新能源可靠替代促进全球碳中和

DevelopmentandCoope新能源可靠替代促进全球碳中和全球能源互联网发展合作组织二O二四年十一月DeveloposentandCoope二0二四年十一月了评估，并分析了对于促进全球实现碳中和的价值作用，展示了基于新能源可靠替代的能源电力发展图景，对全球六大洲新能源可靠替代发展程度进行量化评估，并因地制宜设计可靠替代实现路径与主要模式。第五章是新能源可靠替代的创新实践，着眼于综合影响大、创新价值高、转化推广好、工程示范强，从国内外数百个案例中筛选12个模式及技术创新案例，为全球各方提供先进经验。第六章是新能源可靠替代全球倡议。.....................................序言1.2全球新能源发展新目标0071.3全球新能源发展新挑战0122新能源可靠替代的理论框架………0202.1理念内涵0212.2评估体系0322.3发展阶段0342.4理论体系0363新能源可靠替代的实现路径0383.1实现可靠替代的典型模式0393.2实现可靠替代的关键技术061基于可靠替代的全球碳中和方案 0764.1模型方法 082 083 4.5区域发展展望 123 新能源可靠替代全球倡议 新挑战等三方面内容。本章在探讨全球新能源发展章深入剖析新型电力系统在并网消纳、电力可靠1.1.1全球应对气候变化形势要求没有握交迹象没有握交迹象标新提交或正新的表羽增强建0的总温室气体挂故份额风能和太阳能发电装机再创新高，年均增速达到20%。2010-2023年，全球风电装机从1.8亿干瓦增长到10.2亿干瓦，年均增速达到13%,太阳能发电装机从0.4亿干瓦增长到14.2亿干瓦，年均增速达到31%,风光新能源装机总量从2.2亿干瓦增长到24.4亿干瓦，年均增速达到20%。风电和太阳能发电装机以陆上风电和光伏发电为主。2023年，全球10.2亿干瓦风电装机中，陆上风电为9.4亿干瓦，占比93%,其余7%为海上风电。全球14.2亿千瓦太阳能装机中，光伏发电为14.1亿千瓦，占比99.5%,仅有0.5%为光热发电。量为1.631万亿干瓦时，相比2022年增长了3070亿干瓦时，增速23%,在0谓料来源：RENA,Trpingrerewablepoweby2000:TherdeoftheG7inturringtanptsrdoaction,数据来源：EMBER.2024年全球电力评论，2024.中国新能源新增装机占全球比重超过6成，贡献引人瞩目。2023年，全球风光新能源发电装机相比2022年增加4.62亿干瓦，增长近四分之一。其中，光伏发电增加3.46亿千瓦，占新增容量的75%,风电增加1.16亿干瓦，占比25%。中国2023年风光装机总量约10.5亿干瓦，占全球总量的43%,风光装机相比2022年增加了2.9亿干瓦，占全球增量的63%。从发电量看，中国页献了全球新增太阳能发电量的51%和全球新增风力发电量的60%。欧洲率先推动新能源发展，是全球能源转型政策和技术引领者。欧洲是最早推动新能源大规模发展的地区，在政策引领和早期技术推广方面具有领先地位。欧洲对新能源的早期重视可以追溯到1970年代的石油危机，当时欧洲意识到对化石燃料的依赖可能带来的经济和安全风险，于是欧洲开始探素风能、太阳能和核能等替代能源。政策方面，欧盟发布《欧洲绿色新政》,并不断提高可再生能源发展目标。2023年欧盟提出到2030年将可再生能源占比提升至42.5%的目标，这些政策制定在全球具有标志性意义，引导了全球许多国家的能源转型行动。技术方面，丹麦在1980年代就开始研发风力发电，并于1991年建成了世界上第一个海上风电场。0资料来源：EMBER.2024年全球电力评论，2024.图1.42014~2023年中国与全球可再生能原装机总量1.1.4新能源加速发展条件具备为0.044关元/干瓦时，相比2010年0.46关元/干瓦时水平大幅下降90%,2010年0.111美元/干瓦时的水平下降70%,从比化石燃料发电成本高23%下降到比化石能源燃料成本低67%。海上风电发电的平均LCOE为0.075美元/干瓦时，相比2010年0.203美元/干瓦时水平下降63%,从比化石燃料成本高126%的水平下降至比化石能源燃料成本低25%。技术进步使得新能源图1.5基于2010-2023年LCOE全球加权平均值的各国太阳能和风能竞争力空化°了明确蓝图。2023年9月，二十国集团(G20)领导人第十八次峰会在印度新图1.6国家白主贡献中的可再生能源装机目标评估0资料来源：IEA,COP28TrpingRanewatloCapaotyPlbdga:Trackngcountnies'ambtonsandkdontfyngpoloestobrdgethegap,2024.源相关温室气体排放量的97%,电力和热力生产排放的99.9%),国家现有政策下2030年可再生能源目标总计约79.03亿干瓦°,距离三倍目标差距仍超过大规模。新能源发电装机容量倍增式增长，预计到2030年，全球风能和太阳能发电装机容量将达到110.7亿干瓦，是2023年水平的4.5倍。