基于文獻計量的“雙碳”目標下新能源消納機制研究

向異 金吉良 喬聰聰

摘?要：近年有關新能源消納問題的研究引起了學者的廣泛關注。以2011-2021年間Web?of?Science和CNKI核心期刊文獻作為樣本，采用文獻計量以及知識圖譜方法，從時間分布、國家、機構以及關鍵詞等角度對新能源消納的研究文獻進行分析。通過關鍵詞頻次統計和聚類分析，得出當前中外文研究熱點主要包括能源消費、碳排放與經濟增長之間關系、能源結構轉型、能源技術、新能源消納影響因素及解決措施、新能源消納機制建設以及“源-網-荷”優化研究6方面。建議未來在研究方法上進一步利用現代信息技術，在研究主體上加強校企機構合作，在研究主題上側重機制設計研究。

關鍵詞：“雙碳”目標；新能源消納；機制建設

中圖分類號：F407.2?文獻標識碼：A?文章編號：1005-6432（2024）09-0000-00

引言

當前，發展新能源已經成為全球能源轉型和應對氣候變化的重要戰略方向和一致宏大行動。我國十九大報告提出“要推進能源生產和消費革命，構建清潔低碳、安全高效的能源體系”。2020年9月習近平總書記在聯合國大會提出我國二氧化碳排放力爭于2030年前達峰，2060年前實現碳中和?！丁笆奈濉毙履茉窗l展規劃》明確提出到2025年新能源消費量與發電量分別達到10億標煤和3.3萬億千萬時的目標。為此，國家層面出臺一系列關于能源轉型發展的政策文件，為新能源高效發展提供了良好的政策環境。

在此政策背景下，新能源快速發展，同時也帶來了一系列新挑戰。受風、光、水等能源本身波動性與間歇性特點，電力系統安全穩定要求以及新能源市場機制建設不完善等影響，新能源消納壓力隨之增大，阻礙了其高效利用。目前，新能源消納已經成為構建新能源供給消化體系的重要問題之一，需要積極探索合理的消納合作模式及交易機制，為全社會參與新能源消納提供可行方案?；谝陨媳尘?，國內外學者及研究機構針對新能源消納及機制建設問題，從多個角度出發展開課題研究，貢獻了大量研究成果。對文獻信息進行梳理有助于整體把握某一領域的研究，識別研究熱點與研究前沿，大量的文獻計量研究已涉及不同學科、領域，但針對新能源消納領域的文獻計量研究目前仍存在空白。

因此，文章利用文獻計量方法與知識圖譜方式，對國內外新能源消納相關研究進行分析，以期揭示新能源消納研究成果的分布特點，識別領域熱點問題及研究前沿，為開展新能源消納研究提供參考依據。

1數據來源及研究方法

1.1數據來源

本研究的英文數據來源于Web?of?Science數據庫。進入高級檢索模式，選擇WOS核心合集數據庫，限定文獻類型為期刊論文，語言為英語，檢索年限為2011～2021，以“new?energy?consumption”與“renewable?energy?consumption”為主題檢索詞進行檢索。通過文獻篩選選出40608篇有效文獻，在后續研究中選取相關性最高的500篇進行分析。

本研究的中文數據來源于CNKI中國知網數據庫。進入高級檢索模式，限定文獻類別為期刊，檢索年限為2011～2021，以“新能源消納”為主題檢索詞，共得到516篇有效文獻，在其中選取相關性較高的500篇文獻進行研究。

1.2研究方法

文獻計量法是通過數學和統計學的方法對科學文章的增長和分布進行研究的一種定量統計分析方法[1]。文章運用文獻計量方法，對國內外“新能源消納”相關文獻的發表時間、國家/地區、機構、關鍵詞等主要特征進行描述與分析，總結研究熱點并預測研究趨勢。

知識圖譜是一種以科學知識為計量研究對象，利用計算機對抽象數據實現交互式可視化的表示，從而顯示科學知識發展進程與結構關系的圖形，是數據可視化的主要方式之一[2]。CiteSpace是一種知識圖譜的可視化工具，由美國德雷塞爾大學的陳超美博士與大連理工大學WISE實驗室聯合開發，可以幫助學者分析某一學科領域的發展動態，并識別和預測學科的前沿趨勢。文章運用CiteSpace6.1?R2展開文獻計量研究。

