《电力增长零碳化（2020-2030）：中国实现碳中和的必经之路》

电力增长零碳化（2020–2030）：中国实现碳中和的必经之路落基山研究所，能源转型委员会 作者曹艺严，陈济，刘秉祺，Adair Turner (能源转型委员会)，朱思捷* 作者姓名按姓氏首字母顺序排列。除非另有说明，所有作者均来自落基山研究所。其他作者Koben Calhoun, 李婷联系方式曹艺严, ycao@rmi.orgKoben Calhoun, kcalhoun@rmi.org引用建议曹艺严，陈济，刘秉祺，Adair Turner，朱思捷，电力增长零碳化（2020-2030）：中国实现碳中和的必经之路，落基山研究所，2021年1月*除特别注明，本报告中所有图片均来自iStock。作者与鸣谢鸣谢本报告作者特别感谢以下机构和个人对本报告撰写提供的洞见观点与宝贵建议。Clyde Loutan, California ISOLouise Clark, UK National GridMark Dyson, 落基山研究所王睿, 电力规划设计总院张宁, 国家电网能源研究院韩雪，国家发改委能源研究所此外，团队也感谢能源转型委员会成员对本次工作的积极 参与。 特别感谢Angela Wright Bennett Foundation、Bloomberg Philanthropies、ClimateWorks Foundation、Quadrature Climate Foundation、Sequoia Climate Fund和The William and Flora Hewlett Foundation对本报告的支持。*按机构首字母顺序排列 关于我们落基山研究所（ROCKY MOUNTAIN INSTITUTE）落基山研究所（Rocky Mountain Institute，RMI），是一家于1982年创立的专业、独立、以市场为导向的智库。我们与政府部门、企业、科研机构及创业者协作，推动全球能源变革，以创造清洁、安全、繁荣的低碳未来。落基山研究所致力于借助经济可行的市场化手段，加速能效提升，推动可再生能源取代化石燃料的能源结构转变。落基山研究所在北京、美国科罗拉多州巴索尔特和博尔德、纽约市、加州奥克兰及华盛顿特区设有办事处。能源转型委员会 （ENERGY TRANSITIONS COMMISSION）能源转型委员会（ETC）汇集了全球能源领域中各行各业的领导者，其中包括能源生产商、能源密集型产业、设备供应商、金融机构和环保领域的非政府机构。我们的使命是打造一个既能够确保发展中国家达到发达世界生活水平，又能够将全球气温上升限制在 2°C 以内，并尽可能趋近1.5°C的全球经济。要实现这一目标，我们的世界需要在世纪中叶前后实现温室气体净零排放。 目录1. 碳中和加速电力增长零碳化进程 ................................................................................................5 2. 零碳电力增长的经济性日益显著 ................................................................................................9 3. 瞬时电力平衡管理技术已然成熟 ..............................................................................................19 4. 时-日-季节电力供需平衡可实现 ................................................................................................25 5. 未来10年电力零碳增长政策建议 ..............................................................................................47 附录 ....................................................................................................................................................51参考文献 ............................................................................................................................................53 碳中和加速电力增长零碳化进程1 6 | 落基山研究所碳中和加速电力增长零碳化进程2020年9月22日举行的联合国大会上，习近平主席承诺中国将在2030年前实现碳排放达峰，并在2060年前实现碳中和。1 这是全球应对气候变化工作的一项重大进展，显示了中国作为负责任大国承担起全球领导力的决心。 我们认为，中国能够在2060年前，甚至有可能在2050年实现碳中和，并全面发展成为一个发达经济体。正如我们近期发布的两部报告（分别讨论了全球和中国经济全面脱碳的可行性2）所示，技术先进的经济体以非常低的经济成本在本世纪中叶实现零碳，其可行性是毫无疑问的。实现这一碳中和目标的关键在于应尽早完成尽可能多部门的电气化，并确保几乎所有电力来源于零碳资源。全球越来越多的国家都极为重视电力系统低碳转型的需求与机遇，并制定了相应的目标：• 英国现在已通过立法正式承诺将于2050年实现净零温室气体排放，并计划在2035年实现零碳或近零碳电力系统。 • 美国当选总统拜登提议美国将在2035年前实现电力系统零碳并在2050年前实现全社会净零排放。清华大学气候变化与可持续发展研究院近期发布的一份研究显示，中国可以在2060年或更早完成碳中和目标，与将全球温升幅度控制在1.5°C的路径保持一致。在所有国家可实现的全面脱碳情景中，电力的脱碳都必须先于更大范围的整体经济脱碳。因此，中国电力系统在未来十年的发展对于其在2030年前实现达峰和在2060年或更早时间实现碳中和目标至关重要。要完成习主席提出的目标，中国必须大幅提高零碳发电资源的投资速度，而任何新建煤电投资形成的资产都有可能阻碍这一目标的实现，或必须被迫在远早 于 其 使 用 寿 命 结 束 的 时 间 关 停 ，这 不 但 将 造 成 投 资 资 源 的浪 费 ，更 对 电 力 系 统 脱 碳 带 来 更 多 挑 战 。因此，符合中国长期碳中和目标的合理策略，应确保中国所有新建发电装机基本为零碳清洁能源。但是，目前中国仍在继续建设新的燃煤电厂，仅2020年1-6月间，新批复的煤电装机即达20 GW，比过去4年中任何一年的全年核准装机量都高。i ，3这是不同关切和利益诉求综合作用的结果。首先，由于各省具备不同的资源禀赋和经济发展特征，在考核与激励措施实施上可能各有侧重。同时，一些偏颇的观点认为，在不增加更多新增煤电的前提下增加可再生能源上网和消纳，这在技术上存在难度，甚至是不可能的。另一些观点认为，零碳电力供应的增长速度是有限的，难以满足未来十年的电力需求增长，而煤电是必然选择。在本报告中，将阐述为何这些观点并不准确，并证明几乎所有新增发电均来自零碳能源的策略是可行且具备经济效益的。到2050年，中国经济体将大部分完成脱碳化—如地面运输和住宅供暖等目前主要使用化石燃料的部门活动基本将接近完全电气化，总耗电量将达到约15万亿千瓦时，大约是当前水平的2倍。研究表明，到2030年，随着经济的继续增长和电气化范围扩大到新的部门，中国的电力需求将达到10-12万亿千瓦时（ 图 1 ）。在本报告中，我们设定了一个与2050年完成中国电力部门脱碳相一致的2030情景，并将其称为“零碳投资情景”。如图2所 示 ，该 情 景 包 括 了 以 下 假 设 ：• 2030年，电力需求约达到11万亿千瓦时，在当前水平基础上增长54%，年均增长率约4%； • 将煤电装机控制在2019年1041 GW的装机水平，但通过提高现有装机的使用率少量提高煤电发电量；ii • 非水可再生能源发电装机平均年增长约110GW，从2019年的408 GW增长到2030年的1650GW，非水可再生能源发电量占当年发电总量的比例达到28.5%； • 非化石燃料发电占比达到53%，略高于中国政府在2016年提出的50%的目标。4i 其中大部分新核准的煤电厂项目并非“上大压小”等容量替代项目。ii 目前计划或在建的煤电项目会带来新增装机，但应与淘汰落后小煤电的数量持平，考虑到越来越严重的资产搁浅风险，总煤电装机不应高于目前的水平。 电力增长零碳化（2020–2030）：中国实现碳中和的必经之路 | 7碳中和加速电力增长零碳化进程 在该情景时间节点之后，从2030到2050年，零碳发电供应比例应继续快速提高，并逐渐减少存量燃煤机组（除非配合碳捕集与封存）。实现这一情景将有助于实现“2030年前达峰”的目标，并确保中国处于实现2060年碳中和目标的正确发展路径上。本报告通过以下四个章节展示了用零碳发电资源来满足未来十年用电增量的可行性，以及要实现这一目标所需的政策支持： 1. 零碳电力增长的经济性日益显著2. 瞬时电力平衡管理技术已然成熟3. 时-日-季节电力供需平衡可实现4. 未来10年电力零碳增长政策建议图 12030年中国电力需求的预测比较14,00012,00010,0008,0006,0004,0002,0000常规发展情景常规发展情景高比例可再生能源情景加速电气化情景重塑能源情景（高节能情境）低于2°C情景国网能源研究院《中国能源电力发展展望2019》《 重 塑 能 源 ：中 国 》中国可再生能源中心《中国2050高比例可再生能源发展情境暨路径研究》中国可再生能源中心《 中 国 可 再 生 能源展望2018》电力需求 (TWh) 8 | 落基山研究所碳中和加速电力增长零碳化进程iii 该情境的假设说明在附录表格A中展示图 2在零碳投资情景下，中国2030年的发电量和发电装机构成iii中国2019年和2030年发电装机构成对比中国2019年和2030年发电量构成对比装机容量 (GW)发电量 (TWh)4,0003,5003,0002,5002,0001,5001,000500012,00010,0008,0006,0004,0002,00002030203020192019 燃煤发电 海上风电 天然气发电 水电 光伏 生物质能 陆上风电 核电 燃煤发电 海上风电 天然气发电 水电 光伏 生物质能 陆上风电 核电 零碳电力增长的经济性日益显著2 10 | 落基山研究所在全球各地，可再生能源发电成本持续下降并逐渐开始低于化石燃料发电成本，中国也不例外。但中国需调整政策以确保可再生能源成本能持续快速下降，并且零碳电源投资也能满足未来电力需求增长。全球可再生能源成本都在下降过去10年，可再生能源的发电成本降幅巨大。据测算，全球光伏和陆上风电的平准化发电成本(LCOE)分别下降了85%和60%，海上风电成本如今也开始快速下降，仅过去五年就下降了60%。5 在可再生能源资源丰富地区，可再生能源竞价甚至更低。目前全球光伏LCOE平均水平大约是每千瓦时0.35元，但美国加利福尼亚州、葡萄牙和中东已经出现了每千瓦时 0.14元甚至更低的报价。全球海上风电的LCOE目前为每千瓦时0.63元左右，英国最新的中标价格大约每千瓦时0.36元。6在许多国家，光伏与风电目前已经能够与作为基荷的化石燃料发电竞争。甚至在一些国家，可再生能源加储能已经成为比燃气轮机更具经济性的调峰方式。基于美国市场的研究显示，