国家电网中可再生能源增加的影响。分析表明，不断增长的电力需求和水电份额的预期减少将显著提高国家电网的可靠性，这是由于更高的峰值负荷以及太阳能和风能的不稳定性。如果在不久的将来没有任何千兆瓦规模的水电，增加这些可再生能源的份额应该会推动水电每年运行数百小时，超过过去经历的典型峰值功率水平。为了避免或减少与这一趋势相关的威胁，我们的一个方案表明，太阳能热水器可以在巴西大规模部署，这将通过减少主要在傍晚高峰负荷时的电力需求，对系统可靠性产生积极影响。
2020-09-23 physics.soc-ph
Accounting for spatiality of renewables and storage in transmission planning
目前规划德国能源系统的治理过程忽略了两个替代电网扩张的选择：第一，将可再生能源置于更接近需求的地方，而不是最佳的地点。第二，利用存储而不是额外的传输基础设施来防止电网拥塞。在本文中，我们应用基于AnyMOD建模框架的综合容量扩展模型，将现状与完全可再生能源系统的替代规划方法进行比较。为了代表可再生能源的空间性和波动性，德国电力部门的建模具有很大的时空细节的32个NUTS 2区域和每小时的时间步长。除了德国的电力部门，分析还考虑了与欧洲其他地区的能源交换以及工业、运输和热力部门对电力和电力燃料（如氢气或合成气）的需求。结果表明，第一个最好的解决方案可以很好地近似，如果目前的规划方法也考虑存储的拥塞管理。在我们的案例中，将可再生能源放在不同的位置没有显著的影响，因为必须几乎完全利用现有的潜力，几乎没有优化的空间。此外，对完全禁止增加输电线路的第一最佳方案的敏感性表明，电网扩张可以以可承受的成本替代。
2021-08-10 physics.soc-ph
The Benefits of Cooperation in a Highly Renewable European Electricity Network
为了实现雄心勃勃的欧洲CO $_2$减排目标，未来欧洲电力系统的大多数场景都依赖于风能和太阳能光伏发电的大份额。我们插在两个概念之间，以平衡这些可再生能源的可变性：在大陆规模的平衡使用输电网和平衡本地存储。这种插值是通过系统地将传输容量从最佳水平限制为零来完成的。我们对风能、太阳能、水力发电、天然气发电和输电的容量投资和调度以及抽水蓄能、电池和储氢等存储选项进行技术经济成本优化。模拟假设与1990年相比，CO $_2$排放量减少95%，并在30个欧洲国家的天气和电力需求的完整历史年份中运行。在具有高水平传输扩展的成本最优系统中，风力发电（65%）和水力发电（15%）占主导地位，平均系统成本与当今系统相当。限制输电使平衡向有利于太阳能和储能的方向转变，使成本上升了三分之一。随着限制的放宽，85%的最佳电网扩展的成本效益已经可以捕获只有44%的传输量。
2017-06-16 physics.soc-ph
Impact of demand growth on decarbonizing India's electricity sector and the role for energy storage
全球能源部门脱碳的努力取决于新兴市场能源生产和终端使用的技术选择，例如印度，空调预计将成为电力需求增长的主要推动力。在这里，我们使用一个综合的需求-供应框架来量化需求增长和时间模式对长期电力系统演变的影响。在预计的可再生能源和锂离子储能成本下降的情况下，我们的供需模型指出，到2030年，可再生能源将为满足印度的年度电力需求做出巨大贡献（46-67%）。然而，如果没有适当的政策措施来逐步淘汰现有的煤炭发电，即使如此迅速地采用可再生能源，加上一个或多个技术杠杆，如低成本储能和需求方措施，如制定积极的交流效率标准和部署配电级储能，与2020年相比，2050年的二氧化碳年排放量不足以减少，因为这一时期预计电力需求的增长率相对较高。
2022-02-23 physics.soc-ph
Revenue and risk of variable renewable electricity investment: the cannibalization effect under high market penetration
可变可再生电力（VRE）资产的市场收入在过去几年中一直受到严格审查。风能和太阳能在产量最高的时候压低市场价格，这一现象被称为“蚕食效应”。这可能对这些技术的收入产生重大影响，其影响程度已经在关于当前和未来市场的经济文献中得到确定。然而，在评估电力部门绿色投资的资本预算文献（例如，包括投资组合和实物期权理论等方法）中忽略了这种影响。在本文中，我们提出了一个分析框架，明确建模VRE生产和电价之间的相关性，以及对收入的影响，周围的能力组合和成本排放CO $_2$。特别是，我们推导出短期和长期预期收入、收入方差和投资时机的封闭式表达式。包括这些系统特性的效果与数值例子说明，在波兰电力系统作为测试案例的风力投资。我们发现，蚕食效应对收入有重大影响，使项目的预计利润从33%下降到13%至-40%（即亏损），这取决于对未来VRE产能扩张速度的假设。使用实物期权框架，投资门槛增加了13%至67%之间，由于包括蚕食。我们的研究结果同样表明，对未来电力容量组合的主观信念和不确定性，例如，VRE产能的增长，显著影响评估的收益和投资时机。
