基于文献计量的“双碳”目标下新能源消纳机制研究

向异 金吉良 乔聪聪

摘 要：近年有关新能源消纳问题的研究引起了学者的广泛关注。以2011-2021年间Web of Science和CNKI核心期刊文献作为样本，采用文献计量以及知识图谱方法，从时间分布、国家、机构以及关键词等角度对新能源消纳的研究文献进行分析。通过关键词频次统计和聚类分析，得出当前中外文研究热点主要包括能源消费、碳排放与经济增长之间关系、能源结构转型、能源技术、新能源消纳影响因素及解决措施、新能源消纳机制建设以及“源-网-荷”优化研究6方面。建议未来在研究方法上进一步利用现代信息技术，在研究主体上加强校企机构合作，在研究主题上侧重机制设计研究。

关键词：“双碳”目标；新能源消纳；机制建设

中图分类号：F407.2 文献标识码：A 文章编号：1005-6432（2024）09-0000-00

引言

当前，发展新能源已经成为全球能源转型和应对气候变化的重要战略方向和一致宏大行动。我国十九大报告提出“要推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系”。2020年9月习近平总书记在联合国大会提出我国二氧化碳排放力争于2030年前达峰，2060年前实现碳中和。《“十四五”新能源发展规划》明确提出到2025年新能源消费量与发电量分别达到10亿标煤和3.3万亿千万时的目标。为此，国家层面出台一系列关于能源转型发展的政策文件，为新能源高效发展提供了良好的政策环境。

在此政策背景下，新能源快速发展，同时也带来了一系列新挑战。受风、光、水等能源本身波动性与间歇性特点，电力系统安全稳定要求以及新能源市场机制建设不完善等影响，新能源消纳压力随之增大，阻碍了其高效利用。目前，新能源消纳已经成为构建新能源供给消化体系的重要问题之一，需要积极探索合理的消纳合作模式及交易机制，为全社会参与新能源消纳提供可行方案。基于以上背景，国内外学者及研究机构针对新能源消纳及机制建设问题，从多个角度出发展开课题研究，贡献了大量研究成果。对文献信息进行梳理有助于整体把握某一领域的研究，识别研究热点与研究前沿，大量的文献计量研究已涉及不同学科、领域，但针对新能源消纳领域的文献计量研究目前仍存在空白。

因此，文章利用文献计量方法与知识图谱方式，对国内外新能源消纳相关研究进行分析，以期揭示新能源消纳研究成果的分布特点，识别领域热点问题及研究前沿，为开展新能源消纳研究提供参考依据。

1数据来源及研究方法

1.1数据来源

本研究的英文数据来源于Web of Science数据库。进入高级检索模式，选择WOS核心合集数据库，限定文献类型为期刊论文，语言为英语，检索年限为2011～2021，以“new energy consumption”与“renewable energy consumption”为主题检索词进行检索。通过文献筛选选出40608篇有效文献，在后续研究中选取相关性最高的500篇进行分析。

本研究的中文数据来源于CNKI中国知网数据库。进入高级检索模式，限定文献类别为期刊，检索年限为2011～2021，以“新能源消纳”为主题检索词，共得到516篇有效文献，在其中选取相关性较高的500篇文献进行研究。

1.2研究方法

文献计量法是通过数学和统计学的方法对科学文章的增长和分布进行研究的一种定量统计分析方法[1]。文章运用文献计量方法，对国内外“新能源消纳”相关文献的发表时间、国家/地区、机构、关键词等主要特征进行描述与分析，总结研究热点并预测研究趋势。

知识图谱是一种以科学知识为计量研究对象，利用计算机对抽象数据实现交互式可视化的表示，从而显示科学知识发展进程与结构关系的图形，是数据可视化的主要方式之一[2]。CiteSpace是一种知识图谱的可视化工具，由美国德雷塞尔大学的陈超美博士与大连理工大学WISE实验室联合开发，可以帮助学者分析某一学科领域的发展动态，并识别和预测学科的前沿趋势。文章运用CiteSpace6.1 R2展开文献计量研究。