2新能源消納市場機制建設研究

2.1?研究文獻增長趨勢分析

分別以文獻發表年份與文獻發表數量為橫縱坐標，繪制中外文文獻各個年份發表數量趨勢圖。英文文獻統計樣本為40608篇有效文獻，發文量如圖1（a）所示，國際新能源消納研究總體呈現逐年上升趨勢?？梢钥闯?，國際新能源消納研究可以分為3個階段。第一階段為初步發展階段（2011-2015年），該階段年發文量均在3000篇以下，年均增長率約為12.7%；第二階段為迅猛發展階段（2016-2017年），該階段論文發表量呈現爆發式增長，年均增長率達21.5%；第三階段為穩定發展階段（2018年至今），該階段發文量在2021年達到峰值5993篇，年均增長率約為8.8%，可以預見新能源消納的研究熱度還將持續。呈現這一趨勢的主要原因與國際社會應對氣候變化的態度密不可分，首份具有法律約束力的氣候變化國際協定《京都議定書》于2005年正式生效，雖然由于不同國家的分歧未能延續，但關于碳排放的研究正式進入學者們的視野，相關研究開始起步。2015年《巴黎協定》在巴黎氣候大會通過，明確“把本世紀全球平均氣溫較工業化前水平升高控制在兩攝氏度以內”的目標，奠定了全球氣候治理格局。在此環境下，新能源作為碳減排的重要途徑迅速成為研究熱點[3]。

中文文獻統計樣本為516篇有效文獻，發文量如圖1（b）所示，中文文獻發文量總體呈上升趨勢，雖然在數量上低于外文文獻，但其增長迅速，年均增長率達79.6%，遠高于外文文獻年均增長率。結合新能源消納的政策分析，國內研究大致可以分為3個階段。第一階段為萌芽階段（2015年前），自2011年發表1篇文獻起步，5年間發文量均在20篇以內，2009年召開的國務院常務會議公布了中國的碳減排目標，政府對碳減排的重視助推了國內新能源相關研究的起步。第二階段為快速發展階段（2016-2019年），2016年發文量快速上升并達42篇，成為隨后快速增長的開端，這與前一年《巴黎協定》密切相關，該階段發文量年均增長率達60%，并于2019年達到階段峰值94篇。第三階段為穩步發展階段（2020年至今），該階段發文量穩定上升，2021年達123篇，增長率約為39.7%，這一階段迎來增長的原因是2020年中國宣布了碳達峰和碳中和的目標愿景，中央和地方政府在“雙碳”目標下出臺多項新能源消納政策，更多學者開始關注新能源消納的研究，研究體系逐漸完備[4]。

2.2主要國家/地區分析

表1展示了新能源消納研究發文量前20的國家分布。在2011-2021年間，中國的發文量最大，總計14418篇，占全球文獻發表總量的35.51%，遠高于其他國家，這主要得益于我國碳排放與新能源相關的政策環境的積極影響。其次是美國，總計7411篇，占總量的18.25%；其余占比5%以上的國家還有英國、西班牙與意大利，與中美兩國相比發文量差距較大。

從國家集中度來看，排名前10的國家發文量累計占比94.7%，表明新能源消納領域的學者所在國家分布高度集中。從經濟發展水平來看，排名前10的國家中，發達國家共計8個，發展中國家共計2個；排名前20的國家中，發達國家共計13個，發展中國家共計7個。發文量大的國家多為發達國家或世界重要經濟體，表明國家經濟發展水平與發文量密切相關。

2.3主要研究機構分析

新能源消納中英文研究排名前10的機構分布如圖3所示。從圖2（a）看，英文文獻發文量排名前10的機構多為國內外高校。在國內機構中，發文量最多的機構為華北電力大學（North?China?Electric?Power?University），發文量12篇；其次為北京大學（Peking?University），發文量為9篇。國外機構發文量最多的機構為英國卡迪夫大學（Cardiff?University），發文量為8篇；其次為美國普林斯頓大學（Princeton?University）和巴基斯坦伊斯蘭堡大學（COMSATS?University?Islamabad），發文量均為6篇。國內高校新能源消納研究發文量高于國外高校，在國際上具有較大影響力。

從圖2（b）看，中文文獻所屬機構主要分為高校與企業兩類。發文量前10的高校有華北電力大學（35篇）、三峽大學（7篇）以及四川大學（6篇）。國家電網有限公司發文量遙遙領先，約占前10名發文總量的72.4%，在中文文獻中具有很大影響力。

