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为应对可再生能源间歇性及区域供需失衡等挑战，研究人员开展全球互联太阳能 - 风能系统（VRE）研究。通过高分辨率时空数据分析及多目标优化，发现该系统发电量可达 2050 年需求 3.1 倍，且能降低成本、增强韧性，为能源转型提供新路径。
全球互联太阳能 - 风能系统：破解能源转型困局的关键钥匙
在全球加速向净零排放转型的进程中，以太阳能和风能为主导的可再生能源系统面临着两大核心挑战：一是太阳能与风能的间歇性输出受天气和昼夜周期影响显著，导致电力供需平衡难以维持；二是区域间能源资源分布与需求存在严重错配，例如东南亚、南欧等人口密集地区面临资源短缺，而中亚、北非等地却存在远超需求的过剩潜力。传统的区域独立电网不仅依赖高成本的储能设施，还在极端天气下暴露脆弱性，如 2021 年美国得州冬季风暴引发的大面积停电事件，凸显了现有系统的不足。
为突破这一困局，中国科学院地理科学与资源研究所联合国内外多家机构的研究团队，开展了全球互联太阳能 - 风能系统的可行性与效益研究。该研究成果发表在《Nature Communications》，通过构建高分辨率时空模型与多目标优化框架，揭示了全球互联电网在提升能源效率、降低成本及增强系统韧性方面的巨大潜力。
研究方法与数据支撑
研究团队整合了 500 米空间分辨率和小时级时间分辨率的数据集，评估全球太阳能和风能的可开发性、可及性和可互联性。通过多目标优化框架（非支配排序遗传算法 - II，NSGA-II），平衡投资成本、可再生能源渗透率和弃电率，确定最优的跨区域输电和储能配置策略。研究设置了四种互联场景：区域独立（S-I）、相邻互联（S-A）、大陆互联（S-C）和全球互联（S-G），模拟不同阶段的电网发展路径，并通过压力测试评估系统在气候变化、极端天气和地缘政治冲突等场景下的韧性。
核心研究结果
全球能源潜力与空间分布
通过空间筛选发现，全球可互联太阳能 - 风能年发电量达（237.33±1.95）×103 TWh，是 2050 年预计需求的 3.1 倍。但区域差异显著：西欧、印度等人口密集区因土地竞争和基础设施限制，单网格年发电量不足 1.0 TWh；而美国中西部、中亚等地因土地充足和发电效率高，单网格年发电量超 10.0 TWh。此外，南北半球的季节差异和东西时区的昼夜差异导致发电波动，需依赖储能和跨区域输电平衡。
优化路径与成本效益
研究提出分阶段互联路径：2030 年代以相邻互联为主，优先靠近负荷中心部署光伏和风电；2040 年代推进大陆互联，开发西亚、北非等资源优势区；2050 年代实现全球互联，构建北美 - 欧亚、南美 - 非洲等跨大陆输电走廊。优化后仅需开发 29.4% 的潜在资源即可满足需求，初始投资较区域独立场景降低 15.6%，且弃电率从 75% 以上降至 5% 以下。
系统韧性与风险应对
压力测试表明，全球互联系统对气候波动（太阳辐射 ±5%、风速 ±2%）的敏感度低于 0.1%，单区域电网故障导致的全球供电下降仅 2.6%，显著优于区域独立场景的 26.4%。然而，地缘政治冲突可能引发局部传输中断，如东亚 - 东欧线路中断会导致东亚 15% 的供电缺口，需通过多元化路由和国际协作缓解风险。
公平性与可持续性
全球互联促进能源公平分配，基尼系数从区域独立场景的 0.327 降至 0.173，发展中地区 GDP 用于能源转型的投资比例降低 5% 以上。此外，跨区域电力交易可减少对储能的依赖，储能容量需求较区域独立场景降低 37%-41.6%，缓解土地和资源压力。
结论与展望
该研究首次通过高分辨率建模和多目标优化，为全球能源互联提供了可操作的路线图。结果表明，全球互联太阳能 - 风能系统不仅能以更低成本满足未来电力需求，还能通过时空互补性增强供电稳定性，为应对气候变化和能源安全挑战提供新范式。然而，实现这一愿景需突破技术壁垒（如超高压直流输电，UHVDC）、协调区域政策，并建立跨国治理机制。随着 COP28 等国际倡议推动可再生能源扩容，该研究为全球能源转型提供了关键的理论支撑和实践指导，有望加速净零目标的实现。
研究强调，全球互联并非单一解决方案，而是需与碳捕获（CCUS）、需求侧管理等技术协同，形成多元化的能源生态。未来研究可进一步纳入区域成本差异、技术学习曲线等因素，为政策制定者提供更精细化的决策依据。
