2022中國(guó)新型電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)路徑

中國(guó)新型電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)路徑2022rrmiorg/PAGE25目錄執(zhí)行摘要 7第一章應(yīng)對(duì)全球氣候變化與實(shí)現(xiàn)電力脫碳 10電力脫碳是全球應(yīng)對(duì)氣候變化的切入點(diǎn) 10碳中和已成為全球主要經(jīng)濟(jì)體的重要戰(zhàn)略目其核心是實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型 10能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵是電力生產(chǎn)零碳化和終端用能電氣化 10構(gòu)建新型電力系實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)脫碳 12新型電力系統(tǒng)支撐高比例可再生能源的生產(chǎn)輸送與消納 12構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是全球各國(guó)都面臨的嶄新課題 12中國(guó)的探索與實(shí)踐將提供具有普遍借鑒意義的方案 14第二章構(gòu)建中國(guó)特色新型電力系統(tǒng)–特征與難題 15新型電力系統(tǒng)理念的詮釋 17構(gòu)建新型電力系統(tǒng)亟需攻克的四大難題 18第三章破解構(gòu)建新型電力系統(tǒng)難題的八項(xiàng)建言 20長(zhǎng)周期性交易機(jī)制是促進(jìn)可再生能源投資的重要抓手 21新型電力系統(tǒng)可再生電源需實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化發(fā)展 21傳統(tǒng)電力市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)學(xué)理論與實(shí)踐的局限 22利用拍賣或競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制形成長(zhǎng)期合對(duì)沖短期電力市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)風(fēng)為可再生能源規(guī)模發(fā)展提供更強(qiáng)的確定性 盡快推出并不斷優(yōu)化省間綠電直購(gòu)模明晰環(huán)境外部性權(quán)屬與認(rèn)發(fā)揮用戶參與碳中和實(shí)踐的意愿 就近開發(fā)“西電東送相輔相成是可持續(xù)發(fā)展的最佳模式 27通過市場(chǎng)化機(jī)制提西電東能力 27完善激勵(lì)機(jī)制以優(yōu)先就近集中開發(fā)海上風(fēng)電 2830有的放因地制宜的輔助服務(wù)市場(chǎng)設(shè)計(jì)是充分利用靈活性資源的最有效手段 32高比例可再生能源的開發(fā)與消納大幅度增加了對(duì)系統(tǒng)靈活性能力的需求 32建立輔助服務(wù)市場(chǎng)是充分利用資源以滿足系統(tǒng)靈活性需求的當(dāng)務(wù)之急 32輔助服務(wù)市場(chǎng)與價(jià)格機(jī)制設(shè)計(jì)需秉持有的放因地制宜的理念 36氫能是具有綜合優(yōu)勢(shì)的系統(tǒng)靈活性技術(shù)選擇 37實(shí)現(xiàn)電能的大規(guī)模存儲(chǔ)是解決系統(tǒng)靈活性需求的革命性手段 37氫能是具有綜合優(yōu)勢(shì)的儲(chǔ)能技術(shù)選掌握具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)是關(guān)鍵 38擴(kuò)大電力平衡區(qū)域與區(qū)域市場(chǎng)化調(diào)度應(yīng)是電網(wǎng)優(yōu)化資源以消納可再生能源的范式 41電網(wǎng)大規(guī)模消納可再生能源的能力取決于其對(duì)資源的調(diào)度能力與方式 41擴(kuò)大電力平衡區(qū)域邊界以提升可再生能源的消納能力 41打破省間壁壘的區(qū)域現(xiàn)貨市場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)電力資源在更大地理尺度下靈活優(yōu)化配置 43一體化的電能量與輔助服務(wù)市場(chǎng)才能實(shí)現(xiàn)可再生能源消納系統(tǒng)成本的最優(yōu) 44數(shù)智技術(shù)的廣泛應(yīng)用才能大幅增強(qiáng)電網(wǎng)應(yīng)對(duì)供需劇烈變化的能力 46采用數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)全天候360度掌控 46基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)提升電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行能力 47發(fā)揮大數(shù)據(jù)技術(shù)優(yōu)勢(shì)應(yīng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn) 48模塊化的可觀可控是需求側(cè)彈性化的理想技術(shù)形態(tài) 49實(shí)現(xiàn)需求側(cè)的可觀可控是電力用戶分布式能源及儲(chǔ)能參與電力平衡的必須條件 49大力推動(dòng)微電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)需求側(cè)可觀可控且多能互補(bǔ)的理想方式 49發(fā)展虛擬電廠是短期內(nèi)加速挖掘需求側(cè)靈活性的有效手段 53全方位成為市場(chǎng)主體是需求側(cè)能彈性地參與電力平衡的前提 55缺乏市場(chǎng)參與的機(jī)遇嚴(yán)重制約了需求側(cè)參與電力平衡的能力 55全面放開用戶側(cè)參與電力市場(chǎng)準(zhǔn)入資格 56建立更通暢的價(jià)格傳導(dǎo)機(jī)制 57培育用戶側(cè)參與電力市場(chǎng)的能力 57第四章構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的探索與實(shí)踐 59可再生能源大規(guī)模消納與輸送-國(guó)家電網(wǎng)風(fēng)光儲(chǔ)輸一體化試點(diǎn)實(shí)踐 60數(shù)智技術(shù)助力的電網(wǎng)運(yùn)行與調(diào)度-南方電網(wǎng)建設(shè)數(shù)字電網(wǎng)的嘗試 62大范圍電力資源的市場(chǎng)化優(yōu)化配置-WEIM區(qū)域電力平衡市場(chǎng) 64需求側(cè)參與電力市場(chǎng)的實(shí)踐-德國(guó)需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制設(shè)計(jì) 66第五章結(jié)語(yǔ)與展望 68政市場(chǎng)技術(shù)合力驅(qū)動(dòng)新電系統(tǒng)構(gòu)建 70立足國(guó)著眼全探索零碳電發(fā)展之路 70設(shè)計(jì)差異化的省/區(qū)域電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型路線圖是構(gòu)建適合中國(guó)國(guó)情的電力系統(tǒng)的關(guān)鍵舉措 70提供具有普遍借鑒意義的零碳電力實(shí)踐與方案是中國(guó)對(duì)人類應(yīng)對(duì)全球氣候變化的貢獻(xiàn) 71執(zhí)行摘要如何應(yīng)對(duì)日益加劇的氣候變化是各國(guó)共同關(guān)心的全球性問題，也是人類社會(huì)必須協(xié)力合作才能解決的挑戰(zhàn)。在人類活動(dòng)中，能源活動(dòng)是溫室氣體排放的最主要貢獻(xiàn)者，目前，能源轉(zhuǎn)型已成為減緩全球氣候變化的首要議題。碳中和作為全球主要經(jīng)濟(jì)體應(yīng)對(duì)氣候變化的重要戰(zhàn)略目標(biāo)，其核心是實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。而在這一轉(zhuǎn)型過程中，電力系統(tǒng)的脫碳無疑十分關(guān)鍵，電力生產(chǎn)的零碳化和終端用能的電氣化將是全球應(yīng)對(duì)氣候變化的首要切入點(diǎn)。電力系統(tǒng)運(yùn)行的核心任務(wù)是要安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效地實(shí)現(xiàn)電力的供需平衡。在過去一百多年內(nèi)發(fā)展起來的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，以化石能源作為主要一次能源，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生產(chǎn)生活提供兼具安全性與經(jīng)濟(jì)性的支撐。在全社會(huì)碳中和的目標(biāo)下，電力系統(tǒng)需要以可再生能源作為主要一次能源，實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、綠色的電力供應(yīng)。但考慮到由電力生產(chǎn)、輸送與消費(fèi)共同構(gòu)成的電力系統(tǒng)的復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)零碳電力絕非是以可再生能源替代化石能源發(fā)電這么簡(jiǎn)單?？稍偕茉矗ㄌ貏e是非水可再生能源）發(fā)電技術(shù)與化石能源發(fā)電技術(shù)截然不同，前者的供應(yīng)表現(xiàn)出高度的波動(dòng)性與不確定性，而后者則可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供應(yīng)和靈活調(diào)節(jié)。此外，可再生能源發(fā)電依靠大量的電力電子設(shè)備，這將明顯改變以同步發(fā)電機(jī)為主體的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的元件構(gòu)成與運(yùn)行特性。因此，構(gòu)建與“雙高”特性（高比例可再生能源、高比例電力電子設(shè)備）相適應(yīng)的新型電力系統(tǒng)勢(shì)在必行。基于上述洞察，本報(bào)告旨在探索如何構(gòu)建適合中國(guó)國(guó)情的新型電力系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)“先立后破，邁向零碳電力”的最終目標(biāo)。構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的起點(diǎn)在于建立起對(duì)中國(guó)電力現(xiàn)狀的充分認(rèn)識(shí)。目前，電力供需現(xiàn)狀表現(xiàn)為：持續(xù)增長(zhǎng)的用電需求，以化石能源為主的發(fā)電量結(jié)構(gòu)，由于資源稟賦原因形成的“西電東送”“北電南供”的長(zhǎng)距離送電格局，以及亟待成熟的電力供需市場(chǎng)化機(jī)制。未來，適合中國(guó)國(guó)情的新型電力系統(tǒng)應(yīng)具備“可再生能源的高比例與均衡發(fā)展”力系統(tǒng)將面臨如何確?？稍偕茉吹目沙掷m(xù)發(fā)展，如何化解煤電占比減少與系統(tǒng)靈活性需求日益增加的矛盾，如何提升電網(wǎng)大規(guī)模消納可再生能源的能力，以及如何賦能需求側(cè)彈性以實(shí)現(xiàn)安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、綠色低碳的電力平衡這四個(gè)棘手的難題。破解構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的四大難題需要有的放矢地協(xié)調(diào)利用政策、市場(chǎng)、技術(shù)等多方面工具。本報(bào)告從電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)各相關(guān)方的差異化視角和訴求入手，以問題為導(dǎo)向，以解決方案為目標(biāo)，從全局性的視角出發(fā)，有針對(duì)性地提出了以下八項(xiàng)核心建言，并結(jié)合“十四五”“十五五”及2030年之后三個(gè)發(fā)展階段提出了相應(yīng)的行動(dòng)建議與目標(biāo)（圖表ES1）。圖表構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的四大難題與八項(xiàng)建言主要難題核心建言主要難題核心建言“十四五期間 2025“十五五”期間2030“碳中和”實(shí)踐期源的可續(xù)發(fā)展？是促進(jìn)源的可續(xù)發(fā)展？是促進(jìn)可再生能是可續(xù)發(fā)展的最佳模煤統(tǒng)靈活增加盾？源的最有效手段的再生能的能力？電大電力平衡區(qū)域智技術(shù)的廣泛用需劇烈變化的能力實(shí)現(xiàn)安全效綠色的電力平體方位成為市場(chǎng)電易機(jī)制直接交易機(jī)制通過市場(chǎng)機(jī)制提升西電東送能力對(duì)海上風(fēng)電提供優(yōu)惠標(biāo)的省級(jí)輔完善以電務(wù)價(jià)格機(jī)制

0電交電推廣電力分布式交易助服務(wù)市場(chǎng)輔

和負(fù)荷中心的海上給側(cè)的重要組成部分種市場(chǎng)成熟的重要組成部分

用

擴(kuò)大電力平衡區(qū)邊界現(xiàn)貨市場(chǎng)與輔助服務(wù)市場(chǎng)由分級(jí)出清向聯(lián)合出清轉(zhuǎn)型的電網(wǎng)運(yùn)行與維護(hù)業(yè)務(wù)應(yīng)用在省發(fā)展虛擬電靈活性期內(nèi)加速挖

用碳技術(shù)廣泛應(yīng)用與市場(chǎng)和價(jià)格傳導(dǎo)

