电力系统碳中和路径与新型电力系统构建关键

电力系统碳中和路径与新型电力系统构建关键技术 迟永宁教授级高工博士生导师中国电力科学研究院有限公司 电力系统碳中和研究中心书记、副主任 2023年4月12日北京.中关村论坛 气候变化问题带来的全球生态挑战 国家电网 中国电力科学研究院 口化石燃料消费带来的温室气体（主要是C○）排放是全球气温升 高（温室效应）的主要原因，如果不采取措施，本世纪未全球温升会超过4℃，导致冰川融化、海平面上升、物种灭绝、粮食减产，带来全球化灾难。 口《联合国气候变化框架公约》各缔约方在2015年巴黎协定一致同意了本世纪全球温升控制目标：将全球平均气温升幅较工业化前水平控制在显著低于2°C的水平，并向升温较工业化前水平控制 在1.5°C努力。（2015年12月12日在巴黎气候变化大会上（第 21次缔约方会议），近200个缔约方一致同意通过。） "Holdingtheincreaseintheglobalaveragetemperaturetowellbelow2'Cabovepre-industrialevelsandpursuingeffortstolimitthetemperatureincreaseto1.5Cabovepre-industriallevels. 2 中国双碳(碳达峰、碳中和)自标承诺 国家电网 中国电力科学研究院 口2020年9月22日，习近平主席在第75届联合国大会 股性辩论上发表讲话，承诺中国在应对气候变化方面的自主贡献。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。电（Weaimto平台发 haveCO2emissionspeakbefore2030andachieve carbonneutralitybefore2060. 口2021年3月15日，中央财经委员会第九次会议，提出：实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻 的经济社会系统性变革.如期实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标。要构建清洁 低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动 深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统 3 国家电网 中国电力科学研究院 第1部分电力系统碳中和路径 第2部分新型电力系统构建关键技术 第3部分新能源并网的系统级问题 国家电网 1.1碳中和概念中国电力科学研究院 什么是碳中和 2030年前碳达峰 碳中和定义：国家、企业、产品、活动或个人在一定时间内直接或间接产生的二氧化碳或温 30-60双碳目标 2060年前碳中和室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等 形式，以抵消自身产生的二氧化碳或温室气体 中国电工技术学会新排放量，实现正负抵消，达到相对“零排放" 8,000 达峰12,000 6,000 政治2050年远景目标：达峰10,000 从2035年到本世纪中8,000 √经济叶把我国建成富强、民4,000达峰 主、文明、和谐、美丽2,000达峰 6,000 4,000 科技、教育、文化等 的社会主义现代化强国 2,000 0 生态环境(二十大表述) 美国欧盟日本中国(右轴) 5 国家电网 1.1碳中和概念中国电力科学研究院 我国所面临的挑战 我国是全球最大的碳排放国，在我国CO?排放总量中，能源生产和消费相关活动碳排放占比较高推进能源绿色低碳转型是实现碳达峰、碳中和目标的关键。