2021-06-11 physics.soc-ph
Cost optimal scenarios of a future highly renewable European electricity system: Exploring the influence of weather data, cost parameters and policy constraints
从高度可再生电力系统的模型中得出的成本最优方案取决于具体的输入数据、成本假设和系统约束。在这里，使用技术经济优化模型研究了30个欧洲国家的网络系统的这种影响，同时考虑到风能，太阳能，水电，天然气发电，输电和不同的存储选项的容量投资和运营。一个相当大的鲁棒性的总系统成本的输入天气数据和温和的变化的成本假设观察。围绕成本最优配置的优化领域中的平坦方向通常允许系统规划者在不同技术选项之间进行选择，而不会显着增加总成本，例如在公众接受问题的情况下用海上风电容量取代陆上风电容量。探索一系列二氧化碳排放限制表明，对于适度传输扩展的情景，与1990年水平相比减少约57%已经是成本最优的。对于更严格的二氧化碳限制，燃气轮机产生的电力首先被不断增加的可再生能源发电所取代。非水力储存能力仅用于低排放情景，以便提供必要的灵活性，以满足剩余负荷的峰值。
2018-08-18 physics.soc-ph
Transmission grid extensions during the build-up of a fully renewable pan-European electricity supply
时空发电模式的风能和太阳能光伏发电在欧洲被用来调查未来的增长，这些可变的可再生能源（VRES）在泛欧电力系统的渗透率越来越高的传输需求。根据欧盟国家的官方国家可再生能源行动计划的VRES增长预测被使用，并在逻辑上推断为完全由VRES供电的电力系统。我们发现，保持今天的国际净转移能力（NTCs）固定在未来四十年内减少了13%的备份能源的最终需求相比，没有NTCs的情况。今天的NTCs总体翻一番将导致26%的减少，总体翻两番达到33%的减少。对备用能源的剩余需求是由于发电模式的相关性，并且不能通过传输进一步减少。输电线路的主要投资将在VRES从15%（计划于2020年）提升至80%期间到期。此外，我们的研究结果表明，风力和太阳能之间的最佳组合转移从约70%到80%的风能份额作为输电网的增强。最后，我们分析了在VRES加速期间，加强传输如何影响单个国家的进出口机会。
2013-07-05 physics.soc-ph
Power Grid with 100% Renewable Energy for Small Island Developing States -- Nexus of Energy, Environment, and Economic Growth
我们估计了系统水平化电力成本（LCOE）的电网与高水平的可再生能源使用我们的电网优化模型。系统明智的LCOE的估计结果进行了讨论的能源，环境和小岛屿发展中国家（SIDS）经济体的经济增长的关系。虽然100%可再生能源在技术上是可能的，但估计的LCOE高达397 $/MWh，远高于美国和日本的住宅消费者的电价。敏感性分析表明，100%可再生电网的估计LCOE增加223%，相当于经济增长下降11%。经济增长的这种下降将对小岛屿发展中国家的经济产生重大的负面影响。然而，利用太阳能光伏发电的过剩能量通过电解水生产氢气将降低LCOE，因此可以在减少CO2排放的情况下实现更高的经济增长。
2019-04-09 physics.soc-ph
The Competitiveness of Renewables: An Analysis of Magnitude, Geography, and Drivers
Brandenburg University of Technology（勃兰登堡工业大学）
通过电力系统模型分析德国和德克萨斯州的市场均衡，发现即使无补贴，可再生能源也能获得显著市场份额，CO2定价和成本下降是主要驱动因素。
2026-06-17 physics.soc-ph
Power flow tracing in a simplified highly renewable European electricity network
在未来的能源系统中，传输容量的需求不断增加，这就提出了一个问题，即如何将相关成本分配给加强电网的用户。与简单的过于简化的方法相比，基于流跟踪的方法提供了公平和一致的节点使用，从而提供了输电投资的成本分配。该技术遵循通过网络的功率流，并使用类似扩散的过程将链路容量使用分配给相应的源或汇，从而考虑到底层网络结构和注入模式。作为一个展示，我们应用潮流跟踪的欧洲电网的简化模型，可再生风能和太阳能发电的份额高，基于长期的天气和负荷数据与每小时的时间分辨率。
2015-09-03 cond-mat.dis-nn physics.soc-ph
Impact of CO2 prices on the design of a highly decarbonised coupled electricity and heating system in Europe