護(hù)資料來源：落基山研究所

行動(dòng) 目標(biāo)展望未來，電力脫碳的成功離不開政策、市場(chǎng)與技術(shù)三大驅(qū)動(dòng)力。精準(zhǔn)的政策扶持、完善的市場(chǎng)化機(jī)制、大膽的技術(shù)創(chuàng)新將形成合力，支持構(gòu)建符合中國(guó)國(guó)情的新型電力系統(tǒng)。政策層面：過去、現(xiàn)在和將來，可再生能源的可持續(xù)發(fā)展、新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建都離不開國(guó)家相關(guān)政策的引導(dǎo)與扶持，應(yīng)在國(guó)家與省級(jí)地方政府層面繼續(xù)提供精準(zhǔn)而又有差異化的政策扶持與激勵(lì)措施，特別是針對(duì)一些潛力巨大，但短期內(nèi)尚且難以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的核心零碳電力技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。市場(chǎng)層面：在今后的五至十年內(nèi)，加快和深化電力市場(chǎng)改革對(duì)優(yōu)化電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和確保可再生能源的高效利用至關(guān)重要。具體行動(dòng)方向包括全面建設(shè)省級(jí)電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)與輔助服務(wù)市場(chǎng)，拓展多年尺度長(zhǎng)期電能量交易，盡快試點(diǎn)建立區(qū)域電力市場(chǎng)，落實(shí)跨省輸電電價(jià)機(jī)制優(yōu)化和保證條件成熟的用戶全方位參與電力市場(chǎng)等。技術(shù)層面：中國(guó)的電網(wǎng)已經(jīng)儲(chǔ)備了較為成熟的大規(guī)模消納可再生能源的技術(shù)能力及解決方案。在已經(jīng)廣泛應(yīng)用的特高壓交直流輸電技術(shù)基礎(chǔ)上，應(yīng)推動(dòng)柔性直流電網(wǎng)技術(shù)、風(fēng)光儲(chǔ)輸一體化系統(tǒng)調(diào)度技術(shù)、多元化儲(chǔ)能技術(shù)、數(shù)智技術(shù)、基于模塊化理念的多能互補(bǔ)型微電網(wǎng)與虛擬電廠技術(shù)等已經(jīng)進(jìn)行試點(diǎn)和示范的項(xiàng)目，進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展與應(yīng)用階段。希望本報(bào)告的研究成果，能夠?yàn)槿蚋鲊?guó)電力脫碳的利益攸關(guān)者洞察零碳電力的政策走向、市場(chǎng)規(guī)律與技術(shù)趨勢(shì)，設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)脫碳最佳路線圖，提供有價(jià)值的思路與可借鑒的方案，從而支撐全社會(huì)乃至全球更好地完成應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)目標(biāo)。第一章應(yīng)對(duì)全球氣候變化與實(shí)現(xiàn)電力脫碳碳中和已成為全球主要經(jīng)濟(jì)體的重要戰(zhàn)略目標(biāo)，其核心是實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型應(yīng)對(duì)日益加劇的氣候變化是各國(guó)共同關(guān)心的全球性問題，也是人類社會(huì)必須協(xié)力合作才能解決的挑戰(zhàn)。自工業(yè)化以來，與人類活動(dòng)相關(guān)的溫室氣體排放已經(jīng)將全球平均氣溫提高了超過1攝氏度。近年來，全球氣候變化引發(fā)的極端天氣事件（高溫?zé)崂恕⒈┯旰樗?、干旱等）頻發(fā)，強(qiáng)度也越發(fā)猛烈，直接影響到人們的生產(chǎn)生活和生命安全。海平面上升、海水升溫、冰川融化和海水酸化等變化，正深刻影響著陸地與海洋的生態(tài)系統(tǒng)和大氣環(huán)流。面對(duì)氣候變化這一共同的挑戰(zhàn)，自上世紀(jì)90年代開始，全球各國(guó)在政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約（UNFCCC）下開展了一系列合作，并達(dá)成了《京都議定書》《巴黎協(xié)定》等具有里程碑意義的合作文件。自《巴黎協(xié)定》簽署以來，碳中和逐漸成為全球各主要經(jīng)濟(jì)體的重要目標(biāo)。2015年，全球各國(guó)代表在巴黎氣候大會(huì)上通過《巴黎協(xié)定》，提出將本世紀(jì)全球氣溫升幅i限制在2℃以內(nèi)，同時(shí)尋求將氣溫升幅進(jìn)一步限制在1.5℃以內(nèi)的措施。2018年，歐盟委員會(huì)提出了“建立繁榮、現(xiàn)代、有競(jìng)爭(zhēng)力且氣候中和的歐盟經(jīng)濟(jì)體長(zhǎng)期戰(zhàn)略愿景”，提出到2050年實(shí)現(xiàn)氣候中和，成為首個(gè)提出碳中和目標(biāo)的發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體。2020年，中國(guó)作為全球最大的發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體，提出2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，成為全球氣候行動(dòng)的重要支撐。包括美國(guó)（2050年）、印度（2070年）等在內(nèi)的主要發(fā)達(dá)和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體，也陸續(xù)提出各自的碳中和目標(biāo)，支持全球共同的氣候行動(dòng)。在人類活動(dòng)中，能源活動(dòng)是溫室氣體排放的最主要貢獻(xiàn)者，能源轉(zhuǎn)型是減緩全球氣候變化的首要議題。IPCC第六次評(píng)估報(bào)告1顯示，自工業(yè)化以來，全球溫室氣體（二氧化碳、甲烷等）排放幾乎都來自于化石燃料燃燒和土地利用變化。在過去十年，約86%的二氧化碳排放來自于化石燃料燃燒。能源活動(dòng)在溫室氣體排放中的壓倒性占比，使得擺脫化石燃料依賴成為氣候變化行動(dòng)的重中之重。第六次評(píng)估報(bào)告指出，降低溫室氣體排放需要能源全行業(yè)實(shí)現(xiàn)重大轉(zhuǎn)型?？上驳氖牵茉崔D(zhuǎn)型正在如火如荼的快速推進(jìn)，能效技術(shù)、可再生能源電力、電動(dòng)汽車、氫能汽車、氫冶金等技術(shù)的發(fā)展與推廣為能源轉(zhuǎn)型提供了技術(shù)選項(xiàng)，全球非化石能源一次能源消費(fèi)量從2010年的65EJ增長(zhǎng)到2020年的94EJ,在一次能源中占比達(dá)到約17%。2但能源轉(zhuǎn)型也同樣存在難點(diǎn)。歷史上，還沒有任何經(jīng)濟(jì)體依托非化石能源實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化。作為全球最大的發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體，中國(guó)需要回答如何在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的情況下實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型這一極具挑戰(zhàn)性的問題，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與能源消費(fèi)和溫室氣體排放的脫鉤提供有代表性、經(jīng)濟(jì)性和可行性的實(shí)施方案。能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵是電力生產(chǎn)零碳化和終端用能電氣化電力行業(yè)二氧化碳排放占全球能源活動(dòng)二氧化碳排放的約40%，它在能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型中占有舉足輕重的地位。同時(shí)，相比于工業(yè)（重化工業(yè)等）、交通（航運(yùn)、航空、公路貨運(yùn)等）、建筑（大規(guī)模供暖等）等行業(yè)，電力也是現(xiàn)有能源轉(zhuǎn)型解決方案規(guī)模化發(fā)展較為成熟的行業(yè)。電力行業(yè)在能源轉(zhuǎn)型中的角色可以用兩個(gè)要點(diǎn)來概括，即電力供給側(cè)的生產(chǎn)零碳化和電力消費(fèi)側(cè)的終端電氣化。在中國(guó)，從碳達(dá)峰到碳中和，電力生產(chǎn)零碳化和終端用能電氣化將分別貢獻(xiàn)約31%和16%的二氧化碳減排量，是實(shí)現(xiàn)凈零碳排放的兩大重要策略。3i中國(guó)印度巴西美國(guó)歐盟加拿大0%中國(guó)印度巴西美國(guó)歐盟加拿大0%2050年零碳電源裝機(jī)占比情景模擬10%20%30%40% 50%60%70%80%90%100%IEAWorldEnergyOutlook,CanadaEnergyRegulator1.270%60%50%40%30%20%1.270%60%50%40%30%20%10%0%終端能源電氣化率情景模擬2020中國(guó)20302040印度巴西美國(guó)歐盟2050加拿大IPCCAR6ScenarioDatabaseEnerdata新型電力系統(tǒng)支撐高比例可再生能源的生產(chǎn)、輸送與消納電力系統(tǒng)運(yùn)行的核心任務(wù)是要安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效地滿足電力的供需平衡。過去一百多年發(fā)展起來的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，以化石能源作為主要一次能源，安全、經(jīng)濟(jì)地支撐了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生產(chǎn)生活。在全社會(huì)碳中和的目標(biāo)下，電力系統(tǒng)需要以可再生能源作為主要一次能源，實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、綠色的電力供應(yīng)。但電力的生產(chǎn)、輸送與消費(fèi)構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)零碳電力絕非是簡(jiǎn)單的以可再生能源替代化石能源發(fā)電即可實(shí)現(xiàn)。可再生能源發(fā)電技術(shù)（特別是非水可再生能源）與化石能源發(fā)電技術(shù)截然不同，前者的供應(yīng)表現(xiàn)出高度的波動(dòng)性與不確定性，而后者則可以穩(wěn)定供應(yīng)和靈活調(diào)節(jié)。此外，可再生能源發(fā)電依靠大量的電力電子設(shè)備，將明顯改變以同步發(fā)電機(jī)為主體的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的系統(tǒng)元件的構(gòu)成與系統(tǒng)的運(yùn)行特性。例如，高比例的采用電力電子技術(shù)的發(fā)電設(shè)備將降低電力系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)的占比，使得電力系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少，這將影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，高比例可再生能源電源與高比例的電力電子設(shè)備的這種“雙高”特性，意味著與其相適應(yīng)的電力系統(tǒng)理論、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行模式與技術(shù)手段將發(fā)生革命性的改變，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)勢(shì)在必行。新型電力系統(tǒng)將以可再生能源等非化石能源作為主要一次能源，提供安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、綠色低碳的電力供應(yīng)。未來，新型電力系統(tǒng)將呈現(xiàn)模塊互聯(lián)、彈性互動(dòng)、剛?cè)峒鏉?jì)、和諧發(fā)展的形態(tài)：在供給側(cè)，集中式可再生能源、大容量?jī)?chǔ)能、氫能發(fā)電等的協(xié)調(diào)互動(dòng)，將提供安全、穩(wěn)定的綠色電力；在電網(wǎng)側(cè)，堅(jiān)強(qiáng)而高效的特高壓與高壓電網(wǎng)，依托電力電子、規(guī)?；瘍?chǔ)能、數(shù)智技術(shù)等前沿技術(shù)而堅(jiān)韌智能地有效支撐綠色電力的安全與經(jīng)濟(jì)的輸送；在需求側(cè)，分布式可再生能源與儲(chǔ)能、微電網(wǎng)、虛擬電廠，以及需求側(cè)響應(yīng)的應(yīng)用，將構(gòu)建可觀、可控的模塊化綠色電力產(chǎn)消合一者。