西北地区电力系统脱碳途径

中国西北电力系统脱碳 以陕西省为例2021 报告/2022年12月 作者和致谢 Authors 刘玉晶元瑶邹乐乐 其他贡献者 ShuoGao,RMI李婷，RMI刘子怡，RMI秦洲，RMI 刘炳文，西安交通大学吴熊，西安交通大学 马金鹏，国网时代仓储开发公司 作者按字母顺序列出。除非另有说明，否则所有来自RMI的作者。 联系人 刘玉晶,yujingliu@rmi.org YuanYao,yyao@rmi.org 版权和引文 刘玉晶，袁瑶，邹乐乐，西北地区电力系统脱碳研究——以陕西为例 省2021-30年，RMI，2022年，https://rmi.org/insight/power-system-脱碳-pathways-china/. RMI重视合作，旨在通过分享知识和 见解。因此，我们允许感兴趣的各方通过创意参考、分享和引用我们的工作 CommonsCCBY-SA4.0许可证。https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/. 除非另有说明，否则所有使用的图像均来自iStock.com。 Acknowledgments 作者希望感谢以下专家对这项工作的见解和观点：张永强，隆基绿色能源技术公司 李强，隆基绿色能源技术公司李志东，隆基绿色能源技术公司大唐陕西发电公司江涛范 魏国，大唐陕西发电公司 王伟，国网陕西省电力公司经济技术研究院薛涵国务院发展研究中心 焦宰斌，西安交通大学 陈柳，西安高压电器研究所 国家电网西北调度控制中心小何 此外，特别感谢陕西省能源局、气候变化和能源基金会中国支持这份报告。 这些组织的专家，他们的专家和他们的计划支持者不负责这项工作。 关于RMI RMI是一家独立的非专业公司，成立于1982年，通过市场改造全球能源系统- 驱动的解决方案，与1.5°C的未来保持一致，并为所有人确保清洁，繁荣，零碳的未来。我们在世界上最关键的地区工作，并参与企业、政策制定者、社区和 非政府组织确定和扩大能源系统干预措施，至少将减少温室气体排放 到2030年50％。RMI在科罗拉多州的玄武岩和博尔德市；纽约市；加利福尼亚州奥克兰；华盛顿特区；并在中华人民共和国北京。 目录 执行摘要05 项目背景和目标08 陕西电力系统的特点15 负荷和资源分配15 网架结构与运行17 电力市场改革19 陕西电力系统脱碳路径21 路径的假设与设计21 陕西供电展望23 各电厂运行状态24 电力系统运行特性展望28 电力系统脱碳的潜在投资29 电力系统碳峰和总CO2排放量30 陕西电力系统面临的机遇与挑战31 脱碳 按阶段和厂型划分的煤电过渡时间线31 煤炭发电厂的角色转变31 燃煤电厂的燃料替代33 煤电厂作为备用或逐步淘汰34 推进定价机制改革确保可持续发展34 Renewables 完善可再生能源投资回收机制34 释放分布式太阳能和风能的潜力36 开发不同的低碳灵活性资源，改善可再生能源38 消费能力 利用当地的低碳资源38 通过市场和策略优化存储部署40 加强省际电力市场增加清洁能源出口42 加强省际电力贸易43 增加清洁能源在电力出口中的份额43 系统转型与新的经济增长动力44 结论和建议46 词汇表51 尾注53 执行摘要 2020年9月，中国宣布了到2030年实现碳峰值和碳排放的国家目标到2060年中立。这一目标阐明了中国实现低碳发展的分阶段方法 以及电力系统转型。这些双碳目标得到了广泛的关注在国内和国际上，并推动了对特定fic实施计划的讨论各种行业。 电力系统在社会经济发展中起着至关重要的作用,电力系统过渡也将是实现双碳目标的主要驱动力。电力系统账户 中国碳排放量的最大份额，并且已经初步发展了低碳 具有成熟技术和可行成本的替代解决方案。增加电气化fi阳离子率和增加低碳电力的使用也是其他部门脱碳的主要方法， 如工业、运输和建筑。 电力系统的脱碳需要更高的零碳电力渗透率，而 确保电网的安全稳定运行。