雄心勃勃的可再生能源和二氧化碳税目标都是能源系统脱碳的政治工具。我们模拟了大量的耦合电力和供暖系统，其中CO2中性能源的主要来源来自可变可再生能源（VRES），即，风能和太阳能发电机。该模型包括在欧洲每个国家每小时发送一整年的所有技术。在每个模型运行中，可再生能源的数量和CO2税的水平是外生固定的，而能源的生产，转换，传输和存储技术的成本最优的组成和相应的CO2排放量的计算。我们表明，即使是高渗透率的VRES，一个显着的CO2税超过100欧元/吨CO2是必要的，以限制合并的CO2排放量从该部门到1990年水平的5%以下，因为削减VRES，燃烧化石燃料和效率低下的转换技术在经济上是有利的，尽管存在丰富的VRES。足够高的CO2税导致特别是通过热泵和热水储存更有效地使用VRES。我们的结论是，可再生能源目标本身是不够的;此外，还需要征收二氧化碳税，以使电力和供暖部门脱碳，并激励灵活高效的能源转换和储存的最低成本组合。
2018-11-09 physics.soc-ph
Analysis of renewable energy sources and electric vehicle penetration into energy systems predominantly based on lignite
我们考虑通过车辆到电网（V2G）技术将可再生能源整合到交通和电力部门，用于主要基于褐煤的能源系统。马其顿的国家能源系统是使用EnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergyEnergy我们表明，电动汽车可以提供必要的存储，为马其顿提供完全可再生的能源，以满足该国不断增长的能源需求。此外，…
2016-02-09 physics.soc-ph
The Impact of Climate Change on a Cost-Optimal Highly Renewable European Electricity Network
我们使用了EURO-CORDEX项目的三个集合成员和他们的地面风速数据，在代表性浓度路径8.5下，空间分辨率为12 km，时间分辨率为3小时的太阳辐射以及水径流（与本世纪末之前气温上升2.6至4.8摄氏度有关）到2100年，研究气候变化对风能，太阳能和水力资源的影响，从而对高度可再生和成本最优的欧洲电力系统的影响。天气数据转化为电力，不同的方面，如容量因子和相关长度进行了研究，并讨论了欧洲电力系统的影响。此外，我们将欧洲的30节点模型与历史和受气候变化影响的数据进行了比较，其中对发电，输电和储存设施的投资进行了优化，以实现深度二氧化碳减排。与历史数据相比，本世纪末欧洲国家之间的能力因素差异得到了更有力的强调。这导致光伏在成本最优的电力系统中的份额显著增加。到本世纪末，系统成本将增加5%，气候变化对这些成本的影响与合奏成员之间的差异相似。
2018-11-08 physics.soc-ph
Flow tracing as a tool set for the analysis of networked large-scale renewable electricity systems
流跟踪的方法遵循从净生成源通过网络到净消耗汇的功率流，这允许将底层传输基础设施的使用分配给系统参与者。本文提出了一种适用于任意组成的流入自然出现在模型中的大规模电力系统与高份额的可再生能源发电的重新制定。我们提出了一个应用程序，它允许关联电网上的电力流到特定的区域或发电技术，并强调这种技术的能力，解开的时空模式的物理进口和出口发生在这样的系统。基于IEEE 118总线网络的情况下，这种方法的分析潜力。
2017-08-26 nlin.AO physics.soc-ph
Principal Flow Patterns across renewable electricity networks
利用主成分分析（PCA），节点注入和线流模式的网络模型的未来高度可再生的欧洲电力系统进行了研究。它示出，描述95 $\%$的节点的功率注入方差所需的主成分的数量首先随着系统表示的空间分辨率而增加。相关组件的数量，然后饱和在大约76个组件的网络大小大于512个节点，这可以与欧洲的风模式的相关长度。值得注意的是，PCA的传输线潮流统计的应用程序表明，无论空间尺度的系统表示一个非常低的数量只有8个主要的流模式是足够的捕获95 $\%$的相应的时空方差。这一结果可以从理论上解释的一些主要注入模式与欧洲传输系统的网络结构固有的拓扑模式的特定对齐。
2018-10-08 eess.SP physics.soc-ph
100% renewable electricity in Japan