構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是全球各國(guó)都面臨的嶄新課題1.31.3部分經(jīng)濟(jì)體碳中和以及電力系統(tǒng)目標(biāo)TheEconomicTimes,MinistériodeMinaseEnergiadoBrasil,TheWhiteHouse,EuropeanCommissio,GovernmentofCanad經(jīng)濟(jì)體碳中和目標(biāo)年近中期電力系統(tǒng)目標(biāo)濟(jì)體經(jīng)中國(guó)2060到2030年，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到1,200GW以上印度2070到2030年，實(shí)現(xiàn)500GW非化石能源裝機(jī)巴西2050到2031年，可再生能源裝機(jī)占比約83%發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體美國(guó)2050到2035年，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)零排放歐盟2050到20301,236GW加拿大2050到2035年，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)零排放30%（圖表?？稍偕茉窗l(fā)電占比非水可再生能源發(fā)電占比巴西77.5%22.0%加拿大67.2%7.8%德國(guó)40.5%37.2%意大利39.9%24.9%英國(guó)39.3%37.7%土耳其35.5%18.8%澳大利亞28.9%22.9%中國(guó)28.7%13.5%阿根廷24.2%11.3%墨西哥22.2%11.8%法國(guó)22.1%11.5%日本20.4%12.8%美國(guó)20.0%14.2%印度19.4%10.0%俄羅斯19.0%0.5%印度尼西亞18.2%10.2%南非7.3%6.8%韓國(guó)7.2%6.7%沙特阿拉伯0.2%0.2%G20成員國(guó)2021年可再生能源發(fā)電量占發(fā)電總量的比例數(shù)據(jù)來源：OurWorldG20成員國(guó)2021年可再生能源發(fā)電量占發(fā)電總量的比例數(shù)據(jù)來源：OurWorldinData雖然一些國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了接近100%目前，包括阿爾巴尼亞、冰島、巴拉圭、哥斯達(dá)黎加、塔吉克斯坦、挪威、烏拉圭等十余個(gè)國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)可再生能源在電力中占比超過90%，甚至達(dá)到100%。但是，這些國(guó)家的電力系統(tǒng)中水電的占比極高，因此難以被定義為新型電力系統(tǒng)：在這些國(guó)家中，水電占比最低的國(guó)家也達(dá)到了六成，阿爾巴尼亞、巴拉圭、塔吉克斯坦、挪威等國(guó)占比甚至達(dá)到或接近100%。同時(shí)，一些得天獨(dú)厚的資源條件也是這些國(guó)家實(shí)現(xiàn)零碳的主要支撐：由于優(yōu)越的地?zé)豳Y源，冰島和哥斯達(dá)黎加的電力供應(yīng)體系中地?zé)岚l(fā)電占比10%-30%，與水電互為有效補(bǔ)充，支撐零碳電力系統(tǒng)運(yùn)行。這些零碳電力系統(tǒng)的建設(shè)與運(yùn)行實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)固然有利于電力和能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，但對(duì)于應(yīng)對(duì)高比例可再生能源接入和新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的挑戰(zhàn)，仍缺乏普遍的借鑒意義。國(guó)際實(shí)踐與爭(zhēng)論給我們的有益提示是，如何在電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型進(jìn)程中遵循電力運(yùn)行和市場(chǎng)規(guī)律，順應(yīng)低碳技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，推動(dòng)形成適合各國(guó)資源稟賦和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求、具備高比例新能源消納能力的新型電力系統(tǒng)，將是全球各國(guó)共同面臨的課題。中國(guó)的探索與實(shí)踐將提供具有普遍借鑒意義的方案全球各國(guó)的電力系統(tǒng)的運(yùn)行都遵循同樣的物理規(guī)律，擔(dān)負(fù)著為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人民生活提供安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、綠色低碳的電力供應(yīng)這一共同的核心的任務(wù)。但是，每個(gè)電力系統(tǒng)因其電源的類型與組合比例、電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與互聯(lián)方式、負(fù)荷的構(gòu)成與特性及運(yùn)行調(diào)度與控制方式和技術(shù)的差異而各有其自身的特點(diǎn)。中國(guó)的國(guó)情使得中國(guó)的電力系統(tǒng)“海納百川”，包含了全球許多國(guó)家電力系統(tǒng)具備的不同的特點(diǎn)。中國(guó)廣闊的地域與經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展使得其不同地區(qū)的電力系統(tǒng)呈多元化的特征：在電源側(cè)，從西北部的大型風(fēng)電、光伏、光熱基地，到西南部的大型水電站，再到東部海域的海上風(fēng)電場(chǎng)，以及部分農(nóng)村地區(qū)的生物質(zhì)發(fā)電，中國(guó)的可再生能源發(fā)電資源品種豐富多樣；在電網(wǎng)側(cè)，由于電源與負(fù)荷中心的地理逆向分布，中國(guó)的電網(wǎng)呈現(xiàn)出多種形式（交直流）的系統(tǒng)互聯(lián)以支撐電力長(zhǎng)距離輸送的形態(tài)；在需求側(cè)，高比例的工業(yè)負(fù)荷、快速的城鎮(zhèn)化及分布式能源的整片開發(fā)，使得需求側(cè)體現(xiàn)出多種不同的電力消費(fèi)與生產(chǎn)模式。因此，中國(guó)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的探索與實(shí)踐，特別是在可再生能源的可持續(xù)開發(fā)、長(zhǎng)距離輸送與消納、高比例煤電順利轉(zhuǎn)型、大規(guī)?；ヂ?lián)電網(wǎng)的智能化演進(jìn)、需求側(cè)彈性參與電力平衡等領(lǐng)域給出的中國(guó)方案，將對(duì)世界各國(guó)具有非常重要的借鑒意義。第二章構(gòu)建中國(guó)特色新型電力系統(tǒng)–特征與難題在探討中國(guó)特色新型電力系統(tǒng)理念與特征之前，需要清晰地了解與認(rèn)識(shí)中國(guó)電力系統(tǒng)的現(xiàn)狀。中國(guó)電力需求增長(zhǎng)預(yù)測(cè)圖表2.2 中國(guó)內(nèi)地電力需求地理分布4%6%11,00012%7,5214,1931,347中國(guó)電力需求增長(zhǎng)預(yù)測(cè)圖表2.2 中國(guó)內(nèi)地電力需求地理分布4%6%11,00012%7,5214,1931,3472000201020202030(預(yù)計(jì)）數(shù)據(jù)來源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局，落基山研究所數(shù)據(jù)來源：中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)，落基山研究所圖表2.3 中國(guó)風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電資源地理分布資料來源：中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽(yáng)能中心實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，電力的零碳化是必然選擇?！蛾P(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》提出到2060年，非化石能源在能源消費(fèi)中的占比至少達(dá)到80%。考慮到電力脫碳在全社會(huì)低碳發(fā)展中的角色，電力消費(fèi)中非化石能源占比可能更高。到2060年，可再生能源，特別是非水可再生能源，將是電力系統(tǒng)電源的主力軍。但可再生能源發(fā)電的大規(guī)模發(fā)展將給電力系統(tǒng)增添一個(gè)新的“特色”，即非水可再生能源輸出的波動(dòng)與不確定性給電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)度帶來額外挑戰(zhàn)。此外，以風(fēng)電與太陽(yáng)能發(fā)電為代表的綠色電力供應(yīng)曲線與電力需求曲線在日內(nèi)乃至季節(jié)之間的變化上往往失配，這意味著“要時(shí)沒電、不要時(shí)太多”場(chǎng)景的出現(xiàn)，將在多個(gè)時(shí)間尺度上給電力系統(tǒng)的核心任務(wù)，即保障安全可靠的電力與電量平衡，提出重大的難題。因此，電力系統(tǒng)需從當(dāng)前主要以化石能源為一次能源的電力系統(tǒng)，向適應(yīng)大規(guī)模高比例可再生能源的新型電力系統(tǒng)方向演進(jìn)。盡管電力相關(guān)領(lǐng)域的專家和機(jī)構(gòu)對(duì)新型電力系統(tǒng)理念展開了諸多討論與實(shí)踐，但在詮釋理念和判斷電力系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢(shì)方面，尚沒有形成全行業(yè)共識(shí)。我們認(rèn)為，新型電力系統(tǒng)至少應(yīng)具備下述四個(gè)基本特征。綠色電力將高比例、均衡發(fā)展可再生能源需要大規(guī)模開發(fā)。與大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的電力需求增長(zhǎng)緩慢甚至持平不同，中國(guó)在未來的幾十年中必須新增足夠的發(fā)電能力以跟上電力需求增長(zhǎng)的速度。這意味著中國(guó)需要比發(fā)達(dá)國(guó)家更大規(guī)模地開發(fā)可再生能源，一方面滿足未來的需求增長(zhǎng)，另一方面取代大部分由煤電組成的現(xiàn)有發(fā)電能力。新型電力系統(tǒng)不僅僅是指高比例可再生能源的開發(fā)與消納，更重要的是保障可再生能源的均衡與可持續(xù)的發(fā)展，而均衡發(fā)展有多個(gè)維度的體現(xiàn)，一是集中式發(fā)電與分布式發(fā)電的均衡發(fā)展，如平衡大型集中式光伏基地建設(shè)與分布式光伏整縣開發(fā)，二是電源資源集中地區(qū)與負(fù)荷集中地區(qū)的可再生能源均衡發(fā)展，如西部地區(qū)陸上風(fēng)電的開發(fā)與靠近沿海負(fù)荷中心的海上風(fēng)電的開發(fā)，三是在不同類型的零碳能源（風(fēng)電、光伏、光熱、水電、核電、生物質(zhì)、海洋能等）資源之間的平衡發(fā)展，如波動(dòng)性輸出的風(fēng)電、光伏的開發(fā)與穩(wěn)定的、可調(diào)節(jié)輸出的光熱、水電的開發(fā)。靈活的電力平衡將源于大規(guī)模儲(chǔ)能目前，電力尚不能大規(guī)模存儲(chǔ)，而電力需求隨時(shí)隨地變化，導(dǎo)致電力的生產(chǎn)必須能夠靈活地隨需求的變化即產(chǎn)即消，以保證電力供需的實(shí)時(shí)平衡?？稍偕茉创笠?guī)模開發(fā)對(duì)電力系統(tǒng)靈活平衡電力供需的能力提出更高要求。傳統(tǒng)上電力系統(tǒng)的靈活性需求來自于依靠火電等可調(diào)節(jié)電源來實(shí)時(shí)平衡負(fù)荷的變化，而非水可再生能源則因其輸出具有強(qiáng)烈的波動(dòng)、間歇與不確定性使其成為輸出不穩(wěn)定的電源。新型電力系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)電能的大規(guī)模存儲(chǔ)。這將有效地平衡負(fù)荷與可再生能源造成的雙重波動(dòng)性與不確定性，電力無需為實(shí)時(shí)供需平衡而即產(chǎn)即消，從而大大降低了電力生產(chǎn)與輸送的成本與風(fēng)險(xiǎn)。“儲(chǔ)能+”技術(shù)將在供給側(cè)保障可再生能源提供可控、穩(wěn)定輸出的綠色電力，在電網(wǎng)側(cè)大幅提升電力系統(tǒng)在多時(shí)間尺度下的靈活調(diào)節(jié)能力，在需求側(cè)則賦能用戶的需求彈性。數(shù)智技術(shù)將助力電網(wǎng)的智能演進(jìn)中國(guó)的可再生能源和負(fù)荷中心在地理位置上的逆向分布，意味著需要更長(zhǎng)的輸電線路，更大容量、更靈活可靠的輸電技術(shù)，以及在更大范圍（跨省、區(qū)域）內(nèi)調(diào)度電網(wǎng)資源的能力來實(shí)現(xiàn)可再生能源的大規(guī)模輸送與消納。此外，分布式可再生能源的整片開發(fā)與大規(guī)模接入配電網(wǎng)，將使得傳統(tǒng)的電力從電網(wǎng)單向流動(dòng)至負(fù)荷的簡(jiǎn)單形態(tài)，變成網(wǎng)荷之間電力雙向流動(dòng)的復(fù)雜運(yùn)行模式。數(shù)字化與人工智能技術(shù)的創(chuàng)新，將賦予電網(wǎng)剛?cè)峒鏉?jì)的特性與靈活調(diào)度能力來實(shí)現(xiàn)可再生能源的大規(guī)模消納與輸送。新型電力系統(tǒng)的運(yùn)行與調(diào)度模式將從傳統(tǒng)上被動(dòng)的監(jiān)測(cè)、調(diào)整與人工應(yīng)對(duì)，演變?yōu)橹鲃?dòng)的預(yù)測(cè)、預(yù)警與自適應(yīng)修復(fù)。在正常運(yùn)行時(shí)能精準(zhǔn)預(yù)測(cè)可再生能源的波動(dòng)與不確定性，動(dòng)態(tài)地最優(yōu)配置資源并充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的能力，而在電網(wǎng)面臨風(fēng)險(xiǎn)、事故及極端災(zāi)害時(shí)能先知先覺，提前預(yù)警、決策、行動(dòng)，防患于未然。