2新能源消纳市场机制建设研究

2.1 研究文献增长趋势分析

分别以文献发表年份与文献发表数量为横纵坐标，绘制中外文文献各个年份发表数量趋势图。英文文献统计样本为40608篇有效文献，发文量如图1（a）所示，国际新能源消纳研究总体呈现逐年上升趋势。可以看出，国际新能源消纳研究可以分为3个阶段。第一阶段为初步发展阶段（2011-2015年），该阶段年发文量均在3000篇以下，年均增长率约为12.7%；第二阶段为迅猛发展阶段（2016-2017年），该阶段论文发表量呈现爆发式增长，年均增长率达21.5%；第三阶段为稳定发展阶段（2018年至今），该阶段发文量在2021年达到峰值5993篇，年均增长率约为8.8%，可以预见新能源消纳的研究热度还将持续。呈现这一趋势的主要原因与国际社会应对气候变化的态度密不可分，首份具有法律约束力的气候变化国际协定《京都议定书》于2005年正式生效，虽然由于不同国家的分歧未能延续，但关于碳排放的研究正式进入学者们的视野，相关研究开始起步。2015年《巴黎协定》在巴黎气候大会通过，明确“把本世纪全球平均气温较工业化前水平升高控制在两摄氏度以内”的目标，奠定了全球气候治理格局。在此环境下，新能源作為碳减排的重要途径迅速成为研究热点[3]。

中文文献统计样本为516篇有效文献，发文量如图1（b）所示，中文文献发文量总体呈上升趋势，虽然在数量上低于外文文献，但其增长迅速，年均增长率达79.6%，远高于外文文献年均增长率。结合新能源消纳的政策分析，国内研究大致可以分为3个阶段。第一阶段为萌芽阶段（2015年前），自2011年发表1篇文献起步，5年间发文量均在20篇以内，2009年召开的国务院常务会议公布了中国的碳减排目标，政府对碳减排的重视助推了国内新能源相关研究的起步。第二阶段为快速发展阶段（2016-2019年），2016年发文量快速上升并达42篇，成为随后快速增长的开端，这与前一年《巴黎协定》密切相关，该阶段发文量年均增长率达60%，并于2019年达到阶段峰值94篇。第三阶段为稳步发展阶段（2020年至今），该阶段发文量稳定上升，2021年达123篇，增长率约为39.7%，这一阶段迎来增长的原因是2020年中国宣布了碳达峰和碳中和的目标愿景，中央和地方政府在“双碳”目标下出台多项新能源消纳政策，更多学者开始关注新能源消纳的研究，研究体系逐渐完备[4]。

2.2主要国家/地区分析

表1展示了新能源消纳研究发文量前20的国家分布。在2011-2021年间，中国的发文量最大，总计14418篇，占全球文献发表总量的35.51%，远高于其他国家，这主要得益于我国碳排放与新能源相关的政策环境的积极影响。其次是美国，总计7411篇，占总量的18.25%；其余占比5%以上的国家还有英国、西班牙与意大利，与中美两国相比发文量差距较大。

从国家集中度来看，排名前10的国家发文量累计占比94.7%，表明新能源消纳领域的学者所在国家分布高度集中。从经济发展水平来看，排名前10的国家中，发达国家共计8个，发展中国家共计2个；排名前20的国家中，发达国家共计13个，发展中国家共计7个。发文量大的国家多为发达国家或世界重要经济体，表明国家经济发展水平与发文量密切相关。

2.3主要研究机构分析

新能源消纳中英文研究排名前10的机构分布如图3所示。从图2（a）看，英文文献发文量排名前10的机构多为国内外高校。在国内机构中，发文量最多的机构为华北电力大学（North China Electric Power University），发文量12篇；其次为北京大学（Peking University），发文量为9篇。国外机构发文量最多的机构为英国卡迪夫大学（Cardiff University），发文量为8篇；其次为美国普林斯顿大学（Princeton University）和巴基斯坦伊斯兰堡大学（COMSATS University Islamabad），发文量均为6篇。国内高校新能源消纳研究发文量高于国外高校，在国际上具有较大影响力。