日本承诺到2050年实现碳中和。电力部门的排放量占总量的42%。太阳能光伏发电（PV）和风能占全球净装机容量增加的四分之三，原因是价格低廉且不断下降。这为日本提供了一个大幅度减排的机会，同时也减少了对能源进口的依赖。这项研究表明，日本拥有的太阳能和海上风能资源是供应100%可再生电力所需的14倍。本文利用历史数据，提出了日本电力系统40年逐时能量平衡模型。包括抽水蓄能、高压互联和可调度容量（水力、生物质能和氢能），以平衡可变发电和需求。差分进化算法用于在各种约束条件下寻找最小代价解。电力的平准化成本被发现是86美元每兆瓦时的光伏为主的系统，和110美元每兆瓦时的风力为主的系统。这些成本可以与日本现货市场上每兆瓦时102美元的平均系统价格进行比较。总之，日本可以以具有竞争力的成本自给自足。
2021-09-17 cs.SY eess.SY physics.soc-ph
Policy-relevance of a Model Inter-comparison: Switzerland in the European Energy Transition
本研究通过四个电力系统模型的比较分析，评估瑞士三项能源政策对国内系统及跨境电力流动的影响，发现可再生能源目标降低净进口和电价，而市场一体化减弱和冬季进口限制则增加成本并阻碍转型。
2024-12-17 physics.soc-ph
Extreme prices in electricity balancing markets from an approach of statistical physics
在大多数工业化国家，增加可再生能源的能源生产被视为一项重要成就。通过可再生能源发电的更高变化性导致电力系统的辅助服务成本上升，特别是电力平衡市场内的成本，主要是由于极端价格飙升的数量增加。这项研究的重点是预测的价格和数量的意大利平衡市场的行为在可再生能源的份额增加的存在。从保证稳定性能的负荷和发电配置开始，我们在负荷和可再生能源中实施波动;特别是与传统电源相比，我们人为地增加了可再生能源的贡献，以覆盖总负荷。然后，我们预测了在平衡市场的能源供应量和波动，这是由生产和消费引起的。在基于代理的建模方法中，我们估计由此产生的能源价格和成本。虽然它们的平均值只受到可再生能源贡献增加的轻微影响，但极端价格事件的可能性随着成本的不期望峰值而增加。
2016-12-16 physics.soc-ph q-fin.GN
Australian Energy Market Operator National Electricity Market Network Optimal Power Flow Modelling
本文利用HELM算法求解基于AEMO数据的NEM辐射状网络最优潮流问题，发现基载电厂周边输电损耗较大而可再生能源区域损耗较小且电压稳定，据此提出分布式可再生能源网络方案。
2024-03-15 physics.soc-ph
The cost of a future low-carbon electricity system without nuclear power for Sweden
为了实现电力系统深度脱碳的目标，越来越多的可变可再生能源（VRE）被采用。然而，如果未来的电力系统中排除核能，是否可以在不大幅增加成本的情况下实现这一目标，研究人员之间没有达成共识。在瑞典，2014年核电占全年电力供应的41%，官方目标是到2040年实现100%的可再生电力生产。因此，我们研究了瑞典未来无核电低碳电力系统的成本。我们以瑞典为重点对欧洲电力系统进行建模，并在10 g/kWh的CO2排放约束下运行容量投资和发电，输电，存储和需求响应调度的技术经济成本优化模型。我们的研究结果表明，有没有，或只有很小的成本效益，再投资于核电厂在瑞典一旦旧的退役。这一点适用于对技术成本和增加输电能力投资的可能性的各种假设。我们将我们的研究结果与最近的一项研究进行了对比，该研究声称瑞典不允许核电的严重成本处罚，并讨论了方法选择的影响。
2020-01-10 physics.soc-ph
Integration of Renewable Energy Sources in Future Power Systems: The Role of Storage
在电力供应系统中整合来自不可调度的可再生能源的高份额电力是一项具有挑战性的任务。在许多关于未来电力系统的研究中考虑的一个选择是安装存储设备以平衡电力生产的波动。然而，目前尚不清楚何时需要存储设备，以及集成过程如何取决于不同的存储参数。使用长期的太阳能和风能发电数据系列，我们提出了一种建模方法来研究存储大小和效率对100% RES情景的影响。将我们的方法应用于德国的数据，我们发现，如果剩余的能源由足够灵活的发电厂提供，那么高达50%的总电力需求可以通过风能和太阳能资源的最佳组合来满足，而无需削减和存储设备。我们的研究结果进一步表明，安装小型但高效的存储设备已经非常有利于RES集成，而季节性存储设备仅在80%以上的电力需求可以通过风能和太阳能满足时才需要。我们的研究结果意味着，安装额外的发电能力和存储容量之间的妥协是必要的。
2014-09-23 physics.soc-ph
Iron as a sustainable chemical carrier of renewable energy: Analysis of opportunities and challenges for retrofitting coal-fired power plants