到2050年，这一数字将进一步增至337.2亿千瓦，达到2023年的13.8倍。新能源大规模图1.82003-2023年全球可再生能项年度新增装机容量°量占比也将显著捉升，从2030年的24.9%增加到2050年的43.3%。太阳能则从2035年的17.9%提升到2050年的31.7%。风能和太阳能这两大新能源1.3全球新能源发展新挑战新发展阶段下，新能源将成为电力系统主体电源，这一转变将引发并网消纳、电力可靠供应、电网运行安全、系统成本上升、投资不足和产业链供应链稳定等方面的重大挑战。需要解决如何在保障电力供应、系统安全的前提下，实现大规模新能源的经济性消纳和可持续发展问题。电同发展与新能源空间布局不协同阻碍新项目接入电网，新能源并网消纳面临挑战。2010至2023年，全球可再生能源投资翻倍，但电网投资自2015年以来一直维持在3000亿美元，直至2024年才有所增加，导致输电容量不足，大量新能源项目等待并网。截至2023年，全球有30亿干瓦的风光项目等待并网。以关国为例，可再生能源项目从提出并网申请到实际运营的平均等待时间以握出井同申清到文不返官的等特时间(月以握出井同申清到文不返官的等特时间(月InterconmectonasoftheEndot2023,2024.从2005年的不到20个月延长到2023年的近60个月，电网拥堵管理成本也图1.10中国某省某典型日风电出力和负荷曲线2017.37(1):8.图1.11美国加利福尼亚独立系统运营商鸭型曲线随着新能源渗透率逐步提高，系统惯量不断下降，抵御故障能力降低，故障形态更加复杂，连锁反应风险增加。当前电力系统由化石能源发电承担调峰、调频、调压等功能，基本能够保障电网运行安全。但随着化石能源减退和新能源渗通率的提高，系统频率调节能力和频率稳定水平不断下降，电压调节能力和电压稳定水平不断下降，抵御故障能力降低，传统同步稳定及新形态稳定问题更加凸显，以欧洲大陆和英国为例，新能源占比提高10个百分点，惯性指标将下降约30%,这种情况下新能源如何承担起保障电网安全的作用面临巨大挑战。201920212023|20192021202320192021—均惯性(最低100小时)—风电光伏占比(右辑)随着新能源渗透率逐步提高，单一故障产生的影响不断扩大，连锁反应风险增加。为了实现清洁能源的大规模远距离消纳，需要建设涵盖分布式电源、新型储能、灵活负荷等多元可控对象的特高压交直流混联大电网，送受端、交直流、各电压等级的耦合将越来越紧密，电力系统形态极端复杂。同时，受制于土地资源，多回线路需要共用同一输电走廊，单一输电通道输送的电力潮流将大幅增加，单一故障可能引发的电力波动越来越大、影响范围越来越广、防御难度越来越高，极易产生联锁反应引发大面积停电。火电100%火电100%西北火电<70%新能酒>30%华东华东火电<70%直流>30%火电100%图1.13高比例清洁能源电力系统的低惯性1.3.4系统成本上升挑战率超过30%,系统总成本大幅上涨，新能源渗透率为30、50%和75%时对倍，占比由2011年的14%升至2020年的21%,成为居民电价增长的主要因素。可再生能源附加费实际上是可再生能源的发展对系统成本的提高疏导到2021zthyecbg/202201/1763966.般社。2023.图1.14典型电网不同新能源渗透率下系统成本经济体的2~3倍，融资成本约占总平均成本的50%,25%~30%。0资料来源；OECD,NEA,TheCostsofDocarbarkabon:SystemCostswi版社，2023.版社，2023.心元(基于2027年巾场工事0心元(基于2027年巾场工事0图1.15全球各区域2019年和2024年年度能源投盗25%提高到100%、锂电池从7.5%提高到25%、光伏电池板从25%提高到交道(干克辆)交道(干克辆)发电(千克万干瓦)图1.16清洁能通技术关键矿产需求对比°新能源规模倍增过程中的并网消纳、电力可靠供应统成本高、投资不足、产业链供应链稳定等挑战，核全局和系统观念的新能源创新发展方式，实现统的高质量、可持续发展。基于此，本报告提出新能念，通过“规模倍增+可靠替代”,为构建新型能碳中和目标提供切实可行、经济高效、技术先进、0资料来源：EA.TheRoledOooaMner本章主要包括理念内涵、评估体系、发展阶段、理论体系四方面内容，报告首次提出新能源可靠替代包括充裕、安全、经济和可持续四大内涵。根据新能源发展规模及对电力系统影响，可靠替代将先后经历电量替代、容量替代和全面替代三个阶段。基于围绕新能源可靠替代内涵和发展阶段特征要求，设计十三个衡量指标，构建了新能源可靠替代的综合评估体系，用于量化评估全球、各洲及重点国家新能源可靠替代发展阶段及进程。2.1理念内涵2.1.1全球能源互联网1理念内涵电同生产为互图2.1全球能源互联同理余内涵2形态特征2清洁主导，即清洁能源逐步取代化石能源成为主导能源，清洁能源发电逐渐成电为中心，即清洁电能替代煤、油、气，电成为能源消费的主体，电力系统成为能源体系的核心，全社会电气化水平大幅提升。