电力系统碳中和路径与新型电力系统构建关键技术-中国电力科学研究院_29页_13mb

电力系统碳中和路径与新型电力系统构建关键技术总结

核心内容概述

本文围绕中国电力系统实现碳中和的路径及新型电力系统构建的关键技术展开，重点分析了碳中和概念、双碳目标政策背景、电力系统碳排放趋势、新能源并网的系统级问题及新型支撑技术。文章强调了新能源发展对电力系统转型的重要性，并指出需通过技术创新和标准体系建设推动电力系统实现深度脱碳和安全稳定运行。

主要观点与关键信息

1. 碳中和概念与目标

• 碳中和定义：指通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳或温室气体排放，实现“零排放”。
• 中国双碳目标：
  • 2030年前实现碳达峰；
  • 2060年前实现碳中和；
  • 构建清洁低碳、安全高效的能源体系，非化石能源消费比重达到80%以上。

2. 电力行业碳排放现状与挑战

• 电力行业占全国碳排放的40%，是实现双碳目标的核心领域。
• 2021年电力行业碳排放量达42亿吨，预计2028年前后进入峰值平台期，2060年实现零碳电力系统。
• 新能源装机将达52亿千瓦，发电量占比升至61%，煤电和气电发电量将降至7%和3%。

3. 双碳相关政策与指导思想

• 政策体系：中共中央、国务院及国务院国资委等多部门发布了多项政策，包括《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》、《2030年前碳达峰行动方案》等，构建“1+N”政策体系。
• 工作原则：
  • 全国统筹；
  • 节约优先；
  • 双轮驱动（政府与市场）；
  • 保障安全稳定。
• 碳核算与监测：推进碳排放实测技术发展，建立统一规范的碳排放统计核算体系，加强重点排放单位温室气体排放源监测管理。

4. 新型电力系统构建的关键技术

• 系统电力电量平衡问题：
  • 新能源最小出力低，对供电保障支撑不足；
  • 极端气候下电力供应需求增加，保障难度加大；
  • 季节性电量不匹配，存在季节性平衡难题。
• 大电网安全稳定控制问题：
  • 新能源接入容量和出力占比增加，带来频率和电压安全问题；
  • 需要创新稳定性分析理论，研发新能源自主支撑控制技术。
• 能源电力深度脱碳：
  • CCUS技术：预计2030年成本为310~770元/吨，2060年降至140~410元/吨，具有经济可行性；
  • 电氢耦合技术：氢能将在新能源电制氢、调峰调频等场景广泛应用，助力能源系统深度脱碳；
  • 构网型控制技术：模拟同步发电机运行机制，提升新能源并网稳定性，但存在故障穿越时电流不可控的问题；
  • 惯量与调频支撑技术：新能源发电单元需具备一定的备用容量或储能支持，以实现系统频率稳定。

5. 新能源并网的系统级问题

• 国内外案例：
  • 2009年美国德克萨斯州风电场次同步振荡；
  • 2011年甘肃酒泉大容量风电脱网；
  • 2019年英国大规模停电事故，风电和光伏占比达50%。
• 问题分析：
  • 新能源并网对系统稳定性、频率调节和电压控制提出挑战；
  • 需要完善并网控制策略、提升系统灵活性和冗余能力。

6. 国际标准与技术合作

• IEC工作组5（JWG5）：关注风电和光伏接入大电网的系统级问题，如弱电网运行、场站级交互影响、新型电力电子设备引发的振荡等。
• IEC标准进展：已发布IECTR 63401-2和IECTR 63401-4，正在投票IECTR 63401-1和IECTR 63401-3。

7. 电力低碳标准化工作

• 国网公司标准体系：依据《“碳达峰、碳中和”标准体系建设指南（2022版）》，构建涵盖5个技术方向、15个标准系列、28项具体标准的电力低碳技术标准体系。
• 专题工作组职责：
  • 统筹低碳技术标准工作；
  • 负责标准体系规划、项目协调、标准制定及实施跟踪；
  • 与国际、国内标准化组织沟通，推广公司低碳技术标准成果。

结语

我国电力系统将经历碳达峰、深度低碳和零碳三个阶段，需大力发展新能源发电、CCUS、氢能等技术，构建以新能源为主体的新型电力系统。为应对系统电力电量平衡、安全稳定控制及深度脱碳等挑战，必须加强科技创新与标准体系建设，推动电力行业实现绿色低碳转型。