2023中国实现碳中和的可再生能源路径报告（英文版）

中国可再生能源实现碳中和的途径 2023年5月 Authors 张振华1、朱子恒2，杰西卡·戈登3，XiLu4，张大2，和迈克尔·R·戴维森1,5 1加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系 2清华大学能源环境与经济研究所 3加州-中国气候研究所，加州大学伯克利分校 4清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室 5加州大学圣地亚哥分校全球政策与战略学院 加州-中国气候研究所： 加州-中国气候研究所成立于2019年9月，是加州大学伯克利分校法学院（通过其法律，能源和环境中心）和劳瑟自然资源学院联合举办的一项倡议。它由加利福尼亚州前州长杰里·布朗担任主席，并由加利福尼亚州空气资源委员会前主席玛丽·尼科尔斯担任副主席。该研究所还与其他加州大学校园，部门和领导人密切合作。通过加州和中国之间的联合研究，培训和对话，该研究所向政策制定者提供信息，促进合作与伙伴关系，并在各个层面推动气候解决方案。 关于电源转换实验室： 加州大学圣地亚哥分校的电力转型实验室研究了大规模部署低碳能源的工程和机构要求。我们与学术界、政府、民间社会和行业合作伙伴合作，以电网的作用为中心，推进气候挑战的研究和解决方案。我们的重点领域包括可再生能源资源规划，负担得起和可靠的低碳电力市场，以及产业政策的政治经济和企业的低碳转型。 清华大学能源、环境与经济研究所（3E）： 清华大学能源，环境与经济研究所（3E）成立于1980年，是清华大学的跨学科研究和教育学院。该研究所的使命是创造、发展和传播对中国和世界建设可持续能源系统和减缓气候变化至关重要的知识、思想和方法。作为中国能源和气候变化研究的重要智囊团，该研究所一直在为国家发展和改革委员会（NDRC），生态环境部（MEE）和国家能源局（NEA）提供政策咨询服务。该研究所与著名大学和国际组织长期合作。 Acknowledgments: 作者要感谢ChiGao（监管援助项目）提供的研究援助，以及以下审稿人提供的有用评论：FredrichKahrl（加利福尼亚-中国气候研究所附属机构），BobWeisemiller（加利福尼亚-中国气候研究所附属机构），姜林（劳伦斯伯克利国家实验室NatSimos中国能源政策主席和加州大学伯克利分校兼职教授），张宏宇（清华大学博士后研究员），朱日新（加利福尼亚-中国气候研究所甲烷研究员）和范戴（加利福尼亚-中国气候研究所所长）。 TABLEOFCONTENTS Summaryfor政策制定者3 1.Introduction6 2.可再生能源趋势和Policy7 3.Methods9 4.钥匙Findings12 4.1.提高可再生能源的部署率12 4.2.随时间变化的区域分布14 4.3.扩展的区域间传输连接17 4.4.更具约束力的土地使用限制19 4.5.煤炭退役与可再生部署之间的错位21 5.PolicyRecommendations22 5.1.加速建设和综合规划流程23 5.2.部署限制和供应链约束24 5.3.可再生能源部署对土地利用的影响24 5.4.输电扩张与煤炭退役的政治经济学25 5.5.电力市场改革26 6.Conclusion27 7.参考文献29 8.Appendix32 决策者摘要 中国宣布了雄心勃勃的气候政策目标，即到2030年达到碳排放峰值，到2060年达到碳中和。1为了实现这些目标，至关重要的是对最大的碳排放源电力部门进行脱碳，这进一步实现了运输，工业和建筑等其他部门的电气化。这一过程需要大量增加低碳可再生能源和互补基础设施，包括储存和传输。虽然这些长期目标是明确的，但部署结构，速度和分配影响是不确定的。为了解决这一差距，我们开发了一种具有高空间和时间分辨率的新型建模方法，以确定从2020年到2060年的十年内部署可再生能源，存储系统和输电线路的可行和有效的途径。