電力部門碳減排技術(shù)經(jīng)濟管理

電力部門碳減排技術(shù)經(jīng)濟管理碳達峰碳中和系列教材《碳減排技術(shù)經(jīng)濟管理》配套課件第一節(jié)電力生產(chǎn)供應(yīng)概述第二節(jié)電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)第三節(jié)電力部門發(fā)展現(xiàn)狀第四節(jié)電力部門碳減排技術(shù)經(jīng)濟管理措施第五節(jié)電力部門碳減排技術(shù)經(jīng)濟管理方法2第一節(jié)電力生產(chǎn)供應(yīng)概述2“源”主要指可控且連續(xù)出力的大電源（煤電、水電、核電等）發(fā)電廠、站

，通過各種設(shè)備做功形式將一次能源轉(zhuǎn)換成電能

，然后通過升壓接入“網(wǎng)”即電網(wǎng)。輸電網(wǎng)通過升壓變電站、高壓/超高壓輸電線路將發(fā)電廠與變電所連接起來

，完成電能傳輸。配電網(wǎng)通過配電所、配電線路、變壓器等從輸電網(wǎng)接受電能

，逐級降壓分配給用戶即各個負荷端，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)由“源網(wǎng)荷”組成電力系統(tǒng)簡介即“荷”。電力系統(tǒng)示意圖3新型電力系統(tǒng)由“源網(wǎng)儲荷”組成“源網(wǎng)荷儲”新型電力系統(tǒng)示意圖

4新型電力系統(tǒng)u源源互補u源網(wǎng)協(xié)調(diào)u網(wǎng)荷互動u網(wǎng)儲互動與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比

，

新型電力系統(tǒng)的

“新”主要表現(xiàn)為以下幾個方面:傳統(tǒng)電力系統(tǒng)與新型電力系統(tǒng)5第二節(jié)電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)6u發(fā)電技術(shù)火力發(fā)電、

核能發(fā)電、

水力發(fā)電、

風(fēng)力發(fā)電、

太陽能發(fā)電、

生物質(zhì)能發(fā)電、

地?zé)崮馨l(fā)電u碳捕集、

封存與利用技術(shù)u儲能技術(shù)電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)7火力發(fā)電是指通過燃燒化石燃料（煤、油、天然氣或其他碳氫化合物）

，將所得到的熱能轉(zhuǎn)換為機械能再轉(zhuǎn)換為電能的過程。u優(yōu)點：技術(shù)成熟、成本低廉、機組出力穩(wěn)定可控、相較于其他發(fā)電方式建設(shè)周期短等u缺點：火力發(fā)電的燃料主要是化石能源

，在發(fā)電過程中會產(chǎn)生大量塵粒、二氧化硫等有害物質(zhì)和二氧化碳排放發(fā)電技術(shù)：

火力發(fā)電汽輪機發(fā)電示意圖燃煤發(fā)電站8技術(shù)進步u

隨著蒸汽壓力和溫度參數(shù)逐步提高

，煤電機組由亞臨界向超臨界、超超臨界技術(shù)不斷發(fā)展進步，煤電機組發(fā)電效率明顯提高

，供電煤耗明顯降低

，粉塵、

SOx、

NOx、

COx等的排放量也會隨著煤

耗的降低而相應(yīng)降低u循環(huán)流化床是新一代高效、低污染清潔燃燒技術(shù)

，優(yōu)點有:低溫燃燒方式，

因此氮氧化物排放遠低于煤粉爐

，并可實現(xiàn)燃燒中直接脫硫,脫硫效率高且技術(shù)設(shè)備簡單、經(jīng)濟；燃料適應(yīng)性廣且燃燒效

率高u整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)是將潔凈的煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進動力系統(tǒng),既

有高發(fā)電效率又有環(huán)保性能,是一種有發(fā)展前景的潔凈煤發(fā)電技術(shù)發(fā)電技術(shù)：

火力發(fā)電9u2020年

，我國發(fā)電總裝機容量達22億千瓦，其中火力發(fā)電機組裝機容量12億千瓦

，

占

全國總裝機容量的57%u從電源結(jié)構(gòu)看

，

2011-2020年我國傳統(tǒng)化

石能源發(fā)電裝機比重持續(xù)下降

，

2020年火

力發(fā)電裝機比重較2011年下降了16%2011-2020年全國總裝機容量和火電機組裝機容量

資料來源:歷年《中國電力年鑒》

;

國家統(tǒng)計局發(fā)電技術(shù)：

火力發(fā)電10核能發(fā)電是利用核反應(yīng)堆中核裂變所釋放出的熱能進行發(fā)電的方式。u優(yōu)點：不使用化石燃料、不會造成空氣污染和產(chǎn)生大量的CO2排放、核燃料能量密度高、所用

燃料體積小、運輸和儲存便利、

出力穩(wěn)定可控等u缺點：核反應(yīng)堆會產(chǎn)生大量的放射性物質(zhì)

，一旦出現(xiàn)核泄漏事故

，將對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成巨大危害發(fā)電技術(shù)：

核能發(fā)電核電站

112020年世界各國核能發(fā)電現(xiàn)狀資料來源:

IEA.

