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1、2022年7月北京大学能源研究院气候变化与能源转型项目新 能新 能 源源为为主体的新主体的新型型 电电力系力系统统的内涵与展望的内涵与展望北京大学能源研究院是北京大学下属独立科研实体机构。研 究院以国家能源发展战略需求为导向，立足能源领域全局及 国际前沿，利用北京大学学科门类齐全的优势，聚焦制约我 国能源行业发展的重大战略和科技问题，按照“需求导向、学科引领、软硬结合、交叉创新、突出重点、形成特色”的 宗旨，推动能源科技进展，促进能源清洁转型，开展专业及 公众教育，致力于打造国际水平的能源智库和能源科技研发 推广平台。气候变化与能源转型项目北京大学能源研究院于 2021 年 3 月启动了气候变
2、化与能源 转型项目，旨在助力中国应对气候变化和推动能源转型，实 现 2030 年前碳达峰和 2060 年前碳中和的目标。该项目通 过科学研究，设立有雄心的目标，制定清晰的路线图和有效 的行动计划，为政府决策提供建议和支持。该项目积极推动能源安全、高效、绿色和低碳发展，加速化 石能源消费的减量化直至退出。该项目具体的研究领域涵盖 宏观的能源与环境、经济和社会的协调综合发展；化石能源 消费总量控制；能源开发利用技术创新；电力部门向可再生 能源为主体的系统转型；推动电气化；高耗能部门的低碳绿 色发展；可持续交通模式；区域、省、市碳中和模式的示范 推广；散煤和塑料污染治理；碳中和与碳汇；碳市场；社会
3、公正转型等。在此郑重感谢 Climate Imperative Foundation 对本报告 的支持与帮助。报告内容为课题组独立观点，不代表其他方的任何观点或 立场。系列报告新能源为主体的新型电力系统的内涵与展望中国典型省份煤电转型优化潜力研究电力部门碳排放达峰路径与政策中国散煤综合治理研究报告 2021“十四五”推动能源转型实现碳排放达峰i目目录录 执行摘要.1 第一章 构建新型电力系统的战略意义.3（一）重塑我国能源生产消费结构，全力应对气候变化挑战.3（二）促进我国深入推动能源革命，加速建成能源强国.4（三）驱动我国经济社会高质量发展，引领第四次工业革命.5（四）贡献“中国智慧”，助力
4、全球落实可持续发展目标.6 第二章 新型电力系统的定义、特征与展望.7（一）现有能源电力系统的主要特征.7（二）新型电力系统的主要特征.8（三）新型电力系统的远景展望.9（四）新型电力系统的发展路径.11 第三章 构建新型电力系统的难点与挑战.16（一）前瞻性技术突破.1 6（二）经济性.22ii（三）市场机制建设.24（四）安全可靠性.27（五）供应链安全.29 第四章 构建新型电力系统的重点支柱.3 2（一）加速推动煤电的优化和退出.32（二）综合施策提升电力系统灵活性.34（三）充分发挥电力多元转换（Power-to-X）的互补效应.36（四）强化分布式能源与微电网的发展格局.37（五）
5、加强新一代发电与供热技术的推广应用.39（六）促进循环经济和“新能源+”的发展.40 第五章 构建新型电力系统的保障措施.4 3（一）建立现代化的能源管理体系.43（二）构建高效运转的电力批发市场.44（三）构建多样化的电力零售市场.45（四）高度重视科技研发与创新.46（五）完善碳市场和可再生能源消纳责任制.47（六）大力推动公正转型和加强宣传教育.48iii表目表目录录表2-1：新型电力系统下我国电力发展路径.13表3-1：全球风光发电价格变化（2010-2020）.22表3-2：我国“十三五”电力规划完成情况.28表3-3：2020 年我国关键矿产资源情况.31表4-1：2020 年国网
