数字技术助力电力行业低碳化发展路径及典型场景研究

数字技术助力电力行业低碳化发展路径 及典型场景研究 中国移动研究院2023年12月 目录 摘要2 1.数字技术助力电力行业低碳化发展的研究背景4 1.1电力行业低碳化转型是双碳目标实现的关键4 1.2电力数字化是实现行业自身低碳化发展的有效举措5 2.电力行业碳排放现状及结构分析7 2.1电力行业碳排放总体情况分析7 2.2电力行业分场景碳排放结构分析9 3.数字技术助力电力行业低碳化发展及贡献分析11 3.1数字技术助力电力行业低碳化发展基本路径分析11 3.2数字技术助力电力行业低碳化发展典型场景分析14 3.3数字技术行业对电力行业碳排放影响分析19 4.未来展望与发展倡议22 缩略语列表25 参考文献26 附录：模型核算说明28 （1）直接碳排放28 （2）间接碳贡献28 （3）完全碳排放29 摘要 在全球气候与环境问题日益突出的今日，促进人与自然和谐共生已成为构建人类命运共同体的重要一环。中国提出“双碳”目标，并对重点耗能行业能源利用率提出了各阶段的具体目标,对实现全球绿色可持续发展具有重要意义。电力行业作为我国碳排放占比最大的行业，其低碳转型升级将直接影响“双碳”目标的整体进程。数字技术是实现电力行业减排的重要手段，助力电力系统实现高度数字化、智慧化和网络化，支撑源网荷储海量分散对象协同运行，同时也可以帮助发电企业监测和预测碳排放，助力发电企业的低碳化转型，对于中国实现碳达峰碳中和战略目标至关重要。 本报告通过开展数字技术助力电力行业低碳化发展路径及典型场景研究，分析了我国电力行业碳排放结构、数字技术助力电力行业低碳化路径及五大场景数字化实施方案，综合评估和核算了数字技术对电力行业双碳目标的贡献，并在此基础上提出未来展望和发展倡议。 数字技术助力电力行业低碳化发展的本质在于提高全社会信息化、智能化水平，提升资源配置效率和能源使用效率。通过精准监测碳排放数据、在全环节落实低碳化实施方案、碳排放权交易和绿电、绿证市场三个基本路径，加强“端-边-管-云”的整体数字化部署，推进电力行业低碳化发展。并在基本路径中重点分析了“发输变配用”五大场景的数字化实施方案。本研究采 用投入产出模型量化核算了数字技术行业对电力行业的减排效应。结果表明数字技术行业可以有效助力电力行业碳减排，且该促进作用呈现扩大趋势。电力行业的数字化投入水平提高有助于推进其低碳转型。 本报告旨在探讨数字技术在电力行业低碳化发展中的基本路径以及在各场景实施方案中的具体作用机制，期待能够为数字技术融入电力行业低碳发展全过程，赋能电力行业数字化转型与变革提供共识路径。 本报告的版权归中国移动所有，未经授权，任何单位或个人不得复制或拷贝本建议之部分或全部内容。 1.数字技术助力电力行业低碳化发展的研究背景 中国提出“双碳”目标对实现全球绿色可持续发展具有重要意义。在全球气候与环境问题日益突出的今日，促进人与自然和谐共生已成为构建人类命运共同体的重要一环。2020年9月，中国政府在第七十五届联合国大会上向国际社会做出庄严承诺，中国碳排放将力争在2030年前达到峰值，并争取2060年前实现碳中和。“双碳”目标彰显了中国推动构建人类命运共同体的责任担当。目标宣布后，中国政府做出一系列详细部署，并对重点耗能行业能源利用率提出了具体目标。全球范围来看，欧盟碳边境调节机制（CarbonBorderAdjustmentMechanism，简称CBAM）施行将影响相关产业布局及供应链发展，各行业低碳转型迫在眉睫。能源作为全球碳减排关键领域，亟需向低碳化乃至无碳化方向转型。电力行业作为我国碳排放占比最大的行业，其低碳转型升级将直接影响“双碳”目标的整体进程，而电力行业与数字技术融合发展是推动我国能源产业基础高级化、产业链现代化的重要引擎，对提升行业核心竞争力、推动能源绿色高质量发展具有重要意义。 1.1电力行业低碳化转型是双碳目标实现的关键 电力行业碳排放是我国碳排放最主要来源。