能源基金會：中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放（2022）（41頁）.pdf

1、中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放作者Nikit Abhyankar、Jiang Lin*、Fritz Kahrl、Shengfei Yin、Umed Paliwal、 Xu Liu、Nina Khanna、Amol Phadke 和 Qian Luo | 勞倫斯伯克利國家實驗室 David Wooley | 加州大學伯克利分校高曼公共政策學院環境中心Mike OBoyle、Olivia Ashmoore、Robbie Orvis、Michelle Solomon | 能源創新政策與技術有限責任公司* 通訊作者本項目由Hewlett基金會，Growald氣候基金，Climate Im

2、perative和能源基金會 （中國） 資助。 技術顧問委員會技術顧問委員會為本項目的設計和評估提供了指導，但報告的內容和結論，包括任何錯誤和遺漏，均由作者自行負責。技術顧問委員會成員的從屬關系不意味著這些組織以任何方式支持或認可這項工作。技術顧問委員會成員如下 ：王萬興，自然資源保護協會 （中國）David Sandalow，哥倫比亞大學袁家海，華北電力大學楊富強，北京大學Joanna Lewis, 喬治城大學姜克雋, 中國國家發展改革委員會能源研究所劉雨菁, 落基山研究所 致謝感謝以下人員為本報告提供寶貴的技術支持、指導、審閱和幫助：Ella Zhou，美國可再生能源國家實驗室別朝紅 ，西

3、安交通大學何鋼，石溪大學孟菲，Climate ImperativeSara Baldwin，能源創新目錄1 執行摘要 12 概述 53 研究方法 6 3.1 情景分析 6 3.2 模型工具與方法 7 3.3 模型主要輸入數據 8 3.4 敏感性分析 124 研究結果 13 4.1 發電和輸電 13 4.2 成本、可靠性、排放量與就業 185 結論、建議與未來研究 27 5.1 主要結論 27 5.2 政策建議 29 5.2.1 政策目標 29 5.2.2 市場與監管 30 5.2.3 土地利用 33 5.3 重點研究領域 346 參考文獻 357 附錄 - 即將發布 圖 1. 與現有政策情景相

4、比，清潔能源情景下的增量成本節省、增量成本和增量凈成本 3圖 2. 模擬情景中使用的基準年（2020年）發電資源和輸電網絡 8圖 3. 本項研究中使用的全國電力需求預測及其與近期其他研究的對比 9圖 4. 海上風電、陸上風電、太陽能光伏發電和電池儲能（4小時）的技術成本輸入數據 10圖 5. 發電能源組合 14圖 6. 發電容量組合 15圖 7. 年度新增風電和太陽能發電容量以及電池儲能容量 16圖 8. 跨省和跨區域輸電容量（上圖）與年度新增輸電成本（下圖） 17圖 9. 燃煤發電廠的年度容量系數 18圖 10. 平均批發成本 19圖 11. 輸發電累計新增投資19圖 12. 清潔能源情景和

5、海上風電敏感性情景下的平均年度新增容量 20圖 13. 二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物排放強度 21圖 14. 清潔能源情景和現有政策情景下的年度死亡人數，以及清潔能源情景下的避免死亡人數地圖 22圖 15. 在燃煤發電退役情景下，2035年夏季凈負荷高峰周的全國系統調度情況 22圖 16. 使用35年氣象數據，2035年夏季凈負荷高峰周的全國系統調度情況 23圖 17. 使用35年氣象數據，2035年冬季凈負荷高峰周的全國系統調度情況 24圖 18. 在10%需求沖擊的情況下，2035年夏季凈負荷高峰周的全國系統調度情況 24圖 19. 在10%需求沖擊的情況下，2035年冬季凈負荷高峰周的全

6、國系統調度情況 25圖 20. 清潔能源情景的累計凈就業效應 20圖 21. 非化石能源發電量占比，現有政策情景和清潔能源情景 29 1執行摘要太陽能發電、風電和電池儲能成本的大幅下降，為中國電力行業在實現現有政策目標后，進一步減少排放和降低電力成本創造了新機會。從中國現有的政策推算，非化石能源發電量占比預計將從2020年的34%提升到到2035年的60%。本報告分析了中國到2035年非化石能源發電量占比提高到80%時，對成本、可靠性、排放量、公共健康和就業等方面的影響。電力行業對于中國的全經濟脫碳至關重要，因此實現2035年非化石能源、無碳排放發電占比達到80%，將助力中國達成2060年碳中

7、和目標。本報告旨在就兩個問題展開討論。首先，近期風電、太陽能發電和電池儲能成本的下降，對于未來15年中國加快這些資源的發展速度和擴大發展規模有哪些影響？其次，在中國2060年前實現碳中和的背景下，什么是技術和經濟上可行的2035年非化石能源發電量占比目標？ 本次研究詳細模擬了中國電力系統及其對經濟、就業和公共健康的影響。本研究以2025年、2030年和2035年為主要時間節點，使用最先進的容量擴展與小時級生產調度模型（PLEXOS）進行電力分析。模型基于對中國電力系統的詳細表述，包括每小時省級負荷、跨省和跨區域輸電約束、區域風電和太陽能發電概況以及對中國可再生能源和儲能成本的最新（2021年）

8、預測。電力需求預測基于清華大學2020年發表的低碳發展戰略與轉型路徑研究中提出的1.5C情景，體現了為實現全球溫升1.5C目標中國電力需求可能發生的預期變化。 本報告分析了兩個主要情景，分別是：現有政策情景，在該情景下，年度風電和太陽能發電部署僅限于政府當前制定的目標；清潔能源情景，在該情景下，到2035年中國非化石能源發電量占比提高到80%。同時，以系統可靠性為重點，對多個變量進行了敏感性分析。在這兩個情景下，風力發電和太陽能發電是成本最低、最適合規?；姆腔l電資源。在現有政策情景下，風電和太陽能發電容量符合中國政府提出的到2030年達到12億千瓦。非化石能源發電量占比符合政府提出的到2

9、030年達到50%和到2035年預期可達到60%的目標（見表1）。在清潔能源情景下，風電和太陽能發電容量在2025年接近實現當前的2030年目標，并在2030年達到19.94億千瓦，到2035年達到30.69億千瓦；非化石能源發電量占比到2030年提高到65%，到2035年達到80%。在這兩種情景下，由于電池成本的持續下降和對抽水蓄能水力發電的政策支持，儲能容量均快速增長。 中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 1表 1. 現有政策情景與清潔能源情景的主要區別指標年份現有政策情景清潔能源情景與2020年相比燃煤發電量的變化2025年4%-7%2030年0%-32%2035年-12%

10、-56%非化石能源發電量占比2025年40%46%2030年49%65%2035年60%80%燃煤發電裝機2025年11.89億千瓦10.49億千瓦2030年11.99億千瓦10.49億千瓦2035年11.99億千瓦10.49億千瓦風電和太陽能發電裝機2025年8.73億千瓦11.53億千瓦2030年12.73億千瓦19.94億千瓦2035年19.43億千瓦30.69億千瓦電池儲能容量2025年9,800萬千瓦1.55億千瓦2030年2.25億千瓦3.56億千瓦2035年2.44億千瓦4.14億千瓦在現有政策情景和清潔能源情景下，幾乎所有新增發電容量均來自非化石能源。在現有政策情景下，假設目前

11、正在建設中的部分燃煤發電機組將建成完工，燃煤發電裝機凈增加1.5億千瓦。在清潔能源情景下，假設這1.5億千瓦凈燃煤發電裝機不會添加到發電組合當中。雖然模型的設計可以出于經濟原因增加燃煤發電裝機，但在這兩個情景下均未加以考慮。這表明，在兩個情景下，新增非化石能源發電和儲能用于滿足電力需求增長的成本均低于新增燃煤發電的成本 。 現有政策情景和清潔能源情景的主要區別是現有燃煤發電的運營。在清潔能源情景下，為實現非化石能源發電量目標，新增風電、太陽能發電和電池儲能大量取代了現有燃煤發電廠發電。在現有政策情景下，到2035年，現有燃煤發電廠的發電量僅比2020年有小幅減少。兩個情景均假設現有燃煤發電廠繼

