电力行业：中国发电企业碳中和数字转型白皮书，引领变革，迈向新型电力系统时代

中国发电企业碳中和 引领变革：迈向新型电力系统时代 数字转型白皮书 目录 中国电力行业低碳转型背景6 中国“3060双碳”目标背景7 全球电力行业低碳转型参考8 能源结构转型：可再生能源激增8 能源供应形式变化：分布式能源扩张9 能源消费增长点：交通电气化程度呈指数级上升 能源消费方式变化：能源消费者积极行动10 能源系统整体效率提高：能效创新 中三国“电替力代行”业两低“碳市转场型”方向11 终端能源电能替代传统用能12 新能源发电替代传统能源发电13 分布式发电替代集中式发电14 电力交易市场化16 碳排交易市场化 发电企业转型路径及数字化解决方案17 路径一：发电侧解决方案19 持续构建传统业务护城河 新能源资产运营维护19 新能源发电量预测 新能源发电量提升20 电力市场现货交易21 生产营销一体化 碳管理22 新能源项目设计和选址新能源项目EPC 路径二：用电侧解决方案23 寻找业务增长“第二赛道” 光储充用一体化23 用户能效提升服务用户侧储能服务 电动汽车用能服务24 虚拟电厂 4|中国发电企业碳中和数字转型白皮书 路径三：输配电侧解决方案26 补齐产业链版图 源网荷储协调与平衡26 增量配网/微电网 技术与平台赋能发电企业数字化转型27 数字化转型能力模型28 数字化转型的技术支撑31 平台底座的重要性及相关收益37 平台底座的重要性37 主要特点40 远景数字化技术应用及案例41 数字化技术应用41 成功案例分享45 结语49 中低国碳电转力型行背业景 中国“3060双碳”目标背景 2020年9月，中国在第七十五届联合国大会上宣布，将采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，于2060年前实现碳中和。在当年12月举行的气候雄心峰会上，习近平主席进一步宣布，到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。 与美国、日本、欧盟等国家和地区相比，中国目前已成为全球二氧化碳年排放量最多的国家，减排之路面临着时间紧、任务重的挑战（见图1）。 图1.全球主要国家与地区年二氧化碳排放量对比 首先，我国碳排放量基数大。随着经济社会的持续发展及新型工业化与新型城镇化建设的加快推进，未来一段时期内能源需求仍会增加，碳排放也将随之提高。相比于美国、日本、欧盟等发达国家和地区二氧化碳排放已经达峰并稳步下降，我国需要在碳减排道路上付出更大的努力。 家 其次，我国要在2030年前实现碳达峰，2060年实现碳中和，相比于发达国 50至70年的过渡期，只有不到30年的时间，意味着我国碳减排时间更加紧迫。中国实现“双碳”目标，任重而道远。 在“双碳”目标的驱动下，能源行业作为核心关键，亟需向低碳化乃至无碳化的方向转型，中国的公用事业与能源企业也定将加快低碳转型的步伐。 中国 亿吨 100 80 60 40欧美盟国 20 0 1750 1800185019001950 日本 2020 资料来源：OurWorldinData 中国发电企业碳中和数字转型白皮书|7 全球电力行业低碳转型参考 目前，全球电力行业正在经历着多维度的转型。在发电侧，随着分布式光伏、风电等能源形式的普及，可再生及分布式能源正在迅速增长。在用电侧，消费者的消费方式也朝着数字化、个性化、便捷化、开放化的方向转变，对发电企业提供的产品及服务提出了更高的要求；同时，随着新能源汽车的普及，自动驾驶、V2G（车辆到电网）等技术也在不断进步，持续推动交通行业电气化水平的提升。此外，依托科技水平的不断发展，能源系统的整体利用效率也进一步提升（见图2）。 能源结构转型：可再生能源激增 根据埃森哲分析，预计到2035年，全球煤电占比将下降到24%，可再生能源发电量将达到17,443TWh，占比超过1/2，年均增速达到6%。 