（时间最短、转型强度最大 我国电力行业占全国排放量的40%，落实双碳目标，能源是主战场，电力是主力军，未来电力行业碳减排将成为我国双碳战略实施的核心新媒体平台发布 欧盟碳边境调节机制（即碳关税）的启动是低碳发展历程上的里程碑事件，全球即将迈进“碳关 税”时代，势必给我国绿色低碳发展带来机遇和挑战 6 国家电网 1.2双碳相关政策中国电力科学研究院 指导思想 中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理 口《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰 念做好碳达峰碳中和工作的意见 新华社北京10月24日电 中共中央国务院关于完整准确全面类衡新发愿重生做好费达健或中和工作的 碳中和工作的意见》、《2030年前碳达峰行动方案》指出，实现国务院关于印发2030年前碳达峰 行动方案的通知 碳达峰、碳中和，是以习近平同志为核心的党中央统筹国内国际国复【2021】23号 两个大局作出的重大战略决策， 各省、自治区，直辖市人民政府，国务院各部委、各直属机构： 现将《2030年前碳达峰行动方案》印发给你们，请认真贯彻执行。 国务院 口为构建碳达峰碳中和"1+N”政策体系指明了方向，提出了重点 实施能源绿色低碳转型行动、节能降碳增效行动、绿色低碳科技 创新行动等“碳达峰十大行动”重点任务。 ，宝化能原和相 （本文有减） 2030年前碳达峰行动方案 2021年10月24日 为深入贯彻落实竞中央，国务院美于碳达峰、医中和的重大战略 港衣，坚决维护我国发图收菌一、总体要求 口碳中和目标到2060年，绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低决策，扎实推进碳达峰行动，制定本方案， 碳安全高效的能源体系全面建立，能源利用效率达到国际先进水 （一）指导思想。以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，企面货彻党的十九大和十九届二中，三中、四中，五中全会精神，详 平，非化石能源消费比重达到80%以上，碳中和目标顺利实现 人员彻习近平生态文明思想，立足新发展阶段，完整、准确、全面费 彻新发展理名，构建新发展格局，坚持系统观名，处理好发展和减排、款体和局部、期和中长期的关系，我筹稳增长和调结购，把碳达峰， 生态文明建设取得丰硕成果，开创人与自然和谐共生新境界 医中和纳入经济社会发展全局，坚持“全国统筹、节约优先、双轮驱 1.2双碳相关政策 国家电网 中国电力科学研究胶 碳核算、计量、监测 《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻加强二氧化碳排放统计核算能力建设，提升信息 新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》和 化实测水平。 《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发 《2030年前碳达峰行动方案》提出：推进碳排展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》2021.9 放实测技术发展，建立统一规范的碳排放统计提出遵循“核算为主、监测为辅”的原则，探索 核算体系，健全法律法规标准，提高统计核算 建立重点排放单位温室气体排放源监测的管理体系 和技术体系，在火电行业率先开展CO,排放在线监 水平。2021年碳排放统计核算工作组成立测试点。 生态环境部《"十四五”生态环境监测规划》 国家碳达峰碳中和工作领导小组碳排放统计核算工作组 2021.12 加强能源、工业、交通运输、城乡建设、农业农村等重点领域计量技术研究，探索推动具备条件的行业领域由宏观“碳核算”向精准“碳计量”转变。国家市场监督管理总局《“十四五”市场监管 发改委统计局生态环境部市场监管总局科技发展规划》2022.3 8 国家电网 1.2双碳相关政策中国电力科学研究院 能源电力行业相关其他政策 2022年8月1日，工业和信息化部、国家发展改革委、生态环境部三部门联合印发《工业领域碳达峰实施方案》，明确到2025 年，规模以上工业单位增加值能耗较2020年下降13.5%，重点行 业二氧化碳排放强度明显下降。确保工业领域二氧化碳排放在 2022年6月29日，国务院国有资 产监督管理委员会令第41号《中央企业节约能源与生态环境保护监督管理办法》发布。 对象：中央企业，指国务院国有 2030年前达峰。方案提出了六大重点任务和两大重点行动资产监督管理委员会（以下简称国资 六大重点任务 两个重大行动委）根据国务院授权履行出资人职责 深度调整产业结构深入推进节能降碳是重点行业达峰行动，聚焦重点行业 的国家出资企业 积极推行绿色制造 大力发展循环经济降低碳排放强度，控制碳排放量。