需求側(cè)將彈性地參與供需平衡長(zhǎng)期以來，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的電力需求有著兩大特點(diǎn)：其一，缺乏對(duì)用戶電力消費(fèi)按實(shí)時(shí)電力價(jià)格的收費(fèi)結(jié)算，造成用戶不知何時(shí)“柴米”最貴；其二，用戶無需事先簽約即可消費(fèi)電力，導(dǎo)致實(shí)時(shí)電力消費(fèi)時(shí)用戶“愛用多少就用多少”。因此，在電力需求無彈性，或需求彈性無法反饋到供給側(cè)的時(shí)候，如果供應(yīng)稀缺，電力生產(chǎn)的邊際成本會(huì)疾速攀升，甚至導(dǎo)致供需無法平衡。新型電力系統(tǒng)將賦能需求側(cè)，使其具備彈性，主動(dòng)地參與電力的供需平衡過程。而需求的彈性特性包含了兩層含義：首先，需求側(cè)具備為響應(yīng)供給與輸送條件變化而自動(dòng)調(diào)整負(fù)荷的能力；其次，需求側(cè)將從單一的電力消費(fèi)模式，向既需要消費(fèi)電力又同時(shí)生產(chǎn)電力，特別是生產(chǎn)可再生能源電力的產(chǎn)消合一（Prosumer）模式轉(zhuǎn)化。構(gòu)建適合中國(guó)國(guó)情的新型電力系統(tǒng)無法一蹴而就，而將是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)、歷經(jīng)不斷探索、破解各種難題的過程。我們認(rèn)為，在眾多難題中要抓住主要矛盾，亟需攻克四個(gè)主要難題。如何確?？稍偕茉吹目沙掷m(xù)發(fā)展？盡管可再生能源生產(chǎn)的邊際成本低，但投資成本高，需要長(zhǎng)期穩(wěn)定、可預(yù)期的的收益保障，而目前新增可再生能源開發(fā)項(xiàng)目的上網(wǎng)電價(jià)形成機(jī)制將帶來投資成本回收的不確定性，影響開發(fā)者的決策與意愿。鑒于中國(guó)可再生能源與負(fù)荷中心在地理上逆向分布的特征，大規(guī)模長(zhǎng)距離輸送具有強(qiáng)波動(dòng)性與不確定性的可再生能源電力，還將導(dǎo)致激增的輸電系統(tǒng)成本及對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的壓力。如何化解煤電占比減少與系統(tǒng)靈活性需求日益增加的矛盾？當(dāng)可再生能源實(shí)現(xiàn)高比例，成為主力電源時(shí)，電力系統(tǒng)必須實(shí)時(shí)平衡負(fù)荷和可再生能源造成的供需雙重波動(dòng)性與不確定性，這意味著對(duì)靈活性資源的需求大幅增加。而在缺乏氣電做為提供靈活性的過渡手段的情況下，煤電做為目前中國(guó)電力系統(tǒng)的主要安全支撐與靈活性資源，其占比卻需要逐步減少。如何提升電網(wǎng)大規(guī)模消納可再生能源的能力？消納可再生能源需要靈活配置電源與輸電通道資源，而目前電網(wǎng)的調(diào)度主要是以省為實(shí)體進(jìn)行電力平衡，同時(shí)，缺乏市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)的調(diào)度方式無法在更大范圍內(nèi)基于電力生產(chǎn)與輸送的邊際成本實(shí)時(shí)配置資源。在必須實(shí)時(shí)平衡負(fù)荷與可再生能源造成的雙重波動(dòng)性與不確定性的場(chǎng)景下，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)、調(diào)整事件發(fā)生后系統(tǒng)狀態(tài)為導(dǎo)向的調(diào)度方式難以適應(yīng)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大與互聯(lián)、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)采集信息海量增長(zhǎng)、高比例電力電子設(shè)備條件下系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)度的模式日趨復(fù)雜的新形勢(shì)。如何賦能需求側(cè)彈性以實(shí)現(xiàn)安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、綠色低碳的電力平衡？當(dāng)供應(yīng)稀缺時(shí)，若負(fù)荷缺乏彈性，電力生產(chǎn)的邊際成本將疾速攀升，電力供需甚至可能無法平衡。同時(shí)，電力系統(tǒng)負(fù)荷高峰時(shí)段往往需要高碳排放電源的出力來承擔(dān)峰值負(fù)荷，這將潛在地影響煤電發(fā)展路徑。長(zhǎng)期以來，由于缺乏對(duì)電力供應(yīng)成本的實(shí)時(shí)感知，需求側(cè)尚缺少為響應(yīng)電力生產(chǎn)與輸送條件的變化而自動(dòng)調(diào)整其需求的能力。企業(yè)、能源用戶等所有利益攸關(guān)方的共同關(guān)切之處和攜手努力的方向。企業(yè)、能源用戶等所有利益攸關(guān)方的共同關(guān)切之處和攜手努力的方向。破，探索適合中國(guó)國(guó)情的新型電力系統(tǒng)實(shí)施路徑，破解構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的難題，將是政府、電網(wǎng)公司、發(fā)電靈活性需求的矛盾、提升電網(wǎng)大規(guī)模消納能力和賦能需求側(cè)彈性參與電力平衡這四個(gè)主要的挑戰(zhàn)。如何先立后性這四個(gè)鮮明的特征，而構(gòu)建新型電力系統(tǒng)將面臨保障可再生能源可持續(xù)發(fā)展、化解煤電占比減少與滿足系統(tǒng)具有中國(guó)特色的新型電力系統(tǒng)將具備綠色電力高比例且均衡發(fā)展、電能大規(guī)模存儲(chǔ)、電網(wǎng)智能化、需求富有彈圖表圖表新型電力系統(tǒng)的四大難題與八大建言主要難題核心建言如何確?？稍偕茉吹目沙掷m(xù)發(fā)展？長(zhǎng)周期性交易機(jī)制是促進(jìn)可再生能源投資的重要抓手就近開發(fā)與“西電東送”相輔相成是可持續(xù)發(fā)展的最佳模式求日益增加的矛盾？少與系統(tǒng)靈活性需有的放矢，因地制宜的輔助服務(wù)市場(chǎng)設(shè)計(jì)是充分利用靈活性資源的最有效手段氫能是具有綜合優(yōu)勢(shì)的系統(tǒng)靈活性技術(shù)選擇的能力？電網(wǎng)大規(guī)模消納可再生能源擴(kuò)大電力平衡區(qū)域與區(qū)域市場(chǎng)化調(diào)度應(yīng)是電網(wǎng)優(yōu)化資源以消納可再生能源的范式數(shù)智技術(shù)的廣泛應(yīng)用才能大幅增強(qiáng)電網(wǎng)應(yīng)對(duì)供需劇烈變化的能力經(jīng)濟(jì)高可靠、模塊化的可觀可控是需求側(cè)彈性化的理想技術(shù)形態(tài)全方位成為市場(chǎng)主體是需求側(cè)能彈性地參與電力平衡的前提新型電力系統(tǒng)中，可再生電源需實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化發(fā)展表表1 中國(guó)可再生能源補(bǔ)貼規(guī)既有補(bǔ)貼項(xiàng)iii年度可再生能源補(bǔ)貼需求(億元，名義值)00025050075002012201420162018202020222024202620282030203220342036203820402042風(fēng)電 光伏 生物質(zhì)發(fā)電數(shù)據(jù)來源：BloombergNEF在風(fēng)電和光伏發(fā)電成本下降的大趨勢(shì)下，全球范圍內(nèi)新能源發(fā)電裝機(jī)增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力正從財(cái)政補(bǔ)貼轉(zhuǎn)向市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。數(shù)據(jù)顯示，新能源發(fā)電補(bǔ)貼正快速下降，能源方面的財(cái)政補(bǔ)貼正逐漸轉(zhuǎn)向交通、工業(yè)等難減排領(lǐng)域（圖表3.1.2）。在中國(guó)，2021年起，新建集中式光伏和陸上風(fēng)電項(xiàng)目不再享受各級(jí)政府財(cái)政補(bǔ)貼；2022年起，新建海上風(fēng)電、光熱發(fā)電項(xiàng)目不再享受國(guó)家層面財(cái)政補(bǔ)貼。伴隨著補(bǔ)貼退出，新能源市場(chǎng)化發(fā)展是政策的引導(dǎo)方向。2022年1月發(fā)布的《關(guān)于加快建設(shè)全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系的指導(dǎo)意見》中提出，到2030年，全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系基本建成，適應(yīng)新型電力系統(tǒng)要求，新能源全面參與市場(chǎng)交易。估計(jì)值不考慮電網(wǎng)公司發(fā)行債券融資的情形。圖表3.1.2 能源領(lǐng)域財(cái)政補(bǔ)貼在REmap情景下的變化圖表3.1.2 能源領(lǐng)域財(cái)政補(bǔ)貼在REmap情景下的變化20174,4701,28038020302701,6505302405901,3703,410205001,3901,0002802,000核能1,1601,6003,9003,000化石能源（2018）4,0005,0006,000 7,0008,0009,000新能源 建筑 交通 工業(yè) 補(bǔ)貼減少數(shù)據(jù)來源：國(guó)際可再生能源署（IRENA）自上世紀(jì)八九十年代歐美部分地區(qū)開展電力市場(chǎng)化改革以來，電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐長(zhǎng)期服務(wù)于以可調(diào)度火力發(fā)電機(jī)組為主的電力系統(tǒng)，主要支撐邊際運(yùn)行成本高的煤電、氣電等機(jī)組的投資與運(yùn)行。但由于新能源電源投資和運(yùn)行特性的改變，當(dāng)前廣泛應(yīng)用于歐美電力市場(chǎng)的價(jià)格形成方式，可能無法支持新能源快速發(fā)展和高比例新能源電網(wǎng)的運(yùn)行。圖表3.1.3 邊際成本出清示意圖出清價(jià)格降低零邊際裝機(jī)增加資料來源：落基山研究所圖表3.1.3 邊際成本出清示意圖出清價(jià)格降低零邊際裝機(jī)增加資料來源：落基山研究所需求曲線發(fā)電容量邊際成本圖表波動(dòng)性可再生能源發(fā)電量占比和批發(fā)電力價(jià)格圖表波動(dòng)性可再生能源發(fā)電量占比和批發(fā)電力價(jià)格EnergyransitionsCommission無論是已經(jīng)有成熟電力市場(chǎng)運(yùn)行的區(qū)域（如歐洲各國(guó)、北美部分地區(qū)、澳大利亞等），還是電力市場(chǎng)正在持續(xù)建設(shè)的地區(qū)（如中國(guó)、日本等踐，構(gòu)建適應(yīng)于“投資成本高、邊際成本低”特點(diǎn)的新能源電源大比例接入的電力市場(chǎng)機(jī)制，是全球電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型需要共同探索的課題。用展提供制在新能源電源“投資成本高、邊際成本低”的成本特點(diǎn)下，新能源電源發(fā)電量能否在長(zhǎng)周期內(nèi)持續(xù)、穩(wěn)定地獲得合理水平的收入，會(huì)顯著影響新能源電源的開發(fā)決策。特別是對(duì)于非央國(guó)企的投資者而言，由于其承受市場(chǎng)和收入不確定性的能力更低，如果市場(chǎng)模式下的長(zhǎng)期收入水平可以更具確定性，這部分投資者的意愿將被更好的激活和利用，助力新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建。我們認(rèn)為，在政府預(yù)設(shè)的年度裝機(jī)目標(biāo)下，開發(fā)商通過拍賣或競(jìng)價(jià)機(jī)制確定開發(fā)權(quán)屬和成交價(jià)格，并形成長(zhǎng)期電力合同，是確保新型電力系統(tǒng)中可再生能源平穩(wěn)發(fā)展的支柱。雖然政府層面的財(cái)政補(bǔ)貼不再是集中式光伏和陸上風(fēng)電發(fā)展的源動(dòng)力，但市場(chǎng)條件下，政府在可再生能源發(fā)展中的引導(dǎo)作用仍不可或缺。在政府裝機(jī)目標(biāo)缺位的情況下，現(xiàn)行投資環(huán)境下的投資量可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足新型電力系統(tǒng)建設(shè)和氣候目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的需要。全球風(fēng)能理事會(huì)的分析顯示，在現(xiàn)有環(huán)境下，2020年代全球風(fēng)電投資量?jī)H達(dá)到1.5度溫升控制情景下本時(shí)段內(nèi)實(shí)際投資需求量的1/4（圖表3.1.5）。而政府主導(dǎo)的年度裝機(jī)目標(biāo)，可以有效確保各類可再生能源電源的發(fā)展速率與新型電力系統(tǒng)的需求相一致。圖表3.1.5 圖表3.1.5 全球風(fēng)電裝機(jī)預(yù)期）基于當(dāng)前增長(zhǎng)率的預(yù)測(cè)）全球1.5℃溫升情景下）全球1.5℃溫升情景下）GW依托拍賣或競(jìng)價(jià)方式，形成長(zhǎng)期電力合同，是為可再生能源發(fā)展提供確定性的核心。