中国电力系统可在2035年实现80%零碳排放

中国电力系统可在2035年实现80%零碳排放 作者Nikit Abhyankar、Jiang Lin*、Fritz Kahrl、Shengfei Yin、Umed Paliwal、Xu Liu、Nina Khanna、Amol Phadke 和 Qian Luo | 劳伦斯伯克利国家实验室 David Wooley | 加州大学伯克利分校高曼公共政策学院环境中心Mike O’Boyle、Olivia Ashmoore、Robbie Orvis、Michelle Solomon | 能源创新政策与技术有限责任公司* 通讯作者本项目由Hewlett基金会，Growald气候基金，Climate Imperative和能源基金会（中国）资助。 技术顾问委员会技术顾问委员会为本项目的设计和评估提供了指导，但报告的内容和结论，包括任何错误和遗漏，均由作者自行负责。技术顾问委员会成员的从属关系不意味着这些组织以任何方式支持或认可这项工作。技术顾问委员会成员如下：王万兴，自然资源保护协会（中国）David Sandalow，哥伦比亚大学袁家海，华北电力大学杨富强，北京大学Joanna Lewis, 乔治城大学姜克隽, 中国国家发展改革委员会能源研究所刘雨菁, 落基山研究所 致谢感谢以下人员为本报告提供宝贵的技术支持、指导、审阅和帮助：Ella Zhou，美国可再生能源国家实验室别朝红，西安交通大学何钢，石溪大学孟菲，Climate ImperativeSara Baldwin，能源创新 目录1 执行摘要 12 概述 53 研究方法 6 3.1 情景分析 6 3.2 模型工具与方法 7 3.3 模型主要输入数据 8 3.4 敏感性分析 124 研究结果 13 4.1 发电和输电 13 4.2 成本、可靠性、排放量与就业 185 结论、建议与未来研究 27 5.1 主要结论 27 5.2 政策建议 29 5.2.1 政策目标 29 5.2.2 市场与监管 30 5.2.3 土地利用 33 5.3 重点研究领域 346 参考文献 357 附录 - 即将发布 图 1. 与现有政策情景相比，清洁能源情景下的增量成本节省、增量成本和增量净成本 3图 2. 模拟情景中使用的基准年（2020年）发电资源和输电网络 8图 3. 本项研究中使用的全国电力需求预测及其与近期其他研究的对比 9图 4. 海上风电、陆上风电、太阳能光伏发电和电池储能（4小时）的技术成本输入数据 10图 5. 发电能源组合 14图 6. 发电容量组合 15图 7. 年度新增风电和太阳能发电容量以及电池储能容量 16图 8. 跨省和跨区域输电容量（上图）与年度新增输电成本（下图） 17图 9. 燃煤发电厂的年度容量系数 18图 10. 平均批发成本 19图 11. 输发电累计新增投资 19图 12. 清洁能源情景和海上风电敏感性情景下的平均年度新增容量 20图 13. 二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物排放强度 21图 14. 清洁能源情景和现有政策情景下的年度死亡人数，以及清洁能源情景下的避免死亡人数地图 22图 15. 在燃煤发电退役情景下，2035年夏季净负荷高峰周的全国系统调度情况 22图 16. 使用35年气象数据，2035年夏季净负荷高峰周的全国系统调度情况 23图 17. 使用35年气象数据，2035年冬季净负荷高峰周的全国系统调度情况 24图 18. 在10%需求冲击的情况下，2035年夏季净负荷高峰周的全国系统调度情况 24图 19. 在10%需求冲击的情况下，2035年冬季净负荷高峰周的全国系统调度情况 25图 20. 清洁能源情景的累计净就业效应 20图 21. 非化石能源发电量占比，现有政策情景和清洁能源情景 29 1执行摘要太阳能发电、风电和电池储能成本的大幅下降，为中国电力行业在实现现有政策目标后，进一步减少排放和降低电力成本创造了新机会。从中国现有的政策推算，非化石能源发电量占比预计将从2020年的34%提升到到2035年的60%。本报告分析了中国到2035年非化石能源发电量占比提高到80%时，对成本、可靠性、排放量、公共健康和就业等方面的影响。电力行业对于中国的全经济脱碳至关重要，因此实现2035年非化石能源、无碳排放发电占比达到80%，将助力中国达成2060年碳中和目标。本报告旨在就两个问题展开讨论。首先，近期风电、太阳能发电和电池储能成本的下降，对于未来15年中国加快这些资源的发展速度和扩大发展规模有哪些影响？其次，在中国2060年前实现碳中和的背景下，什么是技术和经济上可行的2035年非化石能源发电量占比目标？ 