Electricity

Information

2021u利用核能發(fā)電的主要國家有美國、

中國、

法國、

俄羅斯等u2020年中國在運行核電站53座

，

核能發(fā)電量占比4.9%發(fā)電技術(shù)：

核能發(fā)電12水力發(fā)電是指利用河流、湖泊等位于高處具有勢能的水流至低處

，將勢能轉(zhuǎn)換成水輪機之動能

，再借水

輪機推動發(fā)電機產(chǎn)生電能。u優(yōu)點：對環(huán)境污染較小、能夠控制洪水泛濫、提供灌溉用水、改善河流航運、推動發(fā)展旅游業(yè)等u缺點：需要高昂的前期投入和較長的建設(shè)周期

，且大壩水庫的修建會對周邊水生生態(tài)系統(tǒng)造成不可逆的影響；水力發(fā)電能力還會受到降雨、汛期來水等自然因素影響發(fā)電技術(shù)：

水力發(fā)電水力發(fā)電站

13u水力發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施建成后發(fā)電小時數(shù)較高、

發(fā)電運行成本較小

，是目前經(jīng)濟最成熟、

世界最

主要的可再生能源發(fā)電技術(shù)

，

但隨著資源不斷

開發(fā)

，成本具有上升趨勢u2020年全球平均水力發(fā)電裝機成本約為1870

美元/千瓦2010-2020年全球水力發(fā)電裝機成本資料來源:

IRENA(2021)發(fā)電技術(shù)：

水力發(fā)電14u2020年各類可再生能源發(fā)電量中

，

水力發(fā)電占比17%

，是繼煤炭和天然氣之后的第三大

電力來源u水力發(fā)電是我國主要的可再生能源發(fā)電方式，

2020年我國水力發(fā)電量為12140億千瓦時；2020年我國水力發(fā)電新增設(shè)備容量為1323萬

千瓦

，

水電裝機容量多年來穩(wěn)居世界第一2011-2020年世界主要國家水力發(fā)電裝機容量

資料來源:

IRENA(2021)發(fā)電技術(shù)：

水力發(fā)電15風(fēng)力發(fā)電的流程是利用風(fēng)力帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)

，再通過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升

，來促使發(fā)電機發(fā)電，從而實現(xiàn)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機械能再轉(zhuǎn)換為電能。u優(yōu)點：不需要燃燒化石能源

，不產(chǎn)生污染物和CO2排放

，風(fēng)沒有枯竭期

，風(fēng)力發(fā)電機組體積較小，可以廣泛放置在島嶼、沿海等風(fēng)力較大地區(qū)等u缺點：

噪聲污染、視覺污染、

占用大片土地、風(fēng)力發(fā)電受天氣變化影響大、

出力不穩(wěn)定不可控、需

要額外的系統(tǒng)整合成本等海上風(fēng)力發(fā)電發(fā)電技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電陸上風(fēng)力發(fā)電16全球陸上風(fēng)力發(fā)電裝機成本仍然較高

，

而海上風(fēng)力發(fā)電裝機成本是其兩倍以上2010-2020年全球海上風(fēng)力發(fā)電裝機成本

資料來源:

IRENA(2021)2010-2020年全球陸上風(fēng)力發(fā)電裝機成本資料來源:

IRENA(2021)發(fā)電技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電17u2020年全球風(fēng)電發(fā)電累計裝機容量已達743吉瓦

，利用風(fēng)力發(fā)電的主要國家有中國、

美

國、

印度、

俄羅斯等u2020年我國風(fēng)力發(fā)電新增裝機容量7167萬

千瓦

，

其中海上風(fēng)電新增并網(wǎng)裝機容量306

萬千瓦2011-2020年世界主要國家風(fēng)力發(fā)電裝機容

量

資料來源:

IRENA(2021)發(fā)電技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電18太陽能發(fā)電根據(jù)能量轉(zhuǎn)換過程不同可以分為太陽能光發(fā)

電和太陽能熱發(fā)電。

已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的主要是太陽能

光伏發(fā)電。u優(yōu)點：無枯竭危險、無環(huán)境污染、不受資源分布地

域的限制、可在用電處就近發(fā)電等u缺點：太陽照射的能量分布密度小

，即要占用巨大

面積

，獲得的能源與四季、晝夜及陰晴等氣象條件

有關(guān)

，提供的電力不穩(wěn)定太陽能發(fā)電示意圖發(fā)電技術(shù)：

太陽能發(fā)電太陽能熱發(fā)電太陽能光發(fā)電192010年以來

，

全球太陽能光伏發(fā)電裝機成本逐年降低

，

隨著太陽能電池等技術(shù)不斷進步,未來光伏發(fā)電成本有望進一步降低發(fā)電技術(shù)：

太陽能發(fā)電2010-2020年全球太陽能聚光發(fā)電裝機成本資料來源:

IRENA(2021)2010-2020年全球太陽能光伏發(fā)電裝機成本資料來源:

IRENA(2021)202011-2020年世界主要國家太陽能發(fā)電裝機容量資料來源:

IRENA(2021)u太陽能光伏發(fā)電發(fā)展迅速

，

2020年全球太陽能光伏新增裝機容量138吉瓦

，

太陽

能光熱發(fā)電新增裝機容量129兆瓦u中國、

美國、

印度、

俄羅斯、

日本是最主要的太陽能發(fā)電國家發(fā)電技術(shù)：

太陽能發(fā)電21生物質(zhì)能發(fā)電主要利用農(nóng)業(yè)、

林業(yè)和工業(yè)廢棄物及城市垃圾為原料

，

采取直接燃燒或氣化等方式發(fā)電

，包

括直接燃燒發(fā)電、

氣化發(fā)電、

垃圾焚燒發(fā)電、

垃圾填

埋氣發(fā)電、

沼氣發(fā)電等。u優(yōu)點：

可再生、

低污染、

分布廣泛、

蘊藏量巨大等u缺點

：存在農(nóng)林廢棄物收集和運輸成本高等問題,生

物質(zhì)能發(fā)電方式發(fā)展緩慢發(fā)電技術(shù)：

生物質(zhì)能發(fā)電黑龍江肇東市生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)示范項目222010-2020年全球生物質(zhì)能發(fā)電裝機成本資料來源:

IRENA(2021)2020年全球生物質(zhì)能發(fā)電的裝機成本高達2543美元/千瓦發(fā)電技術(shù)：

生物質(zhì)能發(fā)電23u在中國、

印度等人口眾多的國家

，

生物質(zhì)具有極大的能源供應(yīng)潛力

，

2020年全球生

物質(zhì)能發(fā)電裝機容量達到127吉瓦

，

約占

全球可再生能源裝機總?cè)萘康?.8%u我國生物質(zhì)能發(fā)展迅速

，

2020年生物質(zhì)能

發(fā)電新增裝機容量542萬千瓦

，

累計生物

質(zhì)能發(fā)電裝機容量達1869萬千瓦2011-2020年世界主要國家生物質(zhì)能發(fā)電裝機容量資料來源:

