瑞士能源转型路径中太阳能光伏(PV)目标实施可行性的县域评估:成本优化与概率扩散模型耦合

《Renewable and Sustainable Energy Transition》:Assessing implementation feasibility of energy transition pathways: The case of solar PV in Switzerland

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月30日 来源:Renewable and Sustainable Energy Transition 6.0

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  评估瑞士四种模拟路径下地方级太阳能光伏(PV)目标的实施可行性;将成本优化模型与概率技术增长模型相结合;评估2035年和2050年143个瑞士县域光伏目标可行性的空间异质性;评估经济政策及其他纳入的背景变化对可行性的预期影响。

  
评估瑞士四种模拟路径下地方级太阳能光伏(PV)目标的实施可行性;将成本优化模型与概率技术增长模型相结合;评估2035年和2050年143个瑞士县域光伏目标可行性的空间异质性;评估经济政策及其他纳入的背景变化对可行性的预期影响。
研究背景与意义:成本优化能源系统模型(cost-optimization energy system model)长期用于生成实现长期能源与气候目标的技术和经济可行路径,为政策提供依据;但现实社会—技术转型高度复杂,模型常以简化的技术经济理性处理问题,难以刻画太阳能光伏(PV)等新兴颗粒化技术的扩散动态,也常忽略公众支持、同伴效应、政治规制和区域社会经济特征等非技术维度,导致对技术部署的高估或低估。已有可行性研究多在全球或国家层面开展,或对非技术可行性采用定性评估,较少将成本优化路径与基于历史数据的概率技术扩散模型(probabilistic technology diffusion model)在次国家尺度结合。该研究因此以瑞士143个县域为对象,评估2035年和2050年四种SURE路径情景(SPS,SURE Pathway Scenarios)下PV目标的实施可行性,旨在识别模型路径与现实部署之间的差距,并为国家和县域政策提供空间化依据;其重要意义在于不调整优化目标以“优化可行性”,而是独立检验目标的可实现性,并揭示国家尺度不可见的空间异质性。

关键技术方法(≤250字):研究人员以STEM(Swiss TIMES Energy systems Model)生成的国家级PV容量为外生输入,驱动空间显式单年瑞士电力系统成本优化模型EXPANSE(Exploration of Patterns in Near-optimal Energy Scenarios),以3 h分辨率和2′136个市镇空间分辨率建模,汇总至143个县域,得到SPS1–SPS4下2035/2050县域PV目标。随后用PROWIDE(概率技术扩散模型)拟合2000–2018年县域PV历史数据,以2019–2024年hindcasting和WIPI(加权区间性能指标)对五类S曲线加权集成,生成概率投影,并以超越概率和CI(置信指标)量化可行性。NPV(净现值)整合补贴、FiT(上网电价)、电价、自消费及投资运维成本,进行当前、更强和更弱政策敏感性分析。历史样本包括286′328个建筑并网PV项目,至2024年底约7.2 GW。

研究结果:
4.1 各种背景转型路径下国家和县域太阳能光伏目标。通过EXPANSE将SPS1–SPS4国家目标分解到县域,得出2035年PV装机12.8–17 GW、年发电11.9–15.7 TWh;2050年年发电19.3–38.8 TWh。SPS2(Mountain Hike)最高,42.6 GW、46.6 TWh,是唯一达到瑞士45 TWh/年新可再生能源目标的路径;SPS1(Team Sprint)31.3 GW,SPS3(Single Trail Run)27.2 GW,SPS4(Walk and Talk)20.9 GW。县域高目标集中在Mittelland(Bern-Mittelland和Geneva)、阿尔卑斯北麓(Neuchatel和Jura-Nord Vaudois)及南麓(Lugano);2035年Bern-Mittelland为1′494–1′517 MW,Geneva为1′020 MW,Lugano为719 MW,Jura-Nord Vaudois为419–550 MW;2050年Bern-Mittelland在SPS2下最高达2′081 MW等。

4.2 当前政策延续下国家和县域实施可行性。通过PROWIDE概率投影,国家中位装机2035年17.8 GW、2050年29.9 GW,不确定性随时间增加;2035年中位高于四条路径目标,SPS4、SPS3、SPS1、SPS2达标概率分别为82%(likely)、68%(likely)、57%(about as likely as unlikely)、55%(about as likely as unlikely);2050年分别为73%(likely)、57%、45%、17%(unlikely)。县域上,2035年SPS4有113/143县“very likely”,SPS3 106、SPS2 90、SPS1 89;“very unlikely”县数分别为26、30、34、35;2050年“very likely”县数分别为76、51、34、13。可行性在2035年集中于极端,2050年更分散;低可行性主要在西南和西部(Geneva、Vaud、Fribourg、Bern、Neuchatel),2050年扩展至Valais、Ticino、Grisons、Zurich、St. Gallen、Zoug等。可行性取决于投影安装量与目标高低;如Bern-Mittelland和Geneva投影高但目标也高,SPS2下可行性仅4%和15%。国家CI 2035年0.79、2050年0.72,高可行性与高CI正相关,评估更有信心识别可能达标区域而非断言不达标。

4.3 更强和更弱政策下可行性变化。通过NPV政策敏感性,国家中位2035年更强/更弱政策为17.9/17.3 GW,2050年29.5/29.1 GW,较当前政策差1–3%;国家可行性变化0–3%,定性等级不变。2050年SPS2在更强/更弱政策下17%/16%,SPS4为73%/72%,SPS3约56%,SPS1约44%/43%。县域上,更强政策在2050年减少“very unlikely”县数(SPS4 11 vs 16;SPS3 18 vs 26;SPS1 18 vs 27;SPS2 62 vs 70),更弱政策增加(18、27、29、72)。CI差≤1%。结论:长期政策敏感性有限,但县域差异存在。

讨论总结:研究首次在瑞士将目标导向成本优化与概率扩散结合,独立评估PV目标可行性;STEM和EXPANSE常忽略现实安装增长率,PROWIDE补足连续扩散;结果给出国家与县域可行性;县域地理依赖,西南/西部最不确定;政策变化长期影响小,原文将其与初始投资成本下降及模型敏感性联系起来,并据此提出较弱经济激励未必构成未来PV部署障碍,但历史无社会阻力不代表未来无阻力,高渗透可能带来社会、环境和政治成本;指标不能分解社会政治因果,需谨慎。局限:指标只判现实性不提供改进杠杆;仅经济激励;NPV历史电价;外样本验证有限;2050为概率投影非精确预测;未多技术多国家;静态结果;目标不确定性;部门耦合空间不足。

研究结论(翻译):研究采用PROWIDE评估瑞士2035/2050国家PV目标县域可行性;通过hindcasting揭示国家/确定性评估不可见的空间异质性。当前政策下,SPS4在2035/2050达标概率82%/73%(likely);SPS3 68%/57%;SPS1 57%/45%;SPS2 55%/17%(2035 about as likely as unlikely,2050 unlikely)。县域可行性地理变化,西南/西部最高不确定性。未来经济激励变化不明显改变可行性,说明经济激励以外支持(如安装要求)关键,尤其2050净零路径(SPS1–SPS3)可行性17%–57%,从unlikely到about as likely as unlikely;瑞士45 TWh/年新可再生能源目标概率17%(SPS2);或可下调模型中PV雄心以保持实践可行。
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