根据国际能源署（IEA）模拟的“可持续发展情景1”下的减排路径，可再生能源的增速会更高。预计到2030年，可再生能源占比将达到53%，到2050年则会高达84%。化石燃料的占比将会急剧下降。煤炭、石油和天然气在2020年占比超过50%，预计到2030年会降至36%，到2050年仅占比4%（见图3）。 图2.全球电力行业转型趋势图3.IEA可持续发展情景下的电源结构预测 能源效率提升 可再生能源激增 全球转电型力趋行势业 分布式能源扩张 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 地热与光热氢和氨 能源消费方式改变交通电气化水平提升0% 配化置石碳燃捕料捉的 光伏 核能 煤炭 风电 生物质能 水电 天然气 石油 201020192020203020402050 资料来源：埃森哲分析资料来源：IEA 8|中国发电企业碳中和数字转型白皮书 能源供应形式变化：分布式能源扩张 未来，能源供应的形式也将发生改变，其中分布式能源将成为主要的增长点之一（见图4）。 分布式能源主要包括分布式风能、分布式光伏和分布式天然气。预计到2030年，分布式风电将为美国提供至少30GW的能源，中国也正在逐步将中小型分布式风电推广至海岛、湖区等地区；分布式光伏方面，全球分布式光伏装机容量将从2017年的146GW提升到2035年的1,264GW，占比将达到38%；分布式天然气在各国能源系统中的占比也越来越高，欧盟国家已达到10%，日本达到13.4%，美国达到4.1%，各国将继续通过政策优惠鼓励分布式天然气发展。 到2026年，全球分布式能源装机容量预计将达到528.4GW，年复合增长率达到16.62%。 图4.分布式光伏装机容量（GW） 光伏装机容量（单位：GW） 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 0 能源消费增长点：交通电气化程度提升 交通运输作为主要碳排行业之一，约占到全球化石能源碳排放总量的25%。通过交通领域电气化转型来减少化石能源碳排放已成各国共识。 由于汽车行业对石油基燃料替代品的需求不断增长，汽车电气化市场规模将保持强劲增长。 从全球轻型汽车销量来看，纯电动汽车销量在整体销量中的占比越来越高。预计在新销售的汽车中，电动汽车的占比将由2020年的3%增长至2040年的55%。 分布式光伏 集中式光伏 20152020202520302035 资料来源：IEA，埃森哲分析 中国发电企业碳中和数字转型白皮书|9 能源消费方式变化：能源消费者积极行动 在不断变化的市场环境中，日益活跃的能源消费者的需求将朝着数字化、个性化、便捷化、开放化的方向转变。这一转变也推动着电力企业对产品、服务和业务模式进行升级转型，从而满足消费者新需求并创造新价值。 根据埃森哲研究，能源消费者希望能源供应商可以跟上转型的步伐，提供数字化和多元化的一站式能源服务。例如，为了降低能源成本，73%的用户选择纯数字服务，80%的用户重视供应商的新产品或服务是否实现了个性化，65%的用户愿意分享自己的数据以便获得更好的服务，94%的用户认为便捷化是优化体验的关键，并对可以提供便捷、价廉服务的供应商更加青睐。 随着消费者偏好的改变，能源供应商也推出了更多新型的产品和服务，例如智能化设备（如智能家居、智能电表等）、个性化定制服务（根据用户的用能偏好提供定制化的能源套餐）、能效与家庭自动化系统（如家庭能效管理系统监测效率情况、自动抄表扣费等）和分布式能源、储能等电力产消合一系统安装、运维支持等服务。 能源系统整体效率提高：能效创新 随着科技的进步，能源系统在供能端和用能端的利用效率均在逐步提升。在用能端，通过用能改造服务和用电负荷管理实现了用户侧的能效提升；在供能端，能效通过煤电清洁转化高效利用技术，提高燃煤发电效率降低煤耗，以及增加可再生能源发电利用小时数等方式得以提升。 