2023極高比例可再生能源的電力系統(tǒng)

極高比例可再生能源的電力系統(tǒng)20221CONTENTCONTENT新能源快速發(fā)展極高比例可再生能源電力系統(tǒng)201氣候變化與能源轉(zhuǎn)型013全球經(jīng)濟(jì)論壇“極端天氣與氣候行動失敗正在成為人類中長期發(fā)展的最大焦慮?！比蚪?jīng)濟(jì)論壇“極端天氣與氣候行動失敗正在成為人類中長期發(fā)展的最大焦慮。”聯(lián)合國氣候工作組“越來越明確的證據(jù)表明，采取氣候行動的時間窗口正在關(guān)閉。2030年必須碳達(dá)峰?！?.1 氣候變化的深遠(yuǎn)影響聯(lián)合國氣候工作組“越來越明確的證據(jù)表明，采取氣候行動的時間窗口正在關(guān)閉。2030年必須碳達(dá)峰?！?工業(yè)革命以來，全球平均氣溫上升了1.2℃，已逼近1.5℃的生態(tài)極限。5工業(yè)革命以來，全球平均氣溫上升了1.2℃，已逼近1.5℃的生態(tài)極限。以平均氣溫為代表的全球氣候變化對人類未來產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。聯(lián)合國科技學(xué)術(shù)組織近半個世紀(jì)全球有記載的災(zāi)難，氣候相關(guān)的占據(jù)約占50。1.1 以平均氣溫為代表的全球氣候變化對人類未來產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。聯(lián)合國科技學(xué)術(shù)組織近半個世紀(jì)全球有記載的災(zāi)難，氣候相關(guān)的占據(jù)約占50。1.2

為什么是1.5℃?大氣層是地球生命的保護(hù)膜溫度、水循環(huán)、隕石撞擊..月球：晝127℃，夜-183℃大氣層是地球生命的保護(hù)膜11%84%73%2%5%9%甲烷 氧化亞氮11%84%73%2%5%9%甲烷 氧化亞氮含氟氣體 二氧化碳-能源活動二氧化碳工業(yè)生產(chǎn)過程溫室氣體排放構(gòu)成溫室氣體排放構(gòu)成1、水汽占整體溫室效應(yīng)的60-70%2、二氧化碳

大氣溫室效應(yīng)大氣溫室效應(yīng)大氣對太陽長波輻射和地表短波輻射不同的吸收和反射率占整體溫室效應(yīng)26%，在大中存留200年 61.2 為什么是1.5℃?我們正在快速逼近1.5℃極限…我們正在快速逼近1.5℃極限…2021年加州特大山火

2021年德國超強(qiáng)洪水

2021年河南特大暴雨“氣象難民”:全球第一個氣候移民國家圖瓦盧

2021年席卷歐洲的極端高溫、橫掃美國的寒潮…71.2 為什么是1.5℃?機(jī)會窗口正在關(guān)閉，如果錯過…2034北極將出現(xiàn)無冰之夏曾經(jīng)的20個冬奧會舉辦國，也許8只有6個還可能再次舉辦 海平面上升70m后的中國和歐洲81.3