12、續運行而不退役，但在一個敏感性情景下考慮到了燃煤發電廠退役的可能。在清潔能源情景下批發發電成本和輸電成本低于現有政策情景。出現這個結果的原因是相對于現有政策情景，在清潔能源情景下，新增太陽能發電、風電、電池儲能和輸電的增量成本，低于所替代的化石能源發電的運營（燃料和運營與維護）成本和固定成本（見圖1）。這表明，在清潔能源情景下加快部署風電和太陽能發電，從2020年每年1.2億千瓦的歷史高點提高到2030年至2035年期間的平均每年2.15億千瓦，將降低批發電力成本。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 22035年的增量成本、增量成本節省和凈成本圖 1. 與現有政策情景相比， 清潔

13、能源情景下的增量成本節省、增量成本和增量凈成本6004002000-200-400-600按2020年人民幣價值計量 （單位：10億元） 避免的燃煤發電運營成本 避免的燃煤發電固定成本 避免的燃氣發電運營成本 風電增量成本 太陽能發電增量成本 儲能增量成本 輸電增量成本 凈成本增量成本節省 增量成本增量凈成本到2035年將非化石能源發電量占比提高到80%將增加減排，帶來公共健康效益。相比現有政策情景，在清潔能源情景下，電力行業的二氧化碳排放量到2035年將減少50%（16.6億噸二氧化碳），因化石能源發電排放導致的死亡率將下降47%（避免過早死亡約50,000人）。電氣化將減少交通運輸、工業和

14、建筑行業的一次化石能源消費產生的排放，從而增加減排和公共健康效益?？焖偬岣叻腔茉窗l電量占比和電氣化將成為中國加快實現碳中和和空氣質量目標的一條強大且成本較低的途徑。 在清潔能源情境下，燃煤發電大幅減少的同時，對煤炭的需求會持續下降，進而減少煤炭開采行業的就業。本報告預測，煤炭行業流失的就業崗位，將被風電、太陽能發電和儲能等上游電力行業的大規模投資所帶動的就業增長以及因批發電價下降帶動的全經濟就業增長所抵消。然而，盡管就業市場整體呈現積極趨勢，但電力行業煤炭消費減少50%對勞動力和財政的影響，將帶來嚴峻的挑戰，需要謹慎規劃，并在國家層面提供相關支持。 在清潔能源情景下，到2035年，陸上風電

15、、海上風電和太陽能光伏發電的總發電量占比達到60%。1中國一直存在一個疑問：高比例的可變可再生能源能否保證電力系統的正常運行？本報告在敏感性情景下，根據負荷預測誤差，并使用35年模擬氣象數據評估風電和太陽能發電預測誤差，分析了在清潔能源情景下的發電資源組合能否可靠地滿足2035年夏季和冬季兩個凈負荷（負荷減去風電和太陽能發電量）高峰周的電力需求。結果顯示，電力系統需求能夠可靠滿足，并且有10%的經營備用容量。我們還分析了現有發電廠退役對電力系統可靠性的影響，并發現現有燃煤發電機組退役2.5億至3億千瓦，不會影響電力系統可靠性。21 在這種情景下，剩余20%的非化石能源發電量來自核電和水電。2

16、容量擴展模型建設了大量電池儲能用于能源套利，并出于政策原因建設抽水蓄能容量?；谶@些新增容量，容量擴展模型中的容量限制在2035年不再具有約束力，這意味著現有燃煤發電將退役，且不影響系統可靠性。我們使用詳細的調度模型，評估了不同程度煤電退役時的系統可靠性。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 3加快部署風電、太陽能發電和儲能容量，可能需要修改政策法規，我們將需要修改的內容分為三個領域：政策目標、市場與監管、以及土地使用。表2總結了我們根據研究結果針對每個領域提出的修改建議。這些建議旨在為制造商和電力行業提供指導，創建定的可再生能源發電和儲能經營模式，以低成本實現可再生能源和儲能并網

17、發電，確保電力系統的可靠性，并最大程度減少大規模風電和太陽能發電項目開發對土地使用的影響。表 2. 政策建議領域建議政策目標提高2025年和2030年的可再生能源發電容量與儲能容量目標 （百萬千瓦） 。 制定2035年非化石能源的總發電量占比目標 （百萬千瓦時） 。市場與監管合并可再生能源采購方式，專注于參與遠期合約市場。持續發展電力現貨市場，并支持現貨市場向區域市場擴展。加強可再生能源配額與綠色證書制度。開發儲能的市場參與模式。整合分布式能源參與批發市場。開發正式的、具有約束力的資源充裕度流程和機制。土地使用優先考慮土地使用效率。將風電和太陽能發電開發納入土地使用和保護規劃。市場和監管改革有

18、助于刺激創新，持續降低技術成本，支持中國電力行業在未來15年加快實現脫碳。而電力行業加快脫碳與電氣化相結合，能夠支持其他行業減少二氧化碳排放，實現到2060年的碳中和目標。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 42概述本報告分析了到2035年將中國非化石能源發電量占比提高到80%的技術可行性、成本和影響。分析中使用了最先進的模擬工具，采用了詳細的負荷數據、中國風電和太陽能發電概況以及近期對中國風電、太陽能發電和儲能成本的預測。本報告旨在就兩個問題展開討論。首先，近期風電、太陽能發電和電池儲能成本下降，對于未來15年中國加快這些資源的發展速度和擴大發展規模有哪些影響？其次，在中國20

19、60年前實現碳中和的背景下，什么是可行的2035年非化石能源發電量占比目標？ 電力行業將為中國實現碳中和目標和空氣質量目標發揮關鍵作用。非化石能源發電量占比提高以及交通運輸、工業和建筑行業的電氣化，能夠大幅減少碳排放。為了了解這些效益的量級，本報告還包括排放量和健康影響分析。提高非化石能源發電量占比將抵消燃煤發電，在制造業和建筑業創造更多就業崗位，但會導致煤礦開采和與煤炭行業相關的其他產業就業減少。為了了解這些影響的程度，本報告中還使用投入-產出模型框架和中國的國家宏觀經濟數據，分析了就業受到的影響。 本報告分為四個章節。 第三節 概述了電力、健康影響和就業分析所使用的方法。 第四節 介紹了兩

20、方面的結果：（1）發電和輸電變化，以及（2）成本、投資、排放量、可靠性、健康影響和就業影響。 第五節 總結本項研究的主要結論，提出政策建議，概述了未來的重點研究領域。 附錄 提供了模擬方法、數據輸入和來源、負荷曲線繪制、風電和太陽能發電概況等詳細信息。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 53 研究方法本報告以大量情景建設、數據開發和電力系統模擬為基礎，使用了詳細的最佳可用數據和最先進的模擬工具。本節概述了本項研究所使用的情景、主要輸入數據和假設、模擬工具與方法以及敏感性分析。本報告附錄中詳細介紹了小時負荷、風電和太陽能發電概況的模擬方法和變化。3.1 情景分析本項研究分析了兩個核

21、心情景，分別是：現有政策情景，該情景符合中國當前的政策和技術成本趨勢；以及清潔能源情景，即到2035年中國非化石能源發電量占比達到80%。敏感性分析研究了基于清潔能源情景的各種變化（見第3.4節）?，F有政策情景和清潔能源情景使用的三個假設存在差異（見表3）。首先，在現有政策情景下，我們基于目前施工中的發電廠和部分現有發電廠退役情況，在模型中假設燃煤發電裝機凈增加1.5億千瓦。3在清潔能源情景下，未將凈增加的1.5億千瓦燃煤發電輸入模型。在這兩個情景下，模型中均可以選擇新增燃煤發電作為成本最低的容量擴展方式之一。表 3. 情景說明 現有政策情景清潔能源情景新增燃煤發電容量在模型中假設凈增加1.5