由于2021年联合国气候变化大会（COP26），多个国家承诺尽快逐步减少煤电，在不久的将来关闭数百座发电厂。通过对这些工厂进行改造以用于铁燃烧，可以在这些工厂中产生无CO $_2$的电力。在该过程中产生的氧化铁可以被收集并使用H $_2$还原回金属铁，在循环过程中它成为能量载体。在回收过程中使用清洁能源，可以储存和分配丰富时期产生的多余能源。这一概念使用并扩大了现有的干金属循环技术，这是全球广泛研究的焦点。在此对改造进行评估，以确定在当前钢铁行业脱碳计划以及氢气和可再生电力政策的背景下，将这些材料要求添加到市场的可行性。结果表明，不仅对于单个发电厂，而且在更大的规模上，改造计划是可行的，促进和支持可持续电力，钢铁工业和氢气生产的进步，汇集必要的技术和建设工作。到2030年，铁燃烧技术的成熟和首次商业化应用，以及在未来几十年内发展必要的减排基础设施，将为大规模改造铺平道路，并支持在许多地区逐步淘汰煤炭。拟议的计划是一个可行的解决方案，利用现有资产，为该行业创造长期的遗产，并建立循环能源经济，提高当地的能源安全。
2022-05-24 physics.soc-ph
The role of hydro power, storage and transmission in the decarbonization of the Chinese power system
电力部门的深度脱碳可以通过风能、太阳能光伏和水力发电等可再生能源的高度渗透来实现。水电和储能的灵活性补充了风能和太阳能的高时间变化性，输电基础设施通过在空间维度上移动电力来帮助电力平衡。我们研究了在雄心勃勃的CO $ _2 $减排目标下成本最优的高度可再生中国电力系统，通过部署一个31节点的小时分辨率技术经济优化模型，该模型由经过验证的天气转换的38年可再生发电和电力需求数据集支持。通过一个新的实际水库水力模型，我们发现，如果CO $_2$减排超过70%，那么在适度的系统成本下，需要使用水力、电池和氢气等储存设施。数值结果表明，这些灵活性组件可以将可再生能源削减三分之二，使太阳能光伏发电份额提高两倍，并有助于满足夏季制冷需求。我们表明，扩大单向高压直流线路上的区域互联在技术上是足够的，比超高压交流连接的“一网”电网更经济。最后，将传输量从最佳值限制到25%不会使总成本高得多，而即使有大量的互连性，对电池存储的显著需求仍然存在。
2019-02-15 physics.soc-ph
Open model-based analysis of a 100% renewable and sector-coupled energy system -- The case of Germany in 2050
欧洲联盟（欧盟）能源系统实现气候中立的雄心勃勃的能源目标提出了在所有能源部门只使用可再生能源的可行性问题。作为欧盟主要工业化国家之一，德国通过了若干气候行动计划，以便在其能源系统中切实执行和最大限度地利用可再生能源。文献回顾显示，在描述一个开放的建模方法，用于分析完全可再生能源和部门耦合的能源系统的综合技术的明显差距。本文概述了一种分析德国100%可再生能源和部门耦合能源系统可行性的方法。基于开放式能源建模框架，开发了一个逐时优化工具“OSeEM-DE”来研究德国的能源系统。模型结果表明，在德国，100%基于可再生能源和部门耦合的电力和建筑供热系统是可行的。投资能力和组件成本取决于开发方案的参数变化。挥发性发电机的年投资成本在176亿至266亿欧元/年之间，热发电机的年投资成本在237亿至288亿欧元/年之间。该模型建议每年至少投资27 - 39亿欧元用于电力和热储存。OSeEM-DE结果与最近的研究比较验证了从模型中计算出的均衡化电力成本（LCOE）值。敏感性分析表明，存储和网格扩展最大限度地提高了系统的灵活性，降低了投资成本。该研究最后展示了该工具如何在欧盟范围内分析不同的能源系统。
2021-03-05 physics.soc-ph
Site-dependent levelized cost assessment for fully renewable Power-to-Methane systems
利用可再生电力生产合成天然气可以实现长期能源储存，并为运输提供清洁燃料。在这篇文章中，我们分析了完全可再生能源发电甲烷系统使用高分辨率的能源系统优化模型，适用于欧洲的两个地区。最佳的系统布局和操作取决于自然资源的可用性，这在不同地点和年份之间有所不同。我们发现，使用的风能比太阳能多得多，而使用中间电池储能系统的效果甚微。由此产生的甲烷平准化成本在0.24和0.30欧元/千瓦时之间变化，经济最佳利用率在63%和78%之间。我们进一步讨论了如何通过技术发展和使用副产品（如氧气和限电）来提高电力制甲烷系统的经济竞争力。敏感性分析表明，利率对平准化成本的影响最大，其次是风电和电解槽堆的投资成本。
2020-02-14 physics.soc-ph
Optimal combination of energy storages for prospective power supply systems based on Renewable Energy Sources