3新能源消納研究熱點與政策分析

3.1研究熱點

關鍵詞是關鍵研究內容的明確標志，對樣本文獻中的關鍵詞進行統計分析有助于識別該領域的研究熱點。表2展示了新能源消納領域前10的中英文高頻關鍵詞。高頻關鍵詞往往反映了某一領域的研究重點，關鍵詞出現頻次越高，表示這一主題關注度越高。從外文關鍵詞看，頻次最高的是能源消費、經濟增長和碳排放；其次是電力消費、效率、機制、需求、模型、市場與中國。從中文關鍵詞看，頻次最高的是新能源、消納能力與儲能；其次是棄風棄光、電力市場、自備電廠、電能替代、需求響應、多能互補以及深度調峰。表2中所列出的關鍵詞涉及的內容基本涵蓋了新能源消納研究的主要方面?？梢钥闯?，外文文獻更加關注能源消費、經濟增長與碳排放三者之間的關系，同時機制設計在外文文獻中也占據重要地位。中文文獻更加關注提升新能源消納能力的市場機制，從“源-網-荷-儲”方面展開市場交易機制研究。

本研究通過對數似然率算法（log-likelihood?rate，LLR）對關鍵詞進行聚類可知，新能源消納領域的英文研究主要集中在以下方面：?Economic?growth（經濟增長）；Energy?consumption（能源消費）：Energy?saving（節能）、Building?energy?consumption（建筑能耗）；Energy?efficiency（能效）；能源種類：Biogas（沼氣）、Fossil?fuels（化石燃料）；研究方法：Regression?analysis（回歸分析）；Energy?technology（能源技術）；Energy?situation（能源環境）。英文文獻研究側重于經濟視角，研究聚焦于降低能耗、提高能效、節約能源以及發展能源技術等方面，探討從能源角度促進經濟增長。

中文文獻聚類結果如表3所示，主要形成以下7個聚類中心：消納、配電網、儲能、消納能力、電力市場、風險控制、就地消納。第一聚類是消納，主要關鍵詞是新能源消納、解決措施與關鍵因素，研究熱點是從宏觀角度分析新能源消納問題的成因、影響消納的因素以及解決消納問題的措施。第二聚類是配電網，主要關鍵詞是自律運行、不確定性以及控制策略，研究熱點是從配電網角度提升消納能力。第三聚類是儲能，主要關鍵詞是棄風棄光、調峰以及光伏發電。第四聚類是消納能力，涉及調峰約束、容量約束、新能源發電以及風力發電等主題。第五聚類是電力市場，研究熱點是電力市場交易機制，包括現貨市場、跨區輸電、電量計劃以及深度調峰等主題。第六聚類是風險控制，研究熱點是成本分攤以及激勵相容等風險控制機制。第七聚類是就地消納，研究熱點較為分散。

3.2研究前沿分析

研究內容中詞匯突然涌現和頻次的變化往往可以反映該研究的前沿和研究趨勢動態，本研究通過關鍵詞突現強度識別新能源消納領域的研究前沿。采用CiteSpace軟件內置的算法進行突發性檢測，探測得到11個英文突現詞圖譜。在2009-2017年，cointegration（協整模型）與time?series（時間序列）兩個主題詞較為突出，突現強度分別為5.95、3.64，說明這兩種研究方法的應用受到了學者的主要關注，是這一階段的研究熱點和前沿。在2011-2016年，GDP突現強度為3.43。在2012-2016年，出現了electricity?consumption（電力消費）、CO2?emission（碳排放）與international?trade（國際貿易）等突現詞，契合在該時期全球對碳排放的關注。2016—2018年，“產出”一詞突現，突現強度為3.53。2019年未出現突現詞，表明當年前沿主題不顯著。Peer-to-peer?energy?trading（P2P能源交易）、Peer-to-peer?computing（對等計算）與smart?contract（智能合約）是近兩年關注的熱點和前沿趨勢，人工智能技術與新能源的相互融合，將會為能源行業帶來一次前所未有的深度變革，通過接入數以百萬計的傳感器數據，對電力進行實時分配、分析和決策，使能源分配與使用效率實現最大化。

中文文獻關鍵詞方面共探測得到9個突現詞圖譜。消納以3.62的突現強度成為突現強度最高的關鍵詞，突現時間為2018-2019年；其次是電網規劃，突現強度為3.14，持續時間為2013-2016年?？梢钥闯?，與新能源消納機制建設相關的研究集中于電力系統，電力系統的特性是發、輸、配、用電瞬時完成，電源調節能力、電網聯通規模、負荷規模及響應能力（“源-網-荷”）共同決定了新能源消納潛力。因此，新能源消納中文研究主要聚焦于以下3點：

