中国碳中和目标下的风光技术展望

中风国光碳技中术和展目望标下的 TechnologyOutlookonWindandSolarPowertoward China’sCarbonNeutralityGoal 风光技术展望 中国碳中和目标下的 TechnologyOutlookonWindandSolarPowertowardChina’sCarbonNeutralityGoal 清华大2学02碳4年中1和月研究院 序言 二氧化碳等温室气体大量排放导致的气候变化，是全人类面临的严峻挑战。在全球气候治理进程的关键时刻，中国作出碳达峰碳中和重大承诺，推动高质量发展，加快绿色低碳转型，体现出勇担重任的大国担当。 “双碳”目标下，风、光等可再生能源发展成为构建新型电力系统、推动能源结构转型的关键举措。“双碳”目标提出三年来，我国积极稳妥推进碳达峰碳中和，完成了构建碳达峰碳中和“1+N”政策体系，稳步推进能源绿色低碳转型，把促进新能源和清洁能源发展放在了更加突出的位置。 如今，中国已成为全球最大的光伏和风电市场，在推动技术进步和成本下降的过程中起到了重要作用，为应对全球气候变化树立了行动典范。然而，目前风光技术在发展过程中仍面临着许多系统性挑战，如发电效率低、储能技术不成熟、成本较高等。为应对这些挑战，相关学界和产业界正不断加大风光技术研发投入，力求突破技术瓶颈，推动风光技术的快速发展，为实现能源转型和绿色低碳发展提供有力支撑。 在能源基金会支持下，清华大学碳中和研究院、环境学院联合相关研究机构、行业协会、头部企业，针对风能、光伏和光热发电的关键问题与发展路径开展系统研究，并牵头撰写了《中国碳中和目标下的风光技术展望》报告，以期为未来电力系统的绿色与低碳发展提供数据支持与相关建议，为实现“双碳”目标提供支撑。 本报告强调了中国在可再生能源技术创新和制造领域的关键地位。详细梳理了风电技术、光伏技术和光热技术的发展概况、关键技术与产业链发展现状和趋势，介绍“风光+”技术的发展模式及示范案例，并提出政策发展建议。报告指出，“风光+”技术的出现将推动风光能源的高质量发展，催生出更加强大和可持续的能源体系。风力发电、光伏发电和光热发电的相 互协同作用，将不仅使可再生能源发展更为多样化，而且有助于提高其整体稳定性与可靠性。 报告站在全球气候变化与中国生态文明建设的关键节点，提出了风光可持续发展的战略措施。随着气候变化带来的极端天气事件愈发频繁，高比例风光发电的电力系统如何应对其影响以保证电力系统的可靠性，大规模风光发展如何保证不对当地生态系统造成破坏，都是当今亟需研究的焦点问题。报告指出，应对这些挑战需要跨学科合作，发展更智能、更适应未来气候变化的风光能源系统，包括更可靠的预测技术，以应对气候变化带来的不确定性；同时，应开展风光电站建设前的全面环境评估，以最大限度地减少对当地生态的影响，确保生态系统的平衡和可持续性。 本报告不仅提出问题，还提供了较为详尽的风光发展方案，为政策制定 者、行业领袖和社会各界提供参考。报告显示，自2005年以来，随着我国风电、光伏技术装备水平的不断加强，风电、太阳能发电的装机规模不断扩大，在电力结构中的装机与发电比重逐步提高，发展成效显著。未来我国风、光发电预计将持续大规模发展，在应对全球气候变化的过程中发挥重要作用。 本报告编写得到了相关学界和产业界专家的大力支持。在报告编写过程中，研究团队组织了以“面向碳中和的风光技术”为主题的系列碳中和技术论坛与学术沙龙活动，建立了交流合作平台与机制，上百位专家参与了学术研讨和报告评审工作。未来，团队将继续深入研究、促进交流，推动风光技术可持续发展，为实现“双碳”目标、应对全球气候变化作出更大贡献。 