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(dòng)失敗正在成為人類中長(zhǎng)期發(fā)展的最大焦慮。”全球經(jīng)濟(jì)論壇“極端天氣與氣候行動(dòng)失敗正在成為人類中長(zhǎng)期發(fā)展的最大焦慮?！甭?lián)合國(guó)氣候工作組“越來越明確的證據(jù)表明，采取氣候行動(dòng)的時(shí)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(guó)氣候工作組“越來越明確的證據(jù)表明，采取氣候行動(dòng)的時(shí)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(duì)人類未來產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。聯(lián)合國(guó)科技學(xué)術(shù)組織近半個(gè)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(duì)人類未來產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。聯(lián)合國(guó)科技學(xué)術(shù)組織近半個(gè)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(dòng)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(duì)太陽(yáng)長(zhǎng)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(guó)超強(qiáng)洪水

2021年河南特大暴雨“氣象難民”:全球第一個(gè)氣候移民國(guó)家圖瓦盧

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

從2014從2014年以來，我國(guó)是當(dāng)今世界最大的工業(yè)國(guó)，也是最大的碳排放國(guó)，2021年約占全球27%。碳排放權(quán)與社會(huì)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(huì)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(guó)家碳排放強(qiáng)度對(duì)比9排。國(guó)家碳達(dá)峰碳中和英國(guó)1970s已達(dá)到2050德國(guó)1970s已達(dá)到2050美國(guó)20072050日本20132050韓國(guó)未達(dá)峰2050中國(guó)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(zhēng)聯(lián)合國(guó)氣候大會(huì)（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(guó)的人均碳排放仍不足美國(guó)的60%。中國(guó)是當(dāng)今最大的碳排放國(guó)(0.1℃)，美國(guó)是歷史上最大的碳排放國(guó) 10（0.2℃）。，能源轉(zhuǎn)型與綠色發(fā)展權(quán)，新能源時(shí)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(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guó)和中國(guó)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(shí)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(huì)

美國(guó)：反復(fù)橫跳2008IN

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

代價(jià)是能源安全…中國(guó)：一步一個(gè)腳印

歐洲：發(fā)展中試錯(cuò)

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(guó)二氧化碳排放趨勢(shì)，來源《中國(guó)碳中和與清潔空氣協(xié)同路徑年度報(bào)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(jì)劃。第三代核聚變，沿海規(guī)劃已布局完畢。內(nèi)陸核電啟動(dòng)存在巨大爭(zhēng)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(chǔ)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(guó)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(guó)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(guó)，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(guó)，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(wàn)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(yáng)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(guó)光伏產(chǎn)品銷售總量已經(jīng)占據(jù)70%的世界市場(chǎng)份額2022電池產(chǎn)業(yè)十大廠家中國(guó)占有半數(shù)以上×10×10FromPPTofProf.GaoHu,ChinaNationalRenewableEnergyCentre(CNREC)電動(dòng)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(chǔ)為代表的新能源關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)，我國(guó)以占據(jù)優(yōu)勢(shì)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(jí) 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(gè)國(guó)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(gè)國(guó)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(guó)內(nèi)外超過50個(gè)機(jī)構(gòu)對(duì)我國(guó)的可再生能源發(fā)展開展了持續(xù)預(yù)測(cè)，這是其中一個(gè)…2010-2050年各種能源發(fā)電量占比變化趨勢(shì)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(chǎng)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(shí)段在時(shí)間上呈現(xiàn)不均勻分布的特點(diǎn)，可能出現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)時(shí)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(guó)家風(fēng)/光電裝機(jī)和電量滲透率發(fā)展情況

德國(guó)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(chǎng)景做一個(gè)粗略概算…做一個(gè)粗略概算…風(fēng)電、光伏的年利用小時(shí)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(guó)2030和2050年凈負(fù)荷曲線26靈活性支撐平臺(tái)靈活性資源物理、運(yùn)營(yíng)支撐需求靈活性支撐平臺(tái)靈活性資源物理、運(yùn)營(yíng)支撐需求側(cè)儲(chǔ)能電力市場(chǎng)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(chǔ)能、市場(chǎng)…的調(diào)節(jié)能力，協(xié)同應(yīng)對(duì)風(fēng)光電源的波動(dòng)性。我們需要調(diào)動(dòng)電力系統(tǒng)所有的靈活性資源…我們需要調(diào)動(dòng)電力系統(tǒng)所有的靈活性資源…物理、運(yùn)營(yíng)支撐273.2 極高比例可再生能源的發(fā)電場(chǎng)景新技術(shù)：儲(chǔ)能新技術(shù)：儲(chǔ)能可再生能源發(fā)電及負(fù)荷需求時(shí)間分布不均勻，引入長(zhǎng)期（4-100h)及季節(jié)性（>100h)儲(chǔ)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(dòng)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(chǎng)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(duì)象最大功率或（TW）能量（TWh）小時(shí)數(shù)(h)原始電負(fù)荷2.6-2.8170006000-7000風(fēng)電2.560002400太陽(yáng)能發(fā)電3.855001500對(duì)象額定功率對(duì)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(dòng)汽車1-2~2010-20熱泵0.3~8002000-3000電池儲(chǔ)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(chǎng)景與天氣強(qiáng)耦合，系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)極端天氣呈現(xiàn)脆弱性與天氣強(qiáng)耦合，系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)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(shí)減載和停運(yùn)42.3