互联互通，即以电网为主要载体推动能源网络广泛互联，利用时区差、季节差、资源差、电价差，实现清洁能源优化配置和高效利用。多能融合，即“风光水火核”多能互补、“电氢冷热气”互通互济、“源网荷储”协调联动，各类能源、各个环节协同融合发展。以电同为主要裁体推动能源以电同为主要裁体推动能源同络广泛互联互联互通多能融合清洁电能替化煤，油气各类能原，各个环节清洁能源取代化石能源成为主导模源清洁主导电为中心电成为能源消费的主体协同融合发展2.1.2新能源可靠替代0新能源是知在新技术基地上开发利用的书常规能源，相话风能，太阳能，海洋能，地能、生物质能，氢能核展交能，天然气水合物等，本报告重点指的尼风能和太阳能2(1)充裕新能源具有高装机、低电量、弱保障特性，与同容量量约为1/3~1/4、保证出力约为1/20倍、功率波动与当。在现有条件下，“保供应”和“促消纳”需常规装机增长同步于负荷和新能源装机增长。短期断增常规装机与断增负荷和新之比分别为1:1.8和1:1.6,保供应和保消纳压力增大。时间尺度平街方面，2030年新能源出力占系统总负荷之比为5%~61%,2060年为16%~142%。新能源出力大波动需要系统具能力。新能源长时间低出力(目前晚高峰仅4.8%)需要常规次能源保证电力供应；断能源长时间高出力则转储利用带来挑战。断能源各时间尺度的波动需要系度的灵活调节能力，需增加系统灵活调节能力，还需要电系统甚至社会系统(用电行为、需求侧响应等)协同。50■常规水电■核电■火电(煤、气、生物质等)图1中国电力平衡和各类电源可靠容量(单位：亿千瓦)(2)安全新能源带来安全新挑战(3)经济专栏2.3环境(促消纳)-经济矛盾更加突出。2020年德国可再生能源电量占比约46%,风电电量占比约2大电源),德国电源装机2.14亿千瓦(风光占比约54%,常规电源约1(4)可持续电力系统环节电力装著阴钻源24595一5网—一—荷电动汽车储电地储能3772图12050年中国源同荷储各环节主要关键金属需求(单位：万吨)新能原参与2.3.1电量替代阶段2.3.2容量替代阶段小时充裕方面，新能源发电量渗透率通常超过70%,进一步优化可调装机结构，包括零碳可控电源、储能、储氢、储热、电网灵活性、需求侧响应等。将传统电力系统中的化石调节电源全面转变为战略备用，主要用于极端天气和重大灾害下的电力保供。系统调节资源主要由水电、生物质发电、燃氢发电、新型核电等零碳可控电源和储能提供，瞬时、短时、长时等各时间尺度储能得到充分发展，成为提供系统调节资源主体。通过物理、信息、社会系统全方位协同，负荷侧灵活性资源潜力进一步释放。安全方面，借助数字化、智能化技术的长足发展，电力电子元件和传统机械电磁元件电力设备将实现融合协调，推动新能源成为电力系统安全保障主体。经济方面，风光等新能源发电成本将进一步降低，调节成本略有下降，系统整体成本稳中有降。产业链方面，建立起包括电源、储能、输电、关键矿产资源等完整、低碳、可持续的产业链，本地生产与全球合作协同推进全球产业链供应链韧性全面提升，实现新能源产业及经济社会可持续发展。2.4理论体系以“系统性、全面性、实践性”为原则，统筹短期与长期、局部与整体、自主与合作关系，在推进新能源可靠替代实施过程中针对具体困难和问题，在源网荷储输全环节协同发力，并充分利用市场机制、物理信息融合和国际能源合作，创新提出典型模式和关键技术应用，为各地区提出因地制宜、切实可行的新能源可靠替代思路。全球实现新能源可靠替代的理论体系包括十大领域、八大模式和六大技术。全全3实现路径33.1.1水风光多能互补能互补优势也同样重要，通过合理布局新能源基地，可以更好利用新能源互补特性，提升新能源参与电力平衡水平。月月月图3.1巴西、意大利、日本水风光互补特性0资料来源：EA,rtogratngSolsandWrdGkbaespenenoeandemegngchakngss,2024,p0.61.20222022用小时数超过6100小时，高于西南水电平均发电小时数4350小时，为风光提供1750小时消纳空间，支撑风电、光伏开发规模分别为0.8亿、2.8亿干瓦。2050年西南水风光综合上网电价相比水电分别降低0.05、0.06元/千瓦时，外送通道输电价比单送水电降低0.02-0.03元/干瓦时。到网电价降低7-9分/干瓦时。专栏3.1专栏3.1水风光协同规划模型水风光协同规划模型以系统投资与运维费用之和考虑水电适行约来、风光出力特性约束、联络线约束、系统适行约束等，通过优化求解得到规划水平年风光装机规模、利用率等决策评价指标，并结合具体开发条件形成流方案。针对水风光互补发电系统，规划模型以小时为内8760小时逐时段生产运行模拟。约束条件主要包括水电运行约束、风光出力特性约来、联络线约束、系统运行约束四类。因此，水电运行过程是一个具有时空祸合特征的复杂物理过程。(1)水电运行约束。水电站在运行过程中，在时间维度，相邻时刻的水库水位变化受入库流量和出库流量影响，需要满足水间维度，上游水库出库流量影响下游水库入库流量，且具有电气联系的梯级水库需满足联络线约束。(2)风光出力特性约来。风电、光伏运行过程主要受发电能力、新能源(3)联络线约束。