6、公司经营区域尖峰负荷特性指标.35iv图图目目录录图2-1：我国电力行业碳排放展望.14图2-2：两种电力需求增长情景下非化石能源发电量替代情况.15图3-1：不同储能类型储能容量对比.17图3-2：我国太阳能光热累计装机情况.18图3-3：目前我国不同制氢成本比较.19图3-4：我国C C U S 项目分布.21图3-5：2021 年中国不同电源平均度电成本.23图3-6：我国市场化交易电量的变化情况.25图3-7：2020 年我国与其他国家电价比较.2 7图3-8：各发电资源矿产资源使用量对比.29图3-9：传统汽车和电动汽车所需矿产资源量对比.30图4-1：我国煤电机组发展展望.3 3图
7、4-2：Power-to-X 的生产与利用方式.3 7图4-3：微电网的发展模式.3 9图4-4：甘肃省通渭县“光伏+农业”发展模式.421Climate Change and Energy Transition Program执执行摘要行摘要2021 年 3 月 15 日，中央财经委员会第九次会议提出要“实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统”。构建新型电力系统对我国 建设富强、民主、文明、和谐的社会主义现代化强国具有重要意义。构建新型电力系统 将重塑我国能源生产消费结构，助力全球应对气候变化挑战；将促进我国深入推动能源 革命，加速建成能源强国；将驱动我国
8、经济社会高质量发展，引领第四次工业革命；将 为世界贡献“中国智慧”，助力全球落实可持续发展目标。新新型型电电力力系系统统是是未未来来新新能能源源为为主主的的我我国国能能源源系系统统的的主主体体，将将根根本本改改变变目目前前我我国国化化石石 能能源源为为主主的的发发展展格格局局，实实现现能能源源消消费费的的电电气气化化和和电电力力消消费费的的清清洁洁化化，具具有有全全面面支支撑撑性性、系系统统平衡性、平衡性、综综合高效性、科技合高效性、科技创创新性以及国新性以及国际际引引领领性等主要特征。性等主要特征。全全面面支支撑撑性性指我国电气化程度高，全面实现电代煤、电代油、电代气。包括氢能、碳捕捉与封存
9、利用（CCUS）、生物质能等在内的清洁技术能有效支撑全社会难以电气 化领域的深度脱碳；系系统统平平衡衡性性指我国能突破能源系统的“不可能三角”，实现电力消 费以清洁能源为主，具备安全稳定的电力供给能力和遇到突发事件的灵活调节能力，电 力价格长期稳定且终端用户可承受，电力服务普惠经济民生；综综合合高高效效性性指我国能源综 合使用效率高，以服务需求侧为导向，废弃资源的循环综合利用水平高。拥有高效运转 的市场机制（有效市场）和科学健全的监管体系（有为政府），与新一代数字信息技术 广泛融合发展。科科技技创创新新性性指我国电力全产业链各个环节能够采用先进的科学技术，保 持世界领先的科技研究、开发和示范水
10、平，推动能源技术革命；国国际际引引领领性性指我国在电 力投资贸易与标准制定、国际能源组织、应对气候变化等事务上具有较强的影响力，能 够为世界解决能源问题积极贡献中国智慧和解决方案。在新型在新型电电力系力系统统建成建成后后，我国，我国电电能在能在终终端用能的比重端用能的比重在在 70%以以上上，非化石能源，非化石能源发发电电量占量占总发电总发电量的比重量的比重在在 95%以以上上，电电力系力系统统和能源系和能源系统统之之间间的界的界线线逐逐渐渐模模糊糊，即我，即我国国电电力系力系统趋统趋近于能源系近于能源系统统。我国构建新型电力系统分为两个阶段。第一阶段到 2035年，称为构建新型电力系统的 1
11、.0 阶段；第二阶段为 2036 年到 2060 年，称为构建新型电力系统的 2.0 阶段。在新型电力系统 1.0 阶段，电力在我国能源系统中的地位得到持续加强，增量能源 消费主要以电力消费为主，但总体来看电力仍然不是我国终端用能的主要形式。新增电 力需求在“十四五”时期绝大部分由非化石能源满足。在 1.0 阶段，我国新能源装机快速增长，光伏、光热、陆上风电和海上风电的总装机到 2025 年和 2035 年分别达 11.2 亿千瓦和 26.8 亿千瓦，非化石能源发电量占总发电量的比重分别达 43%和 61%。与之对 应的是煤电装机的加速下降，2025 年我国煤电装机达到峰值 11.7 亿千瓦，
