新能源为主体的新型电力系统的内涵与展望-北大能源研究院_56页_1mb

报告摘要

新能源为主体的新型电力系统总结

核心内容概述

北京大学能源研究院气候变化与能源转型项目聚焦我国能源转型和碳中和目标的实现，重点研究新能源为主体的新型电力系统。该系统将根本改变我国以化石能源为主的能源格局，实现能源消费的电气化、清洁化和高效化，是推动我国实现“双碳”目标、建设能源强国和引领第四次工业革命的关键手段。

主要观点

战略意义：构建新型电力系统将重塑我国能源结构，促进能源革命，推动高质量发展，并为全球可持续发展目标贡献“中国智慧”。
系统特征：新型电力系统具备全面支撑性、系统平衡性、综合高效性、科技创新性和国际引领性等特征。
发展路径：分为两个阶段，1.0阶段（2025-2035年）以新能源装机增长和煤电优化为主；2.0阶段（2036-2060年）以新能源大规模替代化石能源、技术突破和市场机制完善为重心。
技术挑战：需要在新型储能、光热、氢能、CCUS、生物质能等关键技术上取得突破，以保障电力系统的安全、清洁和高效运行。
经济性问题：新能源并网消纳成本上升，灵活性电源和市场机制不完善，导致电力系统经济性不足。
市场机制建设：电力现货市场和辅助服务市场尚未成熟，需加快建立全国统一的电力市场体系，推动市场化改革。
安全可靠性：高比例新能源与电力电子设备并网，将对系统稳定性、频率调节能力和电网抗扰动能力构成挑战，需加强灵活性调节能力和系统韧性。

关键信息

新型电力系统的主要特征

全面支撑性：实现电代煤、电代油、电代气，非化石能源发电量占比超95%。
系统平衡性：实现电力供应安全可靠、经济可负担、清洁低碳。
综合高效性：能源转换效率高，弃电率低，资源循环利用水平高。
科技创新性：全产业链采用先进技术，推动世界能源技术革命。
国际引领性：在电力投资、贸易、标准制定和气候变化事务中发挥重要作用。

新型电力系统的两个发展阶段

1.0阶段（2025-2035年）：
- 新能源装机快速增长，非化石能源发电占比提升至61%。
- 煤电装机进入峰值平台期，逐步退出。
- 需求响应和微电网得到一定发展，但规模仍小。
- 电力系统仍以大电网为主，灵活性不足。
2.0阶段（2036-2060年）：
- 新能源大规模替代化石能源，非化石能源发电占比达95%。
- 电力系统趋近于能源系统，实现全面电气化。
- 新型储能、氢能、CCUS等技术实现关键突破。
- 需求响应和微电网全面推广，电力市场机制完善。

电力行业碳排放预测

2025年左右达峰，峰值约45亿吨。
2025-2028年为平台期，2030年约42亿吨。
若不考虑CCUS技术，2035年约39亿吨，2050年约20亿吨，2060年约3亿吨。
若考虑CCUS技术，2035年约35亿吨，2050年约7亿吨，2060年实现负排放。

技术与产业挑战

新型储能：目前以锂电池为主，需发展多种储能技术以应对不同时间尺度的电力平衡问题。
光热发电：成本高，发展缓慢，需技术创新以提升效率和降低成本。
氢能：制氢以化石能源为主，需推动电解水制氢技术发展，提升储运能力。
CCUS技术：目前处于示范阶段，需降低碳捕集、运输和封存成本，提升技术经济性。
生物质能：利用率低，需推动生物质能源化利用技术，如超高温高压锅炉和费托合成。

市场机制建设

电力现货市场和辅助服务市场尚不完善，新能源难以获得稳定收益。
电力市场化交易电量占比仅45.5%，仍以中长期交易为主。
缺乏全国统一的电力市场体系，影响新能源发展和系统灵活性提升。
电价机制需进一步市场化，反映真实成本，促进公平竞争。

电力系统安全可靠性

新能源的随机性、波动性和间歇性对系统稳定性构成挑战。
电力电子设备并网导致转动惯量减少，频率调节能力下降。
电力系统灵活性不足，难以应对负荷峰谷差扩大带来的运行压力。
需加强灵活性电源建设，如气电、抽水蓄能和新型储能。

重点支柱

加速推动煤电的优化和退出：降低煤电比例，提升其灵活性。
提升电力系统灵活性：发展气电、抽水蓄能、新型储能等灵活性资源。
强化分布式能源与微电网发展：推动分布式能源和微电网的广泛应用。
推广应用新一代发电与供热技术：如光热、氢能、CCUS等。
促进循环经济与“新能源+”发展：推动资源循环利用，实现多能互补。

保障措施

建立现代化能源管理体系，提升行政治理能力。
构建高效运转的电力批发市场和多样化零售市场。
推进科技研发与创新，突破关键能源技术。
完善碳市场和可再生能源消纳责任制。
推动公正转型和加强宣传教育，促进社会包容性发展。

数据与图表

表2-1：我国新型电力系统发展路径（2020-2060年）。
表3-1：全球风光发电价格变化（2010-2020年）。
表3-2：我国“十三五”电力规划完成情况。
图2-1：我国电力行业碳排放展望。
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。
图3-1：不同储能类型储能容量对比。
图3-2：我国太阳能光热累计装机情况。
图3-3：我国不同制氢成本比较。
图3-4：我国CCUS项目分布。
图3-5：2021年中国不同电源平均度电成本。
图3-6：我国市场化交易电量变化情况。
图3-7：2020年我国与其他国家电价比较。
图3-8：不同发电资源矿产资源使用量对比。
图3-9：传统汽车和电动汽车所需矿产资源量对比。
图4-1：我国煤电机组发展展望。
图4-2：Power-to-X的生产与利用方式。
图4-3：微电网的发展模式。
图4-4：甘肃省通渭县“光伏+农业”发展模式。

总结

构建以新能源为主体的新型电力系统是我国实现“双碳”目标、推动能源革命、促进经济社会高质量发展的重要路径。其核心在于实现能源结构的深度转型，提升系统灵活性、安全性和经济性。然而，这一过程面临技术突破、市场机制完善、资源安全供应和系统稳定性等多重挑战。为实现目标，需加快技术研发、完善市场机制、加强政策引导和推动公众参与，以确保新型电力系统的顺利构建与可持续发展。

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