欧洲和中国的经验教训与挑战：能源转型背景下的能源安全

能源转型背景下的能源安全——欧洲和中国的经验教训与挑战 2023 年 11 月 本报告由以下人员编写: Peter Børre Eriksen、Lars Møllenbach Bregnbæk、Luis Boscan、Lars Pauli Bornak、Helena Uhde，Ea能源咨询公司（Ea Energy Analyses）Matteo d'Andrea，丹麦能源署（DEA）张琳、雷晓蒙、李艺、董博，中国电力企业联合会（CEC） Ea Energy Analyses研究员Jens Christian Rørbæk Kruse亦对本报告做出了贡献。感谢国务院发展研究中心资源与环境政策研究所韩雪和李继峰参与相关讨论并提供大力支持。 中欧能源合作平台（ECECP）网站：http://www.ececp.eu电子邮件：info@ececp.eu 中欧能源合作平台于2019年5月15日启动，旨在支持和落实《关于落实中欧能源合作的联合声明》中的举措。ECECP平台的总体目标是加强中欧能源合作。根据《欧洲绿色协议》、欧洲能源联盟、《全欧洲人共享清洁能源倡议》、气候变化《巴黎协议》和欧盟《全球战略》，通过加强合作，增进欧盟与中国之间的互信和理解，为推动全球能源向清洁能源转型，建立可持续、可靠和安全能源系统的共同愿景做出贡献。ECECP二期项目由ICF国际咨询公司和中国国家发展和改革委员会能源研究所共同实施。 免责声明 本报告中所述信息和观点均为作者观点，并不一定反映欧盟、中国国家能源局或ECECP的官方意见。欧盟、中国国家能源局或ECECP均不对本研究相关数据的准确性负责。欧盟、中国国家能源局、ECECP或其任何个人代表概不对报告信息的使用负责。有关ECECP的更多信息，请访问官方网站(http://www.ececp.eu)。 © 欧盟 2023。版权所有。 目录 执行摘要 9 1. 概述 2. 能源安全概念10 2.1 净零能源系统102.2 什么是能源安全？102.3 能源转型背景下的能源安全112.4“现在”与“未来”之间：中期转型的概念112.5IEA 对能源转型时期的能源安全的最新视角122.6 中国的能源安全视角122.7 欧洲的能源安全视角172.8 关键信息20 3. 转型时期的能源安全风险21 3.1 依赖进口燃料的风险223.2 电力系统风险 - 社会电气化带来的关键风险263.3 转型风险363.4 资本成本风险373.5 地缘政治风险和贸易冲突383.6 清洁能源技术对关键原材料的依赖性393.7 网络攻击 / 信息技术风险433.8 贫富国家之间的紧张局势升级453.9 技术风险453.10 气候变化影响风险463.11 对大规模可变可再生能源和天气模式的依赖503.12 欧盟和中国能源转型风险总结 - 安全风险指标和缓解措施50 4. 气候对能源生产的定量影响 (WP2) 53 4.1 研究使用的模型和范围534.2 分析方法574.3 灵活性需求594.4 结果604.5 建模结果对情景的敏感性754.6 水电81 5. 欧盟和中国在能源安全方面的经验教训84 5.1 欧盟 2022 年天然气危机的经验教训845.2 欧盟为应对近期能源危机对电力市场设计进行改革的经验865.3中国能源安全风险的经验教训88 6. 中国和欧洲电力生产商在能源转型中的做法（实例）90 92 7. 结论 8. 附录96 附录1:中国发布的能源安全政策96附录2:中国主要发电企业的能源转型100附录3:情景介绍和数据收集（CEC）104 9. 缩略语 10. 参考文献11.图片目录12. 表格目录 执行摘要 随着2015年《巴黎协定》的通过，世界各国领导人强调必须在本世纪末将全球温升控制在1.5℃以内，以遏制气候变化的负面影响。中国的目标是在2030年前实现碳达峰，并在2060年前实现碳中和。