2030中国电力增长零碳化之路

：路 59碳中和加速电力增长零碳化进程1碳中和加速电力增长零碳化进程0|7PAGEPAGE6|落基山研究所 2020年22在203020601这20602050年实现（性2205020352035碳并在20502060升幅度控制在1.5℃的路径保持一致。2030年前实现达峰和在2060

2020达204具备经济效益的。到205015203010-12（20502203011将煤电装机控制在20191041GWii2019年的408GW增长到203028.；2016年提出的504i其中大部分新核准的煤电厂项目并非“上大压小”等容量替代项目。ii目前计划或在建的煤电项目会带来新增装机，但应与淘汰落后小煤电的数量持平，考虑到越来越严重的资产搁浅风险，总煤电装机不应高于目前的水平。电力需求(电力需求(TW)2030到2050（除非配合碳20302060路径上。-未来10年电力零碳增长政策建议图1境暨路径研究》可境暨路径研究》可生能源发展情 源展望》中国2050例 中国可生能低于2℃情景源情中国可再生能源中心中国可再生能源中）能源电力发展展望常规发展情景《中国国网能源研究院2019》常规发展情景014,00012,00010,0008,0006,0004,0002,000发电量(T发电量(TW)装机容量GW)图2在零碳投资情景下，中国2030年的发电量和发电装机构成iii2,5001,0005000中国2019年和2030年发电装机构成对比2019 203020192030燃燃煤电 天然气电 光伏 陆上海上电 电 生物质能 核电中国2019年和2030年发电量构成对比10,0008,0006,0004,0002,00002019 203020192030燃燃煤电 天然气电 光伏 陆上海上电 电 生物质能 核电iii该情境的假设说明在附录表格A中展示零碳电力增长的经济性日益显著2零碳电力增长的经济性日益显著0|PAGE15PAGEPAGE10|落基山研究所 OE8%和60%5O.3

O0.366（图8OE/MW219年实际价格)图32009-2020年全球光伏与风电平准化发电成本基准72009 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020078504439跟踪式光伏陆上风电50100111150190200海上风电250300固定支架光伏347350362400零碳电力增长的经济性日益显著零碳电力增长的经济性日益显著零碳电力增长的经济性日益显著零碳电力增长的经济性日益显著图42020年美国成本最低的新建大规模发电项目9注释注释:个独LE独立系统运营商的调度区。燃气-蒸汽联合循环跟踪式集中式光伏陆上风电$15/MWh$26/MWh$32/MWh力$35/MWh西南$26/MWh力$16/MWh$27/MWh西南$32/MWhPJM$34/MWh营公司$29/MWh西南电力联系统运营商PJM$42/MWh营公司西南电力联$35/MWh纽约新英格兰$38/MWh$36/MWh加利福尼亚州独立系统运营商$44/MWh加利福尼亚州独立$27/MWh中部电力系统运营商$37/MWh西北$35/MWh新英格兰$47/MWh纽约中部电力系统运营商西北$37/MWh包含税收抵免不含收税抵免来源:彭博新能源财经0|PAGE13PAGEPAGE12|落基山研究所10图5OEOE对比运行成本S/MWh,219实际价格）OE对比运行成本S/MWh,219实际价格）

伏光成本已经低于新建煤电据彭博新能源财经预计，中国光伏发电目前的LCOE在每千瓦时0.2-0.41（图201820192019年的竞价结果显示，光伏上网电价与2018年的标杆电价相比已下降30%，而2020年的结果在2019年的基础上进一步0 0 02020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050注释:电O(IC电站P)LE跟踪式光伏1010燃气-蒸汽联合循环20陆上风电2030燃气-蒸汽联合循环30煤电5040煤电504070 7060 60808090100新建光伏对比现有煤电和燃气-蒸汽联合循环新建风电对比现有煤电和燃气-蒸汽联合循环海上风电10090下降26%的LCOE降幅相iv20202003元0.0001（图132021（图（图vi2021年起光伏补贴或将全面取消。图62020年中国不同发电来源的平准化发电成本12