22、億千瓦燃煤發電在模型中假設無新增凈燃煤發電新增風力發電和燃煤發電容量年度新增風電和燃煤發電容量不超過政策目標 （到2030年風電和太陽能發電容量達到12億千瓦）由模型根據到2035年清潔電力占比達到80%的目標，確定年度新增風電和燃煤發電容量非化石能源發電量占比最低成本優化，受到新增非化石能源發電量限制的約束2025年46%；2030年65%；2035年80%3 根據現有政策和已經規劃的燃煤發電項目，我們到2030年增加了1.5億千瓦凈燃煤發電容量。這符合Cui等人（2022）所做的在不采取其他措施的情況下到2030年新增1.58億千瓦燃煤發電容量的預估。中國電力系統可在2035年實現80%零

23、碳排放 | 6其次，現有政策情景假設在任何年份新增的風電和太陽能發電容量僅限于實現現有政策目標并且符合2035年的預期軌跡。在清潔能源情境下放寬了限制，新增風電和太陽能發電容量取決于年度非化石能源發電量目標。最后，在現有政策情景下，非化石能源發電量通過模型中的最低成本優化計算，并受到新增風電和太陽能發電容量限制以及核電和水電政策目標的約束。在清潔能源情境下，模型根據下列非化石能源發電量占比目標，即2025年達到46%、2030年達到65%和2035年達到80%，建設非化石能源發電。3.2 模擬工具與方法電力系統分析使用PLEXOS模擬平臺，該平臺被廣泛應用于行業標準電力系統分析。模擬使用兩階段

24、法。在第一個階段，我們使用PLEXOS的容量擴展工具，在約束條件下模擬每個情景下的最低成本組合。在第二個階段，我們使用PLEXOS的發電模擬工具以小時為單位分析每個模擬年份的運營成本、排放量和可靠性。我們的調度模擬僅限于直流電，不考慮交流電力系統更復雜的動態。我們在PLEXOS模型中輸入的中國電力系統信息詳細描述了發電資源、發電約束、機組組合和省間及區域間輸電約束等。圖2顯示了清潔能源情景下輸配容量的地理位置分布，展示了模型中包含的空間詳細程度。我們使用32個互聯節點，鏈接182個跨省輸電走廊，模擬中國的電網情況。我們假設，電力系統在區域電網層面實現平衡，允許各省之間高效資源共享。44 模型覆

25、蓋六個區域電網，分別是：西北電網（新疆、甘肅、青海、寧夏、陜西、西藏）、東北電網（遼寧、吉林、黑龍家、內蒙古東部）、華北電網（北京、天津、河北、山西、山東、內蒙古西部）、華中電網（湖北、湖南、江西、河南、四川、重慶）、華東電網（上海、江蘇、浙江、福建和安徽）和南方電網（廣東、廣西、貴州、海南、云南）。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 7 煤炭 天然氣 石油 核能 地熱 水力 風能 太陽能圖 2. 模擬情景中使用的基準年 （2020年） 發電資源和輸電網絡本研究利用PLEXOS模擬的結果進行了健康和就業影響分析。健康分析采用經過修改的簡化空氣質量模型InMAP（空氣污染干預模型）

26、。就業分析使用能源創新的中國能源政策模擬器，該開源模型中包括投入產出框架，并使用中國的國民收入核算和勞動統計數據。5 該模型測算了現有政策情景和清潔能源情景在就業方面的差異 。3.3 主要模擬輸入數據電力需求。中國未來15年的電力需求增長充滿不確定性。實際電力需求將取決于中國經濟增長的結構和速度以及交通運輸業、工業和建筑業的電氣化進程。本項研究中的電力需求預測基于清華大學2020年發表的低碳發展戰略與轉型路徑中提出的1.5C情景，體現了為實現全球溫升1.5C的目標中國電力需求可能發生的預期變化。6圖3顯示了本項研究中使用的電力需求預測，并與近期其他研究中的預測進行了對比。5 EPS是一款開源系

27、統動態計算機模型，旨在幫助政策制定者和監管機構了解哪些氣候和能源政策能夠最有效地減少溫室氣體排放，可以帶來最大的財政和公共健康效益。為了計算就業影響，我們將兩個情景的模擬結果輸入到EPS就業模塊，并結合中國的就業、工資和勞動生產率增長率等信息。之后通過輸入-輸出宏觀經濟模型，根據國際標準產業分類代碼，確定政策對各行業的影響，計算出兩種情景對就業的影響?？稍诰€獲取EPS就業模塊機制的詳細文檔。參閱能源創新（2022年）。6 氣候變化與可持續發展研究院（2020年）。氣泡的大小代表電廠裝機容量的大小中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 8圖 3. 本項研究中使用的全國電力需求預測及其與

28、近期其他研究的對比中國電力需求預測 （單位：10億千瓦時）27%-41%電氣化 （全經濟）45%-70%電氣化 （全經濟） 清華大學氣候變化與可持續發展研究院溫升1.5C情景（本項分析中使用） 國家可再生能源中心中國可再生能源展望溫升低于2C情景 國家電網2020年展望區間下限 國際能源署2020年世界能源展望既定政策情景 姜克雋溫升低于2C情景（2018年） 中國電力企業聯合會2021年報告（2020年實際需求） 清華大學氣候變化與可持續發展研究院溫升2C情景 能源基金會中國綜合報告溫升1.5C高值情景 國家電網2020年展望區間上限 國際能源署2020年世界能源展望可持續發展情景 姜克雋溫

29、升1.5C情景（2018年） 電力規劃設計總院2021年20152020202520302035204020452050205518,00016,00014,00012,00010,0008,0006,0002,0001,0000資料來源：Jiang等 （2018年） ；氣候變化與可持續發展研究院 （2020年） ；國際能源署 （2020年） ；國網能源研究院 （2020年） ；國家可再生能源中心（2020年） ；中國電力企業聯合會 （2021a） ；Fu等 （2020年） 。我們根據公開的各省電力需求數據，將國家年度電力需求轉換成31個省的小時負荷曲線（見附錄C），并與PLEXOS模擬中使用

30、的小時時間尺度相匹配。我們使用的方法假設各省電力系統的負荷系數隨著時間推移下降，產生全國同時峰值需求（2035年19.92億千瓦），在未來15年全國同時峰值需求的增長速度將是能源需求的1.5倍。7技術和燃料成本。PLEXOS模型需要輸入大量資源成本數據，其中最重要的是風電、太陽能發電和電池儲能技術成本以及煤炭燃料成本。8 本項目使用了彭博新能源財經（BNEF）提供的中國陸上風電、海上風電、太陽能光伏發電和4小時電池儲能的裝機成本和固定運營與維護（O&M）成本預測，詳情見圖4。模型中還考慮了2小時和8小時電池儲能；這些技術的成本下降趨勢與圖4中所示的4小時電池儲能技術的成本下降趨勢類似。在成本和

31、技術數據中，我們沒有明確區分輸配電并網資源。97 系統負荷系數是平均電力需求與峰值電力需求的比率。系統負荷系數下降與工業電力需求占比下降一致，符合中國近期的趨勢。容量擴展模擬假設規劃備用容量為15%。本項分析并未考慮電氣化或更多響應需求可能導致的負荷曲線變化；這是未來研究的一個重要領域。 容量擴展分析中包含多項技術，例如燃煤發電、燃氣發電、大型水電、核電、太陽能發電、陸上風電和海上風電、2小時/4小時/8小時電池儲能和抽水蓄能等。為了簡單起見，分析中并不包括生物質發電、聚光太陽能（CSP）或地熱能發電。這些資源都面臨成本效益和大規模使用方面的問題。8 容量擴展分析中包含多項技術，例如燃煤發電、