从图2（b）看，中文文献所属机构主要分为高校与企业两类。发文量前10的高校有华北电力大学（35篇）、三峡大学（7篇）以及四川大学（6篇）。国家电网有限公司发文量遥遥领先，约占前10名发文总量的72.4%，在中文文献中具有很大影响力。

3新能源消纳研究热点与政策分析

3.1研究热点

关键词是关键研究内容的明确标志，对样本文献中的关键词进行统计分析有助于识别该领域的研究热点。表2展示了新能源消纳领域前10的中英文高频关键词。高频关键词往往反映了某一领域的研究重点，关键词出现频次越高，表示这一主题关注度越高。从外文关键词看，频次最高的是能源消费、经济增长和碳排放；其次是电力消费、效率、机制、需求、模型、市场与中国。从中文关键词看，频次最高的是新能源、消纳能力与储能；其次是弃风弃光、电力市场、自备电厂、电能替代、需求响应、多能互补以及深度调峰。表2中所列出的关键词涉及的内容基本涵盖了新能源消纳研究的主要方面。可以看出，外文文献更加关注能源消费、经济增长与碳排放三者之间的关系，同时机制设计在外文文献中也占据重要地位。中文文献更加关注提升新能源消纳能力的市场机制，从“源-網-荷-储”方面展开市场交易机制研究。

本研究通过对数似然率算法（log-likelihood rate，LLR）对关键词进行聚类可知，新能源消纳领域的英文研究主要集中在以下方面： Economic growth（经济增长）；Energy consumption（能源消费）：Energy saving（节能）、Building energy consumption（建筑能耗）；Energy efficiency（能效）；能源种类：Biogas（沼气）、Fossil fuels（化石燃料）；研究方法：Regression analysis（回归分析）；Energy technology（能源技术）；Energy situation（能源环境）。英文文献研究侧重于经济视角，研究聚焦于降低能耗、提高能效、节约能源以及发展能源技术等方面，探讨从能源角度促进经济增长。

中文文献聚类结果如表3所示，主要形成以下7个聚类中心：消纳、配电网、储能、消纳能力、电力市场、风险控制、就地消纳。第一聚类是消纳，主要关键词是新能源消纳、解决措施与关键因素，研究热点是从宏观角度分析新能源消纳问题的成因、影响消纳的因素以及解决消纳问题的措施。第二聚类是配电网，主要关键词是自律运行、不确定性以及控制策略，研究热点是从配电网角度提升消纳能力。第三聚类是储能，主要关键词是弃风弃光、调峰以及光伏发电。第四聚类是消纳能力，涉及调峰约束、容量约束、新能源发电以及风力发电等主题。第五聚类是电力市场，研究热点是电力市场交易机制，包括现货市场、跨区输电、电量计划以及深度调峰等主题。第六聚类是风险控制，研究热点是成本分摊以及激励相容等风险控制机制。第七聚类是就地消纳，研究热点较为分散。

3.2研究前沿分析

研究内容中词汇突然涌现和频次的变化往往可以反映该研究的前沿和研究趋势动态，本研究通过关键词突现强度识别新能源消纳领域的研究前沿。采用CiteSpace软件内置的算法进行突发性检测，探测得到11个英文突现词图谱。在2009-2017年，cointegration（协整模型）与time series（时间序列）两个主题词较为突出，突现强度分别为5.95、3.64，说明这两种研究方法的应用受到了学者的主要关注，是这一阶段的研究热点和前沿。在2011-2016年，GDP突现强度为3.43。在2012-2016年，出现了electricity consumption（电力消费）、CO2 emission（碳排放）与international trade（国际贸易）等突现词，契合在该时期全球对碳排放的关注。2016—2018年，“产出”一词突现，突现强度为3.53。2019年未出现突现词，表明当年前沿主题不显著。Peer-to-peer energy trading（P2P能源交易）、Peer-to-peer computing（对等计算）与smart contract（智能合约）是近两年关注的热点和前沿趋势，人工智能技术与新能源的相互融合，将会为能源行业带来一次前所未有的深度变革，通过接入数以百万计的传感器数据，对电力进行实时分配、分析和决策，使能源分配与使用效率实现最大化。

