2024面向双碳目标的新型电力系统演进路径与挑战报告-中国电力科学研究院_40页_14mb

面向双碳目标的新型电力系统演进路径与挑战总结

核心内容

本文围绕“双碳”目标，探讨了我国新型电力系统的演进路径与技术挑战，重点分析了低碳与零碳演进路径，以及新能源并网所带来的问题和应对措施。文章提出，新型电力系统将以智能电网为基础平台，以新能源发电为主体，融合低碳能源技术、信息通信技术与控制技术，实现清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动等目标。

主要观点

一、背景与目标

• 2020年我国提出“双碳”战略目标，2021年明确以新能源为主体的新型电力系统建设方向。
• 到2060年，我国一次能源消费总量预计为46亿吨标煤，非化石能源占比将超过80%，电力占终端能源消费比例将超过70%。
• 新型电力系统将成为能源资源优化配置的主要平台，其发展将深刻影响我国能源结构和碳排放路径。

二、新型电力系统演进路径

新型电力系统存在两条主要演进路径：低碳路径和零碳路径。其中，零碳路径是重点研究对象，包含以下三种可能的演进方向：

1. 大规模新能源+煤电+CCUS：在新能源大规模发展的同时保留一定规模的煤电，通过CCUS技术实现碳排放移除。
2. 超大规模新能源+储能+需求侧响应：通过大规模储能和需求侧响应技术解决新能源波动性和低利用小时数的问题。
3. 更大规模新能源+储能+电氢：通过电氢技术提升新能源非电消纳能力，降低电力保供压力，增强系统灵活性。

三、电力系统电碳协同技术

• 碳排放测算：基于电力大数据和“电-碳计算模型”，构建了全国碳排放监测分析服务平台，实现碳排放的测算、监测与分析。
• 低碳关键技术：
  • 电力碳评估试验能力建设：建立科学合理的碳评估体系，贯穿电力系统发、输、配、用全过程。
  • 绿色供应链建设：推动供应链企业参与碳减排，控制碳排放。
  • 电力低碳标准化工作：制定“十四五”电力低碳领域技术标准体系，涵盖6个技术方向、20+2个标准系列。

四、新能源并网挑战与措施

• 新能源的波动性和随机性给系统带来两大挑战：高效消纳（功率平衡能力）和安全运行（抗冲击能力）。
• 通过构建极端天气识别模型，提升对新能源影响的定量预报与预警能力。
• 平台建设：
  • 数值天气预报系统：基于WRF模式，配置高性能计算资源，实现72小时风速、辐照强度预报。
  • 张北试验检测基地：具备六自由度载荷模拟、电网故障模拟等先进功能，支持新能源特性测试。
  • 海上风电试验基地：建设于福建福清，具备25MW海上风电机组全工况试验能力。
  • 数模混合新能源发电实时仿真平台：实现新能源控制器在环测试，支持多种控制策略与模型验证。

五、新能源主动支撑技术

• 系统需求：
  • 电压稳定：由无功/电压控制外环向内电势自同步控制演进。
  • 频率稳定：新能源占比提升后，需从辅助调节向主导控制频率转变。
  • 同步稳定：实现一次调频和惯量支撑，需与储能技术结合。
  • 宽频振荡：从局部问题向系统问题演进，需事前论证和优化设计。
• 技术挑战：
  • 装置层面：新能源资源特性、设备耐受能力对支撑能力的限制；多时间尺度控制对全频段稳定性的挑战。
  • 系统层面：系统需求需落实到上万台装置的控制和参数配置；支撑电源数量级增加带来的协调控制难题。

关键信息

• 碳中和路径选择：零碳路径下的三种演进方向分别依赖CCUS、大规模储能和电氢技术。
• 新能源发展规模：2030年新能源装机占比将达38%，2060年将达62%。
• 电力碳预算：2020~2060年我国电力碳排放预算为780亿~1300亿吨。
• 新能源并网能力：新能源利用率需提升至93.78%，度电碳排放强度将降至0.065 kgCO₂/kWh。
• 极端天气应对：通过构建极端天气识别模型，实现新能源发电损失评估与预警。
• 平台建设成果：张北试验检测基地和海上风电试验基地的建成，为新能源并网与系统稳定提供了有力支撑。

结语

• 电力系统碳减排应“先慢后快”，CCUS技术对煤电去留和低碳转型路径具有决定性影响。
• 新能源成本下降有助于加快低碳转型，但也对系统安全和消纳能力提出更高要求。
• 建议加强技术攻关、装备研发、工程示范和标准编制，支撑新型电力系统构建，保障电力安全与新能源高效利用，助力实现“双碳”战略目标。