李俊峰贺克斌邹骥 国家气候战略中心首任主任中国能源研究会常务理事 中国工程院院士 清华大学碳中和研究院院长清华大学环境学院教授 能源基金会首席执行官兼中国区总裁 关于作者 报告总召集人： 鲁玺清华大学碳中和研究院院长助理、环境学院教授 章节召集人： 李丹中国能源研究会可再生能源专业委员会秦海岩中国可再生能源学会风能专业委员会于贵勇中国可再生能源学会风能专业委员会江华中国光伏行业协会 报告作者： 于洋中国能源研究会可再生能源专业委员会张云霞中国可再生能源学会风能专业委员会王青中国光伏行业协会 王海霞中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司 廖舟怡清华大学郭红艳清华大学阮梓纹清华大学陈诗清华大学李朝君清华大学王家兴清华大学王雨涵清华大学夏馨清华大学 顾问专家组： 赵晓辉中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司 罗勇清华大学何继江清华大学 张憧宇清华大学郑隽卿清华大学陈丹北京大学 靳双龙中国电力科学研究院有限公司沙恒中国光伏行业协会 李嘉彤中国光伏行业协会张天宇中国光伏行业协会白桦林中国光伏行业协会廖杰中国科学院 马丽芳中国能源研究会可再生能源专业委员会杨文斌中国治沙暨沙业学会 邹荣松中国林业科学研究院 贺克斌中国工程院院士、清华大学碳中和研究院院长、清华大学环境学院教授李俊峰国家气候战略中心首任主任、中国能源研究会常务理事 邹骥能源基金会首席执行官兼中国区总裁张强清华大学地球系统科学系副主任、教授傅莎能源基金会战略规划主任 李美成华北电力大学新能源学院院长、教授严刚生态环境部环境规划院副院长 张传卫明阳智慧能源集团股份公司董事长、首席执行官刘汉元通威集团董事局主席 申彦波中国气象局风能太阳能中心科学主任、正高级工程师 杜广平中国可再生能源学会风能专业委员会研究员、北京鉴衡认证中心有限公司总工程师蒋莉萍国网能源研究院国网三级顾问（原副院长）、正高级工程师 谢小平国家电投集团公司专家委员会专家、正高级工程师 汪子阜隆基绿能科技股份有限公司可持续发展与ESG高级经理王志峰中国科学院电工研究所研究员 王卫权中国能源研究会能源与环境专委会秘书长、高级工程师王阳中国气象局国家气候中心正高级工程师 免责声明 若无特别声明，报告中陈述的观点仅代表作者个人意见，不代表清华大学碳中和研究院、清华大学环境学院和能源基金会的观点。清华大学碳中和研究院、清华大学环境学院和能源基金会不保证本报告中信息及数据的准确性，不对任何人使用本报告引起的后果承担责任。 凡提及某些公司、产品及服务时，并不意味着它们已为清华大学碳中和研究院、清华大学环境学院和能源基金会所认可或推荐，或优于未提及的其他类似公司、产品及服务。 目CO录NTENTS 引言 第1章碳中和目标下的风光电力 1.1风光资源时空分布特征4 1.1.1风光资源空间分布特征4 1.1.2风光资源时间分布特征7 1.2风光发电发展历史与现状10 1.2.1风光在我国装机和发电结构中的变化10 1.2.2我国风光在全球装机和发电量的发展特征11 1.2.3现今风光发展的空间分布现状13 1.3碳中和目标下高比例风光发展路径17 风光技术发展展望篇 第2章风电技术发展展望 2.1风电技术发展概况24 2.1.1风电技术发展现状24 2.1.2风电技术发展瓶颈与挑战27 2.2风电关键技术及产业链发展概况30 2.2.1产业链发展现状30 2.2.2关键零部件发展现状31 2.2.3国内外产业政策对产业链的影响33 2.3风电关键技术发展趋势及成本演变35 2.3.1关键技术发展趋势35 2.3.2关键技术成本演变37 2.4政策发展建议41 2.5风电＋发展模式及示范案例43 2.5.1风电+海洋牧场43 2.5.2风电制氢的模式44 2.5.3风电PowertoX45 第3章光伏技术发展展望 3.1光伏技术发展概况48 3.1.1光伏技术发展现状48 3.1.2光伏技术发展瓶颈与挑战51 3.2光伏关键技术与产业链发展概况52 3.2.1产业链发展现状52 3.2.2关键零部件发展现状53 3.2.3国内外产业政策对产业链的影响54 3.3光伏关键技术发展趋势及成本演变56 3.3.1关键技术发展趋势56 