事實(shí)上，長(zhǎng)期電力合約一直在可再生能源發(fā)展中扮演著重要的角色，在2010年代采用的新能源電價(jià)補(bǔ)貼政策（光伏、風(fēng)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)）就是長(zhǎng)期電力合同的一種形式：光伏和風(fēng)電項(xiàng)目可以獲得20年或相當(dāng)于20年（按電量核算）的電價(jià)補(bǔ)貼，以確保項(xiàng)目成本回收和合理收益。設(shè)計(jì)長(zhǎng)期電力合同的目的是對(duì)沖短時(shí)電力市場(chǎng)波動(dòng)，為可再生能源投資方提供具有確定性的收益預(yù)期。市場(chǎng)化趨勢(shì)下，長(zhǎng)期電力合同的形成方式應(yīng)當(dāng)變得更加靈活。在上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼時(shí)代，長(zhǎng)期電價(jià)的形成模式是固定的，即所有項(xiàng)目獲得同等條件的長(zhǎng)期合約；而在市場(chǎng)化時(shí)代，長(zhǎng)期電價(jià)的形成應(yīng)當(dāng)更加靈活，它一方面體現(xiàn)在價(jià)格的靈活性，即通過拍賣或競(jìng)價(jià)來靈活地確定不同項(xiàng)目的收入水平，另一方面體現(xiàn)在時(shí)間維度的靈活性，即細(xì)化價(jià)格設(shè)計(jì)，對(duì)不同季節(jié)、日內(nèi)不同時(shí)段的長(zhǎng)期價(jià)格進(jìn)行差異化競(jìng)爭(zhēng)，反映不同時(shí)段電力的價(jià)值，從而支撐可再生電源裝機(jī)多元化發(fā)展，為海上風(fēng)電、光熱發(fā)電等可以在枯水季、夜間時(shí)段出力的電源提供市場(chǎng)化發(fā)展的可能。（圖表3.1.6）需要特別注意的是，長(zhǎng)期電力合同在設(shè)計(jì)時(shí)需與短期電力合同做好銜接，避免價(jià)格異常和市場(chǎng)扭曲。針對(duì)新能源出力與預(yù)測(cè)的特點(diǎn)，市場(chǎng)設(shè)計(jì)者應(yīng)有針對(duì)性地調(diào)整和優(yōu)化合同考核機(jī)制，更靈活地銜接長(zhǎng)期合同與短期運(yùn)行，從而助力新能源電源更有效地參與市場(chǎng)。格，簽訂有約束力的長(zhǎng)期（20年）電力合同。借助拍賣和競(jìng)價(jià)手段，分配項(xiàng)目的開發(fā)權(quán)屬和成交價(jià)20固定的上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼，補(bǔ)貼年限為20年格，簽訂有約束力的長(zhǎng)期（20年）電力合同。借助拍賣和競(jìng)價(jià)手段，分配項(xiàng)目的開發(fā)權(quán)屬和成交價(jià)20固定的上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼，補(bǔ)貼年限為20年強(qiáng)資料來源：落基山研究所

拍賣和競(jìng)價(jià)模分季節(jié)日內(nèi)時(shí)段等時(shí)間維形成 差異化的長(zhǎng)期電力成交簽約有約束力的長(zhǎng)期電力合同。隨著新能源成本的下降和全社會(huì)綠色消費(fèi)理念的提升，越來越多的終端用戶認(rèn)識(shí)并肯定綠色電力iv的氣候與環(huán)境價(jià)值，并有意愿參與到新能源的發(fā)展與消納中。2015年以來，以雙邊長(zhǎng)期購(gòu)電協(xié)議（PPA）為代表的綠色電力長(zhǎng)周期直接交易方式，已逐漸發(fā)展成為國(guó)際上用戶側(cè)綠色意愿轉(zhuǎn)化的重要途徑。中國(guó)在2021年9月進(jìn)行了首次全國(guó)范圍內(nèi)的綠色電力直接交易，總成交量近80億千瓦時(shí)，支持了綠色電力附溢價(jià)消納，也為終端用戶提供了用電零碳化的選擇。2022年，北京電力交易中心和廣州電力交易中心分別發(fā)布了綠色電力交易實(shí)施細(xì)則或交易規(guī)則對(duì)綠電交易的參與方式、環(huán)境權(quán)益劃轉(zhuǎn)、定價(jià)等做出了指導(dǎo)，進(jìn)一步明晰了綠電交易的流程。今年以來，國(guó)網(wǎng)和南網(wǎng)地區(qū)的交易量較去年9月試點(diǎn)實(shí)現(xiàn)成倍增長(zhǎng)，環(huán)境溢價(jià)平均水平也有所上升。目前，絕大多數(shù)省份都已有實(shí)際綠電交易落地，其中部分省份還發(fā)布了省內(nèi)的交易規(guī)則，并開展月度常態(tài)化交易。從綠色電力直接交易的現(xiàn)行實(shí)踐看，絕大部分交易是供用電雙方形成的年以內(nèi)尺度交易合約，這一交易模式面向的是綠色電力在年以內(nèi)尺度的供需平衡，著重于綠色電力高質(zhì)量消納而非綠色電力裝機(jī)的擴(kuò)增。從新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的實(shí)際需要來看，充分發(fā)揮用戶側(cè)的綠色意愿是必要的，而延長(zhǎng)綠色電力直接交易的時(shí)間尺度，利用包括雙邊PPA在內(nèi)的更長(zhǎng)時(shí)間尺度的綠色電力直接交易形式，將為新型電力系統(tǒng)下可再生能源發(fā)展注入新的動(dòng)力（圖表3.1.7）。本文中的綠色電力一般指風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電。rrmiorg/PAGE30圖表圖表電力交易時(shí)間尺度與綠色電力發(fā)展現(xiàn)貨、月度、年度綠色電力直接交易如15-25）資料來源：落基山研究所五”末期，中國(guó)將成為全球第一大綠電交易市場(chǎng)五”末期，中國(guó)將成為全球第一大綠電交易市場(chǎng)v。完善制度化、標(biāo)準(zhǔn)化的省間綠電直接交易機(jī)制，促進(jìn)綠色電力高質(zhì)量消納與綠色電力裝機(jī)擴(kuò)增。預(yù)期到“十五大力推廣與優(yōu)化綠電直接交易，特別是電力用戶與可再生能源企業(yè)之間的跨省多年綠電直接交易，通過建立和多年）電力合同，從而有效對(duì)沖短時(shí)電力市場(chǎng)波動(dòng)，為可再生能源開發(fā)投資提供確定性與可預(yù)期性。同時(shí)，應(yīng)坡的環(huán)境下可再生能源的大規(guī)模、可持續(xù)發(fā)展。在“十四五”期間應(yīng)切實(shí)推廣基于拍賣或競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的長(zhǎng)期（作為促進(jìn)可再生能源投資的重要抓手，長(zhǎng)周期性交易機(jī)制需要盡快、全面的落地實(shí)施，以確保在政府補(bǔ)貼退參見3.2節(jié)。從電力供應(yīng)高可靠、低損耗的角度而言，電源開發(fā)應(yīng)當(dāng)盡量靠近負(fù)荷中心。但中國(guó)資源稟賦和電力系統(tǒng)的特點(diǎn)及歷史發(fā)展原因決定了難以完全依靠這一方式大規(guī)模發(fā)展零碳電力。一方面，全國(guó)水電、風(fēng)電及太陽(yáng)能資源主要集中于“胡煥庸線”以西地區(qū)，但該線以東地區(qū)的電力負(fù)荷占全國(guó)用電量的比例常年維持在85%左右；另一方面，在過去幾十年，中國(guó)已經(jīng)建成全球規(guī)模最大的長(zhǎng)距離輸電系統(tǒng)，充分利用既有資產(chǎn)、進(jìn)一步提高利用率是資源優(yōu)化利用的必要手段。在這樣的既成格局之下，確保中國(guó)零碳電力可持續(xù)發(fā)展的最佳模式應(yīng)為可再生能源就近負(fù)荷中心開發(fā)與“西電東送”相輔相成、均衡發(fā)展，以期在二者之間綜合平衡，特別是應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注下述三個(gè)方向上的相關(guān)扶持政策、市場(chǎng)化激勵(lì)機(jī)制及技術(shù)創(chuàng)新方案的推廣與落實(shí)。通過市場(chǎng)化機(jī)制提升“西電東送”能力通過建立跨省現(xiàn)貨市場(chǎng)、優(yōu)化跨省輸電價(jià)格等市場(chǎng)機(jī)制，有望大幅提高現(xiàn)有西電東送通道利用率，減少并延緩大規(guī)模增加電網(wǎng)西電東送能力的成本。圖表3.2.1 2025年特高壓骨干網(wǎng)架示意圖圖表3.2.1 2025年特高壓骨干網(wǎng)架示意圖資料來源：全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織除了合理規(guī)劃新的特高壓與高壓輸電線路滿足西部可再生能源的大規(guī)模開發(fā)的需求，還需要重點(diǎn)關(guān)注的是存量輸送能力的利用率提升問題。提升西電東送能力的重點(diǎn)應(yīng)是首先提高現(xiàn)有輸電系統(tǒng)的利用率，在此基礎(chǔ)上再根據(jù)實(shí)際需求合理規(guī)劃建設(shè)新的輸電通道。根據(jù)全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織、國(guó)家能源局披露的信息，在當(dāng)前省間交易模式下，部分特高壓輸電工程的利用率較低：如酒泉—湖南特高壓通道、晉北—江蘇特高壓通道，它們的實(shí)際最大輸電功率均未超過線路容量的60%25。電力行業(yè)的專家也指出，多年來中國(guó)的電力系統(tǒng)的可靠性水平有了長(zhǎng)足進(jìn)步，但確實(shí)存在某種程度的線路低載運(yùn)行的現(xiàn)象，即系統(tǒng)可靠但代價(jià)是犧牲了經(jīng)濟(jì)性vi。為了提升輸電系統(tǒng)利用率，可從兩個(gè)方面入手促進(jìn)電力跨區(qū)域流動(dòng)、提升可再生能源消納水平。一是盡快建立區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)vii，以充分利用電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)輸電通道的富余容量，這方面美國(guó)西部區(qū)域電力平衡市場(chǎng)（WesternEnergyImbalanceMarket，WEIM）是一個(gè)很好的借鑒。WEIM利用實(shí)時(shí)市場(chǎng)調(diào)度每5分鐘調(diào)度一次資源，以重新平衡即將到來的5分鐘區(qū)間和隨后幾個(gè)區(qū)間的供需。這種前瞻性的調(diào)度范圍對(duì)于確保平穩(wěn)地跟蹤負(fù)荷和可再生能源的輸出變化非常重要。二是緩解輸電價(jià)格在可再生能源跨省消納時(shí)的壁壘效應(yīng)，在近期可采用靈活向下調(diào)整輸電價(jià)格，在現(xiàn)貨交易中采用減征富余輸電通道費(fèi)用的方式。在遠(yuǎn)期，可選擇擴(kuò)大“郵票法”viii體系下輸配電費(fèi)統(tǒng)一核算的地理邊界或調(diào)整為按阻塞租金確定輸電收益的方式。資料來源：國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)能源研究所度分圖表3.2.2 中資料來源：國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)能源研究所度分圖表3.2.2 中0平均風(fēng)功率密海上風(fēng)電擁有利用小時(shí)高、輸出比較穩(wěn)定、用地資源少并且靠近負(fù)荷中心的優(yōu)勢(shì)，在配套儲(chǔ)能與柔性直流后，還將提供穩(wěn)定、可靈活調(diào)節(jié)的綠色電力解決方案。因此，有必要繼續(xù)采取補(bǔ)貼和疏導(dǎo)輸送線路投資成本等政府激勵(lì)性措施，以加快其規(guī)?；l(fā)展。海上風(fēng)電是中國(guó)理想的可就近負(fù)荷中心大規(guī)模集中開發(fā)的可再生能源，全社會(huì)用電量排名前四的省份（廣東、江蘇、山東、浙江）的近海及遠(yuǎn)海區(qū)域的風(fēng)力資源豐富。圖表3.2.2顯示了近海風(fēng)能資源分布，其中福建、浙江南部、廣東和廣西近海風(fēng)能資源豐富，自福建向北近海風(fēng)能資源逐漸減小，渤海灣的風(fēng)能資源又有所加強(qiáng)。如圖表3.2.3所示，大部分沿海省份都制定了中遠(yuǎn)期省級(jí)海上風(fēng)電裝機(jī)規(guī)劃目標(biāo)。按規(guī)劃目標(biāo)，2030年全國(guó)海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)量有望在2021年的基礎(chǔ)上增加大約5倍。基于2021年5月南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)推動(dòng)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)專家研討會(huì)總結(jié)（概念。$/MWh(2021)$/MWh(2021)2021年海風(fēng)裝機(jī)(GW)2025年目標(biāo)(GW)2030年目標(biāo)(GW)廣西07.5-江蘇11.831428廣東6.51830浙江2.257.93福建3.141050山東0.6512海南0311圖表3.2.3 省級(jí)海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)目標(biāo)圖表3.2.3 省級(jí)海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)目標(biāo)NetherlandsMinistryofForeignAffairs圖表3.2.4 中國(guó)新能源以及煤電平準(zhǔn)化電力成高成本情景)120100806040200BloombergNEF燃?xì)馊济汗夥Ｉ巷L(fēng)電陸上風(fēng)電2022圖表3.2.4 中國(guó)新能源以及煤電平準(zhǔn)化電力成高成本情景)120100806040200BloombergNEF燃?xì)馊济汗夥Ｉ巷L(fēng)電陸上風(fēng)電20222023202420252026202720282029203020312032203320342035203620372038203920402041204220432044204520462047204820492050圖表3.2.5 中國(guó)沿海省份海上風(fēng)電投資構(gòu)成福建廣東圖表3.2.5 中國(guó)沿海省份海上風(fēng)電投資構(gòu)成福建廣東江蘇0%10%20%30% 40%50% 60% 70%風(fēng)機(jī)基礎(chǔ) 塔筒 海上升壓站80%其他費(fèi)用90%100%35kV海纜 220kV海纜 風(fēng)含安）（上海有限公司在明確的分布式可再生能源開發(fā)目標(biāo)與鼓勵(lì)政策環(huán)境下，我們建議近期從以下兩個(gè)方面著手，加速分布式可再生能源的發(fā)展。