西北地区电力系统低碳转型探索：以陕西省2021-2030年转型路径为例
西以陕北西地省2区021电-20力30年系转统型低路径碳为转例 型探索 2022.08 关于落基山研究所（RMI） 落基山研究所(RMI)，是一家于1982年创立的专业、独立、以市场为导向的智库。我们与政府部门、企业、科研机构及创业者协作，推动全球能源变革，以创造清洁、安全、繁荣的低碳未来。落基山研究所致力于借助经济可行的市场化手段，加速能效提升，推动可再生能源取代化石燃料的能源结构转变。落基山研究所在北京、美国科罗拉多州巴索尔特和博尔德、纽约市、加州奥克兰及华盛顿特区设有办事处。 作者与鸣谢 作者 刘雨菁，姚远，邹乐乐 除非另有说明，所有作者均来自落基山研究所。 其他作者 落基山研究所：高硕，李婷，刘子屹，周勤 西安交通大学：刘炳文，吴雄 国网时代储能发展有限公司：马金鹏 作者姓名按姓氏首字母顺序排列。 联系方式 刘雨菁，yujingliu@rmi.org姚远，yyao@rmi.org 版权与引用 刘雨菁，姚远，邹乐乐，西北地区电力系统低碳转型探索-以陕西省2021-2030年转型路径为例，落基山研究所，2022 鸣谢 本报告作者特别感谢以下来自企业和研究机构的专家对报告撰写提供的洞见与建议。 张永强，隆基绿能科技股份有限公司李强，隆基绿能科技股份有限公司李志栋，隆基绿能科技股份有限公司樊江涛，大唐陕西发电有限公司 郭崴，大唐陕西发电有限公司 王伟，国网陕西省电力公司经济技术研究院 韩雪，国务院发展研究中心资源与环境政策研究所焦在滨，西安交通大学 刘宸，西安高压电器研究院 贺晓，国网西北分部调度控制中心 特别感谢陕西省能源局、ClimateImperativeFoundation和能源基金会对本报告的支持。本报告所述内容不代表以上专家和所在机构，以及项目支持方的观点。 目录 导言5 2陕.1西负荷省与电资力源分系布统特点 2. 1.西北地区与陕西省电力系统低碳转型背景7 ...............................................................12 ..............................................................................................................................12 2.2电网结构与运行14 3陕.1西路径省设2计0与21假-设2030电力系统低碳转型路径分析 3. 2.3电力市场改革进度15 ................................16 ..............................................................................................................................16 3.2电力供给结构17 3.3各类机组运行状态18 3.4电力系统运行特点21 3.5电力系统潜在投资规模22 4陕.1西分阶省段电、分力类系型，统识别低煤碳电转安全型稳的步转挑型战的与时间机表遇 4. 3.6电力系统碳达峰与碳排放总量23 ...............................24 ......................................................................24 4.1.1煤电阶段性角色转变24 4.1.2积极探索燃料替代25 4.1.3布局煤电备用与退出26 4.2创造市场与监管条件，保障可再生能源的可持续大规模发展28 4.2.1完善新能源投资回收机制28 4.2.2充分发挥分布式可再生电源潜力31 4.3大力发展多样化的低碳系统灵活性资源，提高可再生能源消纳能力32 4.3.1充分挖掘省内灵活性资源32 4.3.2加速推动省内储能科学发展33 4.4背靠西北电网，面向中东部地区，增强省间互济与外送清洁化36 4.4.1加强西北地区省间互济36 4.4.2提高陕西外送电量清洁比例37 4.5统筹考虑系统性转型，积极谋求新增长动力38 6.