202050GW20个USD/MWhUSD/MWh029515041412933756950836866625913202951504141293375695083686662591321211169793100104130150200235250250276300iv价格降幅计算基于国家能源局公布的竞价结果。v补贴是指在标杆煤电价格基础上支付的价格溢价。vi市场化交易价格是中长期合同的价格，通常介于边际运营成本和全成本之间，一定程度上可以反映电厂的运行成本。零碳电力增长的经济性日益显著零碳电力增长的经济性日益显著0|15零碳电力增长的经济性日益显著零碳电力增长的经济性日益显著1414|图72020竞价结果2019年竞价结果煤电标杆电价2020竞价结果2019年竞价结果煤电标杆电价0元/千瓦时图80煤电标杆电价2020竞价结果2021年可实现的最低价格元/千瓦时中国新建煤电、2021年可行价格与2020竞价对比vii0煤电标杆电价2020竞价结果2021年可实现的最低价格元/千瓦时vii2021年的可实现价格是在2020年最低项目价格基础上降低20%。图92021年可实现的最低价格2020竞价结果煤电交易价格2021年可实现的最低价格2020竞价结果煤电交易价格0元/千瓦时到元/千瓦时0.29-0.43（。但是，政策框架的重大变化增加了近期成本分析的不确定性:2019（如天津与重庆的竞价结0.08-0.172019062020。

20252025年和2030年分别降.2元左右和.2（图将会继续支持行业发展以实现2030（如图2020年代后期低于煤电交零碳电力增长的经济性日益显著零碳电力增长的经济性日益显著0|PAGE17零碳电力增长的经济性日益显著零碳电力增长的经济性日益显著PAGEPAGE16|落基山研究所图10中国风电、光伏补贴退出的并网日期并网截止日期2019年1月前核准的项目2019-2020年核准的项目陆上风电2020年底2021年底光伏无确定截止日期图11205020452040203520502045204020352030202520200海上风电陆上风电25 50 燃气-蒸汽联合循环煤电75100OS/MWh,219)2019年的装机容量仅为6GW2025

来源:彭博新能源财经（在2030年建成30GW海上风电装机将有助于推动这些成本162020气轮机（图56核电和水电成本具备竞争力.36-48..元。

伏装机总幅下降。20302030650GW600GW60GW海上风113GW水电和66GW（图。2020203012GW约2GW——66GW40GW20GW图12中国新建光伏与陆上风电平准化发电成本与现有燃煤和燃气电厂运营成本的对比172050204520402050204520402035203020251002019集中式光伏20陆上风电30燃气-蒸汽联合循环煤电70605040OS/MWh,218)110GW11GW55GW2016和30GW和光伏

（/或继续根据预先确定的2030年前建造40GWvii（2030viii由于中国的电力系统约为英国系统的25倍（按发电量计算），这大致相当于中国的1000GW目标。瞬时电力平衡管理技术已然成熟3瞬时电力平衡管理技术已然成熟0|21PAGEPAGE20|落基山研究所 .2%2019年221718在2020年日和54%和55%19年231:20.2%20而英国在2020年2日凌晨1:360%2128%频率控制电压控制故障穿越远距离高压直流输电线路的利用

国以跟踪负荷变化。非水可再生能源出力的不确定性越大，对备用容量和灵活性21521912.2%2.922（。（0%20远高于CAS%-6A瞬时电力平衡管理技术已然成熟瞬时电力平衡管理技术已然成熟瞬时电力平衡管理技术已然成熟瞬时电力平衡管理技术已然成熟图13CASOixCAISO中国年份201520192019年用电量（GWh）231,495214,9557,225,000非水可再生能源渗透率12.2%20.9%10.2%风电预测MAPE日前6.2%5%~10%–20%实时2.7%1.1%-光伏预测MAPE日前6.4%4.2%~10%–20%实时3.7%1.6%-调节需求向上调节能力（MW）347~350-向下调节能力（MW）327~430-备用容量（MW）1,664~1,600-预测精度。预测精度。平。化数据集选择。提高预测准确性和协助电力调度的国际经验框ixCAISO数据总结自参考文献22。0|23PAGEPAGE22|落基山研究所RLA15分钟提供未来六小时内区域性和操作方式来避免因风速的瞬间变化而造成出力同等幅度的突然变化。多家系统运营商都要求风电场限制风机功率变化的最大速度（图14）。包括中国在内的许多国家，非水可再生能源提供一次频率调elnergy图14非水可再生能源频率变化速度限制的国际案例23