（1）“風電”“光伏發電”“調峰”與“總發電量”：從電源側出發，通過提高電源調節能力，提供更多調峰容量，從而配合新能源消納。呂泉等[5]提出了熱電調峰可行方案的運行機理、技術特性和適用范圍。楊寅平等[6]構建了基于區間優化的火電機組靈活性改造模型，并給出了綜合經濟性更優的方案。李瑜等[7]提出了火電機組靈活性改造與輸電網規劃多階段聯合決策方法，能夠統籌優化系統靈活性及傳輸能力，促進大規模風電并網消納。王玨等[8]建立了水風互補聯合運行系統仿真模型，可為風電大規模并網下的抽水蓄能機組控制提供技術支持。

（2）“電網規劃”“容量約束”：從電網側出發，電網是實現電力資源優化配置的重要物質基礎，通過擴大電網覆蓋范圍，可以促進新能源大范圍消納。余貽鑫等[9]建立了計及系統靜態和動態安全性價值的電源、電網統一規劃模型。彭波等[10]建立了基于電力系統運行模擬技術與新能源消納能力評估技術，得到可同時滿足新能源消納需求與系統優化運行需求的優化規劃研究方案。王錫凡等[11]討論了高壓交流（HVAC）、高壓直流輸電（HVDC）以及分頻輸電技術（FFTS）這3種并網技術以及輸電方式的技術可行性、經濟性以及效率。栗峰等[12]在計及新能源波動性和相關性的基礎上，研究了面向新能源外送消納的區域間概率可用傳輸能力（ATC）的評估方法。

（3）“電能替代”：在負荷側，通過實施需求側響應和電能替代，可以增加新能源消納空間。周任軍等[13]建立了以新能源消納量最大和系統運行成本最小為目標的源?荷?儲多目標優化協整模型，可為電力需求側管理提供重要理論支撐。張興友等[14]建立了描述受端電網新能源最優消納能力的目標函數，發現控制新能源裝機、提高負荷增長速度能夠提升受端電網新能源消納能力。王海云等[15]提出了多目標電熱綜合能源系統低碳經濟調度模型，通過峰谷分時電價優化負荷曲線，有效削減了負荷峰谷差。薛松等[16]認為我國近期應實施促進電能替代項目，重點采取完善價格補貼支持機制、優化輸配電價執行方式等措施，以此適應新能源消納需求。劉可真等[17]從終端用戶的角度構建了電能替代效益指標，并橫向對比了“以電代煤”“以電代油”“以電代氣”三個替代途徑的經濟效益和環境效益。

4研究結論與展望

本研究利用文獻計量方法對新能源消納領域的中外文文獻進行多維度分析，結果顯示：新能源消納領域中外文文獻發文量整體呈上升趨勢；中國在該領域研究起步較晚，但研究成果最為顯著，發文量遠超其他國家；外文文獻發文機構以高校為主，中文文獻發文機構主要是企業，高校與其他研究機構也參與其中，校企合作緊密。通過對關鍵詞的統計及聚類分析，得出國際新能源消納的研究熱點主要有：能源消費、碳排放與經濟增長三者之間相互關系、能源結構轉型研究以及利用能源技術提高能效、降低能耗研究。國內新能源消納研究熱點有：新能源消納影響因素及解決措施研究、新能源消納機制建設研究、電源側深度調峰研究、電網側電網規劃及通道建設研究、負荷側需求響應及電能替代研究等。通過政策分析發現，雙碳目標下我國新能源消納政策體系逐漸完善，并且政策出臺與文獻研究具有較強的互補與促進作用。

通過對文獻的計量及分析，文章認為未來將從以下3個方面展開研究，以拓展新能源消納領域的研究深度與廣度：①探討利用現代信息技術提升新能源消納能力。通過分析關鍵詞突現強度發現，“對等計算”與“智能合約”在近兩年英文文獻中突現強度較高，說明數字化與信息化將成為新能源消納研究的主要趨勢。②通過校企合作提高研究成果的實踐性。通過研究機構的分析發現，國內高校與企業合作關系緊密，產生了大量研究成果且研究課題更具實踐意義。③研究主題側重新能源消納機制設計研究。通過政策梳理發現，隨著國家、地方與行業政策的推動，新能源消納機制建設將成為研究的重要方向。

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[基金項目]國家電網管理咨詢項目（項目編號：SGNW0000DKWT2200176）；陜西省哲學社會科學研究專項（項目編號：2022HZ1551）；中央高?；究蒲袠I務費專項資金資助（項目編號：SK2022108）。

[作者簡介]向異（1982—），男，重慶人，高級工程師，碩士，研究方向：水電及新能源調度運行與優化控制；金吉良，（1991—），男，陜西人，碩士，工程師，研究方向：水電及新能源調度運行與優化控制；喬聰聰，（1999—），女，山西人，碩士，研究方向：應急調度優化。