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为实现美国 2035 年电网净零碳排放目标，研究人员开展 “实时温室气体（GHG）排放强度下需求侧负荷调节对电网脱碳作用” 的研究。通过多场景分析发现不同策略可减少碳足迹，为美国脱碳提供可扩展且可行的方案，助力实现净零碳电力目标。
在全球应对气候变化的大背景下，电力行业的碳排放成为关注焦点。美国作为全球重要经济体，也是温室气体排放大国，其 2022 年化石燃料燃烧产生的二氧化碳（
CO2）排放量约达 49 亿吨，占全球
CO2排放总量的 13.6%，在全球排名第二，且电力部门是美国主要的碳排放源之一。尽管美国可再生能源在电力 generation 中的占比从 2014 年的约 13% 增长到 2023 年的约 21% ，但各地区发展不均衡，且存在可再生能源发电与电力需求在时间和季节上不匹配等问题。为解决这些问题，推动电力行业向可持续发展转型，得克萨斯大学达拉斯分校（The University of Texas at Dallas）等机构的研究人员开展了关于实时温室气体（GHG）排放强度下需求侧负荷调节对电网脱碳作用的研究。相关研究成果发表在《Cell Reports Sustainability》上。
研究人员运用了多种关键技术方法。他们利用美国能源信息署（EIA）的数据，将 13 个北美电力可靠性公司（NERC）区域进行分类，构建不同场景。通过建立负荷调节优化模型，综合考虑碳排放量和对生产生活的影响，求解优化策略。还进行敏感性分析，探究不同因素对碳减排效果的影响。
研究结果如下：
- 美国电力系统可再生能源整合的时间动态和区域差异：2019 - 2023 年，美国能源结构向可再生能源转变，风能和太阳能占比上升，传统能源占比下降，但可再生能源发电与电力需求存在时间和季节上的不匹配。同时，不同地区的 GHG 排放强度波动范围不同，如 CENT、TEX 和 NW 等地区波动大，FLA、MIDA 和 NE 等地区波动小。
- 高可再生能源渗透率地区的电力系统脱碳：选取 NW、CAL 和 TEX 等可再生能源渗透率高的地区进行研究。这些地区 GHG 排放强度波动大，不同优化时间窗口对碳减排效果影响不同。以 CAL 地区为例，年度优化虽在第二季度碳排放增加，但全年减排量更大，而月度优化受时间限制效果较差。
- 能源来源多样化地区的电力系统脱碳：CENT、SW 和 Midwest（MIDW）等地区能源来源多样化，其可再生能源占比分别为 41.18%、16.91% 和 16.98% 。研究发现，能源来源多样化地区在更高的负荷调节范围内，GHG 减排率更高。如 CENT 地区因可再生能源渗透率高且能源来源多样，其 GHG 减排率显著高于其他地区。
- GHG 强度波动高和低地区的电力系统脱碳：对比 6 个高 GHG 强度波动地区和 6 个低 GHG 强度波动地区，发现高波动地区更易进行负荷调节，年度总调节小时数更多，且每月调节小时数相对稳定；低波动地区则相反，调节难度大且成本高。
- 敏感性分析：未来可再生能源占比增加对不同地区碳减排效果影响不同，如 CAL 地区增加太阳能比例碳减排效果更明显，TEX 地区则是增加风能更有效。同时，清洁能源可利用量减少对高可再生能源渗透率地区碳减排能力影响更大，且低 GHG 强度波动地区对调节难度（权重因子 λ）更敏感。
研究结论表明，基于实时 GHG 排放强度的需求侧负荷调节策略，能有效减少美国电力系统的碳排放。不同电力系统应选择合适的优化策略和关注可再生能源重点，以实现更大程度的碳减排。不过该研究也存在一些局限性，如未讨论策略成本、区域间电力传输影响、负荷调节带来的短期动态复杂性以及对社会生产生活的整体影响等。但总体而言，该研究为电力系统脱碳提供了新的思路和方法，为实现美国 2035 年净零碳电力目标提供了有力支持，也为其他国家应对能源效率和减排挑战提供了参考，推动了全球可持续能源发展的进程。
