2020年代中国零碳电力增长：迈向碳中和的关键一步

2020年代中国零碳电力增长：碳中和一个至关重要的一步落基山研究所，能源转型委员会 作者&确认作者曹一燕、陈姬、刘炳琦、阿代尔·特纳（能源转型委员会）和卡罗琳·朱。* 作者按字母顺序排列。所有作者均来自落基山研究所，除非另有说明。其他贡献者Koben卡尔霍恩,李联系人及其曹,Koben卡尔霍恩,建议引用曹一燕、陈霆、刘炳琦、阿代尔·特纳和朱嘉琳，《2020年代的中国零碳电力增长：迈向碳中和的重要一步》，能源转型委员会和落基山研究所，2021年，.所有图片来自iStock除非另有注明。致谢作者感谢以下通过访谈和支持为这项研究贡献时间和专业知识的个人：克莱德·卢坦，加利福尼亚州 ISO 路易斯·克拉克，英国国家电网马克•戴森落基山研究所王锐，中国电力规划与工程研究院张宁，国网能源研究院 韩雪，可再生能源发展中心该团队要感谢ETC专员和ETC网络的积极贡献。特别感谢安吉拉·赖特·贝内特基金会、彭博慈善基金会、气候工作基金会、正交气候基金会、红杉气候基金和威廉和弗洛拉·休利特基金会对本报告的支持。*组织按字母顺序列出。 关于我们关于能源过渡委员会能源转型委员会 （ETC） 是一个由来自能源领域的全球领导者组成的联盟：能源生产商、能源密集型行业、设备供应商、金融机构和环境非政府组织。我们的使命是研究如何建立一个全球经济，既能使发展中国家达到发达国家的生活水平，又能确保世界将全球变暖限制在远低于2°C，并尽可能接近1.5°C。 为了实现这一目标，世界需要在本世纪中叶左右实现温室气体净零排放。关于落基山研究所落基山研究所（RMI）是一家成立于1982年的独立非营利组织，致力于改变全球能源使用，以创造一个清洁，繁荣和安全的低碳未来。它让企业、社区、机构和企业家参与进来，加速采用基于市场的解决方案，以经济高效的方式从化石燃料转向效率和可再生能源。RMI在科罗拉多州的玄武岩和博尔德设有办事处;纽约市;加利福尼亚州奥克兰;华盛顿特区;和北京。 表的内容1.介绍52.零碳经济力量103.技术网格管理挑战是可以解决的 214.按小时、天和季节平衡供需 295.54政策要达到2030年的目标 1介绍 介绍2020年9月22日，习近平主席在联合国承诺中国在2060年前实现碳中和，并在2030年前达到排放峰值。中国可以在2060年之前实现碳中和，成为一个完全发达的富裕经济体，最早可能在2050年。正如能源转型委员会最近的两份报告所述，其中一份侧重于全球经济，另一份专门针对中国，2毫无疑问，技术先进的经济体有可能在本世纪中叶以非常低的经济成本实现零碳。实现这一目标的关键是尽可能多地实现经济电气化，并确保几乎所有电力在整体碳中和目标日期之前都使用零碳资源发电。世界各国越来越关注电力系统脱碳的需求和机遇，并相应地设定目标。•英国现在在法律上承诺到 2050 年实现温室气体净零排放，目标是实现到2035年实现零碳或接近零碳电力系统。•当选总统拜登提议美国到2035年实现无碳电力部门不晚于2050年,达到零排放的目标。清华大学国际气候变化与可持续发展中心（ICCSD）最近的一项分析表明，中国如何实现2060年或更早的碳中和目标，同时将全球变暖限制在1.5°C。在所有可信的情况下，在所有国家，电力脱碳必须引领更广泛的经济脱碳。在 中发生什么因此，中国2020年代的电力系统对于2030年前的排放峰值以及2060年或更早的碳中和目标的可信度至关重要。中国必须大幅加快零碳电力投资的增长，才能走上实现习主席目标的道路。任何新的煤炭投资都有可能创造资产，这些资产要么使目标无法实现，要么不得不关闭远在其使用寿命结束之前。这将造成投资资源的浪费，并对电力系统的脱碳带来额外的挑战。因此，与中国长期碳中和目标相适应的适当战略应该是确保中国发电能力的几乎所有增长都是零碳的，没有新的煤炭投资。然而，中国是继续建设新的燃煤电厂，2020年1月至6月批准约20吉瓦（GW），高于过去四年每年允许的总容量。