本次研究详细模拟了中国电力系统及其对经济、就业和公共健康的影响。本研究以2025年、2030年和2035年为主要时间节点，使用最先进的容量扩展与小时级生产调度模型（PLEXOS）进行电力分析。模型基于对中国电力系统的详细表述，包括每小时省级负荷、跨省和跨区域输电约束、区域风电和太阳能发电概况以及对中国可再生能源和储能成本的最新（2021年）预测。电力需求预测基于清华大学2020年发表的《低碳发展战略与转型路径研究》中提出的1.5°C情景，体现了为实现全球温升1.5°C目标中国电力需求可能发生的预期变化。 本报告分析了两个主要情景，分别是：现有政策情景，在该情景下，年度风电和太阳能发电部署仅限于政府当前制定的目标；清洁能源情景，在该情景下，到2035年中国非化石能源发电量占比提高到80%。同时，以系统可靠性为重点，对多个变量进行了敏感性分析。在这两个情景下，风力发电和太阳能发电是成本最低、最适合规模化的非化石发电资源。在现有政策情景下，风电和太阳能发电容量符合中国政府提出的到2030年达到12亿千瓦。非化石能源发电量占比符合政府提出的到2030年达到50%和到2035年预期可达到60%的目标（见表1）。在清洁能源情景下，风电和太阳能发电容量在2025年接近实现当前的2030年目标，并在2030年达到19.94亿千瓦，到2035年达到30.69亿千瓦；非化石能源发电量占比到2030年提高到65%，到2035年达到80%。在这两种情景下，由于电池成本的持续下降和对抽水蓄能水力发电的政策支持，储能容量均快速增长。 中国电力系统可在2035年实现80%零碳排放 | 1 表 1. 现有政策情景与清洁能源情景的主要区别指标年份现有政策情景清洁能源情景与2020年相比燃煤发电量的变化2025年4%-7%2030年0%-32%2035年-12%-56%非化石能源发电量占比2025年40%46%2030年49%65%2035年60%80%燃煤发电装机2025年11.89亿千瓦10.49亿千瓦2030年11.99亿千瓦10.49亿千瓦2035年11.99亿千瓦10.49亿千瓦风电和太阳能发电装机2025年8.73亿千瓦11.53亿千瓦2030年12.73亿千瓦19.94亿千瓦2035年19.43亿千瓦30.69亿千瓦电池储能容量2025年9,800万千瓦1.55亿千瓦2030年2.25亿千瓦3.56亿千瓦2035年2.44亿千瓦4.14亿千瓦在现有政策情景和清洁能源情景下，几乎所有新增发电容量均来自非化石能源。在现有政策情景下，假设目前正在建设中的部分燃煤发电机组将建成完工，燃煤发电装机净增加1.5亿千瓦。在清洁能源情景下，假设这1.5亿千瓦净燃煤发电装机不会添加到发电组合当中。虽然模型的设计可以出于经济原因增加燃煤发电装机，但在这两个情景下均未加以考虑。这表明，在两个情景下，新增非化石能源发电和储能用于满足电力需求增长的成本均低于新增燃煤发电的成本 。 现有政策情景和清洁能源情景的主要区别是现有燃煤发电的运营。在清洁能源情景下，为实现非化石能源发电量目标，新增风电、太阳能发电和电池储能大量取代了现有燃煤发电厂发电。在现有政策情景下，到2035年，现有燃煤发电厂的发电量仅比2020年有小幅减少。两个情景均假设现有燃煤发电厂继续运行而不退役，但在一个敏感性情景下考虑到了燃煤发电厂退役的可能。在清洁能源情景下批发发电成本和输电成本低于现有政策情景。出现这个结果的原因是相对于现有政策情景，在清洁能源情景下，新增太阳能发电、风电、电池储能和输电的增量成本，低于所替代的化石能源发电的运营（燃料和运营与维护）成本和固定成本（见图1）。这表明，在清洁能源情景下加快部署风电和太阳能发电，从2020年每年1.2亿千瓦的历史高点提高到2030年至2035年期间的平均每年2.15亿千瓦，将降低批发电力成本。中国电力系统可在2035年实现80%零碳排放 | 2 2035年的增量成本、增量成本节省和净成本图 1. 与现有政策情景相比，清洁能源情景下的增量成本节省、增量成本和增量净成本6004002000-200-400-600按2020年人民币价值计量（单位：10亿元） 避免的燃煤发电运营成本 避免的燃煤发电固定成本 避免的燃气发电运营成本 风电增量成本 太阳能发电增量成本 储能增量成本 输电增量成本 净成本增量成本节省 增量成本增量净成本到2035年将非化石能源发电量占比提高到80%将增加减排，带来公共健康效益。相比现有政策情景，在清洁能源情景下，，电力行业的二氧化碳排放量到2035年将减少50%（16.6亿吨二氧化碳），因化石能源发电排放导致的死亡率将下降47%（避免过早死亡约50,000人）。电气化将减少交通