分布式可再生能源市場(chǎng)化交易首先，應(yīng)該進(jìn)一步推動(dòng)分布式能源交易市場(chǎng)與機(jī)制的落實(shí)和推廣。2017年國(guó)家能源局在《關(guān)于開展分布式發(fā)電市場(chǎng)化交易試點(diǎn)的通知》中提到，鼓勵(lì)分布式能源主動(dòng)參與市場(chǎng)交易，特別是在滿足相關(guān)技術(shù)條件下，允許分布式電源在110kV/電壓等級(jí)之內(nèi)可以選擇就近銷售電量，并獲得合法的售電資質(zhì)，集發(fā)售（電）于一體。依據(jù)這一通知，2019年起全國(guó)范圍內(nèi)10個(gè)省區(qū)開展了26個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目，總計(jì)165萬(wàn)千瓦的容量參與了試點(diǎn)。2020年末，試點(diǎn)項(xiàng)目中的江蘇省常州市鄭陸工業(yè)園5兆瓦分布式發(fā)電市場(chǎng)化交易項(xiàng)目率先實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電；項(xiàng)目年發(fā)電量680萬(wàn)千瓦時(shí)，就近在110千伏武澄變電所供電區(qū)域內(nèi)直接進(jìn)行市場(chǎng)化交易。我們建議在前期試點(diǎn)基礎(chǔ)之上，在厘清交叉補(bǔ)貼的前提下，盡快在沿海主要負(fù)荷中心地區(qū)全面放開分布式能源參與分布式電力交易。在分布式交易的基礎(chǔ)上，下一步還應(yīng)允許分布式能源直接參與集中式批發(fā)現(xiàn)貨市場(chǎng)交易，從而使其能在更大的范圍內(nèi)參與電力資源的優(yōu)化配置。美國(guó)聯(lián)邦能源管理委員會(huì)（FERC）2019年頒布的行政命令，要求所有的系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度機(jī)構(gòu)（RTO與ISO）必須允許所管轄區(qū)域內(nèi)100kW及以上容量的分布式能源直接參與現(xiàn)貨交易市場(chǎng)，這為分布式能源提供了與集中式電源同樣的公平參與市場(chǎng)的機(jī)遇。分布式可再生能源的綠色屬性認(rèn)證可再生能源電力在電力生產(chǎn)與消納中的重要特點(diǎn)是其附帶的綠色屬性，即環(huán)境外部性，這也是部分用戶偏好綠色電力的原因。RMI近期的市場(chǎng)調(diào)研表明，用戶側(cè)有著強(qiáng)烈、明確和日益增長(zhǎng)的綠色電力需求。以在中國(guó)的世界500強(qiáng)企業(yè)及其供應(yīng)鏈為例，其綠電需求將從2020年的1,100億千瓦時(shí)（110TWh）升至2050年14,400億千瓦圖表3.2.6 世界500強(qiáng)企業(yè)及其供應(yīng)鏈在中國(guó)市場(chǎng)的綠色電力需求規(guī)模預(yù)測(cè)圖表3.2.6 世界500強(qiáng)企業(yè)及其供應(yīng)鏈在中國(guó)市場(chǎng)的綠色電力需求規(guī)模預(yù)測(cè)20,00070%70%15,000 50% 53%40%60%65%5,00001,10010%202025%3,250202514,400203020352040綠電比例2045205035%18%0%數(shù)據(jù)來源：落基山研究所6,0008,50010,80013,0002021i2030特別是遠(yuǎn)海風(fēng)電將得以成熟地大規(guī)模商業(yè)應(yīng)能源輸送能力，并對(duì)海上風(fēng)電的可持續(xù)開發(fā)繼續(xù)提供政策優(yōu)惠，對(duì)分布式可再生能源開展綠色屬性的認(rèn)證與交ee。西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索——打造零碳電力系統(tǒng)的青海樣本r西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索——打造零碳電力系統(tǒng)的青海樣本rmiorg/PAGE32高比例可再生能源的開發(fā)與消納大幅度增加了對(duì)系統(tǒng)靈活性能力的需求系統(tǒng)靈活性的核心問題是保證供電安全條件下的電力平衡，即保持頻率穩(wěn)定下的有功功率平衡與電壓穩(wěn)定下的無功功率平衡。當(dāng)可再生能源成為電力系統(tǒng)的主力電源時(shí)，供需側(cè)的雙重波動(dòng)性與不確定性，將增加實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)時(shí)平衡的難度，大幅增加對(duì)靈活性資源需求。隨著“十四五”規(guī)劃的實(shí)施，中國(guó)的非化石能源電源裝機(jī)將從“十三五”末期的9.86億千瓦19末的14.9～15.9億千瓦33，發(fā)電量占比將從33.9%19提高到約39%34。到2030年，按照現(xiàn)有裝機(jī)速度外推，風(fēng)電、光伏的裝機(jī)將極有可能顯著超過12億千瓦36。無疑，未來十年將是電力系統(tǒng)靈活性需求快速增長(zhǎng)的時(shí)期。解決系統(tǒng)靈活性問題的本質(zhì)是保證系統(tǒng)中有足夠的可調(diào)節(jié)資源可被電網(wǎng)調(diào)度所調(diào)用，以滿足有功功率平衡與無功功率的平衡。保證電力供應(yīng)和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行所需的一系列以頻率穩(wěn)定（有功功率平衡）與電壓穩(wěn)定（無功功率平衡）為目標(biāo)的服務(wù)稱為輔助服務(wù)。其中，保證頻率穩(wěn)定的服務(wù)主要解決兩類平衡問題：一是實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)會(huì)經(jīng)常發(fā)生需求偏離其預(yù)測(cè)值所致的小擾動(dòng)情況，電網(wǎng)調(diào)度需要有足夠的靈活性資源快速調(diào)整輸出以平衡負(fù)荷；二是當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障等大擾動(dòng)情況時(shí)，例如一臺(tái)機(jī)組故障跳閘離線，或輸電線路故障跳閘導(dǎo)致受影響的機(jī)組無法出力或減少出力時(shí)，電網(wǎng)調(diào)度需調(diào)用其他的在線或離線發(fā)電機(jī)組在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)快速啟動(dòng)并大幅增加出力以維持電力的供需平衡。保證電壓穩(wěn)定的服務(wù)是指電力系統(tǒng)需要有足夠的無功功率來維持系統(tǒng)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓在允許的運(yùn)行值范圍內(nèi)，但無功功率的大范圍流動(dòng)將導(dǎo)致系統(tǒng)損耗的增加，因此，電網(wǎng)調(diào)度需要在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)附近確定能提供無功功率的靈活性資源，就地或就近獲得保證電壓穩(wěn)定的服務(wù)。由于每個(gè)電力系統(tǒng)（平衡區(qū)域）的電源、負(fù)荷及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不同，要解決的靈活性問題也會(huì)是不同的。例如，高比例風(fēng)光發(fā)電的系統(tǒng)會(huì)面臨日內(nèi)頻繁的電力供應(yīng)波動(dòng)與不確定性，而高比例水電的系統(tǒng)則可能面臨季節(jié)性的發(fā)電出力不足問題，因此需要配置不同的可調(diào)節(jié)資源來提供不同的輔助服務(wù)。同時(shí)，不同類型的可調(diào)節(jié)資源由于其調(diào)節(jié)特性與能力的不同，需要針對(duì)不同的靈活性需求來物盡其用。為了充分利用靈活性資源，以最經(jīng)濟(jì)的方式來滿足高比例可再生能源的開發(fā)與消納帶來的日益增加的對(duì)系統(tǒng)靈活性能力的需求，我們認(rèn)為應(yīng)盡快建立與完善輔助服務(wù)市場(chǎng)與價(jià)格機(jī)制，同時(shí)有的放矢地針對(duì)不同地區(qū)與系統(tǒng)的安全性與靈活性問題進(jìn)行多元化的輔助服務(wù)市場(chǎng)設(shè)計(jì)。建立輔助服務(wù)市場(chǎng)是充分利用資源以滿足系統(tǒng)靈活性需求的當(dāng)務(wù)之急（靈活性CASnngrngr。此外，與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，高比例可再生能源的消納與高比例電力電子設(shè)備的應(yīng)用給電網(wǎng)調(diào)度保證頻率穩(wěn)定帶來了新的挑戰(zhàn)，其中一個(gè)突出的方面是系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不足問題。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，作為主力電源的火電、水電機(jī)組所具備的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在保證頻率穩(wěn)定時(shí)發(fā)揮了重要的作用，而以可再生能源為主力電源的新型電力系統(tǒng)則面臨著轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不足的問題。因此，作為一種新的服務(wù)需求，電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)度有必要通過輔助服務(wù)市場(chǎng)獲得足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量服務(wù)。rrmiorg/PAGE44作為電力市場(chǎng)化改革的一部分，中國(guó)的輔助服務(wù)市場(chǎng)的發(fā)展尚處在初期建設(shè)階段，在一期（2017）與二期（2021）共十四個(gè)省級(jí)現(xiàn)貨市場(chǎng)試點(diǎn)地區(qū)，市場(chǎng)體系建設(shè)中都在不同程度上包括了輔助服務(wù)市場(chǎng)的內(nèi)容(圖表3.3.1），但這些市場(chǎng)試點(diǎn)主要以提供調(diào)頻服務(wù)為試點(diǎn)xi，并且成本主要由電源側(cè)承擔(dān)，存在著體系不完善、新能源不能主動(dòng)參與、市場(chǎng)成本疏導(dǎo)不合理等問題。目前，各地方實(shí)踐中還缺乏對(duì)供需側(cè)各種靈活性資源公平開放、服務(wù)品種相對(duì)豐富并持續(xù)運(yùn)行的輔助服務(wù)市場(chǎng)。這使得當(dāng)前解決系統(tǒng)靈活性需求面臨兩個(gè)主要的問題：一是許多新型的靈活性資源，如儲(chǔ)能、需求側(cè)響應(yīng)等，缺乏提供靈活性服務(wù)并獲得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益的渠道；二是電網(wǎng)調(diào)度無法以最低的成本獲得其為了保證安全可靠的電力平衡所需的輔助服務(wù)。為了解決上述問題，我們認(rèn)為輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)過程中需要重點(diǎn)關(guān)注供需雙方（包括儲(chǔ)能）的公平參與和價(jià)格的合理傳遞這兩個(gè)方面。輔助服務(wù)市場(chǎng)的公平參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的供需側(cè)公平參與首先體現(xiàn)在為有條件、有能力的需求側(cè)主體提供參與機(jī)會(huì)。目前，大部分的規(guī)劃或?qū)嵤┑碾娏κ袌?chǎng)試點(diǎn)項(xiàng)目缺乏需求側(cè)參與的內(nèi)容。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的需求側(cè)呈剛性，具有不可控的特征，無法提供與頻率穩(wěn)定相關(guān)的服務(wù)，而隨著技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，需求響應(yīng)等技術(shù)解決方案的應(yīng)用，使得需求側(cè)具備了通過多種方式提供調(diào)頻與備用服務(wù)的能力，輔助服務(wù)市場(chǎng)的設(shè)計(jì)應(yīng)確保需求側(cè)的靈活性資源與供應(yīng)側(cè)的可調(diào)節(jié)電源具有同等的參與市場(chǎng)的機(jī)會(huì)。輔助服務(wù)市場(chǎng)的供需側(cè)公平參與還體現(xiàn)在為新型靈活性資源提供與傳統(tǒng)的火電與水電（包括抽水蓄能）機(jī)組同等的提供輔助服務(wù)的機(jī)會(huì)。新型的靈活性資源包括電源與電網(wǎng)側(cè)的電化學(xué)、飛輪及壓縮空氣等多種儲(chǔ)能設(shè)備，也包括在需求側(cè)融合了分布式能源、負(fù)荷及分布式儲(chǔ)能的微電網(wǎng)和虛擬電廠這樣的可調(diào)節(jié)模塊。