欧盟的约束性目标是到2050年实现气候中和。实现这些目标需要对能源系统进行重大改革，包括基础设施、规划和监管，以及各能源部门的协调发展。这意味着未来几十年，全球能源系统都将经历深刻转型。在这一转型阶段，可变可再生能源（VRE）的占比逐渐提升，技术不确定性带来了新的风险，需要重新定义能源安全的概念。 本报告旨在加强对中国和欧盟在能源转型背景下的能源安全问题的理解。通过中欧专家之间的合作，双方对各自能源体系在未来将面临的能源安全问题有了更深入的理解，因为我们需要详细了解正在进行的能源转型所面临的具体风险，包括评估这些风险的量化指标以及降低风险的可以采取的各项举措。当前以化石燃料为主导的能源系统与未来新兴的碳中和能源系统并存，造成了两种截然不同的运行模式之间的紧张关系。中国和欧盟分别制定了雄心勃勃的2060年和2050年碳中和目标，在未来几十年的转型中面临着相似但并不相同的能源安全挑战。 本报告是中欧能源合作平台项目“B2.4e能源转型背景下的能源安全 -- 欧洲和中国的教训与挑战”的最终报告。该项目于2023年8月24日启动，2023年11月结束。项目合作伙伴包括中国电力企业联合会（CEC）、丹麦能源署（DEA）以及Ea能源咨询公司（Ea Energy Analyses）。 本报告的第一部分（WP1）探讨了中国和欧盟的能源安全概念，以及这一概念随着能源转型的变化。报告的第二部分（WP2）定量评估了未来（2050年和2060年）电力系统依赖大规模可变可再生能源的风险。这些风险与对气候和天气模式（如风能和太阳能）的依赖性增加有关。为此，我们对欧洲与中国部署的可再生能源资源对电力系统充裕性的贡献（或负荷承载能力）进行了比较分析；主要是比较可再生能源资源本身相对于需求预测对维持发电充裕性的贡献程度。 中国对能源安全的看法 中国的能源安全关切与“能源安全新战略”中概述的四个革命一个合作原则一致，主要强调以下几点： •提高能源效率：推动能源消费革命，抑制不合理的（低效）的能源消费。•能源供应多样化：推动能源供给革命，建立多元供应体系。•推动能源技术发展：推进能源技术革命，带动产业升级。•改造能源系统：推动能源体制革命，打通能源发展快车道。•全球能源合作：全方位加强国际合作，确保开放环境下的能源安全。 欧盟对能源安全的看法 欧盟的能源安全理念强调成员国和地区合作伙伴之间的合作与团结。跨境合作、互联互通和运转良好的电力市场确保了电力在成员国和伙伴国之间的流动，使得不同国家之间可以相互依赖。 俄乌冲突引发的能源危机为欧盟可再生能源的部署按下了加速键，促使欧盟亟需减少对俄罗斯进口天然气的依赖。2020年5月，欧盟委员会提出了“RePowerEU计划”，包括三个主要部分：节约能源、 大力部署清洁能源和促进能源供应多样化。这一战略应对措施可解决中短期能源危机，同时加快能源转型，以实现长期脱碳目标。 向净零转型：驾驭能源安全风险 本研究对能源转型背景下的能源安全风险进行了更具全球性的概述，从燃料依赖风险和电力系统风险到网络安全风险和地缘政治风险。每种风险都凸显了向清洁能源系统转型所面临的复杂挑战和需要考虑的因素。 此外，本文还针对与中国和欧盟都尤为相关的六种风险提出了缓解措施建议，如下表所示。 研究发现，中欧之间存在以下相似与不同之处： •进口燃料依赖：预计中国和欧盟此方面的风险都会随着时间的推移而降低，因为二者都已正式宣布将遵循并正在实施大规模部署可再生能源（尤其是光伏和风能）的转型轨道。•清洁能源技术对关键材料的依赖：中国在大多数技术和关键材料供应链中占据全球领先地位。相反，欧盟则依赖于全球贸易以及长期协议和供应合同。为了减轻这种依赖并提高环境的可持续性，欧盟更加重视关键材料的回收利用。•需求缺乏灵活性，效率低：过去二三十年间，欧洲在能源领域实施了市场化改革。近期还实施了向终端消费者推广智能电表的国家计划，这意味着许多终端消费者已经能够对能源价格做出反应，在价格高时减少消费。