这反映了多种因素，包括鼓励各省采取与国家目标不符的行动的实际或感知的激励措施。其中一个因素是被误导的信念，即在没有额外煤炭供应的情况下，很难甚至技术上不可能整合新的可再生能源供应。另一个错误的假设是，零碳电力供应将无法快速增长以满足2020年代不断扩大的需求。这份报告说明了为什么这些信念是错误的，以及为什么几乎所有来自零碳来源的新增长政策都是可行的，并且在经济上是最佳的。到2050年，一个基本脱碳的中国经济将消耗约15，000太瓦时（TWh）的电力，大约是目前水平的两倍。这将需要一些目前使用化石燃料的部门和活动 - 例如地面运输和住宅供暖 - 实现接近完全电气化。由i 大多数新获准的项目不是替代退役的小型单位。6|落基山研究所 介绍研究表明，到2030年，随着经济增长的持续和电气化向新行业的蔓延，中国的电力需求将在约10，000至12，000太瓦时之间（图1）。因此，在本报告中，我们评估了2030年的情景，与中国电力行业到2050年脱碳所需的情景相一致;我们将这称为零碳投资情景。此方案（如图 2 所示）包括以下假设：•到 2030 年，电力供应量将达到 11，000 TWh，比当前水平增加 54%，反映出平均每年增长率为4%;•除了2019年的1，041吉瓦之外，没有增加新的煤炭供应，但略有增加煤炭发电作为现有资产的使用更加密集;ii•可变可再生能源容量从2019年的408吉瓦增加到2030年的1，650吉瓦，相当于每年约110吉瓦，可变可再生能源发电量占当年总发电量的28%;和•非化石燃料发电总量达到总量的53%，略高于中国政府于2016.4年展示1比较2030年中国电力需求ii 由于目前正在建设的燃煤电厂增加了新的煤炭产能，它正在被退役的小型、低效机组所抵消。但是，鉴于搁浅风险的增加，总容量不应超过目前的容量。2020年代中国零碳电力增长：迈向碳中和的重要一步|714,00012,00010,0008,0006,0004,0002,0000业务通常的场景加速电气化的场景业务作为射频场景通常的场景(高效)高再保险场景国家电网ERI：中国能源与重塑火力：中国电力Outlook 2019CNREC:中国2050年高可再生能源渗透系统路线图和途径低于2学位的场景CNREC:中国可再生能源展望2018年TWh 介绍附表2零碳投资情景下2030年的发电和产能组合iiiiii 情景的图示假设见附录表A8|落基山研究所4,0003,5003,0002,5002,0001,5001,000500020192030煤炭天然气太阳能陆上风力海上风力发电水电生物质核12,00010,0008,0006,0004,0002,000020192030煤炭天然气太阳能陆上风力海上风力发电水电生物质核代(TWh)能力(GW) 介绍在这种情况之后，需要从2030年到2050年进一步快速扩大零碳供应，并在这段时间内逐步消除现有的煤炭发电 - 除非安装碳捕获和储存。实现这一设想将有助于实现“2030年前达到峰值”的目标，并使中国走上与其2060年目标相适应的道路。本文分四个部分描述了为什么几乎完全来自零碳发电来源实现增长是可行的，以及需要做些什么来实现它。1.零碳电力的经济案例和低成本绿色电力之路2.快速扩大可变可再生能源（VRE）发电的技术可行性3.在VRE份额不断增加的系统中成功平衡供需的方法4.到2030年及以后实现零碳电力增长所需的政策2020年代中国零碳电力增长：迈向碳中和的重要一步|9 2零碳经济力量 400362350347光伏、固定轴300250200190海上风力发电150111光伏、跟踪100陆上风力50785044390200920102011201220132014201520162017201820192020零碳经济力量在世界各地，可再生发电成本越来越低于化石燃料的成本，在中国也是如此。但中国必须调整政策，确保可再生能源成本继续尽可能快地下降，零碳投资根据需要快速增长。