联络线运行过程中受输电容量限制。(4)系统适行约束。系统适行过程中需满足电力平街约束。t日标日标·决藻评价指标：凤光消纳电量、输电道酒利用率等图1水风光协同促进新能原可靠替代模型柜架3.1.2大范围联网系统最大负荷和备用需求。从全球来看，在仅考虑跨洲可再生电力配置的情景下，2050年可促进可再生能源开发提升12%0,有效提升新能源开发规模，降低新能源开发成本。6800万干耳6800万干耳同整体量大753360万鱼荷34213万员荷205917万物112……物112………4到着，重同业。自)置和重中荒一身平置准。着臣比的作意托■低成本有服制互联情景■标准成本有限制耳联情景■低成本无限制互联情量■标准成本无眼制互联情量出#理862o■风电■生物服等其他■储望放电光热弃风■图3.5大范围联网模式促进中国西北地区水风光多能互补专栏3.2欧洲重视清洁发展，是应对气侯史化的首倡者和清洁能源利用的推动风光电氢碳资源循环模式是以风光新能源制氢为基础，联合电能、氢能以及破基化以有效捉升系统全时间尺度调节能力，绿氢绿氨等有效提升低碳能源供应链韧性。电时并发挥调节电源的作用，降低系统调节成本。乏、配套调节性煤电需要降碳等问题，能够提高发电出力稳定性和可控性。能源供应链韧性。预计2050年北部地区绿氢生产需求4800万吨，其中80%用于本地用氢，20%降低系统调节成本。绿电与绿氢之间的相互耦合可明显提高能源系统的灵活性。在短时间尺度(小时级到日级)上，电制氢是灵活的柔性负荷，既能与传净负荷反向变化，降低系统波动。2060年，由于发展绿氢产业可减少电力系统短时储能需求1.15亿~1.4亿kW,可节省系统短时灵活性资源投资7400亿-8900亿。2060年，充分利用绿氢产业的储氢能力，可减少电力系统长时储能需求2340万kW,可节省系统长期灵活性资源投资约2500亿元。……心)雷用3.1.4源网荷储一体化协同1机理的55%:20%:8%:17%。图3.92050年中国系统平衡资源装机结构示商图3.1.5电水土农粮深度结合电水土农粮深度结合模式是以流域水电开发和新型抽蓄技术为核心，通过跨时空水-能转化提升水资源的综合利用水平，进而改变国土资源和农业生产方式，协同保障能源电力安全和资源粮食安全。这一模式将从提升系统调节能力、降低新能源开发成本、提升新能源产业和经济社会可持续等方面创造显著价值。“电-水-土-农-粮”典型代表是新型抽蓄，它联结“水系统”与“电系统”,具有调水和蓄能两个功能，可以增加零碳可调装机容量，提升电力系统灵活性，降低调节成本，同时可以助力偏远地区土地改善、农业提质和粮食安全。一是开发清洁电力。在水能资源丰富的地区，建设新型抽蓄机组，通过常规抽蓄提供调节能力，通过水能发电机组最大程度回收能量，同时将随机波动的新能源电力转换为稳定可控的水电电力。在满足调水的前提下，提供大量的灵活性资源，提供持续灵活的调节能力、促进更大规模新能源开发。二是增加水资源供应。基于新型抽蓄理念，建设调水工程实现跨流域水资源调配，同时为电力系统提供灵活性潜力，实现跨流域水资源优化配置与新型电力系统协同发展，形成水网电网有机互动的“电-水”协同发展新格局。三是优化土地利用。通过保护、修复和改进土地管理等基于自然的解决路径，增加缺水地区森林、湿地、草原和农业用地等生态系统的碳储存能力。3.1.6需求侧资源深度互动约22%。日表3.1新型负荷调节特性及灵活性潜力日大功重电动汽车电材势(冷》电材氮22实现本地无限期供电，并具备在极低短路比(<<1.5)下运行、通过2倍持续2升，到2050年前，电力系统将实现在风光渗透率超70%、电力电子设备渗透率超50%的条件下安全稳定运行。0707同步机转子带通块0虚和阳坑上FN信ppp93.1.8系统友好型新能源电站好地与电力系统进行互动，适应电力系统运行需求，提高电力系统稳定性和1机理22别可达56%、80%。3.2实现可靠替代的关键技术3.2.1电力气象支撑技术小于2米/秒。报。2024年7月，谷歌研究团队推出了NeuralGCM模型，30秒生成22.8专栏3.3专栏3.3均方根误差为296.7,低于ECMWF的333.7,显示出约10%的精度提AI方法FourCastNet相当，这为实时或近实时天气预报提供了可能；三了在5-7天的预报中，集合平均方法比单一成员预报有显著优势，尤其+古天气+EOwaf-rE+径3.2.2新能源发电技术11效率达到21%,平均度电成本预计降至2.2美分/千瓦时。预计到2060年，约45%。到2030年，光热电站传热及发电环节工作温度超过600℃,储热效率提高到90%左右，发电效率达到50%;平均度电成本降至8美分/干瓦时。预计平均风轮直径达到200米。陆上风电平均度电成本降至3.8美分/干瓦时，海上风电降至8美分/干瓦时。预计到2060年，陆上风机平均单机容量超总装机容量的比重约36%,发电量达到43万亿千瓦时，占总发电量的比重直中虚幸(道分千互时6直中虚幸(道分千互时6322020203020402050图3.15陆上风电度电成本预测3.2.3构网型技术11NCNC制 系统同步特性基于机桩据动方程V坦时闻内(几助)里5电压属性√受机械调违8,自动调旺(AMR) 3ou砂，大10cu单周研)b“9”其他电源的相位信息V通过锁相环检入竹声的率与国“8度”“构建”电压帽值与系统频率 2应用展望构建超高比例新能源电力系统需要应用构同型技术。