12、随后进入峰值 平台期，缓慢下降到 2035 年的 10.6 亿千瓦，其中约一半为利用小时数只有 3000 多小 时的调峰机组。2气候变化与能源转型项目在新型电力系统 2.0 阶段，以光伏、风电为主的新能源开始大规模替代存量化石能 源。传统能源机组的角色和燃料产生巨变，煤电由调峰电源逐渐转变为备用电源，发挥 紧急情况下的安全保供作用。到 2060 年，光伏、光热、陆上风电和海上风电的总装机达 56.3 亿千瓦，包括地热、氢电、海洋能等在内的新兴清洁发电机组总量接近 3 亿千 瓦，非化石能源发电量占总发电量的比重达 95%。届时我国淘汰所有燃煤基荷机组和调 峰机组，仅在东中部高负荷地区保留约 2
13、亿千瓦的安全备用机组。在构建新型在构建新型电电力系力系统统的的发发展路径展路径下下，我国，我国电电力行力行业业二氧化碳排放二氧化碳排放于于 2025 年左右达年左右达峰峰，峰峰值值约约 45 亿亿吨吨，2025-2028 年年碳碳排排放放处处于于峰峰值值平平台台期期，到到 2030 年年仍仍约约 42 亿亿 吨吨。2030 年之后，我国电力行业二氧化碳排放呈加速下降趋势，若不考虑 CCUS 技术 在电力行业的利用，到 2035 年我国电力行业碳排放约 39 亿吨，到 2050 年约 20 亿 吨，到 2060 年约 3 亿吨。若考虑 CCUS（包括 BECCS 和直接空气捕捉）技术在电 力行业
14、的利用，到 2035 年我国电力行业碳排放约 35 亿吨，到 2050 年约 7 亿吨，到2060 年实现负排放。开展新一轮技术革命成为摆在我国构建新型电力系统面前最严峻的挑战，这包括新 型储能、光热、CCUS、生物质能，以及绿氢制输储运与终端利用体系等。如果这些关 键技术不能在未来取得突破性的进展，降低使用成本，我国构建新型电力系统的过程中 将缺乏根本的技术保障，电力系统的安全、清洁、稳定、高效发展也将无从谈起。此外，我国在构建新型电力系统的过程中，在不同时期将面临着不同的挑战与困难。在 1.0 阶段，我国将主要面临经济性和高效性的问题。一方面是新能源高速发展背景下系 统整体并网消纳成本的大
15、幅增加；另一方面是不健全的市场机制导致的电力资源无法实 现大范围内的优化配置，以及灵活性资源无法有效发挥对新能源的调节支撑作用。在 2.0 阶段，随着新能源制造成本和消纳成本的持续下降，以及市场机制建设的不断完善，我 国将主要面临安全性问题，这包括波动性电源大规模并网对系统安全稳定运行造成的冲 击，以及新能源制造业中矿产资源和稀土资源安全稳定供应的问题。在构建新型电力系统的两个阶段，我国的工作重点都将围绕推动煤电的优化与退出、综合施策提升电力系统灵活性、强化分布式能源与微电网的发展格局、大力发展电制衍 生品技术和新一代发电与供热技术，以及促进循环经济和“新能源+”的发展上。但两 个阶段的侧重点
16、有所不同，在 1.0 阶段，更多的是侧重调整煤电的发展方向和解决电力系 统灵活性不足的问题，以满足大规模新能源并网消纳需求，加速电力行业自身的脱碳进 程。在 2.0 阶段，更多的是侧重全新的技术、生产与消费方式、商业模式的发展与推广，以及电力行业与其他行业的深度融合等，以发挥电力行业的基础性地位，带动工业、交 通、建筑等各个部门的低碳可持续发展。为保障新型电力系统的建设，我国需建立现代化的能源管理体系，持续提升政府部 门的行政治理水平；需构建高效运转的电力批发市场和多样化的电力零售市场，保障新 能源渗透率不断提升的电力系统运行的安全性、可靠性和经济性；需高度重视科技研发 与创新，推进关键能源技术取得突破；需完善碳市场和可再生能源消纳责任制，以市场 化的手段倒逼煤电的转型与退出，提升新能源项目的经济性；需大力推动公正转型和加 强宣传教育，以促进经济社会的包容性发展，调动一切积极因素，探寻构建新型电力系 统的最佳实践和最优之路。3Climate Change and Energy Transition Program第一章第一章 构建新型构建新型电电力系力系统统的的战战 略意略意义义（一）