從2014從2014年以來，我國是當(dāng)今世界最大的工業(yè)國，也是最大的碳排放國，2021年約占全球27%。碳排放權(quán)與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展成本密切相關(guān)，碳達(dá)峰在逐步轉(zhuǎn)向高附加值產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)后。碳排放權(quán)已和綠色發(fā)展權(quán)緊密結(jié)合在一起。碳排放權(quán)與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展成本密切相關(guān)，碳達(dá)峰在逐步轉(zhuǎn)向高附加值產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)后。碳排放權(quán)已和綠色發(fā)展權(quán)緊密結(jié)合在一起。世界主要國家碳排放強(qiáng)度對比9排。國家碳達(dá)峰碳中和英國1970s已達(dá)到2050德國1970s已達(dá)到2050美國20072050日本20132050韓國未達(dá)峰2050中國203020601.3 能源轉(zhuǎn)型與綠色發(fā)展權(quán)見微知著：從關(guān)于碳排放衡量指標(biāo)的“文字游戲”看碳排放權(quán)之爭聯(lián)合國氣候大會（COP）、巴黎協(xié)定、京都議定書…~2014年，總碳排放（世界第一）、人均碳排放（超過歐盟）、歷史總碳排放（第二）、人均歷史碳排放中國的人均碳排放仍不足美國的60%。中國是當(dāng)今最大的碳排放國(0.1℃)，美國是歷史上最大的碳排放國 10（0.2℃）。，能源轉(zhuǎn)型與綠色發(fā)展權(quán)，新能源時代20202020年造成的經(jīng)濟(jì)停滯曾短暫的減緩了CO2的排放，但是…多機(jī)構(gòu)預(yù)測充滿了不確定性…僅去年一年，全球與能源相關(guān)的二氧化碳排放量就增長了僅去年一年，全球與能源相關(guān)的二氧化碳排放量就增長了6，達(dá)到了歷史最高水平，和煤炭有關(guān)的排放量也飆升至創(chuàng)紀(jì)錄高位?！皻夂颉笨赡苁侵忻浪２欢嗟暮献髟掝}。古特雷斯在COP26閉幕式上“我歡迎美國和中國在格拉斯哥這里達(dá)成的協(xié)議”，但似乎雙方再也沒有愉快的交談 121.4 新能源時代地緣政治正在重構(gòu)氣候議題…巨大的不確定性2015:氣候峰會

美國：反復(fù)橫跳2008IN

棄核、去煤炭再生能源渡2016OUT20202016OUT2020IN2024？？

代價是能源安全…中國：一步一個腳印

歐洲：發(fā)展中試錯

歐洲能源進(jìn)口來源，藍(lán)黑色來自俄羅斯1302新能源快速發(fā)展02142.1 為什么是新能源

近5年全球碳排放強(qiáng)度下降了約40

來自零碳能源。1997-2020年中國二氧化碳排放趨勢，來源《中國碳中和與清潔空氣協(xié)同路徑年度報告（2021）》

零碳能源是電力能源供給側(cè)的主要途徑。152.1 為什么是新能源補(bǔ)充：名詞解釋補(bǔ)充：名詞解釋新能源發(fā)電可再生能源發(fā)電分布式發(fā)電（DG）指功率不大（一般幾十kWMW）信息控制技術(shù)的、清潔環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效、可靠的自主智能發(fā)電形式。16為什么是新能源新能源發(fā)電是目前能源供給側(cè)最具技術(shù)經(jīng)濟(jì)確定性的路線零碳能源已成熟低廉的但裝機(jī)有上限零碳能源水電，已勘探完畢。除雅魯藏布江水系外，均已列入近期開發(fā)計劃。第三代核聚變，沿海規(guī)劃已布局完畢。內(nèi)陸核電啟動存在巨大爭議。未來技術(shù)充滿不確定性100秒，停留在“再過20-50年就成熟”的傳說里。還在燃燒碳，只能作為補(bǔ)充。風(fēng)電、光伏、還有儲能，最具技術(shù)經(jīng)濟(jì)確定性的路線

近10年，光伏發(fā)電和風(fēng)電成本降低50-90，并且還處于下降通道中。 17新能源的快速發(fā)展近10年全球范圍內(nèi)新增發(fā)電裝機(jī)逐步以可再生能源為主。

