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中国电力系统转型—评估优化系统运行方案和先

发表日期:2016-11-05 21:36 【返回】
《中国电力系统转型》项目有两方面内容。首先,它概述了中国电力系统转型的现状, 并对全球范围内的电力系统转型进行了全面讨论,这包括全面审视所有可能的电力系统灵 活性来源(发电侧、电网基础设施、储能和需求侧响应),以及对市场、政策和监管框架 的详细讨论,以及如何有效提升电力系统的灵活运行能力。其次,本报告基于国际能源署 《世界能源展望 2018》中的新政策情景和可持续发展情景,对 2035 年中国电力系统进行 了详细的模型分析。该模型在新政策情景下将现货市场的建立和跨省跨区电力交易确定为 提高中国系统运行效率的两个主要因素;而为消纳与《世界能源展望 2018》中可持续发展 情景一致的高比例波动性可再生能源,激活需求侧——特别是电动车、以及有针对性地使用储能,对于加速中国电力系统转型至关重要。
• 低成本的风电和太阳能发电,分布式能源的发展和数字化正在加速包括中国在内的全球 电力系统的变化。在适当的框架下,这些趋势可以结合起来,从而实现需求侧和供给侧 之间更强的耦合协同,同时允许系统更高比例接入波动性可再生能源,特别是风能和太 阳能。“电力系统转型”即是面对这些新兴趋势对电力系统进行主动管理的过程。
 
• 电力系统的灵活性——不止是发电侧灵活性——是中国电力系统转型、实现高比例风 能和太阳能发电接入的关键因素。在中国,提起灵活性通常会让人想到燃煤电厂的灵活 运行。但是,灵活性的概念在系统层面上要比发电灵活性宽泛得多。除发电侧以外,灵 活性还可以通过电网基础设施、需求侧响应和电力存储来提供。市场、政策和监管框架 对于充分利用系统灵活性至关重要。
 
• 建立现货市场和区域间电力交易是促进中国电力系统转型的两个重要因素。基于《世界 能源展望》(WEO)新政策情景的模拟结果表明:如果实施经济调度、促进短期跨区域 贸易和扩大跨区域输电能力的努力取得成功,2035 年中国电力系统运营成本将可以降 低 15%或 4200 亿人民币,电力行业二氧化碳排放量每年将减少 7.5 亿吨。
 
• 实现“巴黎协定”气候变化目标需要电力系统转型,而电力系统灵活性是实现系统转型的 最重要基石。基于《世界能源展望》(WEO)可持续发展情景的模拟结果表明:采用先 进的灵活性措施,如:智能电动汽车充电、需求侧响应和电力存储,可以支持 2035 年 高比例可再生能源的系统接入,同时将电力系统的运行成本降低 2-11%,并将系统对化 石燃料发电装机的需求减少多达 30%。得益于系统灵活性,核电、碳捕获与电力储存 等其他清洁能源技术也将实现更高的利用率。
 
• 加速电力系统转型可以为中国和世界带来巨大利益。中国电力系统的加速转型可以为与 应对气候变化相关的“巴黎协定”带来重大利益。中国可以经由电力体制转型,加速推进经济结构调整,实现先进优质工业部门的增长;同时提供经验给世界其他国家,包括今 天的发展中国家,使之能够负担得起清洁能源技术。
 
执行摘要
 
《中国电力系统转型》报告有两方面内容。首先,本报告概述了中国电力系统运行现 状,并对世界范围内电力系统转型进行了讨论。其次,本报告给出了对中国 2035 年电力系统模拟的计算结果——该模型工作探讨了中国政府部门目前正在考虑的各种公共政策和 技术部署方案的影响和价值。基于模拟结果,本报告提供了若干对于中国电力系统转型路径的建议。
 
提高电力系统灵活运行能力和投资
 
全球经验表明,电力系统转型需要协调整个电力生产和消费价值链,以促进打造更清洁、更可靠、更具弹性和更有经济性的电力系统。政策制定者可通过使用一些措施来支持 并提升电力系统灵活性,以实现电力系统转型。
 
对中国来讲,灵活性与燃煤电厂的灵活运营有关。然而,灵活性的概念包含电力系统的所有资源。这些灵活性资源能够保证系统在发电能力不断变化和不确定性持续增加的情 况下保持运行效率和可靠性。除发电侧灵活性外,系统灵活性还可以通过加强电网基础设 施建设、需求侧响应和电力存储来提供。在具有较高波动性可再生能源比例、正在经历转 型的电力系统中,发电侧以外的灵活性选项极为重要。此外,实现系统灵活性需要电力行 业与能源系统中其他行业(例如电动汽车的部署)统筹考虑、协调运作。
 