IRENA(2021)發(fā)電技術(shù)：

生物質(zhì)能發(fā)電24地?zé)崮馨l(fā)電是把地下熱能轉(zhuǎn)換為機械能

，然后再將機械能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換過程。u優(yōu)點：

可再生、

低污染、

總量豐富u缺點：

資金投入大、

受地域限制發(fā)電技術(shù)：

地?zé)崮馨l(fā)電252010-2020年全球地?zé)崮馨l(fā)電裝機成本資料來源:

IRENA(2021)地?zé)崮馨l(fā)電裝機成本較高

，

2019年全球地?zé)崮馨l(fā)電裝機成本為3916美元/千瓦發(fā)電技術(shù)：

地?zé)崮馨l(fā)電262011-2020年世界主要國家地?zé)崮馨l(fā)電裝機容量

資料來源:

IRENA(2021)u地?zé)崮馨l(fā)電在我國應(yīng)用較少

，近十年來我國地?zé)崮馨l(fā)電裝機容量一直保持在26兆瓦u美國是世界上地?zé)崮馨l(fā)電利用最廣泛的國家，

2020年美國地?zé)崮馨l(fā)電裝機總量高達2587兆瓦，發(fā)電技術(shù)：

地?zé)崮馨l(fā)電位居世界首位27?通過碳捕集技術(shù)

，將能源產(chǎn)業(yè)及工業(yè)過程產(chǎn)生的CO2分離出來進行捕集、壓縮?通過管道輸送等方式將CO2輸送至封存點

，注入陸地或海下深層地質(zhì)構(gòu)造中

，與大氣隔絕封存起來

，或進行應(yīng)用?

CCUS是一種減少溫室氣體排放及利用的技術(shù)

，是解決全球氣候變化問題的重要手段之一碳捕集、利用與封存（

carbon

capture,

utilization

and

storage,

CCUS）碳捕集、

利用與封存技術(shù)我國首個百萬噸級CCUS項目

齊魯石化-勝利油田CCUS項目28CCUS過程包括四個步驟u捕集：從燃煤煙氣中分離或捕集CO2，并將其壓縮成液體或超臨界狀態(tài)u

運輸：將捕集的CO2通過管道、船舶、鐵路、公路或其他方式運輸?shù)絻Υ纥c或利用點u封存：將壓縮后的CO2注入地下儲層體進行地質(zhì)封存

，并進二氧化碳驅(qū)油過程示意圖行監(jiān)測

，其目的是保證封存有效

，可儲存在地下達數(shù)千年u

利用：主要有物理利用、化學(xué)利用和生物利用等碳捕集、

利用與封存技術(shù)29CCUS技術(shù)路線圖根據(jù)在燃料轉(zhuǎn)化過程中捕集CO2的位置不同

，

電廠CO2捕集的技術(shù)主要分為燃燒前捕集、

燃燒后捕集和氧燃料燃燒捕集三種技術(shù)碳捕集、

利用與封存技術(shù)30儲能作為新增的靈活性調(diào)節(jié)資源,不僅可提高常規(guī)發(fā)電和輸

電的效率、

安全性和經(jīng)濟性,也是實現(xiàn)可再生能源平滑波

動、

調(diào)峰調(diào)頻,滿足可再生能源大規(guī)模接入的重要手段

與世界其他國家和地區(qū)相比,我國儲能與新能源裝機容量的比例,即“儲新比”,明顯偏低,2020年我國的儲新比約為6.7%,而我國以外其他國家和地區(qū)的儲新比平均為15.8%。

隨著可再生能源發(fā)電比例的提高和煤電的逐步退出,儲能將迎來巨大的發(fā)展機遇。可再生能源發(fā)電具有間歇

性,

電力系統(tǒng)對于平滑輸

出、調(diào)峰調(diào)頻等電力輔助服務(wù)的需求明顯增長電力消費方式單一,

煤電、

燃機供給足

以應(yīng)對電網(wǎng)穩(wěn)定調(diào)

節(jié)需求風(fēng)光發(fā)

電時代傳統(tǒng)能

源時代儲能技術(shù)31

儲能即能量的存儲,指通過特定的裝置或物理介質(zhì)將能量存儲起來以便在需

要時利用

根據(jù)能量存儲方式的不同,儲能可以分為機械儲能、

電磁儲能、

電化學(xué)儲能、儲能技術(shù)分類與原理儲能分類示意圖

32熱儲能和化學(xué)儲能五大類抽水蓄能

目前最成熟的大規(guī)模儲能方式

基本原理：

電網(wǎng)低谷時利用過剩電力,將作為液態(tài)能量媒體的水從低標(biāo)高的

水庫抽到高標(biāo)高的水庫,電網(wǎng)峰荷時高標(biāo)高水庫中的水回流到下水庫推動水

輪發(fā)電機發(fā)電飛輪儲能

利用高速旋轉(zhuǎn)體所具有的動能進行能量存儲,通過控制飛輪轉(zhuǎn)速實現(xiàn)電能與

動能的轉(zhuǎn)換機械儲能33壓縮空氣儲能

一種基于燃氣輪機發(fā)展而產(chǎn)生的儲能技術(shù),以壓縮空氣的方式儲存能量

儲能時段：

壓縮空氣儲能系統(tǒng)利用風(fēng)/光電或低谷電能帶動壓縮機,將電能轉(zhuǎn)