這些新型的靈活性資源都應(yīng)在評(píng)估認(rèn)證后被賦予獨(dú)立的輔助服務(wù)市場(chǎng)主體地位，從而使系統(tǒng)調(diào)度得以從眾多的可提供靈活性服務(wù)的資源中以最小成本獲得所需的輔助服務(wù)。價(jià)格的合理傳遞價(jià)格向利益方的合理傳遞是降低輔助服務(wù)市場(chǎng)成本的重要因素。購(gòu)買輔助服務(wù)的成本，本著“誰(shuí)受益，誰(shuí)承擔(dān)”的原則，應(yīng)由引起電力供需波動(dòng)的電力用戶或電源共同承擔(dān)。但在目前多個(gè)省份運(yùn)行的調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)市場(chǎng)中，輔助服務(wù)的成本并未直接由消費(fèi)電力的用戶承擔(dān)，而是在供應(yīng)側(cè)的電源中由未提供靈活性服務(wù)的電源承擔(dān)。這并不符合“誰(shuí)受益，誰(shuí)承擔(dān)”的原則。電網(wǎng)調(diào)度所需購(gòu)買的輔助服務(wù)的數(shù)量（容量）與系統(tǒng)最大負(fù)荷預(yù)測(cè)直接關(guān)聯(lián)，只有當(dāng)輔助服務(wù)的成本與每個(gè)用戶的用電量、用電時(shí)段和對(duì)供電可靠性的要求直接掛鉤時(shí)，才能促使用戶有意識(shí)地規(guī)劃自身其對(duì)電力的需求。同時(shí)，價(jià)格的合理傳遞的另一個(gè)含義是指波動(dòng)性可再生能源也應(yīng)該承擔(dān)因其供應(yīng)的波動(dòng)性與不確定性造成的頻率穩(wěn)定所需的服務(wù)的成本。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是源隨荷動(dòng)，也即負(fù)荷是波動(dòng)的，電源是可隨負(fù)荷的變化而調(diào)節(jié)的，因此，電網(wǎng)調(diào)度所需的維持頻率穩(wěn)定的服務(wù)是直接服務(wù)于負(fù)荷的。但新型電力系統(tǒng)中的高比例波動(dòng)性可再生能源造成了供應(yīng)側(cè)的額外波動(dòng)，系統(tǒng)為維持頻率穩(wěn)定所需的額外輔助服務(wù)成本，按“誰(shuí)受益，誰(shuí)承擔(dān)”的原則，也應(yīng)由帶來出力波動(dòng)的電源參與分擔(dān)。圖表3.3.1 國(guó)內(nèi)輔助服務(wù)市場(chǎng)現(xiàn)狀二次調(diào)頻一次調(diào)頻省份山東山西蒙西浙江福建廣東甘肅四川山西參與主體業(yè)電企式、除網(wǎng)的省接入技滿足電擬電廠虛滿足并助服務(wù)供C調(diào)電單元供者務(wù)提5量千瓦可調(diào)節(jié)0的千由管的并網(wǎng)方輔助服；能電、抽段廠服償范圍補(bǔ)火以需求側(cè)參電網(wǎng)與輔助；務(wù)輔助服機(jī)市助服務(wù)并網(wǎng)主及等飛輪等氣、萬(wàn)千瓦0量千的燃?xì)怆娬驹O(shè)于1少機(jī)組標(biāo)市場(chǎng)運(yùn)行行中運(yùn)行中運(yùn)行中運(yùn)試運(yùn)行行中運(yùn)行中運(yùn)行中運(yùn)行中運(yùn)試運(yùn)行報(bào)價(jià)交易價(jià)提升每02采兆儲(chǔ)自交易價(jià)限個(gè)提15元/30的最小單申，下5元/兆/為1限元兆瓦的最小單申，兆為8元/的最小單申，兆/為6元/的最小單申，兆/元為單申報(bào)價(jià)元/單/元/元10報(bào)價(jià)上暫按400/兆瓦時(shí)轉(zhuǎn)下頁(yè)續(xù)表二次調(diào)頻一次調(diào)頻省份山東山西蒙西浙江福建廣東甘肅四川山西需求合調(diào)度實(shí)際明確的公式能負(fù)荷-量化調(diào)頻性負(fù)荷-量化調(diào)頻性據(jù)相關(guān)量需容需要進(jìn)合調(diào)整行合調(diào)度實(shí)際明確的公式能合調(diào)度場(chǎng)廣并實(shí)際運(yùn)行調(diào)整CC場(chǎng)站預(yù)測(cè)大發(fā)的10%能的公式能的公式需調(diào)頻一求出清方式格價(jià)調(diào)頻服務(wù)調(diào)頻市場(chǎng)集頻服務(wù)調(diào)頻市場(chǎng)集機(jī)組調(diào)合調(diào)頻場(chǎng)出清市由低到行調(diào)頻調(diào)頻里程序進(jìn)，調(diào)頻市行調(diào)頻里程序進(jìn)，調(diào)頻市行調(diào)頻里程進(jìn)，調(diào)頻市行需求以調(diào)應(yīng)成本最調(diào)根格從低行出清進(jìn)體的到高依進(jìn)行出清體的到高依進(jìn)行出清出清出清出清體的調(diào)價(jià)格從低進(jìn)行出清結(jié)算日前出價(jià)結(jié)算算邊際計(jì)算調(diào)指能照公式確開公容量?jī)r(jià)調(diào)頻里償方式補(bǔ)指能照公式確開公指能照公式確開公性能指照公開指標(biāo)和調(diào)頻貢分?jǐn)傠娐?lián)絡(luò)線例電量比含電網(wǎng)際用電量比業(yè)間）例進(jìn)行實(shí)際情況力市場(chǎng)，理委員會(huì)自的上分明確了計(jì)業(yè)間）例進(jìn)行式點(diǎn)費(fèi)納補(bǔ)償業(yè)間）例進(jìn)行光廠金額均設(shè)置上限直調(diào)電廠的留首先運(yùn)行管規(guī)頻支發(fā)電側(cè)并照當(dāng)月上行分?jǐn)傔M(jìn)例分?jǐn)偽≡此愎搅堪幢裙苻k同意后執(zhí)行資料來源：落基山研究所輔助服務(wù)市場(chǎng)與價(jià)格機(jī)制設(shè)計(jì)需秉持有的放矢，因地制宜的理念（StandardMarket而輔助服務(wù)市場(chǎng)的目的是為了服務(wù)于所在電力系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。中國(guó)地域廣闊，地區(qū)之間經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，電力資源稟賦各異。不同省份和區(qū)域的電力系統(tǒng)，由于電源類型與組合比例的不同、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與互聯(lián)方式不同、負(fù)荷構(gòu)成與特性的差異，在滿足系統(tǒng)靈活性需求方面，也將面臨差異化的挑戰(zhàn)。因此，輔助服務(wù)市場(chǎng)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)有利于充分利用所在區(qū)域所有的靈活性資源（如煤電、水電、儲(chǔ)能與需求側(cè)響應(yīng)等），并有針對(duì)性地解決所在區(qū)域特有的系統(tǒng)靈活性問題。充分利用系統(tǒng)中的靈活性資源輔助服務(wù)市場(chǎng)設(shè)計(jì)的一個(gè)原則是需要充分利用所在區(qū)域的靈活性資源，為所有有條件的靈活性資源創(chuàng)造平等的市場(chǎng)參與機(jī)會(huì)，這對(duì)于電網(wǎng)調(diào)度能以最小的成本獲得所需的輔助服務(wù)十分重要。眾所周知，煤電機(jī)組需要大幅減少出力以實(shí)現(xiàn)2030年前碳達(dá)峰和2060年前碳中和的目標(biāo)，但煤電機(jī)組同時(shí)又是一種靈活性資源，在缺乏足夠的替代資源的情況下，煤電機(jī)組仍是電網(wǎng)調(diào)度可用來保證頻率穩(wěn)定的有效工具，而建立輔助服務(wù)市場(chǎng)將是充分利用煤電機(jī)組靈活性能力的重要渠道。但是，目前在許多省份的電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)中，大量非電網(wǎng)直接調(diào)度的企業(yè)自備電廠（以火電機(jī)組為主）尚無法直接參與輔助服務(wù)市場(chǎng)。截止2018年底，全國(guó)擁有總裝機(jī)容量超過1.56億千瓦的自備電廠，占全國(guó)總裝機(jī)的比例約為8.2%35，而部分省份由于歷史原因自備電廠裝機(jī)容量占比更高，以山東為例，共有約180個(gè)自備電廠，占山東省煤電裝機(jī)的近30%。如此規(guī)模的自備電廠無疑可以為系統(tǒng)的靈活性提供支持。我們認(rèn)為應(yīng)創(chuàng)造條件給予符合政策與環(huán)保等要求的自備電廠輔助服務(wù)市場(chǎng)主體地位，這將保證電網(wǎng)調(diào)度有更充裕的靈活性資源，用更低的成本來滿足靈活性的需求。同時(shí)，通過參與輔助服務(wù)市場(chǎng)也有助于緩解自備電廠在環(huán)保改造中面臨的經(jīng)濟(jì)成本壓力。有針對(duì)性地解決所在區(qū)域的靈活性需求輔助服務(wù)市場(chǎng)的設(shè)計(jì)必須有針對(duì)性地解決所在區(qū)域面臨的問題。以可再生能源大省青海為例，青海在2021年末清潔電源裝機(jī)占比達(dá)到90.8%，發(fā)電量占比達(dá)86.1%，而火電發(fā)電量的占比僅為13.9%。青海省計(jì)劃在“十四五”與“十五五”期間大力開發(fā)以風(fēng)電與光伏為主的可再生能源，規(guī)劃到2030年光伏與風(fēng)電裝機(jī)分別達(dá)到70GW與30GW，基本實(shí)現(xiàn)零碳電力系統(tǒng)的目標(biāo)。在這樣的高比例非水可再生能源裝機(jī)的場(chǎng)景下，如果在運(yùn)行當(dāng)中水電與煤電等機(jī)組所占比例過小，特別是在枯水期水電出力不足的情況下，青海電力系統(tǒng)將面臨比較嚴(yán)重的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不足的問題。此外，青海是可再生能源電力輸出大省，有相當(dāng)一部分的非水可再生能源資源位于青海省西部地區(qū)，需經(jīng)省內(nèi)長(zhǎng)距離輸送后再經(jīng)現(xiàn)有的及規(guī)劃建設(shè)中的特高壓直流外送至省外，這導(dǎo)致了比較嚴(yán)重的電壓穩(wěn)定問題的出現(xiàn)，特別是現(xiàn)有的青豫特高壓直流線路，為了避免因換流設(shè)備閉鎖造成過電壓，致使目前線路無法充分發(fā)揮其輸送可再生能源的能力。因此，青海在“十四五”期間建設(shè)輔助服務(wù)市場(chǎng)時(shí)除了要包括傳統(tǒng)的調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用服務(wù)外，需優(yōu)先考慮引入轉(zhuǎn)動(dòng)慣量作為輔助服務(wù)的交易品種，吸引有技術(shù)能力的可調(diào)節(jié)電源為電網(wǎng)調(diào)度提供相應(yīng)的服務(wù)。而在電壓穩(wěn)定方面，電網(wǎng)調(diào)度也需針對(duì)青海電網(wǎng)各個(gè)電壓中樞點(diǎn)的具體需求，與當(dāng)?shù)赜袟l件提供電壓穩(wěn)定支持的靈活性資源通過長(zhǎng)期合同等方式交易以獲得足夠的輔助服務(wù)。力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。確保電力系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)在更大范圍的靈活性資源的配置能力，以最經(jīng)濟(jì)的形式確保高比例可再生能源場(chǎng)景下電在“十五五”期間，應(yīng)著力建設(shè)與完善區(qū)域輔助服務(wù)市場(chǎng)，進(jìn)一步促進(jìn)市場(chǎng)的公平參與和價(jià)格的合理傳遞，以輔助服務(wù)價(jià)格機(jī)制，最大限度地發(fā)揮供需兩側(cè)的靈活性資源的作用，確?？稍偕茉吹拇笠?guī)模開發(fā)與消納。而實(shí)踐情況，因地制宜的全面建成以保障電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定為目標(biāo)的省級(jí)輔助服務(wù)市場(chǎng)，并建立保證電壓穩(wěn)定的充分利用靈活性資源的有效手段是有的放矢、因地制宜的輔助服務(wù)市場(chǎng)設(shè)計(jì)。在“十四五”期間應(yīng)根據(jù)各省的3.4氫能是具有綜合優(yōu)勢(shì)的系統(tǒng)靈活性技術(shù)選擇中國(guó)的資源稟賦決定了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)主要依靠火電（燃煤機(jī)組與天然氣機(jī)組）與水電作為可靈活調(diào)節(jié)的電源。在實(shí)現(xiàn)零碳電力、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的進(jìn)程中，系統(tǒng)調(diào)度需要更多的可調(diào)節(jié)手段，應(yīng)對(duì)不同時(shí)間尺度的平衡需求，既保持實(shí)時(shí)的有功功率平衡和無功功率平衡，又保持在更長(zhǎng)時(shí)間周期（日、月、年）內(nèi)的電量平衡。但是，傳統(tǒng)技術(shù)方案有各自的發(fā)展限制因素：水電的地理限制明顯；氣電由于成本和本土供給充裕度的制約難以在全國(guó)范圍內(nèi)大規(guī)模擔(dān)當(dāng)靈活性的過渡手段；煤電也面臨著更加嚴(yán)格的發(fā)展約束。解決這一矛盾需要借助突破傳統(tǒng)的創(chuàng)新性技術(shù)解決手段，主要技術(shù)手段之一將是多元化的電能存儲(chǔ)技術(shù)。實(shí)現(xiàn)電能的大規(guī)模存儲(chǔ)是解決系統(tǒng)靈活性需求的革命性手段如果電能可大規(guī)模存儲(chǔ)，則電力系統(tǒng)靈活平衡電力供需關(guān)系的能力將發(fā)生革命性的改變。電力無需為了實(shí)時(shí)供需平衡而即產(chǎn)即消，同時(shí)將大大降低電力生產(chǎn)與輸送的成本與風(fēng)險(xiǎn)，保障電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。