构网控制最早在微电网的场景下被提出，未来有望广泛应用于输配电网络，具有更丰富的应用场景。研究表明，随着电力电子设备渗透率上升，电网短路比下降，系统可靠性也随之下降，需要部署各类电网支撑性设备。延续当前跟网型技术路线，当电力电子设备渗透率达到50%,系统短路比降至2.5左右就将面临稳定性问题，即便部署同步调相机等设备，渗透率和短路比极限也只能捉升至75%和1.5左右，只有应用构网型技术，才能进一步实现超高比例的新能源接入。采用专网技术·障穿题能力日力期悦着建性0定田高比调相肌等无功料情，电例新例新数试化，颜D二次调一次调量大功率南图3.18构网型变流器技术发展路径保证系统安全性的前提下实现新能源可靠替代传统化石能源发电。高清洁能源投资占比，增强全球产业链供应链韧性。11先进输电技术主要包括特高压交流输电技术、特高压直流输电技术、柔性直流输电技术、高压大容量海续技术等。特高压交流输电技术是指1000kV及以上电压等级的交流输电技术，是构建大容量、大范围坚强同步电网的关键技术，单一通道输送能力约10GW,最大输送距离超过1000km。特高压直流输电技术通常包括±800kV和±1100kV电压等级，是实现远距离、大容量电力高效输送的先进技术，额定输送容量8~12GW,输送距离2000~6000km。柔性直流输电技术是实现清洁能源并网、孤岛和海上平台供电、构建直流电网的新型输电技术。高压大容量海缆技术主要应用于海岛送电、海上平台用电、可再生能源开发、国际及区域性电网互联等。的300万干瓦小于1000千米小于14小于12约15米单位容量走自应度(米百万千瓦)小于500干米±1100千伏±800千伏1500千伏±1100千伏=800千伏*500千伏±1100干伏±800千伏±500千伏约100万千瓦(自然功率)=500干伏±1100干伏±800干伏1000千伏500千伏1000千伏500千伏1000千伏500千伏1000干伏500干伏百干米服焊约1%4-B信里大节五米特高压输电技术能够实现数千千米、千万千瓦级电力输送和跨国、跨洲电同互联。特高压直流输电主要适用于点对点的长距离电力传输、海底电缆铺设、以及大电网的连接与隔离等场景，交流输电更多用于构建交流环形网络和进行短距离电力传输。柔性输电是提升系统运行灵活性，满足光伏、风电等清洁能源友好并网、支撑清洁能源灵活配置的重要技术，特高压输电技术对于提升系统稳定水平、保障清洁能源广泛接入、输送及消纳，提升电网运行灵活性和可靠性具有重要意义。前的1.2%~1.5%下降至0.8%左右，单位容量造价下降至86美元/干瓦。直3.2.5储能技术新体系的液流电池。2050年前，效率捉升至85%,成本低于2503.2.6数智化技术实现电同数字智能化转型实现电同数字智能化转型tA其电阅云场开图3.20未来智能电网情景示意图数据库，捉出具有保障能力强、高度电气化、数智化程度高、适用性好的全球能源互联网碳中和方案，为世界各国因地制宜加速清洁转可代汗估伴系可代汗估伴系4.1模型方法基于全球新能源可靠替代评估体系，采用全球综合评估模型(MESSAGE)开展能源系统优化，通过全球清洁资源评估模型(GREAN)计算可再生能源资源特性，应用全球储能需求研究模型(GTSEP)开展全年8760小时生产模拟，量化评估全球及区域新能源可靠替代程度与发展阶段，分析不同地区实现新能源可靠替代的发展差距和潜力，提出全球能源互联网碳中和方案。新能源可靠替代进程计算方法：图4.2新能源可重替代进程评估流程1综合评估模型率吐相#图4.3续原-气候-环填综合评估模型示章图了全球清洁能源开发评估平台(GlobalRenewabla-energyExploitation时可再生的优化日局：全社会总域本量低约束事件图4.5全球电力规划模型示意图美国、巴西、印度等多数国家仍处于电量替代阶段。2023年，美国可再生能源在全国电力中的占比已超过20%,风能和太阳能是美国新增装机容量的主要来源；巴西能源发展多样化特征显著,电力中超过80%来自可再生能源，主达到67吉瓦。意大利、丹麦等国已发展到容量替代阶段。作为欧洲较为成熟的可再生能源市场，意大利在太阳能和风能方面发展迅速，尤其注重发展分布式太阳能光伏，2023年新增了约1.5吉瓦的太阳能光伏。丹麦在风能领域保持全球领先。2023年，丹麦风能发电量占其全国总电力供应的比例超过50%,丹麦致力于uu代4.3全球能源互联网碳中和方案全社会实现碳中和目标总体可分为“尽早达峰、快速减排、全面中和”三阶段，可靠替代进程按照电量替代、容量替代和全面替代梯次推进。新能源可靠替代与倍增式发展下，全球2030年前电量替代促进全球尽早达峰；2030-2050年新能源容量替代促进全球快速减排；2050年前进入全面替代阶段，促进实现全球碳中和目标。二章代藏持故量(心吨二章代藏持故量(心吨020252030年可靠替代进程。