中国是全球碳排放量最大国家，国际能源署（InternationalEnergyAgency） 数据显示，2020年中国碳排放总量占全球碳排放量的32.8%，其中能源领域占比接近九成。从2016-2020年看，电力行业作为能源领域最主要排放行业，其碳排放量占比均维持在能源领域排放的五成左右。电力行业低碳化乃至无碳化转型是我国实现双碳目标的关键所在。电力行业低碳化发展，能源结构转型是核心。2021年10月，中共中央、国务院印发《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的意见》，明确指出到2030年，非化石能源消费比重达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上，二氧化碳排放量达到峰值并实现稳中有降。到2060年，非化石能源消费比重达到80%以上，碳中和目标顺利实现。第十四个五年计划具体目标也提出在2021-2025年期间将二氧化碳强度降低18%，单位GDP能耗降低13.5%。到2025年，将非化石能占能源消费总量的比重提高至20%（2020年约为16%）。加快清洁能源发展，实现总体能源结构转型势在必行。 1.2电力数字化是实现行业自身低碳化发展的有效举措 随着科技水平的不断发展，越来越多数字化、智能化的解决方案服务于电力行业产业链的各个环节，先进的数字技术成为电力行业减排的重要支撑。推动数字技术与电力行业深度融合，赋能电力行业数字化智能化转型升级，是把握新一轮科技革命和电力行业变革新机遇的战略选择。首先，数字技术可以通过赋能电力行业，推动数字化智能化技术在电力行业全环节的覆盖应用， 为各环节的精细化管理提供有利手段，提高电力行业的生产能效和绿色低碳水平。其次，随着大规模新能源电力接入电网，电力系统需要在随机波动的负荷需求与电源间实现供需平衡。数字技术可以通过推动电力相关数据要素充分流通和使用，打通电力行业各环节信息壁垒，提升电力系统网络化和信息化水平，推动源网荷储新型电力系统协同发展。最后，数字技术在电力行业的深度应用，可以实现产品和商业模式创新，培育数实融合发展的新模式。通过数字化智能化技术融合应用，可实现电力行业的提质增效和低碳转型发展，为积极稳妥推进碳达峰碳中和提供有力支撑。 2.电力行业碳排放现状及结构分析 研究数字技术与电力行业低碳化发展间关系，首先需要定位电力行业碳排放现状及其排放结构。本部分以国际能源署 （InternationalEnergyAgency,以下简称IEA）、世界资源研究所（WorldResourcesInstitute，以下简称WRI）和中国电力企业联合会公布数据作为基础。由于WRI、IEA部分结构数据只更新到2020年，且部分2021和2022年数据结构与2020年未呈 现显著差异，因此本部分以2020年为时间节点分析现阶段我国电力行业碳排放情况。 2.1电力行业碳排放总体情况分析 中国是世界最大能源消费国和碳排放国。WRI气候观察数据显示，从排放领域看，2016-2020年，能源部门占比始终保持在75%以上，为全球碳排放最主要来源。从地区上看，中国是世界最大能源消费国和碳排放国。IEA《中国能源体系碳中和路线图》数据显示，2020年中国能源部门二氧化碳排放量占全球三分之一。 能源领域碳排放为中国碳排放主要来源，占总碳排放近九 成。根据WRI公布数据，2016-2020年中国能源领域碳排放占我国总碳排放的比重平均约为88%，而世界其他地区能源领域碳排 放占比低于60%，主要原因在于中国能源供给结构中传统火电占 比较大。2020年中国与能源有关的排放中约70%来自煤炭，12%来自石油，6%来自天然气，约11%来自过程排放。能源燃烧供能产生的碳排放为能源部门碳排放核心。 电力行业碳排放是我国能源领域碳排放主要来源，占比约为 一半。我国能源领域碳排放包括燃料燃烧和逃逸排放两类，其中燃料燃烧占比超过九成，而燃料燃烧碳排放可分为供能和用能两 方面，根据IEA公布数据，电力行业作为主要供能部门，是能源领域最大碳排放来源，其次为用能层面的工业生产、交通和建筑行业。