與新型電力系統(tǒng)中的源、網(wǎng)、荷三個(gè)核心要素協(xié)調(diào)互動(dòng)時(shí)，“儲(chǔ)能+”技術(shù)將在供給側(cè)保障可再生能源提供可控、穩(wěn)定的綠色電力，在電網(wǎng)側(cè)減緩線路投資并消除阻塞，在需求側(cè)使能用戶的需求彈性，從而大幅提升電力系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)能力。圖表儲(chǔ)能技術(shù)路線匯總圖表儲(chǔ)能技術(shù)路線匯總,CESA,充放容量?jī)?chǔ)能類型選址靈活性響應(yīng)速度啟動(dòng)時(shí)間最優(yōu)場(chǎng)景成本水平秒–分鐘飛輪儲(chǔ)能★★★<2毫秒<2毫秒供系統(tǒng)阻尼具備商業(yè)化條件超級(jí)電容器★★★毫秒級(jí)<1秒示范小時(shí)鋰離子電池★★★★★<10毫秒<1秒用戶頻網(wǎng)側(cè)部分具備商業(yè)化條件鉛蓄電池★★★★<10毫秒<1秒具備商業(yè)化條件蓄冷/蓄熱★★★--具備商業(yè)化條件鈉硫電池★★★★毫秒級(jí)秒級(jí)具備商業(yè)化條件液流電池★★★毫秒級(jí)秒級(jí)示范多日抽水蓄能★分鐘級(jí)3-5分鐘多日以內(nèi)的調(diào)頻具備商業(yè)化條件壓縮空氣洞★★★★約1分鐘6分鐘可再生打捆洞具備商業(yè)化條件氫能★★★<1秒3-5分鐘長(zhǎng)時(shí)間平衡示范202120222023202420252026202720282029203020212022202320242025202620272028202920302021202220232024202520262027202820292030多元化的儲(chǔ)能技術(shù)在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)進(jìn)程的不同階段將發(fā)揮不同的作用。按照國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021-2035年）》36，抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能與氫儲(chǔ)能等將是中國(guó)未來構(gòu)建電力系統(tǒng)儲(chǔ)能體系的核心技術(shù)。在近期（2030年之前），技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)效益良好的抽水蓄能將繼續(xù)承擔(dān)主要角色，電化學(xué)儲(chǔ)能等新型技術(shù)也將快速發(fā)展，預(yù)期到2025年抽水蓄能與電化學(xué)儲(chǔ)能等容量將分別達(dá)到62GW37與30GW38。在中遠(yuǎn)期，隨著可再生能源實(shí)現(xiàn)高比例接入，充分開發(fā)的抽水蓄能資源、成本進(jìn)一步下降的電化學(xué)儲(chǔ)能，以及逐步成熟的綠氫制造、儲(chǔ)運(yùn)及發(fā)電技術(shù)，將共同支撐系統(tǒng)靈活性，系統(tǒng)靈活性資源將呈現(xiàn)更多元化的發(fā)展格局。202120222023202420252026202720282029203020212022202320242025202620272028202920302021202220232024202520262027202820292030（2030至2060年在非電力領(lǐng)域，通過綠氫（即可再生能源電能轉(zhuǎn)化的氫能）的制取與儲(chǔ)存，氫能在交通、化工、鋼鐵等行業(yè)的脫碳進(jìn)程中具有非常廣泛的應(yīng)用前景。在交通領(lǐng)域，氫燃料電池公交和重型卡車具備較為廣闊的應(yīng)用前景，且中國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位：目前全球氫能巴士、氫能卡車的應(yīng)用中，超過90%的應(yīng)用在中國(guó)；預(yù)計(jì)到2030年，中國(guó)氫燃料電池汽車保有量將達(dá)到62萬(wàn)輛39，相當(dāng)于2021年全球氫燃料電池汽車保有量的15倍。在化工領(lǐng)域，綠氫作為重要的生產(chǎn)原料，具備替代原有煤炭和天然氣制氫，從而實(shí)現(xiàn)化工行業(yè)零碳轉(zhuǎn)型的巨大潛力。在鋼鐵行業(yè)，利用綠氫替代焦炭進(jìn)行直接還原鐵生產(chǎn)并配加電爐煉鋼的模式是最具前景的脫碳解決方案之一。而氫能在新型電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：在電力供應(yīng)充足時(shí)利用風(fēng)、光、水等可再生能源發(fā)電制氫，以氣、液或固態(tài)的方式可長(zhǎng)期存儲(chǔ)并長(zhǎng)距離運(yùn)輸，再在電力供應(yīng)短缺、需要靈活性支持的時(shí)間與空間點(diǎn)，以氫能燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)組氫氣摻燒、煤電機(jī)組摻氨發(fā)電（通過綠氫制氨）或氫燃料電池發(fā)電等方式提供電力。圖表青海引入氫能發(fā)電后棄電率對(duì)為經(jīng)濟(jì)調(diào)度原則下的模型仿真結(jié)）16%14% 14%16%16%12%10%8%6% 4%2%0% 12% 12%14%10% 10%8% 8%6% 6%4% 4%2% 2%0% 0%氫能替代情景棄風(fēng)率數(shù)據(jù)來源：落基山研究所政策規(guī)劃情景棄風(fēng)率政策規(guī)劃情景棄光率氫能替代情景棄光率政策規(guī)劃情景棄水率氫能替代情景棄水率RMI圖表青海引入氫能發(fā)電后棄電率對(duì)為經(jīng)濟(jì)調(diào)度原則下的模型仿真結(jié)）16%14% 14%16%16%12%10%8%6% 4%2%0% 12% 12%14%10% 10%8% 8%6% 6%4% 4%2% 2%0% 0%氫能替代情景棄風(fēng)率數(shù)據(jù)來源：落基山研究所政策規(guī)劃情景棄風(fēng)率政策規(guī)劃情景棄光率氫能替代情景棄光率政策規(guī)劃情景棄水率氫能替代情景棄水率盡管氫能在電力領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，且中國(guó)目前的制氫量為全球第一，但綠氫發(fā)電應(yīng)用方面仍處在起步階段，目前僅有少量仍在規(guī)劃中的技術(shù)示范項(xiàng)目。阻礙中國(guó)綠氫發(fā)電應(yīng)用的主要原因有兩個(gè)：綠氫成本過高，缺乏規(guī)?；慕?jīng)濟(jì)效益。目前煤制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫的成本約為每公斤10-12元，綠氫成本約為每公斤20-25元，只有充分提高成本經(jīng)濟(jì)性的競(jìng)爭(zhēng)力，才有可能實(shí)現(xiàn)灰氫xii和藍(lán)氫xiii向綠氫的轉(zhuǎn)型，而產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大特別是裝機(jī)量的快速提升恰恰是降低成本的最有效方式。到2030年，如果全國(guó)制氫電解槽規(guī)模擴(kuò)大到100GW，其單位千瓦投資成本有望降低25%以上，同時(shí)得益于光伏和風(fēng)電的度電成本進(jìn)一步降低，綠電制氫總成本有望下降至每公斤13元（圖表3.4.3）。圖表3.4.3 圖表3.4.3 不同制氫技術(shù)路線成本演變數(shù)據(jù)來源：落基山研究所在燃?xì)湫腿細(xì)廨啓C(jī)研發(fā)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)際廠家，市場(chǎng)主要的燃?xì)湫腿細(xì)廨啓C(jī)均為國(guó)際廠家設(shè)計(jì)研發(fā)41。因此，不掌握核心技術(shù)直接導(dǎo)致了推廣氫能發(fā)電需要進(jìn)口昂貴的國(guó)外設(shè)備，大幅增加了投資成本，無法大規(guī)模的應(yīng)用。綜合上述的分析，我們認(rèn)為推動(dòng)氫能發(fā)電應(yīng)用最關(guān)鍵的舉措是要突破核心技術(shù)自主研發(fā)的瓶頸，將氫能發(fā)電領(lǐng)域各環(huán)節(jié)核心技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)作為國(guó)家科技發(fā)展重大戰(zhàn)略，給予政策和資金支持。近十幾年中國(guó)的風(fēng)電與光伏的長(zhǎng)足發(fā)展，在全球獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，正是得益于在政府扶持下掌握了核心技術(shù)并快速實(shí)現(xiàn)了規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)合中國(guó)的國(guó)情，在燃料替代發(fā)電與燃料電池發(fā)電兩種主流技術(shù)方案中，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展燃料替代方式的發(fā)電，即燃?xì)鈸綒?、氨與煤混燃及純氫燃?xì)獍l(fā)電，這些方式將可充分利用現(xiàn)有的煤電與天然氣電機(jī)組設(shè)備，在逐步增加可再生能源的氫能利用規(guī)模的同時(shí)，逐漸降低現(xiàn)有化石能源發(fā)電電源的碳排放強(qiáng)度。另外，在具備可再生發(fā)電資源的地區(qū)，應(yīng)大力開發(fā)下游用氫產(chǎn)業(yè)，降低長(zhǎng)距離儲(chǔ)運(yùn)的需求，從而提升綠電制氫的整體經(jīng)濟(jì)性。電網(wǎng)大規(guī)模消納可再生能源的能力取決于其對(duì)資源的調(diào)度能力與方式電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行的核心任務(wù)是保證在正常頻率下的電力供需平衡，而這一功能是以平衡區(qū)域（balancingauthority）為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)只有一個(gè)獨(dú)立的平衡區(qū)域時(shí)（獨(dú)立運(yùn)行的電力系統(tǒng)），電網(wǎng)調(diào)度必須在實(shí)時(shí)保證系統(tǒng)頻率維持在正常頻率值的條件下，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的電力供應(yīng)與需求的平衡。而當(dāng)多個(gè)電力平衡區(qū)域互聯(lián)（互聯(lián)電力系統(tǒng)）時(shí)，互聯(lián)系統(tǒng)需共同維持同一頻率，因此維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定需要系統(tǒng)內(nèi)所有平衡區(qū)域的系統(tǒng)調(diào)度共同參與實(shí)現(xiàn)。區(qū)域控制偏差（ACE）是每個(gè)平衡區(qū)域的電網(wǎng)調(diào)度實(shí)現(xiàn)電力平衡的關(guān)鍵指標(biāo)，ACE直接反映了系統(tǒng)的頻率偏差，及聯(lián)絡(luò)線上的功率偏差（也即平衡區(qū)域內(nèi)電力供需的偏差）的變化，調(diào)度必須實(shí)時(shí)地保證ACE在電力系統(tǒng)運(yùn)行所規(guī)定的范圍之內(nèi)。而當(dāng)一個(gè)平衡區(qū)域內(nèi)需要大規(guī)模消納，或送出非水可再生能源時(shí)，非水可再生能源輸出的波動(dòng)性無疑將造成ACE的變化，給電網(wǎng)調(diào)度維持本區(qū)域的電力平衡與全系統(tǒng)的頻率帶來更大的壓力。首先，電網(wǎng)調(diào)度需要確保在其平衡區(qū)域內(nèi)有足夠的可調(diào)度的電力資源來跟蹤電力供需的變化；其次，系統(tǒng)調(diào)度需要以最經(jīng)濟(jì)（電力生產(chǎn)成本最低）的方式來確定哪些電力資源需要被調(diào)度以實(shí)現(xiàn)電力的平衡。為解決這一日益增加的對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度能力的需求，我們認(rèn)為應(yīng)重點(diǎn)從調(diào)整平衡區(qū)域、建立區(qū)域現(xiàn)貨市場(chǎng)和優(yōu)化市場(chǎng)化調(diào)度等方面入手。擴(kuò)大電力平衡區(qū)域邊界以提升可再生能源的消納能力圖表3.5.1 北美版以及西部電網(wǎng)的電力平衡區(qū)）FERC,WCC由于歷史的發(fā)展與沿革，中國(guó)電網(wǎng)的平衡區(qū)域目前主要是以省級(jí)電網(wǎng)公司的轄區(qū)為邊界，各省電力公司的調(diào)度部門負(fù)責(zé)本省電網(wǎng)內(nèi)電力的實(shí)時(shí)供需平衡。而更合理的電力系統(tǒng)平衡區(qū)域應(yīng)根據(jù)電源、負(fù)荷的分布及電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)（互聯(lián)狀態(tài)與緊密程度）來確定。原則上，隨著電力系統(tǒng)的更緊密互聯(lián)，應(yīng)在更大的平衡區(qū)域范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電力平衡。以北美各地區(qū)的電力系統(tǒng)為例：在東部地區(qū)，該地區(qū)目前多以獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（ISO）或區(qū)域輸電組織（RTO）為平衡區(qū)域，平衡區(qū)域的劃分突破了州的行政邊界，實(shí)現(xiàn)了在州以上更大范圍的電力平衡；與之相比，北美西部的互聯(lián)發(fā)展相對(duì)落后，在美國(guó)西部14個(gè)州及加拿大、墨西哥部分地區(qū)所在的互聯(lián)電力系統(tǒng)esernneronnectio圖表3.5.1 北美版以及西部電網(wǎng)的電力平衡區(qū)）F