2022西北地区电力系统低碳转型探索

西北地区电力系统低碳转型探索2022.08西北地区电力系统低碳转型探索r西北地区电力系统低碳转型探索rmiorg/PAGE16目录导言 5.1.12.1212电网结构与运行 14.1.1220303.1616电力供给结构 17各类机组运行状态 18电力系统运行特点 21电力系统潜在投资规模 22.1.1遇4.2424煤电阶段性角色转变 24积极探索燃料替代 25布局煤电备用与退出 26创造市场与监管条保障可再生能源的可持续大规模发展 28完善新能源投资回收机制 28充分发挥分布式可再生电源潜力 31大力发展多样化的低碳系统灵活性资提高可再生能源消纳能力 32充分挖掘省内灵活性资源 32加速推动省内储能科学发展 33背靠西北电面向中东部地增强省间互济与外送清洁化 36加强西北地区省间互济 36提高陕西外送电量清洁比例 37统筹考虑系统性转积极谋求新增长动力 386.5.结论与建议 406.44模型介绍 44REMI模型介绍 45导言2020年20302060电力系统的低碳转型需要在确保电力系统安全稳定运行的前提下稳步提升零碳排放电源容量和电量的占202年4自治区/直辖市落基山研究所自201928%外本报告聚焦西北区域内GDP2030电力需2030年前进一步提速发比例从2021年的35%上升至2030年的2021年的64%下降到2030年的2028电达峰年份提早到推动电力价格机制改革，为可再生能源可持续大规模发展保驾护航2020220302060/2021426.244%2020西北1.148%聚焦到西北地区电力系统低碳转型，我们认为西北地区大部分省份具有以下几个特征：（（图表。含抽水蓄能（图表（（图表图表1 西北六省2021装机结构和发电结构电 水电 风电 核电 太阳能电 全国新疆宁夏青海甘肃陕西内蒙古0% 20% 40% 60% 80% 100% 0% 20% 40% 60% 80% 100%装机结构 发电结构数据来源：中国电力企业联合会（图表（图表图表2 西北六省发电量年度增速35%30%25%20%15%10%5%0

内蒙古 陕西 甘

青海

新疆 全国2017 2018 2019 2020 2021数据来源：中国电力企业联合会图表3 2021年西北六省发电自用和外送比例(%)自用 净外送新疆青海甘肃陕西内蒙古0% 20% 40% 60% 80% 100%数据来源：中国电力企业联合会GDPGDP（图表GDPGDPGDP（图表。25%20%15%10%5%0%-5%

-5能源生产总量

全国及各省能源强/1-202）能源消费总量2.521.510.5辽辽⽢黑龙贵州吉林天津⼭东陕全国平均重江⼴数据来陕西省统局 数据来中国能源统计年鉴203远景规划中203020252020年突破80（图表虽然陕西煤炭总产量中超过75632020年突破（图表。右-表7 陕西能源消费结按万吨标煤折）原煤 原油 天然气 水电风电及他能电90%80%70%60%50%40%30%20%10%020102011201220132014201520162017201820192020 20102011201220132014201520162017201820192020数据来陕西省统局 数据来陕西省统局2030放达峰。2021年103已经2021年4月22《2030年前碳达峰行动方案》42021-203020302520151052021年的198.9TW（1,989增长至2030年的290TW（2,900202年的38G3,80增长至2030年的54G4003.9%20（图表85-图表8 省工作日典型负荷曲-图表8 省工作日典型负荷曲202最高 最低0 0:00 3:00 6:00 9:0012:0015:0018:0021:00数据来源：国家发展改革委、国家能源局

1日 3日 日 日 日 11日数据来源：国家发展改革委、国家能源局12%。（图表。（2021）陕北 关中 陕南100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0全社会用电量 光伏 风电 水电 煤电数据来源：落基山研究所，西安交通大学750kV750kV前有2750kVG4G40的750kV330kV363G36,.5G65。

十四五”和“十五五”期间计划新建两条750kV线7（图表图表陕西电网外送通道数据*序号线路名称(k)级G)计划配套电源(GW)) ()终点运行方式建成年份1榆-冀南500106.243河北南网点对网已建成2榆横-潍坊10006.64/5.32潍坊点对网已建成3陕豫±5001.1河南网内已建成4德宝3四川网内已建成5陕湖±800886武汉网内已建成6榆林-华东±800868华东点对网27-20287榆林-华东±800868华东点对网27-2028*新线路运行方式的规划方案更新截止至2021年12月数据来源：落基山研究所，西安交通大学（图表图表12 中国电力市场发展五个步骤与省级电改进程