原则：坚持绿色低碳发展，坚持 加快工业绿色低碳主动推进工业领域 技术变革数字化转型 是绿色低碳产品供给提升行动，发挥 绿色低碳产品装备在碳达峰碳中和工作 节约优先、保护优先，坚持依法合规 中的支撑作用坚持企业责任主体 9 1.3中国电力系统碳中和演化路径 国家电网 中国电力科学研究院 口2021年电力行业碳排放42亿吨，在2028年前后进入峰值平台期，45亿吨左右，逐步用30年时间 发展为零碳电力系统。新能源装机达到52亿干瓦，发电量占比升至61%，水电、核电发电量达至到 13%、16%，煤电、气电发电量降至7%、3%，CCUS应用规模进一步扩大。 亿吨100% 50第一阶段%06 45%08 中国电工技术学会 40 35碳达峰 70% 第二阶段60% 3050% 2540% 20第三阶段30% 15深度低碳20% 1010% 5 零碳0% 2020年2025年2030年2035年2040年2045年22050年2055年2060年 0 2020年2025年2030年2035年2040年2045年2090年2055年2060年■煤电■气电■核电■常规水电■风电■太阳能发电■生物质发电 10 电力行业碳排放趋势变化2020-2060年我国发电量结构变化 1.4企业碳达峰碳中和重点工作 国家电网 中国电力科学研究院 口做好碳管理工作一一管理体系 建立完善碳管理体系。加快制定碳管理办法，健全碳管理制度，进一步明确节能降碳管理内容职责分工、业务流程、指标管理和考核要求等。做好碳管理专项规划编制工作，统筹做好碳规划、碳指标、碳产业、碳技术等各项工作。 口做好碳管理工作一一指标管控 加强综合能耗及涉碳指标管理。全面承接央企负责人任期考核指标，系统梳理办公生产全环节、全领域节能、降碳、环保指标清单，将方元产值综合能耗、方元产值碳排放等，分解纳入企业负责人业绩考核，压实各级责任。 碳管理体系 碳排放 碳规划碳指标碳产业碳技术 11 国家电网 中国电力科学研究院 第1部分电力系统碳中和路径 第2部分新型电力系统构建关键技术 第3部分新能源并网的系统级问题 12 2.1新型电力系统面临全面挑战 国家电网 中国电力科学研究院 随着电源主体发生根本变化，新型电力系统将主要面临电力电量平衡、系统安全稳定、能源电力深度脱碳三个方面的巨大挑战 电力电量平衡 定支撑机理还需明确 碳支撑技术突破 电力系统中发电和用电瞬间 新能源接入电压支撑较弱 能源电力系统转型中煤电 完成，发电功率和用电负荷 交流系统短路比不足系统强 核电、天然气发电演进路径 实时平衡。随机性的电源波 度变低；电力电子装置的快 CCUS、储能、电制氢等前 动、负荷冲击形成的问题将 速响应特性，带来宽频振荡 瞻技术快速发展，单一技术 对电力电量平衡产生极大影 等与电力电子相关的新稳定 实现电力零碳排放的经济挑 响。 形态。 战巨大。 源荷双侧随机波动影响适应新型电力系统的安全稳能源电力系统深度脱 充裕性、灵活性安全性、稳定性创新技术、经济性 13 2.2系统电力电量平衡问题 国家电网 中国电力科学研究院 系统电力电量平衡 1）新能源最小出力处于较低水平，对系统电力电量平衡和供电保障支撑能力不足， 2019年各省、各区域、国网经营区新能源最小日平均出力水平分别为3.6%、8.0%和10.7%，新能源最小瞬时 出力水平分别为0.2%、1.1%和5.0%，区域间互补效果不明显。 2）寒潮等极端气候下电力供应需求增加，电力供应保障难度加大， 我国中东部非供暖区域过去35年共发生寒潮43次学单次最大影响面积为110万平方公里，气温最大下降14°，负 荷最大增长可达2亿于瓦 7003）新能源发电与用电季节性不11% 600 +负荷风电 500 匹配，存在季节性电量平衡难题 10% 4009% 300 200 新能源月度电量分布与负荷%8 100 需求不匹配，夏季负荷电量高 风,电出力风电装机而新能源发电量低，存在季节性 7% 6% 1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月 月份 桌省风电连续数日小出力曲线 电量平衡难题。 风电发电量月度分布与负荷需求 (某周