模型分析
 
本研究中的电力系统建模分析基于国际能源署《世界能源展望 2018》(WEO 2018) 中的两个情景——这两个情景分别模拟了 2035 年两种不同发展路径下的中国能源系统。上 述两情景提供了中国国家层面的能源系统形态,包括发电装机结构等。本研究则进一步将 中国分为八个地区,并针对电力系统进行了更为详细的模型分析。此外,每种情景中还分
 
别设置了不同案例,这些案例探索了电力系统运行方式的变化以及先进系统灵活性选项对 系统效率和运行的影响。
 
新政策情景(New Policy Scenario,NPS)与中国正在进行的 9 号文电力体制改革相关 联,旨在让人们了解当前政策框架对未来中国电力系统可能产生的影响。NPS 情景下的案 例主要用于探讨当前政策的价值,特别是意图引入现货市场和推动跨省区电力交易的电力 市场改革如何影响中国电力系统转型。
 
可持续发展情景(Sustainable Development Scenario,SDS)与能源领域一些重要的可 持续发展目标相关联,包括履行“巴黎协定”对于气候变化的承诺、到 2030 年实现普遍意义 上的能源可及性、以及大幅减少与能源相关的空气污染水平。SDS 情景与 2017 年中国共 产党第 19 届全国代表大会提出的“美丽中国”倡议相一致,旨在勾画中国未来发展更绿色的 总体蓝图。SDS 情景中的案例用于探索先进灵活性选项对于系统运行的重要性——特别是 需求侧如何支持更深层次的结构性转型。
 
现货市场和电力交易
 
中国从”三公”调度原则转为经济调度将使得电力系统的运营成本显著降低、风电和 太阳能发电的系统接入能力提高。新政策情景下的详细电力建模结果结果表明:中国正在 进行的基于经济调度的市场化改革具有良好经济效益,并且对环境更为有利。从”三公” 调度原则转为经济调度可以在 2035 年实现电力系统大约 11%或约 3000 亿人民币的运营成本节约、大大降低波动性可再生能源弃电、并减少电力行业二氧化碳排放约 15%。中国电力现货市场的实施是实现这些效益的关键因素。
 
增加跨区域电力交易和进一步增加区域间输电网络建设将产生巨大的经济和环境效益, 并促进清洁能源投资。推动电力交易改革一直在中国政策层面具有较高优先级。尽管中国 已有跨省跨区中长期交易,但模型结果表明:如果当前实施经济调度、促进短期跨区域交 易、以及扩大输电投资的尝试能够成功实施,每年电力系统运营成本将进一步降低,每年 可节省 15%或约 4200 亿人民币、二氧化碳排放量每年也将减少 7.5 亿吨。值得注意的是, 实现这些电力改革目标后波动性可再生能源弃电率将大幅降低——更强的区域间电网互连 和市场竞争将使波动性可再生能源能够服务于更广泛的市场区域。因此,实现这些改革也 会有助于为清洁能源技术打造一个稳定的投资环境,这也是实现电力系统转型目标的一个 关键因素。在这个过程中,政策制定者需要努力统筹各个区域市场,使它们相互协调,同 时鼓励国有和私有发电商对于区域交易的广泛参与。
 
先进的系统灵活运行方案
 
电力系统的灵活运行能力是中国电力系统转型、支持中国实现“巴黎协定”承诺的重 要基石。可持续发展情景代表了中国电力系统的加速转型过程——该情景下 2035 年波动性 可再生能源将占年发电量的 35%。模型结果表明:充分结合数字化得以实现的先进灵活性 方案如:电动车智能充电、需求侧响应和电力存储,可以支持 2035 年实现极低波动性可 再生能源弃电率、大大增强波动性可再生能源的系统接入能力、同时减少 2%到 11%的电 力系统运营成本。其他清洁能源技术,例如核电、碳捕获与储存(CCS),也将受益于上 述系统灵活性措施,发电利用率得以提升。此外,这些先进灵活性方案的部署大大减少了 对新增化石燃料装机的投资需求——减少化石燃料装机容量高达 3 亿千瓦,相当于 2035 年 SDS 情景下化石燃料装机总量的 30%。总之,提高电力系统的灵活性,而不仅局限于 现有的灵活性选项(例如现有的燃煤电厂),是实现中国电力系统快速转型的最重要的优 先事项。
 
国际影响
 
加速中国电力系统转型可以为“巴黎协定”带来重大利好。中国已成为清洁能源技术的 全球领导者。中国的光伏制造商已经并将继续在降低太阳能光伏发电成本过程中发挥重要 作用。此外,中国电动车产业的快速发展以及由此带来的电动车上下游产业链的扩张,给 电池和电动车终端零售价格带来了下降的动力。中国还拥有非常发达的数字通信和软件产 业,这为数字化需求侧响应的实施营造了理想环境。中国可以通过电力行业转型,加速其 宏观经济结构调整,实现高端制造业等工业部门的增长,同时为世界各国——包括很多现 阶段的发展中国家——提供清洁能源技术。
 

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