易。第一步中长期市场第二步辅助服务市场目前年度和月度交易较为普遍。度调峰通常定义第一步中长期市场第二步辅助服务市场目前年度和月度交易较为普遍。第三步现货市场省级电网开展现货市场建14第三步现货市场第四步 容量市场/补偿机制尚未规划第四步 容量市场/补偿机制第五步金融市场第五步金融市场

处于当前步骤的省级电网助服务市场。地区1台助服务市场。上目前，陕西的中长期市场相对成熟，煤电在2021年已有约60%的发电量参与市场化的交易。根据国家发展改革委（1439号文82021年12021年120202120212021陕西光伏约有10202021250-260元350-360元/MWh的2030速减排情景假设了2030（。6.1。4图表13 模型主要假设基准情景 稳步减排情景 加速减排情景电力需求省内需求用电量：按政府预测值/预测增速考虑最高负荷：按政府预测值/预测增速考虑省内需求曲线年负荷曲线按照2019年实际曲线及预测的年最大负荷值等比例放大计算外送需求按外送通道容量及配套电源的建设速度测算，不考虑点-点外送通道外送需求曲线外送曲线各月存在一定的峰谷，月内按直线处理装机供热煤电机组按现有装机+规划/在建项目考虑（不含点-点外送通道配套机组）非供热煤电机组不考虑煤电退出300MW以下非供热机期间退出300MW非供热煤电机组逐步退出，2030年与2021年装机容量保持一致水电按现有装机+规划/在建项目考虑抽水蓄能考虑镇安抽水蓄能2022年建成投运镇安2023年投运，陕南一项目2028年投运，关中两项目2029年投运外购电考虑德-宝线每年购入定量水电电化学储能容量为风光新增装机容量的10%，充放时长为2小时容量为风光新增装机容量的10充放时长为2小时光新增装机容量的20充放时长为4小时非水可再生2030年按照陕西省非水可再生能源消纳权重计算考虑陕西历史的新能源新增装机速度的惯性由模型计算省内区域间联络线联络线包括陕北，关中，陕南三个地区间现有及规划中的750kV线路，及关中至陕南现有330kV线路省间互济外购在模型中只考虑了德宝直流煤电灵活性30%-50%40%-60%10-150335-385/MWh之间需求侧灵活性模型中暂不考虑需求侧灵活性数据来源：落基山研究所，西安交通大学20302020年增加31G1,电装机量增加2.2G/72在2026在2030增加09G/,049G/05488G8,0加%80060002832/,80%80256/607366/60。煤电 风电 光伏 储能 水电 抽蓄300,000250,000200,000150,000100,00050,0000 2021 2030 2030 2030现状 基础情景 稳步减排情景 加速减排情景数据来源：落基山研究所，西安交通大学2021-203032%增长到%；稳步减排情景增长至%；在加速减排情景中达到632021年的2030年分别增长到2934%和图表2030增速逐年放缓;稳步减排情景煤电发电量2028年达峰;2025年达峰。15陕西省发电结构煤电 风电光伏 9%23%68%7%9%23%68%7%29%64%7%34%59%6%37%57%现（2021） 基础情（2030） 稳步减排情（2030） 加速减排情（2030）数据来源：落基山研究所，西安交通大学3,500-5,0002025图表左-陕西煤电年等效发电小时小时/右-单位机组年启停频次/）供热600000MW 供热300-600MW非供热600000MW 非供热300-600M基础情景 7,0006,0005,000 3,0002,0001,000

300MW300MW30252015105

煤电平均小时数02021202220232024202520262027202820292030 稳步减排情景8,000 257,00025206,000205,000 103,0001052,00051,00002021202220232024202520262027202820292030 加速减排情景8,000 257,00025206,000205,0004,000 103,0001052,00051,00002021202220232024202520262027202820292030 数据来源：落基山研究所，西安交通大学

202120222023202420252026202720282029203020212022202320242025202620272028202920302021202220232024202520262027202820292030（详见）可生弃电率-陕西省 可生弃电率-陕7基础情景6%5%4%3%2%

可再生弃电率-关中25%20%15%10%5%0%

可再生弃电率-陕南0%2021202220232024202520262027202820292030

20212022202320242025202620272028202920307%6%5%4%3%2%0%2021202220232024202520262027202820292030

25%20%15%10%5%0%

20212022202320242025202620272028202920307%6%5%4%3%2%0%2021202220232024202520262027202820292030

25%20%15%10%5%0%

2021202220232024202520262027202820292030西北地区电力系统低碳转型探索

rmiorg/20西北地区电力系统低碳转型探索r西北地区电力系统低碳转型探索rmiorg/PAGE44电力系统运行特点（2021,2025,2030）（图表。2030年已含电池与抽蓄19-221818加速减排情景典型日运行特点(GW)）煤电-供热 煤电-非供热 电化学储能 风电 光