2030年前重点完成化石能源电量替代，充分发掘传统电源调节能力，增强电网的灵活性，推广新能源转化技术，确保新能源电量的高效消纳。新能源参与电力平衡作用有限，对电力供应充裕性责献较小，传统电源依然是保障电力系统安全的主要力量，全球在2030年前整体上仍处于新能源电量替代阶段。到2030年，清洁化率达到30%,新能源装机占比由26%提升至63%,快速减排阶段，容量替代促进全社会减排(2030—2050年)球2050年前整体进入容量替代阶段。到2050年，新能源装机占比提升至3全面中和阶段，全面替代促进全社会碳中和(2060年前)电源成本电同成本电力该排放强度4.3.2能源系统展望1能源生产体系(亿干瓦)一次虎尊清责亿吨行在道)一次虎尊清责亿吨行在道)总装机容量将从2021年79亿千瓦的基础上分别增加到256亿、422亿千瓦，清吉成尊装机占清吉成尊装机占能),风光水火储占比分别为31%、39%、5%、8%、12%,各类储能加速发展，储能电池占比10%,抽水蓄能占比2%。清洁能源装机占比达到90%,发电量占比达到90%以上。%图4.122050年全球一次能源结构与电源装机结构预测(左：一次能源结构，右：电源装机结构)专栏4.1专栏4.1机共186台，总装机容量50万千瓦；工程应用5种类型、5种跟踪方ww,com.0manhewshyV2022104202电气化率绿氧规模(亿吨)(1)电为中心加速形成能源消费形成电力为中心的用能格局。2020年，全球终端能源消费总量为137亿吨标准煤，人口和经济增长、能效提升等因素综合作用，推动全球终端能源消费先升后降。2035年终端能源消费总量达峰，峰值约167亿吨标准煤，全球用电量约58万亿千瓦时，电气化水平(含制氢用电)达到36%。2050年终端能源消费总量降至152亿吨标准煤，电能是清洁、高效的二次能源，通过加快电气化推动清洁电能全球消纳，全球用电量增至88.5万亿干瓦时，电气化水平(含制氢用电)达到61%,氢能占达到11%。塘嗔能冰谓捷(忽成标准煤)塘嗔能冰谓捷(忽成标准煤)在10%左右。能源比例达到82%。工业能口交通的口建第部口(2)绿氢促进深度脱碳在清洁能源和难以直接用电的终端用能领域之间发挥了关键的纽带作用。预计到2050年，全球绿氢需求量将达到3.4亿吨，终端用氢占能源消费比重约合母合母豆业原科海可再生源重图4.18氢能的细带作用示意图规模长期储能。2050年全球制氢用电量预计将占全社会用电量的20%,约的氢约7000万吨。(3)“电氩冷热气”互通互济能源使用将形成“电氢冷热气”互通互济格局。以电为中心，“电氢冷热气”等多能互补、灵活转换是潮流趋势，高度电气化将成为未来经济社会的显著特征，并发挥日益重要的作用。清洁能源电解水制氢(绿氢)将逐渐具有经济竞争力，促进终端能源使用脱碳，逐渐形成电为中心、电与氢冷热气协同、可再生能源直接利用及合成燃料为辅的能源消费格局。预计2035年，全社会电气化率(含制氢用电)约36%,氩能占终端能源比重约2%,天然气占比约18%。到2050年，电、氢、热、气占比分别为56%、8%、15%、7%。工业领域，随着全球经济发展、能效捉升和电能替代不断推进，工业领域(不含非能利用)用能先升后降。预计2025年，电能成为工业用能占比最大的能源品种，占比约三分之一，天然气占比超过五分之一。到2050年，工业电气化率进一步提高，达到57%,天然气占比小幅上升，氢能在工业中逐步推广运用，占比约10%。到2060年，工业电气化率近60%,天然气占比降至4%,氯能占比进一步提高。建筑领域，随着全球城镇化发展，建筑领域能源消费呈现先增后降的趋势。预计2025年建筑能源消费仍以电为主，电气化率占比约40%。随着城镇化水平进一步发展，建筑部门电制冷、电制热需求将会持续提升，预计2050年、2060年，建筑领域电气化率分别提升至68%、75%。随着电能替代的不断推进，天然气在建筑领域的利用先升后降。交通领域，未来将逐步由以燃油为主转向以电氢为主的用能结构，电能替代、生物质能替代、氢能替代、能效提升等推动交通领域用能结构更加多元。预计2025年，交通领域电气化水平超过3%,氢能和生物燃料占比分别达到1%和4%;2050年电气化水平将接近40%,氢能和生物燃料占比分别提升至13%和20%,2060年电气化水平超过45%,氩能和生物燃料占比分别提升至18%■电能■氢能■天然气图4.192050年终端各用能领域消费格局电力流(亿干瓦)电网发挥功的电-第-该码环电-氯-核循环图4.212050年全球电力流格号专栏4.2专栏4.2其中，跨区电力流3.4亿千瓦，包括西北外送1.亿千瓦，西南(含云南)外送1.57亿千瓦，华北外送92北外送2700万千瓦。跨省电力流2亿千瓦，主要包括华北蒙西、山西、河北坝上外送9000万千瓦，满足京津冀鲁等华北负荷中需求，西南四川送重庆3000万千瓦等。2将进一步扩大，达到8.3亿千瓦，跨区电力流6.2亿千瓦，其中，西北、西南(含云南)和东北外送电力规模与2050年瓦，内蒙阿拉善、乌兰察布和邪尔多斯等大规模，跨省电力流2.1亿十瓦。