中文文献关键词方面共探测得到9个突现词图谱。消纳以3.62的突现强度成为突现强度最高的关键词，突现时间为2018-2019年；其次是电网规划，突现强度为3.14，持续时间为2013-2016年。可以看出，与新能源消纳机制建设相关的研究集中于电力系统，电力系统的特性是发、输、配、用电瞬时完成，电源调节能力、电网联通规模、负荷规模及响应能力（“源-网-荷”）共同决定了新能源消纳潜力。因此，新能源消纳中文研究主要聚焦于以下3点：

（1）“风电”“光伏发电”“调峰”与“总发电量”：从电源侧出发，通过提高电源调节能力，提供更多调峰容量，从而配合新能源消纳。吕泉等[5]提出了热电调峰可行方案的运行机理、技术特性和适用范围。杨寅平等[6]构建了基于区间优化的火电机组灵活性改造模型，并给出了综合经济性更优的方案。李瑜等[7]提出了火电机组灵活性改造与输电网规划多阶段联合决策方法，能够统筹优化系统灵活性及传輸能力，促进大规模风电并网消纳。王珏等[8]建立了水风互补联合运行系统仿真模型，可为风电大规模并网下的抽水蓄能机组控制提供技术支持。

（2）“电网规划”“容量约束”：从电网侧出发，电网是实现电力资源优化配置的重要物质基础，通过扩大电网覆盖范围，可以促进新能源大范围消纳。余贻鑫等[9]建立了计及系统静态和动态安全性价值的电源、电网统一规划模型。彭波等[10]建立了基于电力系统运行模拟技术与新能源消纳能力评估技术，得到可同时满足新能源消纳需求与系统优化运行需求的优化规划研究方案。王锡凡等[11]讨论了高压交流（HVAC）、高压直流输电（HVDC）以及分频输电技术（FFTS）这3种并网技术以及输电方式的技术可行性、经济性以及效率。栗峰等[12]在计及新能源波动性和相关性的基础上，研究了面向新能源外送消纳的区域间概率可用传输能力（ATC）的评估方法。

（3）“电能替代”：在负荷侧，通过实施需求侧响应和电能替代，可以增加新能源消纳空间。周任军等[13]建立了以新能源消纳量最大和系统运行成本最小为目标的源?荷?储多目标优化协整模型，可为电力需求侧管理提供重要理论支撑。张兴友等[14]建立了描述受端电网新能源最优消纳能力的目标函数，发现控制新能源装机、提高负荷增长速度能够提升受端电网新能源消纳能力。王海云等[15]提出了多目标电热综合能源系统低碳经济调度模型，通过峰谷分时电价优化负荷曲线，有效削减了负荷峰谷差。薛松等[16]认为我国近期应实施促进电能替代项目，重点采取完善价格补贴支持机制、优化输配电价执行方式等措施，以此适应新能源消纳需求。刘可真等[17]从终端用户的角度构建了电能替代效益指标，并横向对比了“以电代煤”“以电代油”“以电代气”三个替代途径的经济效益和环境效益。

4研究结论与展望

本研究利用文献计量方法对新能源消纳领域的中外文文献进行多维度分析，结果显示：新能源消纳领域中外文文献发文量整体呈上升趋势；中国在该领域研究起步较晚，但研究成果最为显著，发文量远超其他国家；外文文献发文机构以高校为主，中文文献发文机构主要是企业，高校与其他研究机构也参与其中，校企合作紧密。通过对关键词的统计及聚类分析，得出国际新能源消纳的研究热点主要有：能源消费、碳排放与经济增长三者之间相互关系、能源结构转型研究以及利用能源技术提高能效、降低能耗研究。国内新能源消纳研究热点有：新能源消纳影响因素及解决措施研究、新能源消纳机制建设研究、电源侧深度调峰研究、电网侧电网规划及通道建设研究、负荷侧需求响应及电能替代研究等。通过政策分析发现，双碳目标下我国新能源消纳政策体系逐渐完善，并且政策出台与文献研究具有较强的互补与促进作用。