2从政策制定的角度来看，了解低碳途径可以为国家和地方政府提供所需的信息 ，以预测，计划和解决这一前所未有的转型所带来的各种瓶颈。我们的分析有助于支持中国更有效，高效和公平的清洁能源转型。 SPM表1|数十年的部署优先级 实用规模太阳能 分布式太阳能 陆上风 海上风 存储 输电线路 2020- 在北部和西部的高质量区域部 确保部署工 在高变量可再生能源中部署管理昼夜变化的 扩展三个区域集群(西北、南和北) 2030 署 部署在北 作足够 能源区域 部地区和 尽管经济不 沿海地区 利，但仍在降低成本 加强专业 2030- 在可再生能源成本持续下降的推动下，扩展到主要负荷中心 穿过中部和东部地区的南北走廊 2040 在水电资源有限的地区优先 由于靠近负载中心驱动，因此优先考虑沿海地区通过降低传输和集成成本 由于成本快速下降，在沿海地区增加部署 考虑电池存储 主要开发主要 ，同时促进 负荷中心附近 电池成本进一 2040-2050 的可用土地，并由于土地使用增加而继续 优先考虑北部煤炭丰富 步下降 扩展省际网络和长途国家网 在北部和西部 的地区，以 络，以适应可 地区扩张 协调煤炭工 再生集成 和煤炭淘汰 厂的分阶段 2050-2060 1联合国，2020 2张等人，正在审查中 能源转型：结构与步伐 风能和太阳能的年装机容量将需要从第一个十年（2020-2030年）的每年约70吉瓦（GW）增加到碳中和目标（2050-2060年）之前的最后十年的每年210-300吉瓦，而总装机容量到2040年达到2100-3200吉瓦，到2050年达到3300-4800吉瓦，到2060年达到5200-5300吉瓦。将这些可变的能源整合到电网中需要存储和传输线来解决区域间的不平衡和跨期变化。每年的存储增加量从第一个十年的每年105 -173吉瓦时（GWh）增加到过去十年的每年180-260吉瓦时，而输电网络的扩展速度为13-16吉瓦/年（2020-2030），13-38吉瓦/年（2030-2040），18-24吉瓦/年（2040-2050）和5-35吉瓦/年（2050-2060）。制造能力的历史速度可能足以满足国内需求，尽管这在很大程度上取决于清洁能源技术出口的规模。 地理分布 政策制定者摘要（SPM）表1强调了四十年来不同技术的地理分布。我们的结果表明，在可行和有效的途径下，由于更高的容量因素，公用事业规模和分布式太阳能将在该国的北部和西部地区开始，然后从未来十年（2030-2040）开始扩展到主要的需求中心。这种转变主要是由可再生成本下降和高传输成本推动的。值得注意的是，分布式太阳能将在沿海更加突出，因为随着时间的推移，成本将与西部地区相似。此外，陆上风电在中国北方和沿海都有广泛的影响，而持续的成本下降将激励沿海省份部署海上风电。相对较高的传输成本推动了可再生能源在中国东部等低质量地区的部署，但低成本存储改变了这一动态，允许在中国北方等高质量地区的可再生能源部署在未来几十年。这表明，省级的区域优先次序和可再生目标对于指导地方政府和维持当前的部署势头将是有价值的。 土地利用、经济影响和电力市场挑战 到2060年，太阳能部署将耗尽东部省份大部分(51-82%)的合适土地，而风能将显著影响沿海省份的土地(14-48%)，这是由有前途的可再生能源潜力和接近需求的推动。虽然需要国家政府进一步指导选址和许可，但地方政府应建立项目路径和同一地点使用的区域标准，以减少项目不确定性并减轻土地使用影响 。此外，随着传输网络变得更加互联，到2060年，总交易量可能会增加三倍。因此，有效的内部和区域间贸易机制对于整合可再生能源和降低系统成本至关重要。 政策建议 国家和地方政府在实现中国清洁能源转型方面发挥着重要作用。为了应对巨大的挑战和不确定性，我们确定了设计和实施支持性政策计划的近期和长期优先事项，以确保随着时间的推移实现目标。SPM表2中强调了这些建议。 