化為空氣壓力能,隨后高壓空氣被密封存儲于報廢的礦井、

巖洞、

廢棄的油

井或者人造的儲氣罐中

釋能時段：

通過放出高壓空氣推動膨脹機,將存儲的空氣壓力能再次轉(zhuǎn)化為

機械能或者電能機械儲能34超導(dǎo)儲能

利用超導(dǎo)體的電阻為零特性制成的儲存電能的裝置

不僅可以在超導(dǎo)體電感線圈內(nèi)無損耗地儲存電能,還可以通過電力電子換流器

與外部系統(tǒng)快速交換有功和無功功率,用于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、

改善供電品

質(zhì)超級電容器

又叫雙電層電容器、

電化學(xué)電容器,是一種介于傳統(tǒng)電容器和充電電池之間的

新型儲能裝置,既具有電容器快速充放電的特性,同時又具有電池的儲能特性電磁儲能35電化學(xué)儲能

各種二次電池,如鋰離子電池、

鉛酸電池、

鈉硫電池和液流電池等

多數(shù)在技術(shù)上比較成熟,近年來成為關(guān)注的重點,并有許多實際應(yīng)用熱儲能

熱儲能有許多不同的技術(shù),如熔融鹽儲能,其可進一步分為顯熱儲能和潛熱儲

能等

熱儲能系統(tǒng)中,熱能被儲存在隔熱容器的媒質(zhì)中,以后需要時可以轉(zhuǎn)化回電能,

也可直接利用而不再轉(zhuǎn)化回電能電化學(xué)儲能、

熱儲能36化學(xué)儲能

化學(xué)儲能主要是指利用氫或合成天然氣作為二次能源的載體

通過電解水將水分解為氫氣和氧氣

，

可直接用氫作為能量的載體

將氫與二氧化碳反應(yīng)成為合成天然氣(甲烷),以合成天然氣作為另一種二次能

量載體其它新興儲能技術(shù)

包含鈉離子電池、

液態(tài)金屬電池、

多價金屬離子電池、

水系電池等化學(xué)儲能、

其它新興儲能技術(shù)37?

適用場景范圍

飛輪儲能與超級電容器主要應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中對電壓波動較為敏感的精密制

造與通信、

數(shù)據(jù)中心等行業(yè)

抽水蓄能主要應(yīng)用于大電網(wǎng)的輸配電環(huán)節(jié)

化學(xué)儲能則更多運用于風(fēng)、

光發(fā)電等波動較大的可再生能源發(fā)電側(cè)、

中小型

智能變電站和用電側(cè)

氫儲能更適宜季節(jié)性調(diào)峰各類儲能技術(shù)比較38?時間尺度

抽水蓄能、

壓縮空氣儲能、

燃料電池、

電化學(xué)儲能等更適合小時級調(diào)峰

超級電容器等則更適合秒級調(diào)頻需求?

技術(shù)成熟度

抽水蓄能應(yīng)用最為成熟

儲熱技術(shù)也已處于規(guī)?；瘧?yīng)用階段,

目前我國火電靈活性改造大部分采取儲

熱技術(shù)

鋰離子電池儲能近年得到了飛速應(yīng)用

壓縮空氣儲能以及液流電池也逐漸迎來了商業(yè)化應(yīng)用各類儲能技術(shù)比較39儲能技術(shù)應(yīng)用場景豐富,主要分為電源側(cè)、

電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)三類u電源側(cè)對儲能的需求場景類型較多,包括可再生能源并網(wǎng)、

電力調(diào)峰、

系統(tǒng)

調(diào)頻等u電網(wǎng)側(cè)儲能主要用于緩解電網(wǎng)阻塞、

延緩輸配電擴容升級等u用戶側(cè)儲能主要用于電力自發(fā)自用、

峰谷價差套利、

容量電費管理和提高電

能質(zhì)量等在實際應(yīng)用中,儲能的某一功能應(yīng)用并不局限于單一應(yīng)用場景,以平滑輸出、

跟

蹤出力計劃為例,可同時應(yīng)用于電源側(cè)、

電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)多場景下儲能應(yīng)用40類型時長需求應(yīng)用場景技術(shù)種類發(fā)展階段長時儲能容量型≥4小時削峰填谷、

離網(wǎng)儲能等抽水蓄能

、

壓縮空

氣儲能、

儲熱蓄冷、

氫儲能、

鈉硫電池、

液流電池

、

鈉離子

電池、

鉛炭電池等?抽水蓄能和壓縮空氣儲能處

于商業(yè)應(yīng)用成熟階段?鉛炭電池、

儲熱蓄冷等已進

入商業(yè)推廣階段?液流電池、

鈉離子電池等已

進入示范應(yīng)用階段?氫儲能處于開發(fā)階段多場景下儲能應(yīng)用41類型時長需求應(yīng)用場景技術(shù)種類發(fā)展階段短時儲能能量型1~2小時復(fù)合功能

，

獨立儲能

電站、

電網(wǎng)側(cè)儲能、

調(diào)峰調(diào)頻和緊急備用

等多重功能磷酸鐵鋰電池等商業(yè)應(yīng)用成熟階段功率型≤30分鐘輔

助

A

GC

調(diào)

頻

、

平

滑間歇性電源功率波

動超導(dǎo)儲能

、

飛輪儲

能

、

超級電容器

、

鈦酸鋰電池

、

三元

鋰電池等?

超

導(dǎo)

儲

能

、

飛

輪

儲

能

、

超級電容處于

開發(fā)階段?

鈦

酸

鋰

電

池

、

三

元

鋰電池處于商業(yè)應(yīng)

用成熟階段備用型≥15分鐘通訊基站和數(shù)據(jù)中心

等場景作為不間斷電

源提供緊急電力鉛酸電池

、

梯級利

用電池

、

飛輪儲能

等?

鉛

酸

電

池

處

于

商

業(yè)

應(yīng)用階段?