到目前为止，从发电到终端消费者的价格传导机制比中国更为发达。•气候对能源生产的影响：可以预见，无论选择何种技术实现碳中和，气候都可能会对中国和欧盟的整体能源系统造成影响。在此方面，中欧双方所面临的风险和相应的缓解措施具有相同的性质。•不协调的技术转型：中欧双方在此方面的风险，以及建议的衡量指标和缓解措施都大致相同。•输电系统整合不足：这是大规模部署太阳能和风能等可再生能源、实现绿色转型的潜在障碍。欧洲已经建立了考虑部门耦合的输电规划制度，包括与天然气和氢的部门耦合。这种规划方法是在欧洲市场框架内依据成本效益分析进行的。当中国采用包括现货市场在内的成熟市场方法时，中国的输电系统发展将由市场主导，并更加高效。 天气对能源生产影响的定量评估 本报告的第二部分（WP2/第4章）对电力系统依赖未来（2050年和2060年）大规模可变可再生能源的风险进行了定量评估。这项研究的出发点是2050年的欧盟和2060年的中国 -- 我们假设，根据净零目标，这个地区的电力系统都已完全实现脱碳，可再生能源发电容量占比达到较高水平。评估基于欧洲各国和中国各省20年（2000-2019年）的区域天气数据。从根本上说，本研究是通过比较相对于预测需求，可再生能源在多大程度上有助于维持发电充裕性，并将不断变化的天气模式考虑在内。风险与对气候和天气模式的依赖增加有关，例如风能和太阳能。 中国2060年的情景数据由中国电力企业联合会和中国能源转型展望项目提供。欧盟的情景数据与ENTSO-E的TYNDP 2050全球雄心情景和分布式能源情景相对应。 天气对能源生产影响的定量评估的关键概念 剩余负荷 剩余负荷用来衡量需求与可再生能源发电量之间差值。当需求超过可再生能源发电量时，它可以是一个正值（电量赤字）；当可再生能源发电量超过需求时，它可以是一个负值（电量盈余）。 持续时间曲线 持续时间曲线用来衡量电力系统中某一功率的持续时间。它能够大体显示出需求、风能和太阳能资源以及可再生能源的充裕性。在我们的研究中，持续时间曲线基于所有时间步长，并利用了整20年（2000-2019年）的气象数据。 电力短缺 电力短缺事件是指在所有时间步长内，可再生能源发电量低于某一阈值或剩余负荷高于某一阈值的一段时间。这将导致电力系统在更长的一段时间内因发电不足而面临风险。 灵活性需求 灵活性需求是指在一定时间范围内（图中绿色区域）为平衡剩余负荷而必须“转移”的电量。在本报告中，我们探讨了日内、周内和一年内的灵活性需求。 两个分析层面 分析分为两个层面进行：区域和整个电力系统。在区域层面，单个国家或省份（欧盟国家和中国省份）被独立考虑，计算当地的能源生产和消费，不考虑向邻近地区输电，同时假设区域内没有输电瓶颈。在整个电力系统层面，对欧盟所有国家和中国的所有省份每个时间步长的电量进行汇总，并假定区域内和区域间没有输电瓶颈。 天气对能源生产影响的定量评估结果 •可快速调整的灵活性电源对于填补可再生能源供电缺口非常有价值，有可能在风能或太阳能发电量低而需求高的时段减少对长期基荷容量的需求。•当同时出现一段时间的低发电量与高需求时，就会产生电力短缺的风险，对电力系统的供需平衡构成挑战。•分析表明，在中国和欧盟，剩余负荷短缺一般持续时间较短，不超过一天，而中国由于可再生能源发电覆盖率较低，因此发生此类事件的频率更高。•日内需求模式通过将风能和太阳能短缺切分成了较短的时段，因此有助于减轻其影响。 欧盟国家的太阳能短缺持续时间通常较长（季节性影响较大），而中国的风能短缺持续时间较长。 •中国和欧盟电力短缺的最长持续时间存在显著的地区差异，欧盟国家的太阳能短缺持续时间通常较长，原因是纬度较高导致冬季黑夜较长，这与中国和欧盟在整个电力系统层面的广泛比较一致；此外，北京、上海、四川和斯洛伐克等地的长期剩余负荷短缺主要是由于高需求超过了可再生能源发电能力。 •在中国和欧盟，风电短缺的持续时间从几天到几周不等，中国的持续时间更长。中国的严