抽水蓄能等效负荷02021年 夏季 70 冬季60 6050 5040 4030 3020 2010 100 01234567891011121314151618192021222324 12345678910111213141516181920212223242025年 706050403020100123456789101112131415161819202122232402030年12123456789101112131415161819202122232450403020100数据来源：落基山研究所，西安交通大学

70605040302010012345678910111213141516181920212223247011234567891011121314151618192021222324504030201005,2811,880亿元和2,356（图表（风电和光伏的投资都占整体的约80%203016%以上。图表19 分情景2021-2030可再生及储能累计投资亿）风电 光伏 储能6000500040003000200010000基础情景 稳步减排情景 加速减排情景数据来源：落基山研究所，西安交通大学1,57630和26220302028年和2025179.5以及154.2百万吨二氧（图表以及42.520及达峰年份碳达峰排情景碳达峰排情景基础碳达峰排情景碳达峰排情景200180160140120100806040200 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030数据来源：落基山研究所，西安交通大学（图表（5-10年内5-1021煤电在陕西电力系统中的角色煤电在电力系统中的角色 煤电在陕西电力系统中的角色 方案零碳/低碳替代 成熟度案提供电量为绝对主力电源。约70%本土及外购零碳电源高活性系统灵瞬时（毫秒及秒级别）较好的瞬时平衡服提。储能、部分需求侧高日内（分钟到小时级别）较好的日内平衡服提。较高多日（跨日）平衡主要依靠煤电提供外购较低季节（长时）季节平衡主要依靠煤电提供。部分需求侧、绿氢低供热主要依靠煤电提供物较低数据来源：落基山研究所，西安交通大学3章图表16未来煤电的运行会越来（关中地区机组受能源消费总量和强度双控的影响小时数更低，1000MW的超超临界机组出力水平如果从额定功率的50%下降到40%295g/kWh上升到300MW50下降到40%335g/kWh上升到350g/kW.5%3,8292,071万5.31,187占3.272.5155秆掺烧的热量比例为20%，质量比例为30%，每年可燃用秸秆10万吨左右。华电十里泉5号机组坐落于山东省枣庄市，是全国首次实施秸秆掺烧改造的机组。13该电站在装机容量14万千瓦的5号机组上增加了一套秸秆粉碎机输送设备。改造后的锅炉即可秸秆与煤粉混烧，也可继续单独燃用煤粉。秸1,600吨。12当于等效节约标煤5.71,0427电。作为辅料的核桃壳可以改善煤的燃烧特性，减轻锅炉设备磨损。经测算，该厂每年掺烧10万吨核桃壳，相国家能源集团河北龙山电厂1号机组实现了燃煤生物质耦合掺烧发电，将经过加工的核桃壳与燃煤一起混合发案例分析0%20%10采用燃煤生10%kWh到生产每kWh的电量二氧化碳排放量将降低25%11假设陕西省全部燃煤机组都完成耦合生物质发电的10%2021秆掺烧的热量比例为20%，质量比例为30%，每年可燃用秸秆10万吨左右。华电十里泉5号机组坐落于山东省枣庄市，是全国首次实施秸秆掺烧改造的机组。13该电站在装机容量14万千瓦的5号机组上增加了一套秸秆粉碎机输送设备。改造后的锅炉即可秸秆与煤粉混烧，也可继续单独燃用煤粉。秸1,600吨。12当于等效节约标煤5.71,0427电。作为辅料的核桃壳可以改善煤的燃烧特性，减轻锅炉设备磨损。经测算，该厂每年掺烧10万吨核桃壳，相国家能源集团河北龙山电厂1号机组实现了燃煤生物质耦合掺烧发电，将经过加工的核桃壳与燃煤一起混合发案例分析300MW2025的300M5G（12.5的服役年限将超过20案例分析142020年2038图表22 德国煤电产能退役时间表CleanEnergyWire.