32、燃氣發電、大型水電、核電、太陽能發電、陸上風電和海上風電、2小時/4小時/8小時電池儲能和抽水蓄能等。為了簡單起見，分析中并不包括生物質發電、聚光太陽能（CSP）或地熱能發電。這些資源都面臨成本效益和大規模使用方面的問題。9 我們沒有模擬省內輸電，因此在模擬中，從運營的角度看，輸電和配電并網資源是相同的。我們沒有足夠詳細的土地成本和輸配電增量成本信息，無法更有效地評估大規模地面電站資源和分布式資源之間的權衡。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 9圖 4. 海上風電、陸上風電、 太陽能光伏發電和電池儲能 （4小時） 的技術成本輸入數據7006005004003002001000資本

33、成本 （元/千瓦時，2020年貨幣價值）資本成本 （元/千瓦，2020年貨幣價值）資本成本 （元/千瓦，2020年貨幣價值）3,5003,0002,5002,0001,5001,0005000太陽能光伏發電成本20212023202520272029203120332035202120232025202720292031203320352021202320252027202920312033203520212023202520272029203120332035大規模電池儲能 （4小時） 成本資本成本 （元/千瓦，2020年貨幣價值）15,50015,00014,50014,00013,500

34、13,00012,50012,000海上風電發電成本; 陸上風電發電成本5,5005,4005,3005,2005,1005,0004,9004,8004,7004,600資料來源 ：彭博新能源財經數據 （2020年） ，按1美元兌6.34元人民幣的現行匯率轉換。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 10中國的長期煤炭價格趨勢高度不確定。2021年，煤炭價格創歷史新高，但預計從長遠來看將維持在合理區間。根據國家政策規定以及本項研究的結果，煤炭需求將持續下降，進而會降低煤炭價格，但價格下降會減少供應，使價格更接近邊際生產和運輸成本。我們在本研究中假設在研究期內，按2019年人民幣實際

35、貨幣價值計算，各省動力煤的價格保持不變，即煤炭價格將按通貨膨脹率上漲。 現有政策情景和清潔能源情景使用相同的技術成本和燃料成本假設。附錄B詳細記錄了所有輸發電技術和燃料成本輸入。太陽能發電與風電概況。本項研究中估算了風電和太陽能發電的資源潛力，并分兩步預測了中國各省的太陽能發電和風電具體情況。首先，我們評估各省的資源潛力，或太陽能發電和風電最高可裝機容量。我們使用全球風能和太陽能資源數據庫中的平均年度容量系數以及多個排除標準評估資源潛力。排除標準包括海拔、坡度、土地覆蓋和海洋深度等。其次，我們使用再分析數據中的氣象數據，并使用美國國家可再生能源實驗室的系統指導模型（SAM）模擬場地級風力發電和

36、太陽能發電，得出小時發電概況。在系統指導模型中可以設計風電廠和太陽能發電廠，并在模型中輸入氣象數據估算出小時發電量。之后使用聚合算法，合并一個省內多個場地的小時發電量，形成該省具有代表性的風能和太陽能資源概況。附錄D詳細討論了完整方法和數據來源。 水電和核電。建設水電和核電容量，通常是出于經濟以外的原因。例如，建設水電容量的主要目的通常是為了防洪。我們在本研究中采用了與長期政策目標一致的傳統水電、抽水蓄能發電和核能發電容量，而不是由模型選擇這些資源成本最低的容量。我們假設傳統水電、抽水蓄能發電和核能發電容量將從2020年起呈線性增長趨勢，到2035年分別達到4億千瓦、2億千瓦和1億千瓦的長期政

37、策目標。1010 基于國家能源規劃和國家能源局（2021b）發布的現有傳統水電、抽水蓄能和核電政策目標推算出2035年的容量值。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 113.4 敏感性分析分析中主要考慮到三個敏感性情景： 煤電退役。兩個情景均假設沒有現有燃煤發電退役。在敏感性情景中，我們在容量擴展和發電量模擬分析中，人為將運營壽命滿30年的燃煤發電機組退役，減少燃煤發電量。 可靠性。兩個情景中使用決定性的風電和太陽能發電量與負荷概況。在敏感性情景中，我們評估了風電和太陽能發電長期低發電量以及意外需求沖擊下，清潔能源情景的穩健性。為分析風電和太陽能發電長期低發電量對可靠性的影響，我們

38、使用中國35年高空間分辨率風能和太陽能數據，分別針對2035年夏季和冬季凈負荷高峰期，在PLEXOS中進行模擬（見附錄D）。為了分析發生意外需求沖擊對可靠性的影響，我們假設需求超出預期10%，針對2035年夏季和冬季的凈負荷高峰期，在PLEXOS模型中進行模擬。11 海上風電。海上風電能夠為中國沿海省份供應優質能源，有潛力減少成本較高的輸電和儲能投資需求。模型根據我們輸入的成本和效益數據，選擇快速建設大量海上風電。為了確保新增海上風電不會過度依賴尚未在中國大規模部署的技術，我們限制了現有政策情景和清潔能源情景下不同時期可新增的海上風電發電容量。在敏感性分析情景下，我們在不限制海上風電部署的情況

39、下，運行容量擴展和發電量模擬。 11 雖然理想情況下可以同時進行兩種敏感性分析，但由于數據限制，我們選擇單獨分析，以研究負荷、風電和太陽能發電預測誤差之間的相互關系。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 124 研究結果研究結果分為兩個章節。第一章節（見第4.1節）包括發電組合、發電裝機組合、新增發電容量、輸電容量和燃煤發電廠運營。第二章節（見第4.2節）包括批發電力成本、總投資額、減排量、可靠性、健康影響和就業。每個章節中均包括敏感性分析結果。4.1 發電和輸電發電組合。在現有政策情景下，非化石能源發電量占比從2020年的34%12，提高到2035年的60%，燃煤發電量較2020

40、年減少約12%（見圖5）?，F有政策情景符合國家能源局能源生產和消費革命戰略中提出的到 2030年，非化石能源發電量占全部發電量的比重力爭達到50%的目標。13在清潔能源情景下，到2035年，非化石能源發電量占比達到80%，燃煤發電量較2020年減少56%。14 在清潔能源情景下，非化石能源發電量占比高于現有政策情景的主要原因是陸上風電（占新增非化石能源發電量的47%）、海上風電（12%）和太陽能光伏發電（42%）容量增加（見圖5）。12 2020年的結果為模擬結果而不是實際結果，但根據2020年的實際數據進行了大致修正。13 國家能源局（2016年）。14 根據本研究中的輸入數據和假設，無論現

41、有政策情景還是清潔能源情景都不是最低成本。在不限制年度新增太陽能發電和風電容量并且不設定非化石能源發電量目標的情況下運行PLEXOS模型，得出到2035年成本最低的非化石能源發電量占比約為70%。清潔能源情景相比最低成本容量擴張情景實現了額外減排，并且與現有政策情景相比降低了平均批發成本 。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 13圖 5. 發電能源組合2020202520302035202020252030203512,00010,0008,0006,0004,0002,000012,00010,0008,0006,0004,0002,0000現有政策情景清潔能源情景 陸上風電

42、海上風電 太陽能發電 水電 核電 燃氣發電 燃煤發電發電量 (10億千瓦時)發電量 (10億千瓦時)6%10%14%22%5%1%3%3%8%11%15%18%16%16%15%4%4%5%5%66%60%51%39%6%14%22%28%5%1%11%18%4%25%7%18%16%16%15%4%4%5%5%66%53%34%20%發電裝機組合。在現有政策情景下，除了正在施工的1.5億千瓦燃煤發電以外，所有新增發電容量均為非化石能源（見圖4）。模型可在現有政策情景下額外建設燃煤發電，但選擇不增加燃煤發電。模擬顯示，根據本項研究中所使用的輸入數據和假設，風電、太陽能發電和儲能用于滿足電力需求

