能源研究院2022以新能源为主体的新型电力系统的内涵与展望研究报告

新 能 源为 主 体 的 新 型电力系统的内涵与展望 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》 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。 北大能源研究院气候变化与能源转型项目系列报告 新能源为主体的新型电力系统的内涵与展望 报告编写人员 吴迪康俊杰杨富强杨雷 目录 ◎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.........................................................16（二）经济性......................................................................22 （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....................................32 （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） 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....................................43 （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.............................48 表目录 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 年国网公司经营区域尖峰负荷特性指标...................35 图目录 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 CCUS 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....................................27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....................................................33图 4-2：Power-to-X 的生产与利用方式.....................................37图 4-3：微电网的发展模式..........................................................39图 4-4：甘肃省通渭县“光伏 + 农业”发展模式.............................42 执行摘要 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。 新型电力系统是未来新能源为主的我国能源系统的主体，将根本改变目前我国化石能源为主的发展格局，实现能源消费的电气化和电力消费的清洁化，具有全面支撑性、系统平衡性、综合高效性、科技创新性以及国际引领性等主要特征。 全面支撑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；系统平衡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；综合高效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。科技创新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、开发和示范水平，推动能源技术革命；国际引领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。 在新型电力系统建成后，我国电能在终端用能的比重在70%以上，非化石能源发电量占总发电量的比重在95%以上，电力系统和能源系统之间的界线逐渐模糊，即我国电力系统趋近于能源系统。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1.0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，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。 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