中国国内电网互联将以构建东、西部同步电网为重点，通过构建特高压骨千网架促进清洁能源大规模开发和高效消纳，形成南供、多能互补、跨国互联”的电同总体格局。203压骨干通道建设，统筹推进能源基地外送特高压直流主网架建设，提升通道利用效率和跨区跨省电力交换全适行水平和抵御严重故障的能力，初步形成东部“九“三横两纵”的东、西部两大同步电网格局。2050年，全面建成坚强可靠的东部、西部同步电网。2060年，进一步加强提升东部、西部同步电网，资源配置能力大幅增强。(2)绿氢配置系统绿电绿氢开发同源、应用互补，绿氢配置形成就地制备利用与大范围优化相结合的格局。绿氢来自绿电，属于“三次能源”,氢能也可以通过燃料电池或燃氢轮机进行发电，相比其他能源，氢更容易实现与电的双向转化，相互耦合形成电为中心的综合能源体系。绿氢是终端能源消费的重要补充，能够在航空、航海、冶金等电能难以直接替代的领域实现深度电能替代。未来加快全球绿电制氢基地开发布局，绿氢配置形成“就地制备利用与大范围优化相结合”的格局。图4.23产业和经济体系重要招标发展进程加速建立清洁能源产业体系。未来，以清洁能源开发利用、电网互联、化石能源清洁低碳化利用为主体的清洁能源产业体系将加速建立。与传统能源产业链相比，清洁能源产业链具有链条长、规模大、布局广、就业人数多等特点。产业上游的零部件及装备制造产业，中游的清洁能源生产产业，下游的销售、应用产业等都将加速发展，主要包括风电、光伏等清洁能源装备制造，特高压交直流输电设备制造，智能电网、配网设备制造，绿氩制备设备制造和化石能源燃烧二氧化碳捕集、运输、利用等，相应的能源工程咨询、设计、施工等配套产业也将迅速发展，带动整个清洁能源产业体系建立完善。毒雷件民母主山毒雷件民母主山上风风电日重中要日重中要图4.24清洁能源产业错55环境友好体系(1)资源综合利用生与保护，开创粮食生产新方式，为人类生存提供“水-能源-粮食”协同发源源且个a网进O4荷储用电下因地制宜提供典型模式，方案可落地、可复制、可推广。新能源可靠替代方案围绕“源网荷储输”,提供了八大典型模式，适合不同资源康赋、不同发展阶段、不同应用场景下的新能源发展，模式的作用价值已得到验证，在全球范围内具有很好的可推广和复制性。中中在全球应对气候变化和能源转型的背景下，新能源作为化石燃料的替代方案，正逐步成为各大洲发展的重要战略支柱。新能源发展成为全球发展共识，各大甚民e工88同2t到2050年，清洁能源占一次能源消费比重达64%,综合电气化率达到61%。22亚洲2030年前处于电量替代阶段，2030-2050年前进入容量替代阶段，太阳能协同开发。采用电水土农粮深度结合，提升水资源利用综合价值。重点关注构网型、先进输电等技术研发，提升新能源容量置信度和新能源主动支撑能力，保障电网安全稳定运行。尽早达峰全面中和容量替化一能薄活动(合碳移除)一全社会二氧化碳一全温室气体电源成本电同成本电力碳排放强度到2050年，清洁能源占一次能源消费比重达83%,综合电气化率达到68%,新能源发电装机达到34.3亿千瓦，占总装机比重为81%。欧洲2030年前22欧洲2030年前处于电量替代阶段，2030-2040年间处于容量替代阶大，负荷灵活性调节能力全球领先。到2050年，风光装机容量占比达到o电源成本电网成本电力碳排放强度1未来展望2050年清洁能源占一次能源消费比重达67%,综合电气化率达到40%,新能源发电装机为18.9亿干瓦，占总装机比重为79%。非洲2030年前实现全社会2进程评估非洲2030年前处于电量替代阶段，2030-2050年间进入容量替代阶段，2050年后进入全面替代阶段。非洲拥有全球20%的关键矿产资源，是能源转型所需关键矿产资源的主要产地。到2050年，非洲光伏装机占比高达49%,3发展建议协同成202520302035能源法动(含碳)-一金社会二氧化版0一全温重气电量替代图4.33非洲全社会碳排故路径电原成本电网成本电力碳排放强度图4.34非洲新能源可靠替代进程评估4.5.4北美洲到2050年，清洁能源占一次能源消费比重达84%,综合电气化率达到73%,22北美洲2030年前处于电量替代阶段，2030-2040年间处于容量替代阶段，20202520300图4.35北美洲全社会碳排故路径电源成本电同成本电力碳排故强度图4.36北美洲新能源可靠替代进程评估中南美洲在水电、风能和太阳能领域取得了长足进展，水电已成为该区域主要的能源来源。气候变化带来的资源波动对水电稳定性和持续性的挑战，充分释放新能源发展的潜力需要更加完备的基础设施和电力气象支撑技术。1未来展望到2050年，清洁能源占一次能源消费比重达83%,综合电气化率达到58%,新能源发电装机达到14.1亿干瓦，占总装机比重为71%。中南美洲2030年前实现全社会二氧化碳达峰，2040年电力系统近零排放，2050年前全社会碳中和。2进程评估中南美洲2030年前处于电量替代阶段，2030-2040年前间进入容量替代阶段，2040年后进入全面替代阶段。