43、增長的成本低于燃煤發電。這一結果符合政府的現有政策。在現有政策情景下，到2030年，風電和太陽發電裝機達到12.73億千瓦，符合政府提出的到2030年風電和太陽能發電裝機達到12億千瓦、15 。在現有政策情景下，成本下降使電池儲能容量快速增長，到2025年總計達到9,800萬千瓦、到2030年達到2.25億千瓦、到2035年達到2.44億千瓦。 15 國家能源局（2021a）。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 14圖 6. 發電裝機組合5,0004,0003,0002,0001,00005,0004,0003,0002,0001,0000發電裝機 (百萬千瓦）發電裝機 (百萬千

44、瓦） 抽水蓄能 電池儲能 陸上風電 海上風電 太陽能發電 水電 核電 燃氣發電 燃煤發電2020202520302035202020252030203525325328028053043315542035622519919936536511911970406010010079792098206060595973738787603376389389113824441419917089037610491199104911891049119910491049400400176199310536438705905%現有政策情景清潔能源情景在清潔能源情景下，風電和太陽能發電裝機以及電池儲能容量增長速度超

45、過現有政策情景（見圖6）。兩個情景在2020至2025年開始出現差異。在清潔能源情景下，到2025年風電和太陽能發電裝機以及電池儲能容量分別達到11.53億千瓦和1.55億千瓦，在現有政策情景下分別為8.73億千瓦和9,800萬千瓦。在清潔能源情景下，風電和太陽能發電裝機到2030年增長到19.93億千瓦，到2035年達到30.69億千瓦，遠高于現有政策目標。到2030年和2035年，電池儲能容量分別增長到3.56億千瓦和4.14億千瓦。16 新增發電裝機。在現有政策情景下，年度新增風電和太陽能發電裝機限制具有約束力，模型將2021-2025年、2026-2030年和2031-2035年兩種資

46、源的年度新增裝機分別限制在6,800萬千瓦、8,000萬千瓦和1.34億千瓦（見圖7）。這些增長速度較為保守；中國在2020年新增風電和太陽能發電裝機1.2億千瓦。17 在清潔能源情景下，年度新增風電和太陽能發電裝機取決于經濟因素，因此在三個模擬周期每年平均增加風電和太陽能發電裝機1.24億千瓦、1.68億千瓦和2.15億千瓦。在現有政策情景和清潔能源情景下，電池儲能容量增長速度遠高于歷史水平。16 假設電池儲能設施將在10年后更換（約3,000個周期）；更換成本包含在我們的成本估算當中。 17 中國電力企業聯合會（2021b）。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 15圖 7.

47、年度新增風電和太陽能發電裝機以及電池儲能容量250200150100500250200150100500現有政策情景清潔能源情景平均年度新增容量（單位：百萬千瓦）平均年度新增容量（單位：百萬千瓦）2021-20252026-20302031-20352021-20252026-20302031-2035 抽水蓄能 陸上風電 海上風電 太陽能發電 水電 核電 燃煤發電輸電容量。在現有政策情景和清潔能源情景下，從2020年至2025年，模型中未建設任何新跨區域容量或跨省輸電容量，這表明所有具有成本效益的容量在2020年前已經建設完成。在清潔能源情景下，從2025年至2035年，新增跨省輸電容量和投

48、資僅有小幅增加（約3%）（見圖8）。出現這個結果主要有三個原因：（1）由于太陽能光伏發電和陸上風電裝機成本大幅下降，模型可以以具有成本效益的方式，在更接近負荷中心的位置建設這些資源，無需通過長途輸電線路從資源質量最高的區域向負荷中心輸電；（2）低成本電網規模儲能避免了為實現電網平衡所需要的大部分新輸電投資；以及（3）在現有政策情景下，2020年至2035年期間的電力需求增長，需要大幅增加基線輸電投資，這意味著相對于現有政策情景，清潔能源情景下需要的增量輸電投資更低。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 16202020252030 2035202020252030 20352,00

49、01,8001,6001,4001,2001,00080060040020002,0001,8001,6001,4001,2001,0008006004002000120100806040200現有政策情景清潔能源情景年度輸電投資成本輸電容量 （單位：百萬千瓦）輸電容量 （單位：百萬千瓦）年底輸電投資成本 （元/年） 跨省 跨區域 現有政策情景 清潔能源情景202520302035圖 8. 跨省和跨區域輸電容量 （上圖）與年度新增輸電成本 （下圖） 燃煤發電廠運營。在現有政策情景和清潔能源情景下，燃煤發電廠運營出現顯著變化， 大多數燃煤發電廠年度運行小時數大幅減少，并且在兩種情況下年度運行小時

50、數的偏差擴大。燃煤發電廠的平均年度運行小時數從2020年的每年4,526小時（年度容量系數52%），在現有政策情景下到2035年下降到3,469小時（40%），在清潔能源情景下下降到1,986小時（23%）。圖9顯示了在清潔能源情景下燃煤發電機組年度容量系數的變化， 表明到2035年燃煤發電機組容量系數出現高偏差，并且容量系數總體下降。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 17圖 9. 燃煤發電廠的年度容量系數20252035100806040200容量系數 （%）注：每個點代表一家燃煤發電廠的容量系數。 4.2 成本、可靠性、排放量與就業批發成本。在清潔能源情景下，到2035年平

51、均批發成本18比現有政策情景低6%，因為在清潔能源情景下，新增風電、太陽能發電、電池儲能和輸電投資的增量年均成本（每年4,970億元）低于現有政策情景下煤炭和天然氣燃料增量成本節?。磕?,260億元）和燃煤發電新增投資（每年950億元）之和（見圖10）。在清潔能源情景下更低的平均批發成本，意味著在現有政策情景下對年度新增風電和太陽能發電容量的限制不具有成本效益。 18平均批發成本為總批發成本除以總發電量的商。批發成本包括裝機容量、固定運營與維護成本、發電燃料成本、儲能和跨省與跨區域輸電的裝機容量成本。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 18圖 10. 平均批發成本2020202

52、52030 2035202020252030 2035350300250200150100500350300250200150100500現有政策情景清潔能源情景平均批發成本 （單位：10億元/年）平均批發成本 （單位：10億元/年） 輸電成本 水電成本 儲能成本 太陽能成本 海上風電成本 陸上風電成本 核電成本 燃氣發電可變成本 燃氣發電固定成本 燃煤發電可變成本 燃煤發電固定成本總投資額。在清潔能源情景下，2025年的累計投資總額高于現有政策情景（高17%，5,160億元），但到2035年，兩個情景之間的累計投資額差額增加到接近4萬億元（40%）（見圖11）。如上文所述，大幅增加的投資可以

53、通過減少的煤炭燃料成本來支付。圖 11. 輸發電累計新增投資 現有政策情景清潔能源情景輸電抽水蓄能電池儲能陸上風電海上風電太陽能發電水電燃氣發電燃煤發電核電2020202520302035202020252030203516,00014,00012,00010,0008,0006,0004,0002,000016,00014,00012,00010,0008,0006,0004,0002,0000累計新增投資 （單位：10億元）累計新增投資 （單位：10億元）注：每年的投資額為累計總投資額，而不是年均投資額。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 19海上風電敏感性中國東部沿海地區有

54、豐富的優質海上風電資源。海上風電敏感性情景（相關介紹見第3.4節）允許快速發展海上風電資源。在該敏感性情景下，我們放寬了對年度新增海上風電容量的限制，允許增加海上風電取代陸上風電和太陽能發電。2035年，海上風電在發電組合中的占比從7%提高到15%，陸上風電的發電量占比從28%下降到23%，太陽能發電量占比從25%下降到23%。海上風電裝機從1.7億千瓦增長到4億千瓦，相對應的2025至2030年年均增長2,000萬千瓦，2030至2035年年均增長5,600萬千瓦（見圖12）。圖 12. 清潔能源情景和海上風電敏感性情景下的平均年度新增容量清潔能源情景 海上風電敏感性情景2502001501