附录 5.结论与建议40 .........................................................................44 6.1模型介绍44 6.2REMI模型介绍45 7.参考文献46 导言 2020年9月，中国宣布了2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的国家战略目标。这一目标的提出，不仅为中国实现低碳发展进一步明确了阶段性目标，也意味着中国的能源革命将进一步深化，此举在国内国际社会引发强烈关注与反响，关于具体实施路径的讨论也在各行业领域广泛展开。 电力是确保社会经济繁荣发展的基础行业，同时也是碳达峰、碳中和目标下能源系统转型的排头兵和主力军。一方面，电力系统在我国碳排放中占比最大，但也已经初步具备了技术成熟、成本可控的低碳替代方案；另一方面，工业、交通、建筑等终端用能部门的低碳转型也需要进一步提高电气化率和低碳电力的使用比例。 电力系统的低碳转型需要在确保电力系统安全稳定运行的前提下稳步提升零碳排放电源容量和电量的占比。2021年4月，习近平在出席领导人气候峰会等讲话中提出，中国将严控煤电项目，“十四五”期间严控煤炭消费增长，“十五五”时期逐步减少；10月，《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》指出要“构建以新能源为主体的新型电力系统，提高电网对高比例可再生能源的消纳和调控能力”。 在国家中长期目标的定位之下，各省（自治区/直辖市）的计划与行动是切实推动碳达峰、碳中和目标落实的重要保障。省级研究对电力系统低碳转型尤为重要，因为省级电网一直以来都是中国电力系统运行的核心单元，是电力系统规划、系统频率控制与供需平衡和电力市场建设的最主要模块。与此同时，我国地域辽阔，各地区或省份拥有不同的经济结构、增长动力、资源禀赋等条件，在电力系统低碳转型的共同目标下面临着差异显著的挑战与机遇，必须从实际出发，识别阶段性抓手，在区别讨论的同时形成可复制推广的经验，从而高效且有序推进低碳转型工作。 落基山研究所自2019年末在《中国2050：一个全面实现现代化国家的零碳图景》中展示了国家层面碳中和宏观图景后，一方面持续深入探讨电力系统零碳化增长所面临的技术与机制上的挑战和应对措施，发布了《电力增长零碳化（2020-2030）：中国实现碳中和的必经之路》和《电力市场与电价改革：通向零碳电力增长和新型电力系统的必由之路》等系列报告；另一方面也持续致力于区域和省级电力系统系统转型，针对各个典型地区和省份开展深入分析，发布了《西北地区碳中和：路径与系统性转型探索》等系列报告。 西北地区对我国电力系统至关重要，是我国能源资源聚集地之一，不仅拥有大量以煤炭为代表的传统能源和其他矿产资源，也具备领先全国的风力和光照资源。在电力系统低碳转型的大趋势下，西北地区面临着从大规模高比例煤电向新能源逐步过渡的挑战。与此同时，西北地区作为我国重要的能源电力基地，总发电量中超过28%外送到区域外的其他省份，其电力系统低碳转型还将拥有显著的外部效应，为国家的能源转型提供支撑、打造最佳实践。 本报告聚焦西北区域内GDP最高、人口最多、煤电装机比例最大的的陕西省，以其电力系统现状及2030电力需求预测及电力发展规划为基础，以科学计算和仿真分析为手段，在借鉴国际和国内经验的基础之上，通过深入的研究提出了符合陕西省电力发展改革的政策建议。 陕西省煤炭资源禀赋高，同时风光资源水平也处于全国平均之上。在过去几年，陕西省已经形成了可再生电源高速发展、占比迅速提高的良好发展格局。基于这样的现状，本项目设计了基础情景、稳步减排情景、加速减排情景三个不同的量化分析情景，从而探索未来十年陕西电力系统低碳转型的路径。 