中国电力行业未来： 多元模型方法理解中国的碳中和路径与电力部门改革

EEIST 中国电力行业期货 一种多模型方法来理解中国的碳中和路径和电力体制改革 领衔作者：阿贝拉米勒王 1张红宇 2蒂姆巴布罗克约翰逊1 张一轩 1皮姆弗尔库伦 3FemkeNijsse 4余燕文 2西蒙夏普6 让弗朗索瓦梅居尔 47迈克尔格鲁布 8张西良2 1牛津大学， 7世界银行， 2清华大学， 8伦敦大学学院 3剑桥经济计量学， 4埃克塞特大学， 5联合国气候变化英雄， 6世界资源研究所， 本报告由清华大学能源、环境与经济研究所（3E）和其他参与能源创新与系统转型经济（EEIST）项目合作伙伴共同发布。其目是展示和比较3E及其在EEIST项目中合作伙伴对中国电力行业进行一些新经济能源建模研究。这些模型用于探讨电力行业在中国实现碳中和路径中作用以及不同电力定价系统可能产生影响。 目录 报告目简要概述2 目录2 执行摘要4 1引言6 11中国长期能源气候目标7 12中国电力行业12 2一种多模型方法用于电力行业建模14 21可再生电力规划与运行（REPO）模型16 22E3MEFTT：电力模型21 24E3MEFTT：电力结果不同定价方法影响3 6 25REPO与E3MEFTT比较：电力结果41 3政策影响 31中国电力行业市场改革32排放交易系统 33公共研发 34可再生能源和存储部署 48 51 52 53 54 13公共部门与政策10 23REPO结果想象中国电力部门路线图28 关于 能源创新与系统转型（EEIST）项目开发前沿能源创新分析方法，以支持政府在低碳创新和技术变革方面决策制定。 通过与巴西、中国、印度、英国和欧盟政策制定者和利益相关者进行合作，该项目旨在为新兴国家经济发展做出贡献，并支持全球可持续发展。 以埃克塞特大学为首，EEIST汇集了来自巴西、中国、印度、英国和欧盟世界领先研究机构国际团队。 金融机构联合体包括：英国诺丁汉大学，牛津大学，剑桥大学，伦敦大学学院，安格利亚鲁斯金大学，剑桥计量经济学，气候策略；巴西里约热内卢联邦大学（UFRJ） 、巴西利亚大学（UNB）、坎皮纳斯大学（UNICAMP）；欧洲联盟斯科拉斯皮奥拉雷迪斯图迪乌尼维塞阿里埃佩费佐内门托桑安娜（SSSA）；中国北京师范大学，清华大学，能源研究所；印度能源与资源研究所，世界资源研究所 欧盟合作伙伴SSSA作为一个专注于巴西背景和研究领先机构做出了贡献。 贡献者 EEIST由英国政府能源安全与净零排放部以及儿童投资基金基金会（CIFF）共同资助，资金来源于英国国际援助。 贡献作者来自众多机构。欲了解完整机构归属，请访问wwweeistcouk。 本报告内容代表作者观点，不得视为代表英国政府、CIFF或作者所属组织，或任何赞助组织观点。 致谢 作者们希望感谢英国能源安全与净零部门、儿童投资基金基金会（CIFF）和创始人承诺基金会对EEIST项目赞助支持。我们还要感谢所有为开发和完善本报告中呈现分析、概念和想法以及将其出版贡献时间和专业知识人。这包括但不限于：JacquiRichards、SarahBoard以及EEIST合作伙伴国家实践社区个人、EEIST高级监督组和英国政府。 编辑：CustomEditorial：wwwcustomeditorialcouk 3 EEIST 执行摘要 本报告概述了中国电力领域改革进展以及旨在支持碳中和日益复杂气候和能源政策。然后，它提出了两个不同但互补中国能源转型和电力领域能源经济模型：清华大学3E开发REPO模型以及埃克塞特大学和剑桥经济计量学开发E3MEFTTPower模型。 这些模型被用于阐明中国电力行业可能未来。综合来看，无论我们采取何种建模方法，中国太阳能和风能在未来占主导地位趋势都是明确。然而，这种转型对成本和更广泛宏观经济影响更为微妙。成本可能因采用定价机制和我们对精确能源组合假设而增加或减少。在高可再生能源情景下，对GDP和投资影响似乎积极，但对就业影响因行业而异，在我们分析中更为平衡。 这些发现对中国一系列政策问题具有重大影响。它们表明，电力行业改革，特别是基于市场定价机制，有潜力支持中国碳中和目标。它们还明确指出，通过具有实际意义碳价格，排放交易系统（ETS）在支持这一目标中作用。最后，这两组分析比以往任何时候都更清晰地说明了解决一系列可能阻碍可再生能源快速部署障碍必要性，这些障碍无论是财务、技术、法律还是其他方面。 4 5 EEIST 1引言 在过去四年中，EEIST项目开发了多个前沿经济和能源模型，旨在为政策制定者提供工具，以支持鼓励能源转型政策制定。其中之一是未来技术转型电力模型（以下简称FTTPower）。这是一个动态非平衡模型，模拟了各种发电技术之间竞争，考虑了成本、性能、技术学习和政策影响等因素。该模型涵盖了包括中国在内71个地区。FTTPower与E3ME宏观经济模型相结合。 可再生能源电力规划和运行（REPO）模型，另一方面，是由清华大学3E研究所针对中国量身定制容量扩展和调度模型。该模型旨在最小化电力系统总折现成本，为每种技术提供最佳容量和发电解决方案，以及省际之间输电能力和碳排放水平。 本报告展示并比较了这两个模型为中国电力部门生成设计和输出结果。它旨在突出关键输出和政策影响，以及模型设计和目相似之处和不同之处 。我们在中国电力改革政策讨论和行动大背景下进行这一比较。 我们目标是双重： 1利用尖端经济能源模型，更深入地了解中国电力行业，并 加强模型团队与中国国内外分析师之间协作与理解。 本报告分为三个部分。本引言其余部分提供了中国电力行业和政策背景概述 ，包括向低碳能源生产转型计划。第二部分描述了FTTPower和REPO模型，详细阐述了它们原则、假设、情景和结果。这包括对模型结果直接比较，确定了趋同和分歧领域。最后，我们考虑了这些模型分析对中国政策影响。 6 11中国长期气候目标 2020年9月，中国国家主席习近平宣布了在2030年之前实现碳达峰和2060年之前实现碳中和目标，以应对气候变化。