2021年4月，在领导人气候峰会上，习近平主席表示，中国将严格控制煤电项目和煤炭增长 “十四五”期间的煤炭消费量，逐步减少煤炭消费量 第15个FYP期间。2021年10月，中国发布二氧化碳峰值和全面忠实贯彻新发展哲学的碳中和其目的是 以“构建以新能源为主导的新电力系统，提高电网的消纳能力和调度[a]高比例的可再生能源。“1 在中国雄心勃勃的中期和长期国家承诺下，各省(自治 regionsormunities)havestartedtomakeplansinordertoachievetheirowndualcarbongoals.In 中国省级研究对电力系统脱碳尤为重要，因为 省级电网一直是我国电力系统规划和运行的核心单元。各个地区或省份的自然资源禀赋、经济结构和 经济增长的驱动力，有必要为每个省定制脱碳途径。 RMI发表了一系列报告，探讨了中国可以用来实现碳中和的途径国家一级的目标，如中国2050：完全发达的零碳经济报告，其中于2019年底发布。2RMI团队还提供了有关技术和市场等主题的见解这些报告中促进零碳电力的机制：中国零碳电力增长 2020年代：迈向碳中和的重要一步and中国电力市场与定价机制研究迈向零碳电力增长和新电力系统的重要一步。3此外，RMI继续 对省级和区域电力系统改造工作进行深入分析，如中国- 语言出版物中国西北地区碳中和路径与系统转型[J].4 西北地区对中国的电力系统至关重要，因为它拥有丰富的自然资源，包括煤炭和可再生燃料资源。在电力系统脱碳的大趋势下， 西北地区正面临从煤炭向可再生燃料过渡的挑战。同时西北地区是中国最重要的能源基地之一，约有28%的总发电量出口至其他省份，截至2021年。随着跨区完成 输电线路和大型能源基地的出口比例将持续增长。因此，电力西北地区的系统脱碳也将产生显著的影响，并将提供最好的国家电力系统的实践。 我们的项目以陕西省为案例研究。该省的GDP最高，最大 population,andthelargestshareofcoalinitsgenerationmixinthenorthwestregion.Thisreport 基于仿真模型和定量分析。 陕西享有丰富的煤炭资源，风能和太阳能资源水平也高于全国平均。在过去的几年中，陕西的可再生能源发展迅速，占 可再生能源发电继续增加。鉴于陕西的资源禀赋和 根据电力系统的特点，本项目包括三个不同的情景分析，探索未来十年陕西电力系统的脱碳途径。这三种情景是 基线方案、减排方案和加速减排方案。 研究结果表明,陕西应加快发展零碳发电 在第14个FYP期间，通过政策和市场机制实现零碳fi灵活性资源。这将为15个FYP期间及以后的安全稳定过渡奠定坚实的基础。它是陕西在2030年前进一步加快可再生能源发展是可行的，以实现 减排方案下设定的目标。目标包括增加可再生能源的份额 发电量(包括水电和清洁能源进口)占总发电量的35%到2021年 2030年的43%；煤炭发电占总发电量的比重将从2021年的64%下降到 2030年为57%；而电力系统的碳排放总量预计在2028年达到峰值。 更接近加速减排情景，并移动碳排放峰值 到2025年(提前三年)，陕西可以进一步推动政策和市场以下机制： •推进电价机制改革确保可再生能源可持续发展 能源:从短期来看，提高可再生能源投资回收率很重要以基于拍卖的多年合同和长期购电为代表的机制 协议（PPAs）。同时，陕西应积极追求发展和动力大型可再生能源和分布式可再生能源项目的贸易。 •加快当地零碳资源的开发，提高可再生能源 能耗能力：从短期来看，陕西应加快现有fi的回归 火力发电厂提供fi灵活性，并对需求侧的fi灵活性进行深入研究 对于主要行业。此外，陕西应在更多的地方推广电池储能和抽水水电精通方式，并建立定制的市场激励措施，以使需求方成为关键力量市场参与者。 •确定一个特定的时间线，用于按阶段和工厂对煤电进行安全和平稳过渡 类型，同时开发其他低碳替代品：十四五期间，陕西应通过发展可再生能源来减少其对煤电的依赖。