風(fēng)電2.2 新能源的快速發(fā)展 風(fēng)電中國的快速發(fā)展有目共睹。這是近10年可再生能源的新增裝機(jī)..水電光伏中國的快速發(fā)展有目共睹。這是近10年可再生能源的新增裝機(jī)..水電光伏19非化石能源電量占非化石能源電量占enewableare:如果不是中國，過去十年的可再生能源發(fā)展將缺少最亮的一顆星未來還將如此…h(huán)ydro,4.5,如果不是中國，過去十年的可再生能源發(fā)展將缺少最亮的一顆星未來還將如此…h(huán)ydro,4.5,2050:能源消費(fèi)總量55億噸標(biāo)煤,非化石能源占比50%，人均年用電量9000kWh年總發(fā)電量12.13萬億kWhhydro,1.71,14wind,2.59,21nuclear,1.3,11solar,3.24,27gas,1.06,14.38,27總裝機(jī)容量52.08億kWbiomas,0.65,5nuclear,2,4coal,1.59,13solar,21.58,41biomas,1.41,gas,4.24,8coal,3.97,8新能源也是產(chǎn)業(yè)發(fā)展和資源稟賦的共同選擇豐富的太陽能與風(fēng)能資源，資源總量可以滿足整體平衡，但分布不均勻2022年風(fēng)電廠商排名前10名占有6席2020年中國光伏產(chǎn)品銷售總量已經(jīng)占據(jù)70%的世界市場份額2022電池產(chǎn)業(yè)十大廠家中國占有半數(shù)以上×10×10FromPPTofProf.GaoHu,ChinaNationalRenewableEnergyCentre(CNREC)電動汽車經(jīng)過技術(shù)引進(jìn)、自主創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)迭代，風(fēng)、光、儲為代表的新能源關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)，我國以占據(jù)優(yōu)勢地位。2103極高比例可再生能源電力系統(tǒng)03223.1 可再生能源比例可以達(dá)到多高？但是考慮綜合因素，主要經(jīng)濟(jì)體的目標(biāo)是…但是考慮綜合因素，主要經(jīng)濟(jì)體的目標(biāo)是… 年可再生能源愿景升級 2060100%、80%、80%可再生能源電量的電網(wǎng)2050100%、80%、60%可再生能源電量的電網(wǎng)斯坦福學(xué)者認(rèn)為理論上2050年139個國家都可以實(shí)現(xiàn)100“風(fēng)-光-水”的可再生能源。從技術(shù)難度上講，斯坦福學(xué)者認(rèn)為理論上2050年139個國家都可以實(shí)現(xiàn)100“風(fēng)-光-水”的可再生能源。之間存在失衡，提高其電量滲透率需要大幅增加裝機(jī)容量…23可再生能源比例可以達(dá)到多高？國內(nèi)外超過50個機(jī)構(gòu)對我國的可再生能源發(fā)展開展了持續(xù)預(yù)測，這是其中一個…2010-2050年各種能源發(fā)電量占比變化趨勢90非化石能源100%轉(zhuǎn)化為電力情景

2050年非化石能源轉(zhuǎn)化為電比例與發(fā)電裝機(jī)容量關(guān)系25煤電（億千瓦）8070 79.166050

68.45

61.54

48.23

64.91

78.1653.35

21.58裝機(jī)容量（億千瓦）20裝機(jī)容量（億千瓦）15

18.41

風(fēng)電（億千瓦）光伏（億千瓦）氣電（億千瓦）15.28403020.0520

26.37

34.56

47.42

34.…

14.38 12.28104.24 5.75

10.177.27

12.099.978.068.24101.1202010

3.882.92015

53.9730.713.130.713.18.76715.193.9258.377.698.7362020203020402050

5.4 6.82滿足2050年人均年用電量9000kWh非化石能源占比（） 煤電占比（）天然氣發(fā)電占比（） 非水可再生能源占比（）

100 90 80 702050非化石能源轉(zhuǎn)化為電的比例24極高比例可再生能源的發(fā)電場景提高風(fēng)光電量滲透率需要大幅增加裝機(jī)容量…–受天氣變化過程的影響，風(fēng)/光發(fā)電功率富余和緊缺的時段在時間上呈現(xiàn)不均勻分布的特點(diǎn)，可能出現(xiàn)連續(xù)長時段的電量富余或電量短缺，造成能量平衡的困難。提高風(fēng)光電量滲透率需要大幅增加裝機(jī)容量…不同國家風(fēng)/光電裝機(jī)和電量滲透率發(fā)展情況