梯

級

利

用

處

于

示

范

應(yīng)用階段多場景下儲能應(yīng)用機械儲能抽水蓄能和壓縮空氣儲能是目前應(yīng)用最廣泛的長時儲能技術(shù)1)抽水蓄能

抽水蓄能是最為成熟、

現(xiàn)有規(guī)模最大的儲能技術(shù),具有技術(shù)成熟、

運行成本

低、壽命長、

容量大、

效率高等優(yōu)點

但也存在響應(yīng)慢、

受地理條件限制、

建設(shè)周期長等缺點長時儲能發(fā)展現(xiàn)狀與方向432)壓縮空氣儲能u壓縮空氣儲能容量功率范圍廣、

環(huán)境友好,但效率低、

響應(yīng)慢、

受地形地質(zhì)

條件限制u壓縮空氣儲能之前受制于儲能效率較低、

電量損耗成本較高,但是隨著技術(shù)

進步,大型電站投資儲能效率已經(jīng)上升至70%~75%,

略低于抽水蓄能電站,

已經(jīng)具備了大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的條件u與當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的抽水蓄能以及磷酸鐵鋰電池比較,壓縮空氣儲能的度

電成本依然要略高于抽水蓄能,但是遠低于磷酸鐵鋰,投資周期較抽水蓄能

短,且單體投資規(guī)模限制小綜合來看,壓縮空氣儲能在能效得到提升后,有望成為抽水蓄能在大規(guī)模儲能

電站領(lǐng)域的重要補充長時儲能發(fā)展現(xiàn)狀與方向44電化學(xué)儲能電化學(xué)儲能不受地理條件限制,響應(yīng)更加迅速,且建設(shè)周期較短,是長時儲能的

重要發(fā)展方向,其中鈉離子電池、

液流電池是未來主要發(fā)展方向,鉛炭電池也具備一些發(fā)展?jié)摿?)鈉離子電池u鈉離子電池較鋰離子電池而言,原材料豐富,且成本降低約20%,但電池能

量密度較低,產(chǎn)業(yè)鏈配套尚不完善,

因此發(fā)展趨勢主要集中在能量密度提升

以及通過產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)降低成本兩個方面u安全性上,鈉離子電池內(nèi)阻較大,短路時瞬時放熱量較鋰離子電池少,溫升較

低,在安全性方面具備先天優(yōu)勢,但鈉離子電池電解液易燃、

負極處鈉枝晶

生長易導(dǎo)致短路等問題依舊存在,

因此需要在負極材料、

電解質(zhì)環(huán)節(jié)入手進

一步提高安全性長時儲能發(fā)展現(xiàn)狀與方向452)液流電池u液流電池未來主要發(fā)展方向為全釩液流電池和鋅溴液流電池,兩者原材料易

得且易回收,

已經(jīng)進入示范應(yīng)用階段u全釩液流電池活性物質(zhì)單一,擴展性較高,可突破鋰離子電池在儲能時長方

面的限制,且循環(huán)壽命可長達20年,容量規(guī)模易調(diào)節(jié)。

但成本是制約全釩液

流電池發(fā)展的核心原因,未來可通過技術(shù)和商業(yè)模式創(chuàng)新兩個方面降低成本u鋅溴液流電池相較于全釩液流電池,能量密度更高,

電解液體積更小,

電極和

隔膜材料均為塑料,溴化鋅電解液價格低廉易得,

電極各材料均可回收利用,

對環(huán)境友好。

但鋅溴液流電池在國內(nèi)起步較晚,

目前產(chǎn)業(yè)化處于初期階段。

解決鋅枝晶導(dǎo)致的單體電池短路問題及產(chǎn)業(yè)化是未來鋅溴液流電池發(fā)展的

重點長時儲能發(fā)展現(xiàn)狀與方向463)鉛炭電池u鉛炭電池是一種電容型鉛酸電池,是從傳統(tǒng)的鉛酸電池演進出來的技術(shù)u鉛炭電池同時具有鉛酸電池和電容器的特點,既發(fā)揮了超級電容器瞬間大容

量充電的優(yōu)點,也發(fā)揮了鉛酸電池的比能量優(yōu)勢,且擁有非常好的充放電性

能u由于加了碳材料,

阻止了負極硫酸鹽化現(xiàn)象,改善了過去電池失效的一個因

素,

電池壽命有所延長u在經(jīng)過幾年的快速發(fā)展后目前趨于沉寂,但其安全性高、

回收率高的特點使

其在場地要求不高、

有較長的充放電工作周期等場合仍然是有競爭力的儲

能技術(shù)長時儲能發(fā)展現(xiàn)狀與方向47熱儲能

熔融鹽儲熱是熱儲能中可作為長時儲能發(fā)展的一種技術(shù)路線

熔融鹽儲熱通過加熱熔鹽完成儲能,應(yīng)用場景包括光熱發(fā)電、

清潔供熱供汽、

火電靈活性改造

熔融鹽儲熱具有儲能規(guī)模大、

時間長、

壽命長、

環(huán)保安全等優(yōu)點

但仍有一定的局限性,存在成本較高、

能量利用率低、

熔鹽具有腐蝕性等缺點長時儲能發(fā)展現(xiàn)狀與方向48氫儲能u可再生能源發(fā)電制氫是未來氫儲能發(fā)展的主要方向,可應(yīng)用于新型電力系統(tǒng)

“源、

網(wǎng)、荷”各環(huán)節(jié),實現(xiàn)電氫耦合發(fā)展u電源側(cè)

：利用可再生能源綠色制氫技術(shù),將風(fēng)能、

太陽能等可再生能源電力清潔

高效地轉(zhuǎn)換為氫能,推動氫能在電源側(cè)與可再生能源耦合,促進大規(guī)模可再生能

源消納u電網(wǎng)側(cè)：

氫儲能可積極參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù),提高電力系統(tǒng)安全性、

可靠

性、

靈活性,

由于具有儲能容量大、

儲存時間長、

清潔無污染等優(yōu)點,能夠在電

化學(xué)儲能不適用的場景發(fā)揮優(yōu)勢,在大容量長周期調(diào)節(jié)的場景中,氫儲能在經(jīng)濟

性上更具有競爭力,

能夠?qū)崿F(xiàn)跨地域和跨季節(jié)的能源優(yōu)化配置長時儲能發(fā)展現(xiàn)狀與方向49氫儲能u用戶側(cè)：

氫能作為靈活高效的二次能源,在能源消費端可以利用電解槽和燃料電

池,通過電氫轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)電力、

供熱、

燃料等多種能源網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互補和協(xié)同優(yōu)化,

推動分布式能源發(fā)展,提升終端能源利用效率u但目前氫能在新型電力系統(tǒng)中的應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn),如電氫耦合關(guān)鍵技術(shù)有待

突破,

電解水制氫成本有待下降,需加強固態(tài)儲氫和有機溶液儲氫等技術(shù)的研發(fā),

降低輸氫成本,提高輸氫便利性長時儲能發(fā)展現(xiàn)狀與方向50短時儲能中,應(yīng)用最廣泛的是鋰離子電池,

已經(jīng)進入商業(yè)化成熟期?

