我国未来电力系统发展思考

第13届中国智能电网学术研讨会 我国未来电力系统发展思考 程时杰陈新宇陈霞 国网-华中科技大学未来电网研究院 辽宁大连 2022年7月26号 汇报提纲 引言 双碳转型下新型电力系统供需态势分析 3对双碳转型下新型电力系统的认知思考与建议 1引言 随着新世纪的到来，以人工智能和清洁能源利用为标志，人们开启了第四次工业革命。我们认为，之 所以将清洁能源的开发和利用作为新一次工业革命的标志，是因为：一方面，经过200多年的社会发展， 化石能源被不断消耗，终究会面临枯竭的危险。另一方面，由于人类长期使用化石能源资源，二氧化碳排放所产生的温室效应使全球气温上升，严重威助到人类生存环境的安全，能源转型非常紧追。 工业革命前第一次工业革命第二次工业革命第三次工业革命第四次工业革命 农耕时代机械化时代电气化代信息化时代 远古时朋的钻木取火 蒸汽机开始投入使用人类开始使用电力，计算机开始投入使 这次工业革命以人 到对蓄力的利用后，用机器代替人类 体力劳动。 深入到工农业生产，用，人类对于信息科学研究、人民正常的获取和应用取得 生活的各个方面。空前的发展。 工智能和清洁能源 的利用为代表， 180019002000 18世纪60年代19世纪70年代20世纪70年代21世纪至今 3/47 汇报提纲 引言 2双碳转型下新型电力系统供需态势分析 3对双碳转型下新型电力系统的认知思考与建议 2.1我国终端能源消费结构的分析 当前电能占我国最大的能源消费份额，其在终端能源消费中的占比还将持续快速上升 监* (2012) 我国能流图 2012年，电力占一次能源消耗的比重超过40% 中用2612年3国-2914年 2015，2018，2020年，电力在终端能源消费的占比为：22.9%，25.5%，27%，以后还会逐年上升 以化石能源为主体的传统电力系统面临化石能源枯竭和限制碳排放的双重压力。5/47 2.2我国未来碳中和电力供应格局分析 对我国各省、区电源建设情况进行调研和测算分析，预计到2050年： 2050年中国各区域发电机组组成及分布预计2050年全年跨区域电能输送情况（PWh） D 0.80130 陆上风电主要集中在三北区域：光海上风电成为实现东部沿海地区整体输电格局将由西电东送逐渐转 伏分布在西北、华北和南方区域电力去碳化的主要能源变为四周地区向中部地区送电 可再生能源将在成为我国未来电力系统中的主体能源 6/47 2.3我国可再生能源资源票赋分析 陆上风电： 海上风电： 光伏： 资源巨大，约25万亿千干瓦 》大陆资源京赋，约10万亿干 资源京赋，约100万亿千瓦 时，是电力需求的7倍： 瓦时，是电力需求的3倍： 时，是电力需求的28倍： 集中在三北区域。 集中在东部沿海地区。 集中于华北和西北、西南等区域。 ScienceAdvances,2020;Science,2009. 我国具有充足的可再生能源资源，可以支撑双碳自标的实现 /L 2.4大规模可再生能源并网消纳的挑战性问题 大规模可再生能源的间歇性与波动性与电力系统供需实时平衡的矛盾凸显：“三北”地区弃风、弃光一度十分严重，累计已超过干亿元人民币 ：东北、西北地区风电装机增速曾下降至3%，南方地区资源京赋差，投资回报低，积极性受影响。 ·双碳目标提出后，面向碳中和，风光装机规模大幅增加，确保电力的足额消纳将面临严重挑战 50F fo 10 0112012230320142015201620172013 90华北100n % (% 2011271220132014201529162017201 8/47 2.5我国部分大规模储能资源烹赋情况调研 诸能技术被认为是可以用来解决这一问题的有效方法，以下数调研据表明，我国有足够的可用的长时储能资源 压缩空气：抽水蓄能：矿井抽蕾：电动汽车： 优质盐穴分布在长江>近8亿干瓦的可建造抽利用废弃矿井建造抽>预计2050年我国电动流域及周边区域：蓄容量，各省分布相对水蓄能机组：汽车保有量4亿辆总容量约为43亿kWh平均：水头高度可达300米以单日可用电量为200 若按照10小时时长计上。