全世界可再生能源成本下降在过去的10年中，可再生发电的成本急剧下降。全球平均平准化电力成本估算太阳能（LCOE）下降85%，陆上风电下降60%，海上风电成本现已开始迅速下跌，在短短五年内下跌了60%以上.5在有利的地点，竞价拍卖价格仍然要低得多。因此，虽然太阳能光伏的全球平均平准化度电成本估计约为每兆瓦时50美元，但加利福尼亚州，葡萄牙和中东的拍卖价格在20美元/兆瓦时或以下。虽然全球平均海上风电平准化度电估计约为90美元/兆瓦时，但英国最近的一次拍卖以约51美元/兆瓦时的价格结束。展览32009-2020年全球太阳能和风能平准化度电成本基准来源:BloombergNEF2020年代中国零碳电力增长：迈向碳中和的重要一步|11LCOE(2019美元/千瓦时,真实) 扣除税收抵免包括税收抵免西北37美元/千瓦时新英格兰47美元/千瓦时味噌37美元/千瓦时西北35美元/千瓦时新英格兰38美元/千瓦时CAISO35美元/千瓦时纽约44美元/千瓦时味噌27美元/千瓦时纽约36美元/千瓦时仕达屋优先计划27美元/千瓦时PJM42美元/千瓦时CAISO29美元/千瓦时仕达屋优先计划16美元/千瓦时PJM34美元/千瓦时西南32美元/千瓦时ERCOT26美元/千瓦时东南35美元/千瓦时西南26美元/千瓦时ERCOT15美元/千瓦时东南32美元/千瓦时陆上风力效用PV -跟踪气体-燃机注意:区域遵循州边界，因此不完美映射到 ISO 区域。这些数字代表每个ISO的基准平准化度电成本。零碳经济力量在许多国家，太阳能和风能现在与基本负荷化石燃料发电竞争，在一些国家，可再生能源加储能正在成为提供比燃气轮机更便宜的调峰电力的方式。对美国的估计表明，具有税收抵免的太阳能或风能现在比所有州的联合循环燃气轮机（CCGT）工厂（图表4）以及美国几个州的燃气调峰工厂订单已被取消，转而采用太阳能光伏加电池组合7。展览4美国最便宜的新大宗电力来源（2020 年）来源:BloombergNEF12|落基山研究所 零碳经济力量展望未来，这些成本降低肯定会继续下去。因此，一些国家的太阳能和风能成本将很快降至现有煤炭或天然气工厂的边际成本以下。到2020年代，许多国家将达到这一临界点，可再生能源优势将稳步增长。随着时间的推移而扩大。图表5概述了美国的成本轨迹，可再生能源开始在竞争中超过新的煤炭投资和许多现有的燃煤电厂，给这些电厂和拥有它们的公司带来了额外的压力8。表现出5美国新可再生能源和现有化石发电的经济比较来源:BloombergNEF2020年代中国零碳电力增长：迈向碳中和的重要一步|13新的风与现有煤炭和燃机新的公用事业规模光伏与现有煤炭和CCGT的比较100 100909080海上风力发电807070606050煤炭50煤炭404030燃机30燃机202010陆上风力10跟踪光伏0202020252030203520402045205002020202520302035204020452050注意:所有平准化度电成本计算均不包括税收抵免和缩减。平准化度电成本的范围代表一系列成本和产能因素。就海上风电而言，我们的评估包括发电资产、海上变电站、出口电缆和陆上变电站。对于热电厂而言，短期边际成本范围代表了电厂效率的多样性。LCOE和运营成本(美元/千瓦时,2019真正的)LCOE和运营成本(美元/千瓦时,2019真正的) 零碳经济力量在中国可再生能源和其他零碳成本全球情况也反映在中国，太阳能成本已经低于煤炭发电成本，陆上风电将很快随之而来。海上风电成本可能会在本世纪20年代变得具有竞争力，而中国的核电成本与今天的煤炭相比具有广泛的竞争力。太阳能成本已经低于新煤彭博新能源财经（BNEF）的估计表明，中国太阳能的平准化度电成本目前在29美元/兆瓦时至59美元/兆瓦时之间，使其在大多数地方与新煤竞争（图表6）.9在2019年之前，太阳能成本通过固定上网电价得到补偿，该电价是设计为随着时间的推移逐渐下降。2019年，中国转向拍卖系统。最新的许可结果和拍卖结果广泛证实