基于可再生能源的未来供电系统需要始终采取措施来平衡发电和负载。存储设备和备用发电厂的利用被广泛建议用于此目的，而最佳的组合仍有待发现。在这项工作中，我们提出了一种建模方法，系统地研究未来的供电系统的情况下，高份额的电力来自风能和太阳能资源。通过将备用电源视为仅含能源成本的次要电源，该方法独立于备用发电厂的实际满负荷小时数。将该方法应用于德国的多年气象数据，确定了存储设备和备用电源的成本优化组合。我们发现，即使在发电容量显著过剩的情况下，也需要具有与平均负载相同数量级的放电功率的存储设备或备用发电厂，以始终平衡系统。此外，这些能力似乎只在多年期的某些年份才需要。我们的研究结果意味着，在任何时候都有电力供应的社会需求可能只通过安装过剩容量来满足，而必须在安装额外的备用或存储或发电容量之间找到平衡。
2016-09-21 physics.soc-ph
A geothermal hydro wind PV hybrid system with energy storage in an extinct volcano for 100% renewable supply in Ometepe, Nicaragua
可再生资源在世界各地能源系统中的份额不断增加。本文评估了可再生能源技术的资本成本如何影响一个孤立的电力系统，只包括可再生能源的最佳配置和能源成本。对HOMER软件进行了调整，以包括和模拟抽水蓄能水电和地热发电厂。尼加拉瓜的奥梅特佩岛被选为案例研究，因为那里有风能、太阳能和地热资源，但更重要的是，它有一座死火山，火山口湖顶部可以用作抽水蓄能水电的上部水库。当考虑地热时，结果表明，该技术能够满足系统的基本负荷，减少其他资源所需的装机容量，以及减少存储需求和过剩的电力生产。当不包括地热选项时，其他可变资源在时间上的低互补性增加了太阳能和风力发电场的所需规模，达到峰值功率的6.5倍，从而增加了能源成本和过剩的电力生产。不同的系统配置结果表明，可再生能源发电的经济方面至少与自然资源的可用性一样重要。
2019-07-09 physics.soc-ph
Integration of Renewable Power Sources into the Vietnamese Power System
越南电力系统预计将在未来几十年内大幅扩张。然而，应研究提高可再生能源份额的途径。在这项工作中，我们通过共同优化可再生能源发电设施和输电网的扩展，研究了高度可再生的越南电力系统。我们表明，在成本最优的情况下，越南南部和越南中部的太阳能光伏发电（PV）的风力发电容量最高。此外，我们表明，传输有可能降低约10%的电力平准化成本。
2018-01-01 physics.soc-ph
Features of a fully renewable US electricity system: Optimized mixes of wind and solar PV and transmission grid extensions
根据32年的天气数据（时间分辨率为1小时，空间分辨率为40x40 km $^2$）计算了整个美国邻近地区的风能和太阳能光伏发电数据，并假设全国各地的风能和太阳能光伏发电容量分布是基于场地适用性的随机分布。这些数据用于研究完全可再生的电力系统，主要依靠风能和太阳能光伏发电。我们发现，由于美国夏季负荷高峰，风能和太阳能光伏的季节性最佳组合约为80%的太阳能光伏份额。通过选择这种组合，长期存储需求可以减少一半以上相比，风只混合。由于太阳能光伏发电的夜间间隙，每日最佳组合约为80%的风能份额。选择这种组合而不是太阳能只能减少约50%的备用能源需求。此外，我们计算了FERC（联邦能源管理委员会）水平的LCOE（电力平准化成本）的变化，因为它们的资源质量和波动模式不同。由于地区条件的不同，LCOE的差异高达35%，LCOE的最佳组合在很大程度上取决于资源质量。基于一种新的最小成本优化方法，构建了一个FERC区域之间的传输网络增强，以传输跨FERC边界的太阳能和风能的高穿透率。
2014-02-12 cond-mat.dis-nn physics.soc-ph
Renewable build-up pathways for the US: Generation costs are not system costs
过渡到未来的电力系统，主要是基于风能和太阳能光伏在美国相邻的所有地区进行检查。我们提出了建立风能和太阳能发电的优化途径，以满足最少的备用能源需求，并通过基于长期高分辨率天气确定的发电数据的简化，轻量级模型获得最低的成本。在没有存储的情况下，实现发电和负荷最佳匹配的途径，从而导致最少的备用能源需求，通常有利于两种技术的组合，在完全可再生的情况下，风能/太阳能光伏能源组合约为80/20。最低成本的开发被认为是从100%的技术开始，首先是平均发电成本最低的技术，但随着可再生能源装置的增加，经济上不利的过剩发电将其推向最小的备用途径。通过风能和太阳能的结合，和/或吸收多余的发电量，例如通过储存或传输，或通过将电力系统与其他能源部门相结合，可以大大减少多余的发电量和所需的成本。
2014-12-16 physics.soc-ph
MENA Compared to Europe: The Influence of Land Use, Nuclear Power, and Transmission Expansion on Renewable Electricity System Costs