鋰離子電池環(huán)境污染小、

充放電效率高、

循環(huán)壽命長、

循環(huán)特性好、

能量

密度高?

但過充和過放不耐受、

溫度敏感、

成組壽命待提高、

價格高,在產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)

節(jié)存在的技術(shù)、

成本與安全問題待解決除鋰離子電池等電化學(xué)儲能電池外,超導(dǎo)儲能、

飛輪儲能、

超級電容器常用于滿足電力系統(tǒng)的短時儲能需求短時儲能發(fā)展現(xiàn)狀與方向51原材料環(huán)節(jié)

我國鋰資源品位較低,開采成本高,主要使用離子交換吸附、

膜分離方法提鋰,未來將向高性能吸附分離材料研發(fā)及工業(yè)流程的簡化方向發(fā)展。正極材料環(huán)節(jié)

磷酸鐵鋰正極由于成本較低,安全性和循環(huán)使用壽命更高,

在儲

能領(lǐng)域應(yīng)用廣泛;但其能量密度較低,未來可通過補鋰逐漸提升能量密度。

實

施補鋰技術(shù)后,磷酸鐵鋰電池的能量密度預(yù)計可提升20%左右,循環(huán)壽命也將

有所延長。負極材料環(huán)節(jié)

人造石墨材料由于低電化學(xué)電勢、

循環(huán)性能好、

廉價等優(yōu)點,

已成為主流,但存在比容量較低的缺點。

硅材料的質(zhì)量比容量是碳材料的10

倍,未來技術(shù)方向是將碳材料引入硅中形成硅碳負極。鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)問題與發(fā)展方向52隔膜環(huán)節(jié)

由于濕法隔膜生產(chǎn)厚度薄、

強度和能量密度高,磷酸鐵鋰電池有從干法隔膜向濕法隔膜轉(zhuǎn)換的趨勢。

為提高隔膜熱穩(wěn)定性,在濕法隔膜上使用陶

瓷涂覆將成為未來方向。電解質(zhì)環(huán)節(jié)

六氟磷酸鋰是目前的主要電解質(zhì)材料。

新型電解液LiFSI

溶解溫

度熱穩(wěn)定性較好,有望成為新型替代材料。

同時,固態(tài)或半固態(tài)電解質(zhì)或是未

來發(fā)展的重要方向。

但固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈配套與目前現(xiàn)有的鋰離子電池兼容性

很小,若要實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn),在技術(shù)、

產(chǎn)業(yè)鏈配套建設(shè)上還需要更多的時間。鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)問題與發(fā)展方向53超導(dǎo)儲能技術(shù)u適用于平抑短時功率波動,解決電網(wǎng)暫態(tài)頻率穩(wěn)定性問題,雖處于開發(fā)階段,但

具有較大的發(fā)展前景u超導(dǎo)儲能帶材零電阻、

電流密度高、

無須能量轉(zhuǎn)換、

無任何電化學(xué)反應(yīng)和機

械磨損,

因此具有效率高、

功率密度高、

響應(yīng)速度快、

循環(huán)次數(shù)無限等優(yōu)點。u要實現(xiàn)超導(dǎo)儲能在可再生能源領(lǐng)域的商業(yè)應(yīng)用,

除了超導(dǎo)帶材制造工藝有待提

高,制造成本亟須降低外,還需要突破以下核心關(guān)鍵技術(shù):高效率、

寬功率運行

范圍大功率變流技術(shù),大容量高溫超導(dǎo)磁體技術(shù),低溫高壓絕緣技術(shù),超導(dǎo)儲能

系統(tǒng)在線監(jiān)測與優(yōu)化控制技術(shù),高效制冷技術(shù)其它短時儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與方向54飛輪儲能u具有功率密度高、

不受充放電次數(shù)的限制、

綠色無污染等特點u相較于電化學(xué)儲能技術(shù)

，

主要優(yōu)勢在于支持高頻次充放電、

使用壽命長、

安

全性高

，

劣勢在于儲電量低、

度電成本高、

功耗高u國內(nèi)飛輪儲能行業(yè)體還處于發(fā)展的早期階段,絕大部分企業(yè)尚不具備規(guī)?；?/p>

生產(chǎn)能力,絕大部分產(chǎn)品還處于原型機或樣機研制實驗階段u飛輪儲能是針對性比較強的技術(shù),發(fā)揮其優(yōu)勢需要一些應(yīng)用場景支撐

，在電力

系統(tǒng)中飛輪儲能最適合的場景是一次調(diào)頻

，

該領(lǐng)域需求逐漸增長u更高轉(zhuǎn)速、

更高功率密度、

更低損耗、

更長壽命的高速磁懸浮飛輪系統(tǒng)是飛

輪儲能技術(shù)未來的發(fā)展方向其它短時儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與方向55超級電容器u超級電容器行業(yè)國內(nèi)起步較晚,與國外先進水平差距較大u相較于傳統(tǒng)電容器與電池,超級電容器具有充電時間短、

使用壽命長、

溫度特

性好、

節(jié)約能源和綠色環(huán)保等特點u自誕生以來,超級電容器在新能源汽車、

智能電網(wǎng)、

風(fēng)力發(fā)電、

太陽能、

軌道

交通、

運動控制、

軍用設(shè)備、

電力儲能等眾多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景,

已經(jīng)