亿kwh，按10%的调 算，调节能力可达80节能力计算，调节潜 亿kWh力达到20亿kWh 1/6 2.6需拓展应对可再生能源消纳挑战的新兴业态 实践表明，集中的、由上向下的调度和管控方式难以支撑海量分布式可再生能源、海量分散储能、大规模灵活负荷的接入。因此，需要从根本上改变思路，发挥我国的体制优势，动员全国人民的力量，共同参与人类能源的这一伟大变革， 能源革命 消费 革命 新兴 供给体制 革命革命业态 技术革命 10/47 汇报提纲 引言 2双碳转型下新型电力系统供需态势分析 3对双碳转型下新型电力系统的认知思考与建议 3双碳转型下对新型电力系统的新认知 两句话的概括 切实提高对电力双重属性的认识 充分挖掘出两类重要资源的潜力 挖掘电力的社会属性还原电力的商品属性拓展电力的信息价值优化电力的用户行为 12/47 3双碳转型下电力系统的新业态 挖掘电力的社会属性 充分发挥我国的体制优势，调动一切积极困素，圆满完成双碳的宏伟目标 还原电力的商品属性 制定完善合理的市场规则，利用价格无形之手，驱动实现节能减排的动力 DATA拓展电力的信息价值 ·释放电力信息的利用价值，促进社会高效转型，实现信息资源的增值效应 优化电力的用户行为 增强各行各业的节能意识，切实调动用户潜力，自觉优化电力的用电行为 13/47 3双碳转型下电力系统的新业态 挖掘电力的社会属性 充分发挥我国的体制优势，调动一切积极困素，圆满完成双碳的宏伟目标 还原电力的商品属性 制定完善合理的市场规则，利用价格无形之手，驱动实现节能减排的动力 DATA拓展电力的信息价值 ·释放电力信息的利用价值，促进社会高效转型，实现信息资源的增值效应 优化电力的用户行为 增强各行各业的节能意识，切实调动用户潜力，自觉优化电力的用电行为 14/47 3.1挖掘电力的社会属性 挖掘电力社会属性的目的之一，在政府管理层面，充分发挥政府的行政能力，为实现双碳目标，制定合理可行的政策法规，在保护全社会参与新能源电力系统建设和运行积极性思想的指导下，制定相应的保障措施，以保证全民参与双碳转型工作的有序进行。具体表现在如下两个 方面： 合理电力政策法规的制定 2政策法规的监管与执行 15/47 3.1.1政策法规的制定原则 新型电力系统建设，不仅涉及电力系统自身安全、经济、高效运行，而直涉及国家安全、社会稳定、人民生活、科技进步、经济发展、双碳转型等多维因素：处理好行业与社会、电力系统自身发展与国计民生的关系十分重要。 经济发照 科技进双微转型 人民生活国家安全 社会稳定 16/47 3.1.3理顺责权利关系 制定合理可行的电力宏观政策与法规，采用相应的机制与技术，协调好发、输、配、用各参与方的责、权利，处理好整体与局部、短期与长期的关系，促进新能源电力系统的有序建设，在提高对可再生能源消纳的 同时，确保电力系统的安全、稳定运行。 政策与法规机制与技术 碳排放交易可再生能源分布式点对基于区块链的分消纳配额点交易布式交易架构 体制与政策创新 管理层各部门 机制与技术创新 政府层生产层运营层管理层研发层服务层 由电能生产到消费不同环节 发甲配电用电 18/47 3.1.4制定监管与执行机制 有效的监管和执行是政策法规落到实处的保障、是切实保护电力社会属性的基础 需要将机制设计和先进技术实现有效衔接 电力市场：碳市场：分布式可再生能源绿电认证与 正视我国电源结构高度集中注重碳排放的精准计量与监测：潮源： 化的特点；强化电-碳市场三方监管的职能。智能合约与区块链认证技术； 加强市场事前、事中、事后实现具有公信力的海量分布式 的科学监管，重视电力的社可再生能源认证与潮源 会属性。 