3.3.2关键技术成本演变58 3.4政策发展建议61 3.5光伏+发展模式及示范案例62 3.5.1光伏+农业62 3.5.2光伏+治沙63 3.5.3光伏+建筑63 3.5.4光伏+交通65 第4章光热技术发展展望 4.1光热技术发展概况68 4.1.1光热技术发展现状68 4.1.2光热技术发展瓶颈与挑战70 4.2光热关键技术与产业链发展概况71 4.2.1产业链发展现状71 4.2.2关键零部件发展现状71 4.2.3国内外产业政策对产业链的影响74 4.3光热关键技术发展趋势及成本演变76 4.3.1关键技术发展趋势76 4.3.2关键技术成本演变76 4.4政策发展建议80 4.5光热+发展模式及示范案例81 风光可持续发展的应对措施篇 第5章极端天气应对与风光发电量预报技术 5.1极端天气对可再生能源系统的影响以及应对措施88 5.1.1少风少光的极端天气时空变化特征分析88 5.1.2极端天气对可再生能源系统的影响91 5.1.3应对极端天气的措施和策略93 5.2风光发电预报技术95 5.2.1风光发电量预报的意义和应用场景95 5.2.2风光预报的方法分类95 5.2.3风光预报技术的发展和展望97 5.3电力市场交易对风光预报的需求及市场前景98 第6章生态环境友好的风光技术措施 6.1风光系统对生态环境的影响102 6.1.1风电场生态影响分析102 6.1.2光伏电站生态影响分析103 6.1.3风电对区域气候影响分析106 6.1.4光伏对区域气候影响分析106 6.2低生态环境影响的技术措施108 6.2.1光伏电站生态环境友好技术108 6.2.2风电场生态环境友好技术111 6.2.3低生态环境影响的管理技术112 6.3生态效益示范项目114 6.4政策建议119 碳中和目标下的风光发展政策与展望篇 第7章风光发展技术路线展望与政策建议 7.1未来年风光发展技术路线图124 7.2风光发展的政策建议126 参考文献 128 持续性的全球气候变化将会对全球自然生态系统、人类社会的可持续发展构成巨大的威胁。在 《巴黎协定》中，各国政府相继提出相关净零排放目标，以遏制温室气体的快速增加。中国作为当今世界上经济与能源大国，在2020年9月第75届联合国大会的一般性辩论中作出了“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”的重大承诺。 在“双碳”目标下，发展风、光等可再生能源成为“零碳”电力系统的主力军，既是能源结构转 型的一项重要举措，也是构建新型电力系统的关键。随着风、光可再生能源电力的大规模开发，风、光发电全产业链的技术、成本、安全供应、生态效益等将面临着新的机遇与挑战，构建技术先进、成本低廉、安全稳定、生态友好的风、光发电技术体系，是引领我国可再生能源行业可持续发展的关键。 近五年，随着国际形势与产业结构的加速变化，新技术、新应用、新开发模式不断涌现，进一步加速了风电与光电行业的快速发展，并促进了可 序言 再生能源行业与信息技术、生态修复治理、农林牧渔等领域的深度交叉与融合。未来风电与光电的迅速增长需进一步突破行业技术发展瓶颈、实现产业的降本增效、加速可再生能源行业与生态修复的协同发展。加快风电、光电领域的科学研究与战略布局，不仅将优化加速全产业链的发展，同时也将为装备制造、生态修复、产业融合提供新的思路与支撑。在碳达峰、碳中和的时代背景下，风、光可再生能源行业的机遇前所未有，在全球战略的视角下系统分析全产业从生产到开发的一 系列系统性问题，并构建前瞻性的中长期风光装机及技术发展的时空路线图，对我国以风光为主的可再生能源产业发展具有重要的现实意义。 在这一战略背景下，本报告旨在明确风、光发电等可再生能源发展面临的全产业链关键风险与挑战，识别风、光发电开发的内在优势与产业新机遇、新业态，并在此基础上展望我国风光发展的路线图与时间表，为我国未来电力系统的绿色与低碳发展提供数据支撑与相关建议。 第1章碳中和目标下的风光电