通过对文献的计量及分析，文章认为未来将从以下3个方面展开研究，以拓展新能源消纳领域的研究深度与广度：①探讨利用现代信息技术提升新能源消纳能力。通过分析关键词突现强度发现，“对等计算”与“智能合约”在近两年英文文献中突现强度较高，说明数字化与信息化将成为新能源消纳研究的主要趋势。②通过校企合作提高研究成果的实践性。通过研究机构的分析发现，国内高校与企业合作关系紧密，产生了大量研究成果且研究课题更具实践意义。③研究主题侧重新能源消纳机制设计研究。通过政策梳理发现，随着国家、地方与行业政策的推动，新能源消纳机制建设将成为研究的重要方向。

参考文献：

• 郭宇，王晰巍，贺伟，等．基于文献计量和知识图谱可视化方法的国内外低碳技术发展动态研究[J]．情报科学，2015，33（4）：139-148．
• CHEN C， CHEN Y， HOROWITZ M， et al. Towards an explanatory and computational theory of scientific discovery [J]. Journal of Informetrics， 2009， 3（3）： 191-209.
• ROGELJ J， DEN ELZEN M， H?HNE N， et al. Paris Agreement climate proposals need a boost to keep warming well below 2℃ [J]. Nature， 2016， 534： 631-639.
• 刘林青，熊伟.近20年新能源研究的发展回顾[J].科技管理研究，2020，40（19）：205-213.
• 吕泉，陈天佑，王海霞，等．热电厂参与风电调峰的方法评述及展望[J]．中国电力，2013，46（11）：129-136，141．
• 杨寅平，曾沅，秦超，等．面向深度调峰的火电机组灵活性改造规划模型[J]．电力系统自动化，2021，45（17）：79-88．
• 李瑜，孙东磊，王明强，等．火电机组灵活性改造与输电网规划多阶段联合决策方法[J]．全球能源互联网，2021，4（4）：344-352．
• 王珏，廖溢文，韩文福，等．碳达峰背景下抽水蓄能-风电联合系统建模及有功功率控制特性研究[J]．水利水电技术（中英文），2021，52（9）：172-181．
• 余贻鑫，王靖然，吕晓阳．基于安全性价值的含大风电的电力系统扩展规划[J]．中国科学：技术科学，2012，42（7）：815-829．
• 彭波，陈旭，徐乾耀，等．面向新能源消纳的电网规划方法初探[J]．电网技术，2013，37（12）：3386-3391．
• 王锡凡，卫晓辉，宁联辉，等．海上风电并网与输送方案比较[J]．中国电机工程学报，2014，34（31）：5459-5466．
• 栗峰，王建学，程海花．面向新能源外送消纳的区域间概率可用传输能力计算[J]．电网技术，2016，40（2）：348-353．
• 周任军，石亮缘，汤吉鸿，等．多功率曲线协整度约束下的源-荷-储优化协整模型[J]．中国电机工程学报，2019，39（12）：3454-3465．
• 张兴友，韩德顺，马杰，等．受端电网新能源消纳影响因素分析及应对策略[J]．济南大学学报（自然科学版），2019，33（1）：68-72．
• 王海云，杨宇，于希娟，等．基于需求侧响应的电热综合能源系统风电消纳低碳经济调度[J]．燕山大学学报，2021，45（2）：142-152．
• 薛松，陈珂宁，马莉，等．我国近期促进新能源消纳的需求侧资源应用模式[J]．技术经济与管理研究，2018（4）：87-92．
• 刘可真，徐玥，刘鸫翔，等．面向用户侧的电能替代综合效益分析模型[J]．昆明理工大学学报（自然科学版），2020，45（2）：81-91．

[基金项目]国家电网管理咨询项目（项目编号：SGNW0000DKWT2200176）；陕西省哲学社会科学研究专项（项目编号：2022HZ1551）；中央高校基本科研业务费专项资金资助（项目编号：SK2022108）。

[作者简介]向异（1982—），男，重庆人，高级工程师，硕士，研究方向：水电及新能源调度运行与优化控制；金吉良，（1991—），男，陕西人，硕士，工程师，研究方向：水电及新能源调度运行与优化控制；乔聪聪，（1999—），女，山西人，硕士，研究方向：应急调度优化。