CAS24660秒和300秒调频服务。2017年12月和2018年1月澳大利亚发生的两次发电机组脱网事件中，电池快速响应显著缩短了恢复时间。2520132015CAISOSSO）地ERCOT提供调频服务。ERCOT风电装机容量功率变化速度限制新英格兰电力调度中心<200MW每分钟小于20MW>200MW每分钟小于额定容量的10%美国西南电力联营<200MW每分钟小于8MW>200MW每分钟小于额定容量的4%瞬时电力平衡管理技术已然成熟瞬时电力平衡管理技术已然成熟瞬时电力平衡管理技术已然成熟瞬时电力平衡管理技术已然成熟此外，系统惯量还可以通过非火电资源提供，例如：C2627需求侧旋转机械-.95+.9来实现。中的谐波，提高电能质量。图15欧美国家的高电压穿越要求案例28

致连锁故障。152012制性要求。国家高电压穿越要求美国Vmax）德国ax120%ax=1s澳大利亚ax130%ax=06s西班牙ax130%ax=.25s*当并网点电压在不高于Vmax时，非水可再生能源发电机组应能保证不脱网连续运行的时间为Tmax。太/10100（如电池或氢能10

率补偿器等（VSC–VS-HVDC-4-0|27PAGEPAGE26|落基山研究所 -/中国2030零碳投资情景中所示的2833%和3720305010-20年228%图16全球各国/地区已承诺的零碳电力占发电总量比例的目标

6（20%-（燃气或燃煤更灵在大多数国家，由于工厂和办公室的大量用能需求，系统对电国家/地区比再目标德国33%53%2030年达到65%英国23%36%2030年达到50%加利福尼亚21%23%符合规定的可再生能源发电占州内零售电量的比例在2020、2030、2045年分别达到33%、60%和100%西班牙37%49%2030年达到瑞典10%17%2040100%中国8.6%20.6%非化石燃料发电比例到2030年达到50%29时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现（。图17（21930

19出16GW到最高的.9GW（814GW到.5G79.5GW到120G（1。每小时平均出力（MW）每小时平均出力（MW）天然气其他外来电光伏风电水电天然气其他外来电光伏风电水电10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24小时1 2 3 4 5 6 7 8 9地热05,00010,00015,00020,00025,00030,00035,0000|292828|落基山研究所18速下降。10（2030图182020年8月德国电力供应与需求312050年全球使1550kWh75027903032GW)生物质能油季节储能水电硬煤抽水蓄能褐煤其他光伏铀天然气负荷27.08.202021.08.202016.08.2020日期11.08.2020生物质能油季节储能水电硬煤抽水蓄能褐煤其他光伏铀天然气负荷27.08.202021.08.202016.08.2020日期11.08.202006.08.2020001.08.202020406080100时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现50%的80%季节性平衡指的是在数周或数月时间范围内的电力平衡供需需求。这一需求又可细分为两个类别，即：这来源于季节性需求的大幅变化与80%（生能源资源