如图表22所示，时间表指出到2022年底，德国将剩余15GW硬煤和15GW褐煤产能（2019年为22.8GW硬煤和21.1GW褐煤20308GW硬煤和约9GW2038auctio的方式将煤（如图表23所示果2022年和2023年的拍204850亿欧元。23德国硬煤退役拍卖最高溢价拍卖时间计划产能退役(GW)最高报酬（欧元/兆瓦）2020年9月4165,0002021年1.5155,0002021年初达到2022年底剩余15GW目标155,0002021夏季达到2023年目标116,0002022-2024年达到2024-2027更多煤电退役107,000/98,000/89,000CleanEnergyWire.如4.115-25合同期内价格可根据一定规则调整PPA签署量已经超过全球累计PPA2022年初提请十三届全国人大五次会议审查的计划报告中提出了要实图表拍卖与购电协议的特征对比角色 拍卖+长周期电力合约 长期购电协议(PPA)政府的事前分析和目标设定。非市场化设定的目标可能导致产能过度开发。增长的驱动因电力用户的需求是装机要。的需求通常不及新能源装机发资商源发电投户的成本。接交易。匹配交易的电力用户。立或通过第三方寻找有更宽的议价空间。易机电力交行边界条件可能影响拍卖标的。灵使。更电力用户户较为友好。价场来的交易价并可通。易锚定未基础。要有较好的电力市场实践经验和知识数据来源：落基山研究所15案例分析16从2016172020年12月，智利的国家能源委员会发布了2021年1月的电力竞拍规则并将以15年的PPA的形式竞拍2.3TWh/年的总电量。1825的左边展示了总电量会被分到三个不同的-A00:00am:59am和11:00pm11:59p-8:00am-5:59p-6:00pm-10:59pm252$32./M1920202021年电力中长25智利电力市场设计不区分技术，分时段的竞拍智利2017小时时段

白天时段(0冬 对光伏更加有利冬 对光伏更加有利夏季对风电更有利

容量拍卖对新能源更加友好M(）MW

源季度时段EnergyransitionCommission

地热 生物质&垃陆风 光伏

水电（小型）总量也包括少量大型民企（（2050年中国全国的光伏累计（图表203038%，发电量比例突破135-10（跨省灵活性资源在4.4部分讨论30-50%（主要参考德国与丹麦20严格的趋势2-

陕西全省典型日负荷22与光伏出力曲线2110.50.30.2

光伏电出力曲线 季电

冬季电网日负荷001234567891011121314151617181920212223数据来源：西北电力设计院4.3.2加速推动省内储能科学发展

出力系数/p.u.出力系数/p.u.累积电量出力系数/p.u.累积电量0~0.05220~0.55970~0.10390~0.60980~0.15530~0.65990~0.20640~0.70990~0.25730~0.751000~0.30800~0.801000~0.35850~0.851000~0.40900~0.901000~0.45930~0.951000~0.50950~1.00100主要原因0.150.5以下的累积频率达到图表本项目根据功率8小28模型三种储能方案的设计20212022202320242025202620272028202920302030功率型配比10%10%10%20%20%30%30%40%40%40%40%小时22222222222能量型配比10%10%10%10%10%10%10%10%10%10%10%小时22224448888能配比10%10%10%10%10%10%40%40%40%40%40%小时22222288888数据来源：落基山研究所，西安交通大学2030年煤电电量占比降低7减少大量光伏弃电。29模型三种储能方案的结果对比70%60%50%40%30%20%10%0%

功率型 能量型全省煤电发电量占比

功率与能量型16%14%12%10%8%6%4%2%0%

全省弃风率

16%14%12%10%8%6%4%2%0%

全省弃光率数据来源：落基山研究所，西安交通大学生的损耗电量由储能企业承担。细则提出独立储能电站一次调频服务报价范围为5-10元/MW，报价的最小单位是0.1元。中标的一次调频容量在准入的独立储能电站。2021生的损耗电量由储能企业承担。细则提出独立储能电站一次调频服务报价范围为5-10元/MW，报价的最小单位是0.1元。中标的一次调频容量在准入的独立储能电站。20211230试行23案例分析2030各省在203020302021随着风电光伏电量占比的5%（202111试行国务2030于50%2035年远景目标纲要中也提出要提高特高压输电通50%2021若按照6GW（600万千瓦2GW（200万千瓦风电且基本没有弃电的情况测算，风光电量要占比6002,200万2,7006.8TW（683850100万千瓦级别的煤电机组难（主要是用作燃料的动力煤2425260126%27在基础情景下43.9亿元和14.6亿资为521.8GDP为26,408.8亿元和就业2,213.6到35.9亿元和4.2531.7GDP和就业为30,866.4亿元和2,186.643.9亿元和10.4GDP为26,408.7亿元和就业2,213.671亿元和0.4的GDP和就业为31,989.8亿元和2,186.7在可再生能源发展更为迅速的加速减排情景下28.亿元和GDP为26,413.8亿元和就业2,214169.1亿元和-3.8GDP和就业为30,870.6亿元和2,186.8图表30 陕西省不同情景下可再生能源和煤电投资当年全省GDP和就业情况基础情景 稳步减排情景 加速减排情景"十四五"末 "十五五"末 "十四五"末 "十五五"末 "十四五"