成為各國重點研發(fā)項目u隨著下游應(yīng)用場景的不斷擴展,對超級電容器的需求也在不斷增長超級電容器

技術(shù)仍需不斷突破,未來將向低成本、

高能量密度、

高功率密度、

低維護成本、

長使用壽命方向發(fā)展,將會開拓更多的純電池替代領(lǐng)域其它短時儲能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與方向56第三節(jié)電力部門發(fā)展現(xiàn)狀57u全球電力部門發(fā)展概況u典型國家電力部門發(fā)展概況u中國電力部門發(fā)展概況電力部門發(fā)展現(xiàn)狀58u為應(yīng)對氣候變化

，全球正朝著快速電氣化方向發(fā)展

，推動電力需求大幅增加u

隨著世界范圍內(nèi)化石能源發(fā)電量逐漸降低

，

電力碳排放與發(fā)電量逐漸脫鉤

，發(fā)電產(chǎn)生的二氧化碳

排放增速逐漸減緩1990-2019年世界電力部門CO2排放情況全球電力部門發(fā)展概況資料來源:

IEA數(shù)據(jù)平臺,

https://www.iea.org/data-and-statistics

591990-2019年世界各區(qū)域發(fā)電量u2020年低碳電力占總發(fā)電量的比例增加至39%

，其中水力發(fā)電仍是最大的可再生能源主體

，水力發(fā)電量占比達16%，核能發(fā)電量占比達10%

2020年全球發(fā)電構(gòu)成全球電力部門發(fā)展概況資料來源:

IEA數(shù)據(jù)平臺,

https://www.iea.org/data-and-statistics60u挪威已經(jīng)實現(xiàn)凈零排放u丹麥定于2027年u奧地利定于2030年u美國、加拿大和新西蘭定于2035年u德國目標(biāo)為2045年u中國定于2060年前實現(xiàn)全國碳中和

，

其中電力行業(yè)需率先達成零排目標(biāo)至2021年底

，有21個國家計劃在2040年前逐步完成煤電淘汰

，如

：德國承諾力爭2030年前、

最遲2038年淘汰

煤電；

加拿大承諾在2030年內(nèi)逐步淘汰傳統(tǒng)煤電；

英國承諾到2025年逐步淘汰所有煤電。

加拿大和英國建立

“棄用煤炭發(fā)電聯(lián)盟”

，截至2021年12月

，有48個國家政府、

48個地方州政府和69個組織加入。典型國家電力部門發(fā)展概況61u得益于頁巖氣革命和可再生能源政策支持,美國電力行業(yè)從依賴燃煤發(fā)電轉(zhuǎn)向了成本大幅下降

的頁巖氣和可再生能源發(fā)電

，

2008年美國煤電發(fā)電量在總發(fā)電量中占比約50%

，

2020年降至

20%

，預(yù)計煤電和核電站將繼續(xù)關(guān)閉u

2020年天然氣發(fā)電占比高達41%,可再生能源發(fā)電占比也增加至20%美國電力部門發(fā)展概況資料來源:

IEA數(shù)據(jù)平臺,

https://www.iea.org/data-and-statistics2020年典型國家電力結(jié)構(gòu)美國某天然氣電站62u英國在脫碳方面處于全球領(lǐng)先地位

，英國為碳交易市場設(shè)置碳價下限值以促進煤制氣轉(zhuǎn)變

，

同時對海上風(fēng)

電和太陽能光伏進行創(chuàng)紀(jì)錄的投資

，使其電力結(jié)構(gòu)大

幅轉(zhuǎn)型u天然氣發(fā)電量占比為36%

；核電發(fā)電量占比為16%，

將進一步退役；煤電發(fā)電量占比下降至2%

，比2010

年降低95%

，預(yù)期2030年

，風(fēng)能和太陽能發(fā)電量占

比將達到50%以上1990-2020年典型國家可再生能源發(fā)電量占比資料來源:

IEA數(shù)據(jù)平臺,https://

www.iea.org/data-and-statistics英國電力部門發(fā)展概況632010-2021年中國人均用電量及增量電力需求總量增加

電力需求結(jié)構(gòu)變化中國電力部門發(fā)展概況資料來源:

國家統(tǒng)計局,

http://www.stats.gov.cn2014-2021年中國全社會用電量情況642015-2021年中國發(fā)電技術(shù)規(guī)模趨勢資料來源:

國家統(tǒng)計局,

http://www.stats.gov.cn中國電力部門發(fā)展概況電力供應(yīng)規(guī)模擴大65中國電力部門發(fā)展概況煤電機組的煤炭強度在逐年優(yōu)化傳統(tǒng)化石能源發(fā)電比重持續(xù)下降資料來源:

國家統(tǒng)計局,

http://www.stats.gov.cn電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)變化2011-2021年中國火電機組供電煤耗2015-2021年中國發(fā)電量結(jié)構(gòu)66?

抽水蓄能的累計裝機規(guī)模占比首次低于90%,比上年同期下降4.

1個百分點，

新型儲能累計裝機規(guī)模為25.4GW,

同比增長67.7%,其中鋰離子電池占據(jù)主

導(dǎo)地位,市場份額超過90%?

美國、

中國和歐洲引領(lǐng)全球儲能市場的發(fā)展,在新增裝機方面,三者合計占全

球市場的80%,其中美國占34%,中國占24%,歐洲占22%67?

截至2021年底,全球已投運儲能項目累計裝機規(guī)模209.4GW,同比增長9%2021年全球儲能市場累計裝機規(guī)模占比（資料來源：CNESA,

2022）全球電力儲能裝機規(guī)模?

截至2021年底,

中國已投運儲能項目累計裝機規(guī)模46.

1GW,

占全球市場總規(guī)

模的22%,

同比增長30%?