中南美洲能源种类丰富，可调装机占比高，2050年水电、风电、光伏发电装机占比分别为18.7%、25%、37.4%,电力系统具备更强的灵活性和调节能力，实现新能源可靠替代核心在于促进水风光新能源多能互补、加速数智赋能升级、提升新能源调频、调压等主动支撑能力，满足系统安全性要求。3发展建议充分利用清洁能源禀赋优势，尤其是水能资源，采用水风光多能互补模式，推动水、风、光协同开发，提高能源利用效率和系统稳定性。重点关注数智化技术和电力气象支撑技术，为电力系统全过程赋能赋效，提升电力系统气候韧性，保障电网安全稳定运行。金中和一液活动(含)一一全社会二氧化碳一—全温室图4.37中南美洲全社会碳排故路径中南美洲电源成本电网成本电力破泽放强度1未来展望到2050年，清洁能源占一次能源消费比重达86%,综合电气化率达到59%,新能源发电装机达到5.1亿千瓦，占总装机比重为92%。大洋洲2030年前实2进程评估大洋洲2030年前处于电量替代阶段，2030-2040年间进入容量替代阶段，先，得到大规模应用。2050年抽水蓄能占比高达18%,水风光多能互补，储3发展建议65432能送动(含微移除)全社会二氧化级图4.39大洋洲全社会碳排故路径电源成本电网成本电力碳排放强度图4.40大洋洲新能源可靠替代进程评估式下的灵活应变与高效协同，以及产业链上下游的深度融合与协同发展，更为全球范围内新能源机制的构建与优参考。5.1.1中国青海海西州多能互补装机容量700MW,其中风电400MW、光伏200MW、光热50MW、储能图5.1中国青海多能互补集成优化示范项目光热电站白。2020年至2022年期间，工程累计发电3411GWh,实现收入15.69亿元。储能电站积极参加共享电量交易，2020年至2022年期间，累计充电90270MWh,放电75190MWh,直接经济效益5263.5.1.2中国准东一华东(皖南)±1100干伏特高压直流图5.2中国准东一华东(皖南)±1100干伏特高压直流工程线路0图片来源：国家电网报，2022年12月26日2版，httpszbajahaobaducomshd=175334557B7505229998wfr-spider8tor-p0.5.1.3丹麦Kasso电制甲醇项目响水22光伏发电与负荷波动，实现100%可再生能源供电。系统具备柔性调节能力，创新应用souroo-d-enengr-to-800的并网许可，允许微电网系统与大电网协同运行，并将多余电力出售给大电网，在支撑大电同电力供应的同时获得收益。主要成效100%可再生能源供应。Ekurhuleni微电网高效整合了可再生能源、储能设施和工业负荷，可实现近100%清洁能源供应，有力支撑百事可乐公司的可持续发展新战略和当地政府的碳减排目标。提升供电可靠性。Ekurhuleni微电网是南非最大的微电网之一，可在保障本地负荷可靠供电的同时，通过并网运行响应大电网调峰需求，为当地电网提供稳定性支撑，增强的区域电网的供电质量和调节弹性。5.1.5基于新型抽水蓄能理念的中国西部调水方案“电-水-土-农-粮”发展模式通过多种方式利用清洁电力，增加水资源供给，包括海水淡化、新型抽蓄、荒漠节水农业、土地置换等相关技术当前正处于发展期。为统筹解决当前水资源分布不均和新能源开发受限难题，在常规抽水蓄能发展的基础上，合作组织研究提出了基于新型抽蓄的调水新思路。新型抽蓄以随机波动的风光新能源为动力来源，克服海拔高差实现水资源跨流域调配，实现电-水协同发展。新型抽水蓄能指以新能源为主要动力，在流域间建设一系列调蓄水库、不同高程的短距离引水道、可逆式水泵水轮机组和水轮发电机组，实现跨流域调水和电能存储的一种综合性水利水电工程，具有风光赋能、电水协同、抽发分离、运行灵活等四大特点。新型抽水蓄能是一种联结“水系统”与“电系统”的综合工程，具有调水和蓄能两个功能，实现了“水”与‘电”两种资源的高效利用和协同优化。1方案概况水，包合7个跨流域段和35个跨流域调水通道，全长1.1万km,年调水量400亿m³,跨越西藏、云南、四川、青海、甘肃、新疆6省区，惠及黄河中上游及西北诸省。工程年用电1.23万亿kWh,年发电1.06万亿kWh,折算储能效率86%,超过常规抽蓄。综合测算调水工程总投资6.6万亿元，扣除等量调水成本3.5元/m³.2工程优势5.1.6德国NextKraftwerke虚拟电厂能源单元数从2019年9月的8100个迅速增长至2023年6月的15300个，总产能从2019年9月的7100MW增长到2023年6月的12300MW。b控牢自电图5.6典型虚拟电厂功能模块示意图0图片来源：虚电厂技术和商业模式研究，全球能源互联同发展合作把，2022.5.1.7澳大利亚Dalrymple构网型电池储能项目首创商业运营模式。开发了一种新型商业模式，允许网络服务提供商5.1.8中国乌兰察布新一代电网友好型绿色电站示范项目二期(计划建设风电62.5万kW,光伏12.5万kW,配置27万KW/2h储能系统)、三期(计划建设风电65万kW,光伏10万kW,配置14万kW/2h2创新应用储能规模配置设计。在储能规模配置方面，该项目设计储能系统约占风光总装机30%,为电站实现并网友好提供了物理基础。为有效支撑前沿储能技术转化应