即使系统供给和需求的季节性数周28%（2所示的28%图1902020 02020 2025 2030 2035 2040 2045 20502025 2030 2035 2040 2045 2050活塞式燃气发电机开放式循环燃气轮机发电电池储能,4小时电池储能,1小时020205050100开放式循环燃气轮机发电电池储能1电池储能4100150活塞式燃气发电机150200200250 250新增调峰发电装机的成本新增调峰发电电量的成本OS/MWh,219)平均化装机成本S/k/y,219实际价格)0|PAGE31PAGEPAGE30|落基山研究所或投资改造此类机组这部分氢能可以利用低价的过剩可再生能源通过电解技术生产。天的供应短缺。季节性注如何让检修停机与工业生产计划相匹配以及根据预测的季节性供需及电价变化来优化利用率。总系统成本估算在某些情况下，应用上述灵活性选项将会导致系统运行成本（图2035年建立几乎完全使0.35-0.4.5.2所有原型都基于相同的电力需求并拥有相同水平的储备成本水所有原型都基于相同的电力需求并拥有相同水平的储备成本水丰区空间有限地区温和大陆性气候515560图202035年近完全非水可再生能源电力系统的全球系统总成本各地区近零碳电力成本将根据气候特征、自然资源各地区近零碳电力成本将根据气候特征、自然资源和现有电力灵活性基础设施而各不相同USD/MWh，按灵活性服务分类备用成本日间/备用成本日间/季节性平衡成本日内平衡/爬坡容量成本发电成本803131热带热带气候地区 最有利地区季节性需求电与基准线相同有水电构成季节性需求电与基准线相同有水电构成部（低纬度）25%（低纬度）50%日间需求形成互补求与基准线相同本水电满足现能/空调用长间%候温和%大规模可再生能发电风能成互补能形障碍%与基准线相同阳能资源能%与太阳能资源%来源:能源转型委员会和气候政策倡议组织（图2能源比例远远超过203020%-3%的国图18点至迅速下降。11.571.5。

中国不同省份之间的季节性负荷特性也存在显著差异（图（图/24所示为全国的季30%。2030（20501.111。时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现0|PAGE35时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现图212019年中国三个省份的典型日负荷曲线33甘肃14,00012,000(MW)(MW)8,0006,0004,0002,0000(MW)(MW)15,0000(MW)(MW)0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24湖南11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24广东11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24来源:中国国家能源局图222019年中国三个省份的典型年负荷曲线甘肃20,000(MW)(MW)10,0005,000

日均最高负荷日均最低负荷001/01 03/01 05/01 07/01 09/01 11/01湖南30,00025,000(MW)(MW)15,00010,0005,000001/01 03/01 05/01 07/01 09/01 11/01广东110,000100,00090,00080,000(MW)(MW)60,00050,00040,00030,00020,00010,000001/01 03/01 05/01 07/01 09/01 11/0134|落基山研究所

来源:中国国家能源局时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现0|PAGE35时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现PAGEPAGE40|落基山研究所图23201811月 12月201811月 12月9月 10月20195月 6月 7月 8月3月 4月20172月1月21,00033,00032,00031,00030,00029,00028,00026,00025,00024,00023,00022,000(MW)来源:CAISO图24GW中国2019年不同季节日最大负荷和最小负荷GW10月8月10月8月日峰谷差5月1月1,0008006004002000x2017年曲线比2019年曲线更能代表用电需求特点，因为家用用户侧光伏发电设施的广泛应用减小了对电网供电的需求。62%（如美国加利福2.7%和36%3182050xi/（如斯堪的纳维（因素。

如果电力系统能够作为一个整体统一调度，省与省之间充分互连，中国很容易实现零碳投资情境中28%的非水可再生能源渗透率目标。图252030（图图26对图2581GW2040%-50调节范围。%2%（28%xi中国北方的大多数火电厂都是热电联厂机组，在冬季，为了满足供热需求，灵活性很差。时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现0|37时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现3838|落基山研究所GWGWGWGW图25夏季典型日冬季典型日1,8001,400夏季典型日冬季典型日1,8001,4001,2001,8001,6001,4001,2001,000800600400200负荷曲线风电光伏生物质及其他水电核电0 01234567891011121314151617181920212223 1234567891011121314151617181920212223GWGW图26煤电可用装机容量天然气煤电化石能源净出力1,200 1,2001,000 1,000800 800600 600400 400200 2000 01234567891011121314151617181920212223 1234567891011121314151617181920212223系统平衡所需的可调节资源出力-冬季典型日系统平衡所需的可调节资源出力-夏季典型日xii负荷曲线和可再生能源曲线的绘制基于《重塑能源：中国》的模型假设。图27和图282030/在图28导致弃光经济的。20301）更灵活的跨省交易展的需求。