55、00500平均年度新增容量 （單位：百萬千瓦）2021-2025 2026-2030 2031-2035250200150100500平均年度新增容量 （單位：百萬千瓦）2021-2025 2026-2030 2031-2035抽水蓄能陸上風電海上風電太陽能發電水電核電 燃煤發電在海上風電敏感性情景下，2035年的批發成本（322元/兆瓦時）與基準清潔能源情景下的成本（318元/兆瓦時）接近，低于現有政策情景（327元/兆瓦時）。在海上風電敏感性情景下，總輸發電投資與基準清潔能源情景相當。模擬結果表明，海上風電通過減少發展成本更高（但資源質量較低）的陸上風電和太陽能發電資源的必要性，可以成為中

56、國能源系統實現能源和環境政策目標的一種重要資源。注：海上風電成本包括電網聯絡線成本和其他增量輸電成本。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 20減排與健康效益。在現有政策情景下，二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物排放強度（每千瓦時發電量排放量）大幅下降，但由于電力需求增長，在短期內絕對排放量增加，到2035年僅比2020年減少排放12%（見圖13）。在清潔能源情景下，到2035年，二氧化碳排放強度較2020年減少70%，下降到0.16噸二氧化碳/兆瓦時，絕對排放量減少50%（減少16.6億噸二氧化碳）（見圖13）。在清潔能源情景下，二氧化硫和氮氧化物排放強度同樣更低 。二氧化碳排放強度0

57、.6000.5000.4000.3000.2000.1000.000千克二氧化碳/千瓦時二氧化硫排放強度0.1000.0800.0600.0400.0200.000千克二氧化碳/千瓦時現有政策情景清潔能源情景氮氧化物排放強度0.0900.0800.0700.0600.0500.0400.0300.0200.0100.000千克二氧化碳/千瓦時圖 13. 二氧化碳、 二氧化硫和氮氧化物排放強度202020252030203520202025203020352020202520302035燃煤發電排放量下降大幅降低死亡率，到2035年，在清潔能源情景下與發電相關的年度死亡人數較現有政策情景減少約5

58、0%。如圖14所示，死亡強度（每千平方公里死亡人數）下降在中國各地區的分布較為均勻。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 21圖 14. 清潔能源情景和現有政策情景下的年度死亡人數 ， 以及清潔能源情景下的避免死亡人數地圖202020252035現有政策情景 清潔能源情景140120100806040200年度死亡人數 （單位：千）避免死亡人數（每千平方公里） 0-50 50-100 100-150 200-250 250人以上注： 上方地圖顯示了在清潔能源情景下與發電廠排放有關的年度避免過早死亡人數，并與現有政策情景進行了對比可靠性/燃煤發電退役。在燃煤發電退役敏感性情景下，發電

59、廠的30年使用壽命使燃煤發電容量到2035年減少到約8億千瓦，減少約2.5億至3億千瓦。我們發現，即使燃煤發電容量下降，在夏季和冬季的凈負荷高峰周，19電力系統依舊能夠滿足需求并且有10%的系統運行備用容量，因為水庫水力發電、燃氣發電和儲能能夠填補因燃煤發電退役所產生的容量缺口（見圖15）。圖 15. 在燃煤發電退役情景下 ， 2035年夏季凈負荷高峰周的全國系統調度情況19凈負荷高峰周是指負荷減去太陽能和風能發電量得出的凈負荷最高的一周。凈負荷高峰時段：8月30日下午16:00 8月26日8月27日8月28日8月29日8月30日8月31日9月1日9月2日發電量（單位：百萬千瓦）可再生能源棄電

60、太陽能發電抽水蓄能海上風電陸上風電電池供電水電燃氣發電燃煤發電核電電池充電抽水蓄能 負荷中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 22可靠性/供需沖擊。在35年風電和太陽能發電數據中的凈負荷高峰時段，風電和太陽能發電量較我們的基準氣象年（2018）減少了1.62億千瓦。在夏季凈負荷高峰周，全國可再生能源總發電量較我們的基準年減少了12%（見圖16）；在冬季凈負荷高峰周，全國可再生能源總發電量較基準氣象年減少了14%（見圖17）。由于區域和資源的多樣性，35個氣象年的全國可再生能源總發電量在負荷高峰期的下降幅度為12%至14% 。 20必須有其他容量和能源填補這個缺口。在調度模擬中，風電

61、和太陽能發電被燃煤和燃氣發電取代。在10%需求沖擊（增長）下，峰值需求增長到近20億千瓦，但在夏季和冬季凈負荷高峰期，電力系統依舊有足夠的資源滿足需求（見圖18和圖19）。 圖 16. 使用35年氣象數據， 2035年夏季凈負荷高峰周的全國系統調度情況 負荷 剩余備用容量 經營備用容量 太陽能發電 海上風電 陸上風電 抽水蓄能 水電 電池供電 燃氣發電 燃煤發電 核電 抽水蓄能 電池充電2,5002,0001,5001,000500-500百萬千瓦0102030405060708090 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 23

62、020在省或場所級別，可再生能源發電量的年度差異可能高于國家總發電量的年度差異。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 23圖 17. 使用35年氣象數據， 2035年冬季凈負荷高峰周的全國系統調度情況 負荷 剩余備用容量 經營備用容量 太陽能發電 海上風電 陸上風電 抽水蓄能 水電 電池供電 燃氣發電 燃煤發電 核電 抽水蓄能 電池充電3,0002,5002,0001,5001,000500-500百萬千瓦0102030405060708090 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230圖 18. 在10%需求沖擊

63、的情況下 ， 2035年夏季凈負荷高峰周的全國系統調度情況 負荷 剩余備用容量 經營備用容量 太陽能發電 海上風電 陸上風電 抽水蓄能 水電 電池供電 燃氣發電 燃煤發電 核電 抽水蓄能 電池充電3,0002,5002,0001,5001,000500-500百萬千瓦0102030405060708090 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 24圖 19. 在10%需求沖擊的情況下 ， 2035年冬季凈負荷高峰周的全國系統調度情況 負荷 剩余備用容量 經營備用容量 太陽能

64、發電 海上風電 陸上風電 抽水蓄能 水電 電池供電 燃氣發電 燃煤發電 核電 抽水蓄能 電池充電3,0002,5002,0001,5001,000500-500百萬千瓦0102030405060708090 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230就業。在清潔能源情景下，提高非化石能源發電量占比，導致電力行業的支出發生巨大轉變，尤其是從煤炭燃料消費向風電、太陽能發電和儲能設施建設與制造支出轉變。這種轉變帶動就業市場發生變化，煤炭燃料消費減少導致煤炭開采業的就業人數減少，而建筑和制造業消費支出增加了凈就業人數。 我們預計，從2

65、020年到2035年，燃煤發電支出減少將導致煤炭開采業累計損失170萬個工作年。其他（非煤炭）行業同期內將累計損失120萬個工作年。相比之下，從2020年至2035年，對風電、太陽能發電和儲能的支出增加累計將增加480萬個工作年，凈增加190萬個工作年（見圖20）。這些結果對于各行業尤其是煤炭開采業的勞動生產率增長率假設非常敏感。在計算結果中去掉生產率增長率，可得出2035年前凈增長430萬個就業年。 無論從絕對量，還是相對于中國勞動力隊伍的龐大規模來看，從化石能源發電向非化石能源發電轉型對就業的影響相對較小。然而，由于就業變化在各省和不同時間的分布并不均衡，因此為了控制從化石能源發電向非化石

66、能源發電轉型所產生的宏觀經濟影響，需要政府謹慎提供政策支持。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 25圖 20. 清潔能源情景的累計凈就業效應4.11.2-1.7-1.1工作年累計變化 （2020-2035年）4.543.532.521.510.50百萬就業年增加（所有行業）損失 （僅煤炭開采業）損失 （所有其他行業）工作年凈變化中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 265 結論、建議與未來研究風電、太陽能發電和儲能技術的成本大幅下降，為中國電力行業降低批發成本和減少排放創造了新的機遇。本項研究的結果表明，到2035年，將非化石能源發電量占比從現有政策下的約60%（現有