德國2017年1月出現(xiàn)的持續(xù)風(fēng)電短缺25極高比例可再生能源的發(fā)電場景做一個粗略概算…做一個粗略概算…風(fēng)電、光伏的年利用小時數(shù)很低，在3000h，1000-1200h凈負(fù)荷凈負(fù)荷凈負(fù)荷凈負(fù)荷德國2030和2050年凈負(fù)荷曲線26靈活性支撐平臺靈活性資源物理、運(yùn)營支撐需求靈活性支撐平臺靈活性資源物理、運(yùn)營支撐需求側(cè)儲能電力市場電網(wǎng)供給側(cè)靈活性需求 靈活性平衡來自電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲能、市場…的調(diào)節(jié)能力，協(xié)同應(yīng)對風(fēng)光電源的波動性。我們需要調(diào)動電力系統(tǒng)所有的靈活性資源…我們需要調(diào)動電力系統(tǒng)所有的靈活性資源…物理、運(yùn)營支撐273.2 極高比例可再生能源的發(fā)電場景新技術(shù)：儲能新技術(shù)：儲能可再生能源發(fā)電及負(fù)荷需求時間分布不均勻，引入長期（4-100h)及季節(jié)性（>100h)儲能實(shí)現(xiàn)跨多日、跨季節(jié)和跨年際的能量搬移和平衡，可有效降低系統(tǒng)發(fā)電成本。28203020502060工業(yè)203020502060工業(yè)34%47%54%交通11%61%81%建筑49%75%79%僅依賴電力系統(tǒng)是不夠的，我們需要交通、工業(yè)、建筑、居民、商業(yè)的平衡潛力僅依賴電力系統(tǒng)是不夠的，我們需要交通、工業(yè)、建筑、居民、商業(yè)的平衡潛力P2X輸入功率允許波動能量需求約束堿性電解水10%-110%產(chǎn)氫量需求質(zhì)子交換膜電解水0-160%產(chǎn)氫量需求固體氧化物電解水20-100%產(chǎn)氫量需求熱泵10-100%供暖/熱水溫度調(diào)節(jié)范圍電鍋爐20-100%供暖/熱水溫度調(diào)節(jié)范圍空調(diào)30%-100%制冷溫度調(diào)節(jié)范圍293.2 極高比例可再生能源的發(fā)電場景凈負(fù)荷為負(fù)的情形變得更加頻繁是有別于之前階段系統(tǒng)的重要特點(diǎn)。電源跟隨負(fù)荷調(diào)整的規(guī)則在改變，也許負(fù)荷要跟隨電源調(diào)整。對象最大功率或（TW）能量（TWh）小時數(shù)(h)原始電負(fù)荷2.6-2.8170006000-7000風(fēng)電2.560002400太陽能發(fā)電3.855001500對象額定功率對象額定功率（TW）能量（TWh）額定功率運(yùn)電制氫0.6-0.8~30004000-5000電動汽車1-2~2010-20熱泵0.3~8002000-3000電池儲能0.4-0.5~22-4P2V+P2H+P2C負(fù)荷303.2 極高比例可再生能源的發(fā)電場景與天氣強(qiáng)耦合，系統(tǒng)運(yùn)行對極端天氣呈現(xiàn)脆弱性與天氣強(qiáng)耦合，系統(tǒng)運(yùn)行對極端天氣呈現(xiàn)脆弱性42.39GW/℃58.17GW/℃68.31GW/℃源：風(fēng)/光電源的發(fā)電能力都強(qiáng)依賴于天氣過程，極端天氣可導(dǎo)致風(fēng)/光電源大規(guī)模的同時減載和停運(yùn)42.3