27所（如图2）提高燃煤电厂灵活性30差距。电厂可以达到50兆瓦机组在不进行改造的情况下甚至能够达到4035电机组能达到30%-3515%20%36加20%-30%的提升空间。220GW5%和0%-80%降低到30%-40%和50%量2044GW220GW58GW37时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现0|39时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现4040|落基山研究所MWMWMWMWMWMWMWMW图27负荷曲线光伏风电负荷曲线光伏风电水电外来电1234567891011121314151617181920212223 0 3 6 9 12 15 18 21 24系统平衡所需的可调节资源出力（2030年春/秋季）16,00014,00012,000015,0000某电力接收省2030年春/秋季典型日负荷曲线光伏风电水电外来电1234567891011121314151617181920212223 0 3 6 9 12 15 18 21 2416,00014,00012,000015,0000系统平衡所需的可调节资源出力(2030年夏季)某电力接收省2030年夏季典型日xiii2030年图形仅为根据公共资源和基础假设绘制的说明性图形。数据与图形不代表真实情况。MWMWMWMWMWMWMWMW图28负荷曲线光伏负荷曲线光伏含外送的负荷曲线水电风电1234567891011121314151617181920212223 0 3 6 9 12 15 18 21 24016,00014,00012,00010,0008,0006,0004,0002,00015,0000系统平衡所需的可调节资源出力(2030年冬季)负荷曲线光伏含外送的负荷曲线水电风电某电力送出省2030年冬季典型日1234567891011121314151617181920212223 0 3 6 9 12 15 18 21 2416,00014,00012,0000 15,0000系统平衡所需的可调节资源出力(2030年夏季)某电力送出省2030年夏季典型日时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现0|时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现4242|落基山研究所图29负荷曲线光伏负荷曲线光伏风电水电外来电1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112131415161718192021222345,00040,00035,00030,00025,00020,00015,00010,0005,0000（灵活外来电）在201530中长期xiv

量服务进行补偿。MWMWxiv中国的辅助服务市场通常包括调频和深度调峰（机组通过以降低到一定出力以下而获利）。这些辅助服务市场是在没有电能量市场的情况下，/国际上通常定义辅助服务并不相同。图30中国典型火电厂灵活性38常规机组改造后机组最小负荷（%额定值）50%-60%60%0%纯凝机组30%-3%40%-50%平均爬坡速率（%额定值/分）%2%2%-热启动时间（小时）3-5小时1.5-4小时3）提高水电灵活性中国国家发改委能源研究所2018年的分析表明，可以通过电力市场改革和送电计划优化来挖掘水电在日内平衡中的39如图202000200G203560-300G205020成本和难度。因此，建议政策聚焦于：机组灵活性的物理可行范围。

4）未来中长期灵活性资源：电池、氢能、需求响应203020352018年描述的2035（图。2030电池储能早期发展。（图。时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现0|43时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现4444|落基山研究所图31GW中国夏季一周的水力发电模拟曲线xvGW5G5年氢能

来源:中国国家发改委能源研究所2020第7天2020第7天第6天第5天第4天2035第3天第2天2050第1天0100200300400既定政策情景下的夏季水电出力尽管增加某些灵活性资源会增加系统成本，但合理利用需求的成本图34/x22020年以后的可再生能源部署量更低，煤炭、石油和天然气用量更高，终端应用领域的电气化水平也更低。”图32中国在2035既定政策情景402,000 1,500 GWh1,000 GWh500 0第1天 第2天 第3天 第4天 第5天 第6天 第7天煤电水电生物质

