Fossil gas is sometimes presented as an enabler of variable solar and wind generation beyond 2050, despite being a primary source of greenhouse gas emissions from methane leakage and combustion. We find that balancing solar and wind generation with pumped hydro energy storage eliminates the need for fossil gas without incurring a cost penalty. However, many existing long-term electricity system plans are biased to rely on fossil gas due to using temporal aggregation methods that either heavily constrain storage cycling behaviour or lose track of the state-of-charge, failing to consider the potential of low-cost long-duration off-river pumped hydro, and ignoring the broad suite of near-optimal energy transition pathways. We show that a temporal aggregation method based on 'segmentation' (fitted chronology) closely resembles the full-series optimisation, captures long-duration storage behaviour (48- and 160-hour durations), and finds a near-optimal 100% renewable electricity solution. We develop a new electricity system model to rapidly evaluate millions of other near-optimal solutions, stressing the importance of modelling pumped hydro sites with a low energy volume cost (<US$50 per kilowatt-hour), long economic lifetime (~75 years), and low real discount rate akin to other natural monopolies (<=3%). Almost every region of the world has access to sufficient 50 - 5000 gigawatt-hour off-river pumped hydro options that enable them to entirely decarbonise their future electricity systems.


翻译:尽管天然气因甲烷泄漏和燃烧成为温室气体排放的主要来源,但有时仍被视为2050年后支持可变太阳能和风能发电的推动因素。我们发现,利用抽水蓄能平衡太阳能和风能发电可在不增加成本的前提下完全替代天然气。然而,许多现有长期电力系统规划因采用时间聚合方法而存在依赖天然气的偏差:这些方法要么严格限制储能循环行为,要么丢失荷电状态信息,未能考虑低成本长时离河抽水蓄能的潜力,且忽略了大量近最优能源转型路径。我们证明,基于"分段法"(拟合时序)的时间聚合方法能高度还原全序列优化结果,准确捕捉长时储能行为(48小时和160小时时长),并找到近最优的100%可再生能源电力方案。我们开发了新型电力系统模型以快速评估数百万其他近最优方案,强调建模时必须考虑抽水蓄能站点的低能量容积成本(<50美元/千瓦时)、长经济寿命(约75年)以及与其他自然垄断行业类似的低实际贴现率(≤3%)。全球几乎所有地区都具备开发50-5000吉瓦时离河抽水蓄能的资源条件,足以支撑其未来电力系统实现完全脱碳。

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