67、政策情景）提高到80%（清潔能源情景），能夠降低批發電力成本，支持中國政府實現碳中和與空氣質量目標。電力系統的非化石能源發電量占比達到80%，需要克服與風電、太陽能發電和儲能的發展和并網有關的障礙。最后一節總結了本項研究的主要結論，基于研究結果提供了政策法規修改建議，并概述了通過本項研究確定的未來研究重點。5.1 主要結論本項研究通過分析得出了五個主要結論 ：風電、太陽能發電和儲能成本下降，正在改變中國電力行業的經濟狀況?，F有政策情景和清潔能源情景展示了中國電力行業經濟狀況未來可能出現的變化。在這兩個情景下，滿足電力需求增長的最低成本資源是風電、太陽能發電和電池儲能組合。這個結果表明，這個組合

68、的成本低于新建燃煤發電的成本。在清潔能源情景中，增加風電、太陽能發電和儲能容量，能夠經濟高效地減少現有燃煤發電廠的發電量，因為新增風電、太陽能發電、儲能和輸電的增量成本將低于減少燃煤發電中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 27廠運營所節約的燃料成本。這個結果表明，在清潔能源情景下，新增風電、太陽能發電和電池儲能的成本，低于繼續運營現有燃煤發電廠的成本。 在非化石能源發電量占比達到較高水平的情況下，中國電力系統依舊可以可靠運行?？煽啃悦舾行苑治鲲@示，到2035年非化石能源發電量占比達到80%，其中風電和太陽能發電達到60%，在這種情況下中國電力系統依舊可以維持較高水平的可靠性。當風

69、電、太陽能發電、水電和儲能占比更高時，可靠性問題的焦點從容量充裕度變成了容量和能源充裕度。然而，即使在風電和太陽能發電量長期較低和負荷突然增加時，中國電力系統依舊可以保證容量和能源充裕度。不需要新建燃煤發電以保證資源充裕度。在可再生能源占比較高的情況下，保證可靠性的兩個關鍵因素是（1）一種優化儲能設施運營的可靠方法，可確保單個儲能設施能夠支持整個電力系統的可靠性；以及（2）區域和全國協調運營，確保缺電省份和地區無論短期還是長期，均可從鄰近省份和地區無縫輸入電力。 高于現有目標的非化石能源發電量，能夠額外帶來減排、健康和就業效益。將非化石能源發電量占比提高到80%，可支持大幅減少二氧化碳排放，降

70、低與空氣質量不佳有關的健康成本和死亡人數。結合電氣化實現的減排和健康效益，將遠高于本報告的估算（見第4.2節）。例如，交通運輸業電氣化和加快向非化石能源發電轉變，能夠減少汽車尾氣排放和發電廠排放。因此，將電氣化和加快部署非化石能源發電相結合，將是中國加快實現環境目標的強大工具。減少燃煤發電將導致煤炭開采業就業持續減少，但風電、太陽能發電、水電、核電和電池儲能投資帶來的就業增長能夠抵消煤炭開采業的就業損失。批發電力成本下降，如果轉換成零售客戶支付的價格，也將推動就業增長。中國政策制定者面臨的挑戰是如何在不影響新增非化石能源發電的經濟性的前提下，控制電力行業從依賴煤炭向依賴非化石能源轉變所帶來的就

71、業和稅收影響。非化石能源發電達到具有成本效益的水平，需要克服風電、太陽能發電和儲能發展與并網面臨的障礙。在清潔能源情景下，風電、太陽能發電和儲能的發展將達到前所未有的規模。2025年，風電和太陽能發電容量合計達到11.53億千瓦，接近目前制定的2030年的目標（12億千瓦），2030年將進一步增長到接近20億千瓦，到2035年將超過30億千瓦。電池儲能將從2020年的百萬瓦規模增長到2025年的1億千瓦規模。 將風電、太陽能發電和儲能發展到這種規模并且并入電力系統，需要克服規?；系K。本項研究中使用的情景有效模擬了克服障礙需要滿足的條件。在現有政策情景下，年度新增太陽能發電和風電發電容量（百萬

72、千瓦/年）被限制為歷史水平。在清潔能源情景下，雖中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 28然放寬了這些限制，但為了克服規?；系K，必須努力推動風電、太陽能發電和儲能以前所未有的速度發展和并網。最主要的障礙涉及市場與監管、電力系統運營和土地使用等問題。第5.2節詳細探討了這些障礙。未來五年，中國電力系統將開始向低成本可再生能源路徑轉型。在現有政策情景和清潔能源情景下的非化石能源發電量占比，在2020至2025年期間開始出現差異（見圖21），這表明應該從“十四五”規劃期間（2021 - 2025年）開始進行政策和監管改革，以加快非化石能源部署，而不是等到“十五五”規劃期間（2026 -

73、 2030年）再開始行動。尤其是風電和太陽能發電加快擴展的勢頭已經出現，因此近期的工作重點應該是減少快速擴展電池儲能所面臨的障礙。5.2 政策建議為減少風電、太陽能發電和儲能快速部署所面臨的障礙，需重點關注的領域包括政策目標、市場與監管以及土地可用性和土地使用。在這三個領域推行改革，能夠促進可再生能源從中國電力系統的外圍資源轉變成支柱資源。5.2.1 政策目標歷史上，發電裝機目標和非化石能源發電量占比目標為中國電力行業提供國家政策方向指導，發揮了至關重要的作用。沒有任何跡象表明，這些政策目標未來將不再發揮這種作用。 圖 21. 非化石能源發電量占比，現有政策情景和清潔能源情景非化石能源發電量占

74、比90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%2020202520302035現有政策情景清潔能源情景中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 29提高2030年非化石能源發電量占比目標和可再生能源發電裝機目標，并考慮增加儲能目標本研究的結果顯示，將2030年非化石能源發電量占比目標從50%提高到65%，將風電和太陽能發電裝機目標從12億千瓦提高到20億千瓦，可以以較低成本甚至負成本顯著增加減排，帶來重要的健康效益，使中國能夠在2030年代實現電力行業基本脫碳，增強國家能源安全。 2021年，國家能源局將2030年的抽水蓄能目標提高到1.2億千瓦。21中國2030年前碳達

75、峰行動方案提出到2025年，新型儲能裝機容量達到3,000萬千瓦以上。22制定明確的長期儲能目標，可以為儲能制造商和電力行業提供有用的信號，確定儲能的預期發展速度和規模以及并網需求。制定2035年非化石能源發電裝機目標中國尚未制定2035年的非化石能源發電和風電、太陽能發電、水電和核電裝機目標。制定2035年目標能夠幫助制造商、電力行業和各省明確預期的變化速度和規模。5.2.2 市場與監管修改法規，使風電、太陽能發電和儲能成為電力資源采購和市場的主流，并創建穩定的商業模式，對于減少這些資源快速部署面臨的障礙至關重要。這些發電資源的主流化需要目前已經開展的一系列相互關聯的改革取得進展。合并可再生

76、能源采購方式，專注于參與中長期交易第一個改革領域涉及資源采購。目前，中國的可再生能源發電通過上網電價補貼和市場化采購機制組合的方式購買和支付，導致可再生能源發電商面臨過度虧損和收入無法預測的問題。23 此外，這些機制并不支持可再生能源發電與火力發電之間直接展開批發競爭。 為了解決這個問題，可以將不同可再生能源發電采購方式調整為一種方式：通過中長期交易進行采購。通過這種方式，可再生能源發電可以與火力發電直接競爭工業用電單位和電網公司用戶的中長期交易。這種方法符合2015年啟動的電力市場改革的意圖，并且與中國的可再生能源采購保障政策方向一致。24為了確保不同資源公平競爭，可以擴展中長期交易市場（如