燃煤热电联产燃气-蒸汽联合循环地热发电风电电储能

灵活火电核电光伏总发电量GWh1,000GWh05000第1天 第2天 第3天 第4天 第5天 第6天 第7天不含新型负荷的电力消费电动车智能充电电量电动车负荷降低量工业负荷降低量总用电量

供热用电电储能充电电量分布式发电资源降低的线损价格响应下降低的用电量来源:中国国家发改委能源研究所时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现0|45时-日-季节电力供需平衡可实现时-日-季节电力供需平衡可实现4646|落基山研究所图33中国在2050（2℃情景2,000 1,500 GWh1,000 GWh0500 0第1天 第2天 第3天 第4天 第5天 第6天 第7天煤电水电生物质

燃煤热电联产燃气-蒸汽联合循环地热发电风电电储能

灵活火电核电光伏总发电量2,500GWhGWh1,0005000第1天 第2天 第3天 第4天 第5天 第6天 第7天不含新型负荷的电力消费电动车智能充电电量电动车负荷降低量工业负荷降低量总用电量

供热用电电储能充电电量分布式发电资源降低的线损价格响应下降低的用电量来源:中国国家发改委能源研究所RMB/MWhRMB/MWh图34中国2017和2050年不同情境下的系统成本对比每兆瓦时的能源供给成本500每兆瓦时的能源供给成本50043540036235530020010002017燃料成本资本成本额外输电成本2050固定运维成本二氧化碳处理成本既定政策情景2℃以下情景2050可变运维成本启动成本未来10年电力零碳增长政策建议5未来10年电力零碳增长政策建议0|494848|落基山研究所 未来2060持续下降。日内和季节性供需平衡。成2030年和十四五量化目标量化目标将推动中国风电和光伏项目开发和产业链实现降低成本的规模经济和学习曲线效应。未来十年和五年目标都很重要：2所示的53%。

250-60GW2030年各800GW2030年分别达到120GW左右和440GW；xvi实现目标所需的政策为了确保可再生能源的快速发展和成本的进一步下降，有必要通过多样的采购形式继续为可再生能源发电企业的大部分发电量提供长期稳定的价格保障。具体采购形式包括：订标杆煤电价合约的陆上风电和光伏项目将获得越来越高的溢价，激励短期内的快速部署。也发（将有助于以上所有建议均需结合明确可再生能源并网规则，优化并网过程、降低并网成本。xvi应制定全面的财政改革，使地方政府能够通过实施脱碳获得报酬，以支持这一目标。未来10年电力零碳增长政策建议2019年8了现货市场试点。xvii但为了平衡众多利益相关方的利益和减少阻力，很大一部分机组或电量仍然遵循着原有的计划xviii

（这应是发展的重点数据披露及公开获取。多样化的市场参与和公平的竞争可技术的创新发展，而随着2030年以后清洁能源发电比例增2030年，实现零碳投资情景的电力平衡将不会面临巨大挑

•以提供低成本的灵活性资源并推动创新。保证市场参与主（的平等访问xvii美国德克萨斯州ERCOT电力市场实行5分钟间隔的电能量市场和调度机制，成功激励了各发电机组灵活的运行和响应以获得更大的收益。在多的灵活性。xviii风光可再生能源可考虑在市场结构尚未完善前维持目前的保障消纳模式。PAGEPAGE50|落基山研究所未来10年电力零碳增长政策建议优化电力规划流程以支持可再生能源项目的更精细的预测和公开也是指导电网规划和引导投资所必须的。

例础上。SECTIONTITLEWHENTHEREISNOHEADLINEONTHISPAGESECTIONTITLESECONDARYTITLESECTIONTITLEWHENTHEREISNOHEADLINEONTHISPAGESECTIONTITLESECONDARYTITLEThirdleveltitleFourthleveltitleText,text,text,text•TheFirstTierBulletpointexampletext,text,text,text,text,text,text,text,text,text,text,text•Second