然而，煤 电力将继续在提供系统的流动性和关键任务方面发挥重要作用 下一个十年是fi和其他零碳fi灵活性替代品。在15个FYP期间，主要的燃煤电厂的作用是满足长期的汇灵活性和供热需求；一些电厂可以 用于备用电源或逐步下降。 •优化省际和区际电力市场，提高 新建高压直流(HVDC)线路的清洁能源:陕西可以参加 在省际电力市场上有两个方面。首先，陕西应改善基础设施建设，加强电网规划建设与大规模 可再生能源发展。目标是全面提高电力系统平衡和出口能力。第二，陕西应优化相关市场机制和政策支持。战略是开发多层次和多维定价信号来激励协调 在各种利益相关者之间，并增强系统fi的灵活性和共同利益。 •加快经济增长与煤电投资脱钩积极求新 增长驱动因素：对陕西来说，太阳能、风电、能源投资的增加存储将导致经济增长和更多的就业机会。这将有助于 陕西经济增长与煤炭产业脱钩,并给出了对煤炭产业的负面影响。煤炭电厂淘汰的产业，陕西应将其资源禀赋纳入 提前考虑和规划，为相关行业平稳过渡做好准备。 陕西省是中国西北地区的典型省份；选择陕西省进行研究是为了展示了严重依赖煤炭的其他省份加快建设煤炭的途径 “新电力系统”。这份报告也为其他地区或国家提供了一个例子，范围更广对那些旨在实现电力系统脱碳的政府的见解。 项目背景和目标 2020年9月22日，习近平主席在联合国第75届会议上宣布联合国大会认为，中国将力争到2030年实现碳峰值和碳中和2060.双碳目标得到了国内外的广泛关注, 并促使讨论了各个行业的特定fic实施计划。下 中国在中长期的雄心勃勃的国家承诺，个别省份(自治地区或市政当局)已经开始制定计划，以实现碳峰值和碳在中国，省级行动是成功实施政策的保证。 RMI的报告中国西北地区碳中和路径与系统转型，释放2021年，指出西北地区拥有丰富的自然资源。5 该地区不仅拥有丰富的煤炭等传统能源资源,而且 丰富的风能和太阳能资源。脱碳趋势意味着西北地区面临能源密集型产业从化石燃料使用向可再生电力过渡的挑战使用。同时，中国西北地区有潜力为全国碳 中立的目标。 西北地区主要包括新疆、宁夏、内蒙古等自治区 以及陕西，甘肃和青海等省。在电网运行系统方面，内蒙古不属于西北电网。但是，其资源禀赋相似 西北电网中的大多数省份，因此我们将内蒙古纳入了中国西北地区的研究。 中国西北部地处内陆，这些省份的特点是地域辽阔，频繁干旱，广泛的沙漠，脆弱的生态，人口稀少，资源丰富，该地区的土地总面积约为430万平方公里，占 约占中国领土总面积的44%。到2020年底，西北地区总人口达到1.14亿，约占全国总人口的8%。从 在产业结构上，陕西经济仍以资源型产业为主， 传统农业。其产业结构主要是煤炭开采，石油开采和有色金属冶炼，主要集中在新疆、内蒙古、陕西、甘肃等地。传统农业以灌溉农业、绿洲农业和畜牧业为主，主要集中在 青海、宁夏、内蒙古、新疆。 在西北地区电力系统脱碳方面，大部分省份都有以下特点： •他们享有丰富的太阳能和风能资源。西北地区的特点是大陆 气候：晴天，降雨少，风速高。就风能和太阳能资源区而言由中国国家发展和改革委员会(NDRC)设立的一类太阳能资源区位于宁夏、青海、甘肃、新疆、内蒙古等西北地区。 一类和二类风资源区也位于西北地区(除 河北张家口和承德）。目前，各地区风能和太阳能的装机容量西北省也普遍高于全国平均水平(见图表1)。 •他们的水力资源不足。除青海和甘肃外，水电的比例 (包括抽水蓄能)西北各省的装机容量和发电量显著 低于全国平均水平(见图表1)。因为间歇性的大规模开发 可再生能源以风能和太阳能为主，对系统的灵活性要求将逐渐 增加。目前，在缺乏系统的省份，系统的灵活性仍然主要由燃煤电厂提供水电。 •他们严重依赖煤炭。除青海和甘肃外，装机容量和发电量 西北省份的化石燃料(主要是煤炭)普遍高于全国平均水平。煤电扮演着各种角色，如提供电力、系统灵活性