从2011年至2016年，一次能源强度平均每年改善2.3%，从2017至2019年，分别改善1.8%、1.1%和2.0%。受到疫情和同时期低廉能源价格的影响，2020年，能效提升方面的进展速率降至10年以来最低水平，仅为2019年的1/4。尽管2021年能效提升水平有望恢复至疫情前水平，但当前的改善速度仍然有待大幅 10|中国发电企业碳中和数字转型白皮书 提高。在国际能源署2050年净零排放情景2下，2020至2030年能效提升水平每年要达到4.2%，即到2030年累计提升50.9%才有可能实现2050年的净零（见图5）。 为了提升能源效率，世界各国也积极进行能源效率提升方面的研发与投入。从2000年至2020年，IEA成员国家的政府和国有企业显著增加了在能效研究、开发和示范（RD&D）方面的支出。其中，2000年能效提升方面的投资金额为18.34亿美元，到2020年已增长至60.99亿美元，年复合增长率为6.19%。如要完成2030年50.9%的累计能效提升，未来仍有巨大的投资空间。 年均能效提升 图5.一次能源强度年均改善比率 4.2% 2011-16 2017 2018 2019 2020 2021(E)净零情景 2020-2030 0.5% 1.1% 1.8% 1.9% 2.0% 2.3% 资料来源：IEA 中国电力行业低碳转型方向⸺三“替代”两“市场” 与全球电力行业低碳转型趋势相比，中国的电力行业同样经历着分布式发电逐步取代集中式发电、新能源发电逐渐取代传统能源发电，以及终端能源电能替代传统用能的趋势。在此基础上，中国的电力市场随着电力体制改革的深化和落地，市场化程度不断提升。同时，随着“双碳”目标的提出，中国的碳交易市场也在快速崛起，未来有望成为全球最大的碳交易市场（见图6）。 图6.三“替代”两“市场” 替代一 终端能源电能替代传统用能 电力交易市场化 市场化程度不断提升 替代二 新能源发电替代传统能源发电 替代三 分布式发电替代集中式发电 “三替代”“两市场” 中国电力行业转型 碳交易市场化 碳交易市场快速崛起 资料来源：埃森哲分析 中国发电企业碳中和数字转型白皮书|11 终端能源电能替代传统用能 在全球电气化进程持续推进的同时，中国电气化的步伐已经位于全球前列。2020年，中国的终端能源消费比例中，电能占比约为27%，预计到2060年，该比例将达到70%（见图7）。 图7.终端能源电气化占比预测 电能的替代效应，体现在能源终端消费结构正从以一次能源为主，向以二次能源为主转变。未来，电能将逐渐替代以煤炭为主的一次能源，成为终端能源的消费主力（见图8）。 从图表8所示的中国能源终端消费结构可以看出，从2010年至2040年，煤炭的占比将呈现持续下降趋势，而电能在终端消费的占比预计由2010年的18.17%增长至2040年的34.61%，电力替代效应明显。 图8.中国能源终端消费结构 电能占终端消费比石油电力生物质能 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 百万吨油当量 70% 56% 38% 42% 27% 2,800 2,600 2,400 2,200 2,000 1,800 1,600 1,400 1,200 1,000 800 600 400 200 0 煤炭天然气 热力其它可再生 34.61% 32.59% 30.36% 28.38% 25.37% 18.17% 762 844 916 521 670 300 35 30 25 20 15 10 5 0 20202030204020502060 资料来源：IEA 12|中国发电企业碳中和数字转型白皮书 201020182025(E) 资料来源：国际可再生能源署IRENA 2030(E) 2035(E) 2040(E) 新能源发电替代传统能源发电 目前，全球能源行业存量结构调整成为主要课题，电源结构清洁化日益显著，可再生能源发电将逐渐成为总发电量贡献主力