SPM表2|政策建议 国家政府 省级政府 近期（2020-2035） •在即将到来的可再生能源五年计划中纳入并执行明确的部署目标或组合标准•将存储和传输集成到具有特定部署目标的可再生计划流程中•为区域电力市场制定标准，以实现更高效的电力交易和平衡 •促进零售和批发市场改革（例如，使用时间定价，现货市场交易），以改善可再生项目的经济性•确定促进煤炭退役并减轻地方金融和社会影响的战略 长期（2035-2060） •就可再生选址和许可过程提供国家指导 •主要针对灵活的常规资源制定适当的补偿机制，并通过拍卖确保可再生能源的成本持续下降 •监测全球风能和太阳能设备市场，以确保 充足的供应以满足部署目标 •建立在农业土地上安装可再生能源的项目途径和区域标准•加强有效的补偿机制，促进分布式能源资源的最低成本部署方案 1.INTRODUCTION 中国是世界上最大的温室气体（GHG）排放国，并宣布了雄心勃勃的气候政策目标，即到2030年达到碳排放峰值，到2060年达到碳中和。3为了实现这些目标，对最大的碳排放源——电力部门进行脱碳至关重要，这将进一步实现运输、工业和建筑等其他部门的电气化。由于电力部门的大部分碳排放来自燃烧煤炭和天然气，因此用低碳可再生能源和互补基础设施取代碳密集型化石燃料是电力部门脱碳的关键。 尽管有这些明确的长期方向，但向净零未来过渡的速度、结构和分配影响仍存在不确定性。速度表明我们应该多快地减少碳排放并用可再生能源取代化石燃料，而结构则指随着时间的推移以及在哪些地区部署了哪些技术。化石燃料的退役以及可再生能源、输电和储存的部署影响了成本和收益在地区和利益集团之间的分配，这反过来又改变了实现碳中和的各种途径的可行性和公平性。这项研究旨在为中国电力部门揭示可行和有效的碳中和途径，并具有足够的粒度，以评估可再生部署率，地理分布和土地使用的不确定性。 多项研究将中国电力部门作为未来几年的快照进行了研究，例如，2030年可再生能源部署和输电扩展的电力系统优化模型，42050,5,620607快照分析对于指定最佳最终状态很有用，但是它们没有考虑潜在的不均匀分布以及可再生和传输随时间扩展的瓶颈。相比之下，使用综合评估模型的研究确定了到本世纪中叶深度脱碳的途径，但缺乏空间分辨率和网格操作细节来探索过渡的局部影响。8,9 由于各地区现有的化石燃料容量不同，并且将以不同的速度部署可再生能源，因此，随着时间的推移，从化石燃料的过渡不会平等地影响所有地区。同样，如果地区在以后的时期只看到大量的可再生能源增加，他们可能没有适当的机构能力来部署和整合可再生能源到电网中，同时满足电网可靠性要求。此外，基础设施的快速扩张时期必须能够通过制造和项目开发能力来满足，并可能对土地利用产生重要影响。在这项研究中，我们的目标是通过计算2020年至2060年中国电力部门碳中和的顺序途径来弥合这一差距。从政策制定的角度来看，了解潜在的低碳途径为国家和国家以下各级政府提供了所需的信息，以预测、规划和解决这一前所未有的转型所带来的各种制约因素。我们的分析有助于支持中国更有效、高效和公平的清洁能源转型。 3联合国，2020年4他等人，2020年 5Chen等人，2021年 6Zhuo等人，2022 7张等人，正在审查中 8Duan等人，20219He等人，2022 2.可再生能源趋势和政策 中国是可再生能源部署的世界领导者。截至2022年，中国已安装了365吉瓦（GW）的风能和390吉瓦的太阳能，因为近年来，新的发电量空前增加-过去五年平均每年增加40吉瓦的风能和52吉瓦的太阳能。10安装的风能和太阳能容量主要位于“三北”地区，而东海岸的太阳能足迹也在不断增长（图1）。一些优质资源与沿海的主要电力需求中心之间存在根本不匹配（例如。Procedre、山东、广东和江苏)，主要是由高人口密度和经济发展驱动的。由于年辐照度高，北部和西部的省份拥有质量最好的太阳能资源（例如Procedre，青海，甘肃和内蒙古），而北部和沿海省份拥有优质的风资源（例如Procedre、甘肃、内蒙古和江苏)。此外，除东北和东部地区外，每个地区的风能和太阳能容量大多相等。 图1|