研究结果显示，陕西省应该遵循能源系统低碳转型“先立后破”的原则，在“十四五”期间通过政策和市场双重手段，加速推进零碳电源发展、积极部署零碳系统灵活性资源，为“十五五”期间碳达峰及之后的安全稳步转 型打下坚实基础。在此思路下，陕西省完全可以在技术可行、成本可控的前提下，在2030年前进一步提速发展，达到稳步减排场景中的目标，即含水可再生消纳（含外购清洁电力）比例从2021年的35%上升至2030年的43%，煤电发电比例从2021年的64%下降到2030年的57%，并在2028年实现煤电发电量达峰。在此基础上，若能进一步从以下几个方面推动政策和市场的双轨支撑，将可以进一步接近加速减排情景，使得煤电发电达峰年份提早到2025，从而成为重煤省份中的电力系统低碳转型排头兵： •推动电力价格机制改革，为可再生能源可持续大规模发展保驾护航：结合电力市场改革发展阶段，近期加速完善以多年拍卖机制和购电协议为代表的可再生电源投资回收机制，并积极探索分布式可再生电源的规模化开发模式和分布式电力交易。 •大力发展省内低碳的系统灵活性资源，提高可再生能源消纳能力：短期内，加速推进存量火电灵活性改造，结合省内产业结构对不同类型的负荷进行灵活性摸底调查、形成有针对性的激励措施、促进需求侧成为电力市场的关键主体，尽早开动新一轮抽水蓄能项目的评审和建设，并充分结合省内电力系统运行特征，从而科学、高效地推动化学储能发展。 •在加速发展低碳替代方案的前提下，分阶段、分类型地识别煤电安全稳步转型的发展时间表：“十四五”期间，陕西电力系统对煤电依赖度的降低应该先从电量替代入手，大力发展以可再生能源为主的零碳电源。与此同时，煤电仍将担负着重要的系统灵活性角色，如何加速推广零碳短时灵活性替代方案将是未来十年的重要任务。在“十五五”期间，煤电的主要角色应集中在满足长时灵活性与供热需求,并可以逐步启动部分机组转向备用或者退役。 •完善跨省跨区电力交易机制，提高新建特高压线路的清洁外送水平：背靠西北电网、面向中东部地区，陕西可以从两个层面积极参与省间互济，一个是从“硬件”层面持续推进基础设施建设，配合新能源电源的发展加强配套电网和灵活性资源的规划建设，全面提升区域内大电网平衡能力及系统外送能力。二是强化电力市场机制的“软件”支撑，通过多层次、多维度的竞争性市场价格信号，促使电力系统多个环节协调发展、积极互动，从而提升系统灵活性和互济程度。 •加速推进经济增长与煤电投资的脱钩，积极谋求新增长动力：增加可再生能源部署，在风电、光伏、储能等可再生发电方面，加快步子、加大投资，激励省内经济发展和就业，尽快实现经济增长与煤电投资的完全脱钩。同时，考虑到煤电转型对煤炭行业本身仍会有一定影响，建议利用好省内资源优势，加快煤化工产业及煤制品加工业的布局和发展，为平稳转型提供支撑。 本报告希望以陕西省为典型，展示煤电依赖度较高的省份或地区如何加速建设新型电力系统，为推进电力系统低碳转型提供思路和方案，从而切实支撑国家气候目标，也为其他省份乃至其他国家与地区的电力行业低碳转型提供借鉴。 1.西北地区与陕西省电力系统低碳转型背景 2020年9月22日，中国国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布：“中国将提高国家自主贡献力度，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，努力争取2060年前实现碳中和”。中国碳达峰、碳中和目标的提出，在国内国际社会引发强烈关注与反响，关于具体实施路径的讨论也在各行业领域广泛展开。在国家中长期目标的定位之下，各地区、省份（自治区/直辖市）的计划与行动是切实推动碳达峰、碳中和目标落实的重要保障。 落基山研究所在2021年发布的《西北地区碳中和路径及系统性转型探索》报告1中指出，西北地区是中国能源资源的聚集地之一，不仅拥有大量的煤炭等传统能源和其他矿产资源，也具备丰富的风力资源和充足的光照环境。在能源转型大趋势的推动下，西北地区面临着从大规模高比例传统能源为依托的高耗能产业向