电力行业在我国总碳排放比例从2016年的48.32%上升到2020年的53.48%，占比远超其他行业。 图1：2016-2020中国能源领域碳排放来源占比数据来源：基于IEA公布数据梳理 2.2电力行业分场景碳排放结构分析 电力行业五大场景中，发电场景为主要碳排来源，占比超八成。电力从生产到消费全过程可以划分为发电、输电、变电、配电和用电五大场景。由于目前对于各场景涉及的碳排放数据尚处在初步探索中，因此本报告结合多来源数据进行分析。而基于中国电力企业联合会发布的《中国电力行业年度发展报告》和IEA发布的我国电力行业碳排放量数据，可以计算出各场景碳排放量。计算结果显示，电力行业五大场景中，发电场景占总体比例超过80%，为电力行业最主要排放场景。聚焦发电场景，推动该场景低碳化是推动电力行业总体低碳转型的关键。 图2：2018-2020年电力行业碳排放结构占比 数据来源：基于IEA和《中国电力行业年度发展报告》梳理 火力发电占比高是发电场景碳排放量高的主要原因。根据 《中国电力行业年度发展报告2021》披露数据，我国2020年单位火电发电量二氧化碳排放约832克/千瓦时，全国单位发电量 二氧化碳排放约565克/千瓦时。基于我国总发电量和火电发电 量数据计算，我国2020年发电场景产生的碳排放量为43.09亿吨，占整个电力行业碳排放量的80.13%，其中火电发电产生的碳排放量为42.28亿吨。大力开发清洁能源，调整总体能源结构，降低火力发电比重是降低发电场景碳排量的核心。 我国由于资源禀赋和区域特点，目前火力发电在电力行业中依旧处于主体地位。“双碳”背景下，我国能源领域低碳转型需加速提升风、光等零碳能源占比。但大力发展电力清洁能源尚存在诸多问题。首先，从全国范围看，清洁能源的资源和需求一直存在逆向分布问题，为电力的传输和储能带来巨大挑战。其次，新能源具有间歇性、随机性和波动性等特点，随着高比例新能源接入及电气化水平的提高，电网的稳定性也将受到冲击。围绕火电、水电等常规电源建立起来的传统电力系统，已无法适应规模越来越大的新能源，新的电力系统变革与创新迫在眉睫。 3.数字技术助力电力低碳化发展路径及贡献分析 数字技术以数据资源作为关键生产要素，通过采集数据、分析数据、进行优化决策并实施控制，推动应用数字技术的行业向数字化智能化升级，其�质在于提高全社会信息化、智能化水平，提升资源配置效率和能源使用效率。就电力行业而言，以5G、物联网、人工智能、云计算和大数据等技术为代表的数字技术有望重塑电力系统。数字技术一方面可以通过实时在线监测、排放精准计量与预测提高电力行业碳数据采集丰富度和信息披露质量，另一方面可以通过在发电侧、电网侧及用电侧部署智能化解决方案提升行业生产和运营规划与实施效率，从而大幅提升能源使用效率，减低资源消耗水平，直接或间接减少电力行业碳排放量。此外，数字技术还可以推动电力行业商业模式变革和业态创新，助推电力消费理念转变，助力我国碳达峰、碳中和目标实现。 3.1数字技术助力电力行业低碳化发展基�路径分析 从总体思路来看，电力行业低碳化发展的核心是从电力生产到消费全过程按照不同环节的特点有针对性的落实低碳化实施方案，同时为实现各环节低碳化需要以全面真实的行业和企业碳排放信息作为基础，搭配市场机制消解电力企业因降低碳排放产生的额外成本。因此电力行业低碳化的基本路径是：第一精准监测电力行业碳排放数据，全面披露电力企业碳排放信息并提升信息披露质量，第二在全面精准碳排放数据基础上，在电力发输变 配用的全环节中落实低碳化实施方案，第三是通过碳排放权交易和绿电、绿证市场，降低企业因碳排放产生的额外成本，提升企业主动降低碳排放的意愿。 图3：数字技术助力电力行业低碳化发展基�路径 数据来源：中国移动研究院研究整理 数字技术针对电力行业低碳化发展基本路径的三个方面着力，通过“端-边-管-云”的整体数字化部署，加强电力生产各环节产生的数据交