大多数使用能源系统模型研究CO2中性或接近CO2中性的电力系统的研究都是在欧洲或美国进行的，而对其他地区的类似研究很少。在本文中，我们重点关注中东和北非（MENA），那里的天气条件与欧洲有很大的不同。我们使用一个绿地线性容量扩张模型与隔夜投资，以评估（i）限制/扩大可用于风能和太阳能发电场的土地数量，（ii）允许核电和（iii）不允许国际传输对系统成本的影响。评估是在太阳能光伏和电池储能的三种不同成本制度下进行的。首先，我们发现风能和太阳能发电场的可用土地数量会对系统成本产生重大影响，由于可用土地减少，成本增加0-50%。其次，允许核能对中东和北非地区的影响很小，而它可能会使欧洲的系统成本降低20%。在欧洲，允许核电对系统成本的影响高度依赖于光伏和电池成本制度。第三，禁止国际传输使欧洲和中东和北非的系统成本增加了25%。因此，脱碳电力系统中这三个有争议和政策相关因素对系统成本的影响各不相同，取决于（i）地区和（ii）太阳能光伏和储能的不确定未来投资成本。我们得出的结论是，中东和北非地区的可再生能源发电系统可能比欧洲的成本更低，无论未来光伏和电池投资成本的不确定性，以及围绕核电，输电和风能和太阳能农场土地的政策。
2020-12-16 physics.soc-ph
Long-duration electricity storage needs for coping with Dunkelflaute events in Europe
DIW Berlin（德国经济研究所）；Technical University Berlin（柏林工业大学）；Bruegel（布鲁盖尔研究所）
研究通过分析欧洲35年天气数据，发现极端干旱事件决定了长周期储能需求，需351太瓦时储能容量，占欧洲年用电量7%，核能部分缓解需求，但化石燃料备用与碳移除效果有限。
2026-04-30 econ.GN physics.soc-ph q-fin.EC
Synergies of sector coupling and transmission reinforcement in a cost-optimised, highly renewable European energy system
文献中有两个相互竞争的概念，用于整合可再生能源的高份额：电力与其他能源部门，如运输和供暖，以及加强整个大陆的传输网络。在本文中，跨部门和跨境整合被认为是在模型PyPSA-Eur-Sec-30，第一个开放的，空间分辨，时间分辨和部门耦合的能源模型的欧洲。使用每个国家一个节点的简化网络，计算成本最优系统，与1990年相比，二氧化碳排放量减少95%，包括电力，运输和热量需求。电池电动汽车（BEV）、电力转天然气装置（P2 G）和长期热能储存（LTES）的灵活性为平滑风能和太阳能的变化以及降低系统总成本做出了重大贡献。BEV的成本最小化集成与太阳能的日常变化很好地结合在一起，而P2 G和LTES则平衡了需求和可再生能源的天气和季节变化。在所有情况下，跨境输电的扩大降低了系统成本，但能源部门的耦合越紧密，输电加强的好处就越弱。
2018-07-12 physics.soc-ph
The Potential Role of a Hydrogen Network in Europe
本文通过高分辨率部门耦合能源模型评估欧洲氢能网络，发现复用天然气管网可年降系统成本至多3.4%，但仅能部分替代电网扩建。
2023-03-13 physics.soc-ph
Decarbonisation of industry and the energy system: exploring mutual impacts and investment planning
本研究结合欧洲工业与能源系统模型，分析二者脱碳的相互影响，发现工业脱碳推高电氢需求、价格存在区域差异，电结构仍以可再生能源为主，本土制氢可通过协同维持价格竞争力。
2024-10-30 physics.soc-ph
Opportunities for Price Manipulation by Aggregators in Electricity Markets
聚合器在电力系统中可再生能源发电的整合中发挥着越来越重要的作用。然而，可再生能源发电的间歇性使得聚合商的市场互动难以监测和监管，引起了人们对聚合商可能操纵市场的担忧。在本文中，我们研究了这个问题，通过量化的利润聚合器可以获得通过战略削减发电在电力市场。我们表明，虽然问题的最大化的利益削减是很难在一般情况下，有效的算法存在时，网络的拓扑结构是径向（非循环）。此外，我们强调，在实际情况下，通过战略削减，利润有可能大幅增加。
2016-06-21 cs.GT math.OC physics.soc-ph
Seasonal prediction of renewable energy generation in Europe based on four teleconnection indices