这些目标也反映在中国更新2030年国家自主贡献（NDC）中。1根据《巴黎协定》，以及中国在本世纪中叶推出首个长期低碳绿色发展策略。2 中央金融与经济事务委员会首次提出建立一个以“新能源”（即可再生能源）为主新电力行业。国务院提出，到2030年，风力发电和太阳能发电总装机容量目标超过1200吉瓦。6新目标也已设定，用于发展储能，以满足新能源高比例和大规模开发需求。到2025年，新能源储能在装机容量方面需要达到30MW以上，抽水蓄能在装机容量方面需要超过62GW。到2030年，抽水蓄能在装机容量方面需要达到大约120GW。7 中国能源系统正面临着深刻转型。2021年10月，中国共产党中央委员会和国务院发布了《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指导意见》及《2030年前碳达峰行动方案》。这些文件明确了到2030年，非化石能源消费占比需达到约25，与2005年相比，单位国内生产总值二氧化碳排放量需降低超过65。3到2 060年，非化石能源消费比例需要超过80。4 为促进这些目标实现，中国推出了一系列政策，包括关于绿色电力政策。8可再生能源组合标准（R 10 PS）9 并且一个碳市场。此外，在市场机制方面，中国 将进一步推进电力行业改革，并计划到2025年初步建立全国统一电力市场体系，到2030年基本建立全国统一电力市场体系。11以下内容将详细描述。 1国务院，中国成就、新目标和新措施以实现国家自主贡献。2021。httpswww4unfcccintsitesNDCStagingPagesPartyaspxpartyCHN 2国务院，中国中长期低碳发展策略。2021。httpsunfcccintsitesdefaultfilesresourceChinaE28099s20MidCentury20LongTerm20Low20Greenhouse20Gas20Emission20Development20Strategypdf 3国务院，《关于2030年前实现碳达峰行动计划》。2021年。httpswwwgovcnzhengcezhengceku20211026content5644984htm 4中国共产党中央委员会和中华人民共和国国务院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指导意见。2021。httpswwwgovcnzhengce20211024content5644613htm 5国务院，《关于2030年前实现碳达峰行动计划》。2021年。httpswwwgovcnzhengcezhengceku20211026content5644984htm 6国家发展和改革委员会（NDRC）和国家能源局（NEA），关于加快新能源储能发展指导意见。2021。httpswwwgovcngongbaocontent2021content5636148htm 7中国南方电网公司，抽水蓄能中长期发展规划（20212035）。2021。httpzfxxgkneagovcn20210917c1310193456htm 8国家发展和改革委员会、财政部（MOF）和国家能源局，关于可再生能源绿色电力证书试发行及自愿交易系统实施通知。2017httpwwwgovcnxinwen201702 03content5164836htm 9国家发展和改革委员会及国家能源局，关于2021年可再生能源电力消费配额及相关事项通知。2021年。httpwwwgovcnzhengcezhengceku20210526content5612441htm 10MEE（生态与环境部），20192020年国家碳排放交易总量设定与分配（电力行业）实施计划。2021年。httpswwwmeegovcnxxgk2018xxgkxxgk03202012 t20201230815546html 11国家发改委和能监会，关于加快构建全国统一电力市场体系指导意见。2022httpwwwgovcnzhengcezhengceku20220130content5671296htm 容量 中国从2010年到2021年装机容量发展情况如图1所示，数据来源于中国电力企业联合会（CEC） 。在过去十年中，中国电力总装机容量持续增长以满足不断增长需求，从2010年966吉瓦增加到2015年1525吉瓦，进一步增加到2021年 2378吉瓦。 图1：20102021年中国电力行业发电能力。来源：CEC。12 过去十年中，虽然化石燃料（热力）发电和水电装机容量都出现了增长，但它们在中国电力组合中 比例已下降。从2010年到2021年，中国在核能、风能和太阳能装机容量方面经历了显著增长。与中国热力和水电装机容量相比，过去十年中，中国在核能、风能和太阳能方面装机容量增长明显 。来自中国能源委员会（CEC）初步2022年和2023年数据显示，这些趋势仍在持续。 2500 wgCapacity 2000 1500 1000 500 0 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 n太阳能n风n核n氢n热 12CEC中国电力统计年鉴2022 生成 中国2010年至2021年电力结构变化如图2所示。在过去十年中，中国总发电量呈现持续上升趋势 ，从2010年到2021年几乎翻倍，达到8400太瓦时。受经济和疫情影响，2015年和20192020年间中国总发电量显著放缓。然而，2021年，随着疫情后经济复苏，中国总发电量显示出快速增长。初步能源委员会（CEC）2022年数据表明，那时 总发电量再次达到平台期。 中国电力供应长期以来主要依赖火力发电技术，占比约70，其次是水力发电，占比约20。在过去十年中，火力发电技术在电力生产中比例逐渐下降，从2010年81降至2021年68。然而，从绝对值来看，火力发电量持续增长，从2011年不足3500