抽水蓄能的累計裝機規(guī)模最大,

占比86.3%

。

在各類新型儲能技術(shù)中,鋰離子

電池的累計裝機規(guī)模最大,

占到近90%,主要由于2020年后國家及地方出臺了

鼓勵可再生能源發(fā)電側(cè)配置儲能的政策,

同時鋰電技術(shù)商用已經(jīng)成熟,成本較

低,成為電廠配置儲能的主要選擇

682021年中國儲能市場累計裝機規(guī)模占比（資料來源：CNESA,

2022）中國電力儲能裝機規(guī)模第四節(jié)電力部門碳減排技術(shù)經(jīng)濟管理措施69u煤電升級改造u可再生能源推廣u儲能配套應(yīng)用u電力可靠性管理u市場機制建設(shè)電力部門碳減排技術(shù)經(jīng)濟管理措施7071碳減排技術(shù)經(jīng)濟管理措施百萬千瓦級超超臨界煤電l

汽輪機通流改造l

冷端余熱深度利用改造l

煤電機組能量梯級利用l

高溫亞臨界綜合升級改造l

降低最小出力鍋爐l

縮短啟停時間l

快速升降負荷l

熱電解耦和鍋爐燃料可變l

純凝機組采暖供熱改造l

優(yōu)化運行已投產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)機組l

現(xiàn)有燃煤發(fā)電機組替代供熱l

加快淘汰落后產(chǎn)能l

合理轉(zhuǎn)為應(yīng)急備用l

快速升降負荷煤電改造升級靈活性改造淘汰關(guān)停供熱改造節(jié)煤降耗030204017201

資金金融扶持l

可再生能源電價附加補助

，2023年總計74億元l

貸款展期、續(xù)貸或調(diào)整還款l

支持補貼確權(quán)貸款73l

可再生能源電力消納保障l

市場購買可再生能源電力消納量l

認購可再生能源綠色電力證書l

智能光伏示范企業(yè)、示范項目l

光伏制造行業(yè)規(guī)范公告l

2022年41項風(fēng)電標(biāo)準(zhǔn)可再生能源推廣02機制激勵03規(guī)范引導(dǎo)74l

依托微電網(wǎng)、增量配網(wǎng)等配置新型儲能支撐分

布式供能系統(tǒng)l

對工業(yè)、通信、互聯(lián)網(wǎng)等用電大戶提供定制化

用能服務(wù)l

不間斷電源、充換電設(shè)施等分散式儲能l

調(diào)峰、調(diào)頻、黑啟動等提升電網(wǎng)運行穩(wěn)定性l

建設(shè)儲能延緩輸變電設(shè)施投資l

提升極端情況下系統(tǒng)應(yīng)急保障力l

風(fēng)光水火儲一體化促進外送消納l

配合海上風(fēng)電、荒漠風(fēng)電光伏基地開發(fā)l

提升新能源并網(wǎng)友好性和容量支撐力儲能配套應(yīng)用電源側(cè)新能源+儲能應(yīng)用用戶側(cè)儲能應(yīng)用電網(wǎng)側(cè)儲能應(yīng)用030102l

可用系數(shù)、等效可用系數(shù)、非計劃停用次數(shù)、強迫停運率、等效強迫停運率輸變l

平均停電頻度、停電規(guī)模、電平均停電持續(xù)時間l

電力線路巡檢、設(shè)備狀態(tài)

監(jiān)測、核心組部件溯源管

理l

配置應(yīng)急電源、關(guān)鍵設(shè)備

信息報送管理l

機組可靠性評估、水情自動測報系統(tǒng)、設(shè)備分級、動態(tài)風(fēng)險評估l

應(yīng)急電源容量規(guī)模電力系統(tǒng)電力可靠性管理發(fā)電供電用戶管理指標(biāo)管理手段75營造良好市場環(huán)境

，

合理疏導(dǎo)成本

，

激勵投資

，

實現(xiàn)能源資源配置市場機制建設(shè)76l政府機構(gòu)：設(shè)定市場準(zhǔn)入門檻

，交易價格限額

，交易方式；l

國家可再生能源信息管理中心：

向符合條件的發(fā)電商發(fā)放綠證

，建設(shè)和運行認購平臺

，全面

監(jiān)管綠電交易l發(fā)電商：通過綠證交易中心銷售所獲綠證l

自愿購買者（企業(yè)和個人）

：購買綠證完成可再生能源電力消納考核、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展要求、

服務(wù)企業(yè)宣傳國家對發(fā)電企業(yè)每1000度非水可再生能源上網(wǎng)電量頒發(fā)的具有唯一標(biāo)識代碼的電子證書可再生能源綠色電力證書（綠證）77第五節(jié)電力部門碳減排技術(shù)經(jīng)濟管理方法78u電力需求預(yù)測u碳減排技術(shù)路徑優(yōu)化方法電力部門碳減排技術(shù)經(jīng)濟管理方法79電力系統(tǒng)碳減排管理

?

全系

?,

、

、經(jīng)調(diào)原，配

發(fā)廠

電排

電組

停用

修

按濟度則分各電發(fā)安發(fā)機起備檢?監(jiān)測收集全系統(tǒng)主要運行信息，運行

情況，

保證

安全

經(jīng)濟

運行預(yù)測電

力需求統(tǒng)需

求預(yù)

測

，

編制

預(yù)計

需求

曲線制電任務(wù)、

運行方

式和計劃進行安

全監(jiān)控

和分析?

發(fā)生系統(tǒng)性事故時及時采取

措施

，恢復(fù)系統(tǒng)正常狀態(tài)指揮操

作和處

理事故80?

極端天氣、供

暖制冷需求?

電網(wǎng)升級、家電普及?

技術(shù)進步、能源效率?

生產(chǎn)需求、

生產(chǎn)效率?

用能行為、用能時間經(jīng)濟發(fā)展、

人均收入產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

調(diào)整工業(yè)化、

智能化老齡化、

城鎮(zhèn)化電力需求預(yù)測需求影響因素

氣候條件

81?系統(tǒng)行為與內(nèi)在機制因

果關(guān)系、

反饋回路、

結(jié)構(gòu)方程及關(guān)鍵參數(shù)以電力需求為因變量，尋找影響因素自變量；面板模型、

協(xié)整分析、向量自回歸等電力發(fā)展速度與國民經(jīng)濟發(fā)展速度