随着许多欧洲国家的电力结构中风能和太阳能的数量不断增加，了解和预测可再生能源发电在多个时间尺度上的变化对于确保可靠的电力系统至关重要。在季节尺度上，供求平衡主要由大尺度大气环流决定，而大气环流由于气候变化和自然变率而具有不确定性。在这里，我们采用四遥相关指数，这代表了大气条件之间的联系，在广泛分离的地区，在欧洲的季节尺度上描述的大尺度环流。对于第一次，我们将每个遥相关的风能和太阳能发电异常在国家和区域一级，我们表明，动态预测的遥相关指数可以预测可再生能源发电在国家一级的积极技能水平。该模型通过其对大气环流和遥相关状态的共同依赖，揭示了欧洲国家风能和太阳能发电的协变性。
2022-02-07 physics.ao-ph physics.soc-ph
Detection of Critical Events in Renewable Energy Production Time Series
针对长周期高细节电力系统仿真计算负担过重的问题，提出用MDI算法从可再生能源发电时间序列中检测极端发电关键事件，验证了不同发散度量的检测效果，未发现历史异常与气候变化的关联，可支撑未来电网风险评估。
2024-02-01 cs.CY physics.soc-ph
Environmental impact of terwatt scale Si-photovoltaics
将可再生的太阳能转换成电的太阳能光伏发电作为使发电脱碳的措施已经变得突出。与使用传统的不可再生燃料发电相比，该技术的运营碳足迹显著降低。然而，光伏发电的投入运行导致大量排放，这些排放首先进入大气。对硅太阳能电池板制造和安装过程中的隐含能量以及相关二氧化碳排放的分析清楚地表明了其全球变暖潜力。安装10 TWp容量需要150 Exa焦耳的能量，并根据具体的能源组合产生7至13 Gton的排放。颗粒物和其他气体排放以及水消耗将是额外的。这些都是需要开发替代低碳足迹机械制造工艺的重大排放，并清楚地显示了最近预测的太瓦级光催化剂的另一面。
2021-05-28 physics.app-ph physics.soc-ph
Using power system modelling outputs to identify weather-induced extreme events in highly renewable systems
针对高比例可再生能源系统中多日韧性挑战难仅靠单一学科识别的问题，提出基于电力影子价格的新方法，结合储能与互联影响编制新天气模式，为系统投资和韧性提升提供支撑。
2024-06-20 cs.SY eess.SY physics.soc-ph
Cost and efficiency requirements for a successful electricity storage in a highly renewable European energy system
该研究以欧洲为案例，推导了通用储能技术storage-X在成本最优高比例可再生能源系统中部署所需的成本和效率门槛，发现其大规模部署需高放电效率或极低能量容量成本，且现有新兴技术均不满足，但热能储存接近达标，最优部署可使系统成本降低9%。
2023-04-11 cs.SY eess.SY physics.soc-ph
Unlocking the Potential of Renewable Energy Through Curtailment Prediction
针对全球电网中5-15%可再生能源因过剩和输电约束被浪费的问题，本文提出通过预测弃电发生的时间和地点来提高利用率，核心是让机器学习社区参与电网脱碳。
2024-05-28 cs.SY eess.SY physics.soc-ph
Renewable Power Trades and Network Congestion Externalities
将可再生能源生产纳入电网是应对气候变化的一个重要政策目标。然而，这种一体化面临着经济和技术挑战。随着可再生能源发电量的增加，电网上的电力传输模式发生变化。由于物理规律，这些新的传输模式导致非直观的电网拥塞外部性。我们推导出了电力交易导致网络负外部性的条件。使用程式化框架和欧洲数据进行的校准表明，北欧和西欧之间每增加一个电力交易单位，就会使南部和东部地区的输电能力减少27%。这种外部性表明，对电网基础设施的新投资不能零敲碎打。在我们的例子中，北欧和西欧的电力基础设施投资也需要南欧和东欧的配套投资。一个经济挑战是，面临外部性的地区并不总是有财政能力投资于基础设施。在面临电网拥堵外部性的地区，电力运输票价有助于为电力基础设施投资提供资金。由此产生的对整个电网的投资促进了可再生能源生产的一体化。
2021-01-14 cs.SY econ.GN eess.SY
An Assessment of the CO$_2$ Emission Reduction Potential of Residential Load Management in Developing and Developed Countries
本文系统回顾了发达国家与发展中国家住宅负荷管理的CO$_2$减排文献，发现其减排潜力在1%至20%之间，且受能源组合、气候带和监管机制影响，指出负荷管理能协调消费者财务激励与气候缓解目标。
2025-04-03 econ.GN physics.soc-ph q-fin.EC