ockchall Energy 19/47 3.1.5涉及学科 新型电力系统的建设，不仅需要电气工程学科内涵的发展，而且需要涉及电工、能源、建筑、交通、环境、气候、经济、管理、法律等多个学科门类，实现广泛的学科交叉与融合非常必要 电子E交通 法律 能源电力系统 经济环境 社会经济系统资源环境系统 管理气候 20/47 3双碳转型下电力系统的新业态 挖掘电力的社会属性 ·充分发挥我国的体制优势，调动一切积极困素，圆满完成双碳的宏伟目标 还原电力的商品属性 ·制定完善合理的市场规则，利用价格无形之手，驱动实现节能减排的动力 DATA拓展电力的信息价值 ·释放电力信息的利用价值，促进社会高效转型，实现信息资源的增值效应 优化电力的用户行为 增强各行各业的节能意识，切实调动用户潜力，自觉优化电力的用电行为 21/47 3.2还原电力的商品属性（电力市场体系框架） 电力市场可以理顺价格形成机制，还原电力商品属性。以系统性、体系化电力市场设计， 调节供需平衡，促进资源合理高效配置。电力市场体系框架如下： 市场力监测与风险管控 电能量批发市场电力零售市场 价格信号 中长期合约 市场 现货市场零售平台售电商 需零瑞应 省间电力市场 系统客量充格性新建机组净成本促进可再生能源消纳绿电零售套额 容量补偿机制可再生能源配套机制 容量补贴机制福序渐进容量市场机制绿证市场储能市场绿电交易碳市场其他市场配套机制 金融输电权机制信息披露机制分布式交易 22/47 3.2.1电力市场体系中的关键环节 以下是若干电力市场体系中的关键环节，合理设计这些关键环节，准确反映电力供需的时空变化规律，可引导电力资源的优化配置，并实现风险防控 电力现货市场绿电绿证市场 赋予电能时间空间属性货币化可再生能源绿色效益 调控供给需求时空转移市场化手段促进新能源发展 电力容量市场电力零售市场 保障系统充裕性与可靠性传导现货市场的价格波动 量化系统可靠性的贡献实现售电公司的风险管控 储能的市场价值分解分布式交易机制 理顺安全稳定的贡献提升用户侧投资新能源积极性 体现灵活资源的潜在价值挖掘用户侧灵活性资源 23/47 3.2.2-电力现货市场 电力现货市场是电力市场✁核心，可根据短时供需关系形成分时、分区电价，为市场✁发、用、电主体提供价格信号，能有效引导用户进行需求侧响应，促进可再生能源消纳 随着双碳转型✁深入，大规模零边际成本✁可再生能源比例逐渐扩大，将对电力现货 市场✁盈利能力产生巨大冲击 现货市场定价基于边际成本随着可再生能源渗透率✁上 升市场出清价格急剧下降 风电、火电利润同时下降 in .00 ✲价曲线 ✲价曲线 (20GW 电） 由于光伏装机容量✁增加导致CAISO形成了 Coe 风电出力对MISO系统集总✲价曲线✁偏移 中间低两边高✁”鸭形”负荷曲线导致出清电价大幅降低24/47 3.2.3电力零售市场 面向现货市场开启后✁新零售市场，其根本特征与使命是 对剧烈变化✁现货市场价格信号，要控制购电成本骤变✁风险 对实时变动✁现货市场出清价格，要实现价格信号有效传导，激发需求侧资源✁ 有效响应。 现货市场 现货市场 电力用户 泰售市场 25/47 3.2.4电力容量补偿机制 由于现货市场自身无法保障电源投资成本✁回收，需要建立容量补偿机制，客观衡量火电机组、储能、水电、新能源对系统✁容量贡献，确保系统充裕性，保障可持续发展，考虑到容量补偿机制✁复杂性，其建设需要从简单到复杂，从容量补贴向容量市场机制逐步过度，其中：补偿范围、补偿强度、用户侧分摊方式以及考核方式是机制设计中✁ 关键问题。 共性问题需求曲线制定 市场力监控 补偿机组范围机组可补偿容量✁确定 容量补贴机制容量市场机制 单位容量补偿强度✁确定用户侧费用分摊 输电阳塞 价格上下限 其他问题讨论出清方式 步过渡 26/47 3.2.5建立强制性✁绿证交易市场 绿证市场✁建立将可再生能源带来✁绿色效益货币化，为新能源企业提供额外✁现金流，减轻财政补贴压力，用市场化手段促进可再生能源发展 财政激励：税收抵扣、保授权监管机构具体政府强制绿证市场与 可障性收购实施配额制电力市场✁关系 指标（责任实体） 配套市场：强制性