77、延長合同期限、推出更有針對性的合約等），提高買賣雙方的交易頻率和靈活性，同時繼續開展短期（如月度）拍賣。美國近期的經驗表明，可再生能源發電可以參與遠期采購，與火力發電直接競爭。25 現貨21 國家能源局（2021b）。22 國務院（2021年）。23 Yong（2022年）。24 國家能源局2015年發布的關于推進電力市場建設的實施意見鼓勵可再生能源參與新興電力市場（國家能源局，2015年）。2016年發布的可再生能源發電全額保障收購辦法提出，對可再生能源發電的最低支持保障最終將被遠期和現貨市場參與所取代（國家能源局，2016b）。25 Kahrl（2021a）。中國電力系統可在2035年實現

78、80%零碳排放 | 30市場可以減少合約發電量物理交割的必要，支持可再生能源發電參與中長期交易市場。持續發展電力現貨市場，并支持現貨市場向區域市場擴展可再生能源發電更大規模參與中長期交易，關鍵在于解決與失衡成本有關的問題。失衡成本包括賣方發電量與買方用電量之間的電量差額、電網阻塞造成的邊際成本差額以及因風電和太陽能發電預測誤差導致的電力系統成本。實時電力現貨市場提供了一種解決這些成本的自然機制，支持賣方和買方支付現貨市場價格結算失衡，并在合約中確定失衡成本風險由哪一方承擔。根據美國的經驗，最適合管理這個風險的實體取決于買方和賣方的規模、資產負債狀況和成熟度。中國已經在多個省開展現貨市場試點。大

79、多數試點采用了不同形式的節點電價、15分鐘調度和結算，個別試點省份已經允許可再生能源參與現貨市場。但這些現貨市場仍是試運行模式，需要進一步完善市場設計和監管，支持這些市場的正式運行?，F貨市場正式實施之后，將成為中長期市場的重要補充。隨著中國現貨市場的日益成熟，調整到5分鐘調度和結算，將減少與預測誤差有關的失衡成本，為風電和太陽能發電創造公平的競爭環境。未來需要開展多個方面的工作，作為現貨市場發展的補充。這些工作領域包括：1）開發由系統運營商運營的輔助性服務（AS）市場，通過競爭機制采購頻率調節備用和經營備用，且輔助性服務由負荷單位支付而不是由發電廠支付；2）繼續將遠期合約轉變為差價合約（CfD

80、），以進一步提高實時運行靈活性；以及3）開發支持市場參與者對沖長期風險的新型金融產品。最后，發展現貨市場需要加強各省和地區之間的市場與運營協調機制，理想情況下可以通過由一家區域系統運營商運營的單一區域市場相互協調。國家發展和改革委員會和國家能源局2021年發布的省間電力現貨交易規則提供了省間電力現貨市場協調框架，規定省內市場應考慮其他省現貨市場的送出需求和受入需求曲線，包括輸電費。26 但根據美國的經驗，相對于多方協調現貨市場或公用事業單位之間的雙邊協調，一家單一區域系統運營商能夠更好地管理可靠性，提高調度效率，避免因高輸電費導致的無效調度，協調區域資源充裕度和輸電投資。27加強可再生能源配額

81、與綠色證書制度即使新增風電和太陽能發電成本較低，近期內在中長期或現貨市場中可能無法體現這些成本優勢，因為市場需要更長時間發展成熟，而買方和賣方對于市場機制經驗不足。例如，隨著日前和實時可再生能源市場逐步成形，可再生能源發電商可能面臨過高的失衡成本。在向市場化可再生能源采購機制轉型的過程中，中國現有超過5億千瓦風力發電和太陽能發電面臨更高成本，需要某種形式的市場外支持機制。26 國家發展和改革委員會和國家能源局（2021年）。27 關于區域系統運營商的效益預估，請參閱PJM（2019年）和MISO（2021年）。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 31在近期內，加強現有的可再生能源

82、配額與綠色證書制度，可以幫助支持現有可再生能源發電商，繼續推動可再生能源市場發展。需要強化的重要領域主要包括：將配額與政策目標進一步掛鉤，明晰履行配額的責任，提高配額的執行力度。28 如果可再生能源發電商參與中長市場，最有效、最高效的做法是對市場上的購買方（工業用戶和電網企業）實行配額制，違規罰款金額應該超過可再生能源證書的溢價。開發儲能的市場參與模式本研究預測到2025年，電池儲能需要達到億千瓦級別才能具有成本效益，但據我們所知，中國并沒有采購或運營電池儲能的穩定機制。因此，雖然儲能在中國電力系統中有巨大潛力，但卻缺少支持儲能大規模發展和并網的機制。 儲能可以提供一系列服務，例如固定容量、能

83、源套利、阻塞管理、調節和運營備用以及輸配電成本節省等。儲能尤其是電池儲能幾乎可以分布在電力系統的任何位置，例如位于發電設施、客戶電表后方、高壓輸電系統、次輸電系統或配電系統等。模型中通常只能捕捉儲能提供的部分價值，例如本項研究中所使用的模型，這導致無法充分了解儲能的最佳位置，例如位于發電設施、直接連接到輸電系統或者位于工業設施。市場定價可以幫助更好地確定儲能的價值及其最佳位置。允許儲能參與中長期和現貨市場，有助于為儲能創建穩定的商業模式，使買方和賣方能夠根據所提供的服務靈活決定對儲能的最佳應用、最佳位置及其所有者。這將形成多種儲能收入和所有權模式。美國電力市場為確定儲能參與現貨市場的規則提供了

84、有意義的參考。整合分布式能源，形成批發市場分布式能源（DER）包括分布式發電、分布式儲能和需求響應（DR），可以提供重要的能源和靈活性，作為大容量電力系統資源的補充。需求響應一直是中國政策的重點領域，近期的政策開始鼓勵發展分布式發電和儲能。為了最大程度挖掘分布式能源的價值，應該將分布式能源的運行納入批發市場。有多種策略可供選擇，例如在電價中體現市場價格，或者分布式能源直接參與批發市場等。將分布式能源納入批發市場是美國當前的一個創新和市場改革領域。29開發資源充裕度流程和機制在中國向市場化和新資源轉變的過程中，確保中國電力系統的長期資源充裕度，需要更系統性、更正式的資源充裕度流程。有多個流程可以

85、確定實現可靠性目標需要的固定容量水平，包括鼓勵充足的固定容量投資、促進投資成本公平高效分配、提高計入固定容量的資源的實時可用性和績效等機制。美國電力市場采取了多種方法保證資源充裕度，可以為中28 Yong（2022年）。29 能源系統集成研究會（2022年）。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 32國提供有意義的參考。30隨著可再生能源發電和儲能的比重日益提高，資源充裕度機制變得更加重要。風電和太陽能發電的比重提高，將降低電力市場價格，這意味著為保證可靠性需要維持的發電和儲能，將越來越依賴稀缺定價來收回固定成本。美國的研究表明，在可再生能源滲透率提高的情況下，有多種現有方法可以保

86、證資源充裕度和發電商的收入充足性，但這些方法仍需要持續完善，包括：完善可再生能源發電與儲能的固定容量價值核算；完善稀缺定價和市場價格形成；完善發電商和儲能可用性與績效；以及增加需求響應。315.2.3 土地使用10億千瓦規模的風電和太陽能發電，可能需要數百萬甚至數千萬公頃的土地。32 以經濟的成本保證充足的土地供應，并且避免發展風電和太陽能發電與國家和地方土地保護目標相沖突，必須加強對風電和太陽能發電土地使用影響的重視。優先考慮土地使用效率過去十年，隨著電力密度（兆瓦/公頃）和能源密度（兆瓦時/公頃）的提高，技術進步大幅減少了陸上風電和公用事業規模太陽能光伏發電的占地面積。33 在美國，這兩個

87、領域的技術進步得益于鼓勵增加發電量（兆瓦時）和提高容量系數（年度運行小時數）的激勵措施。隨著風力發電和可再生能源發電在中國電力系統中的地位變得日益重要，政府的政策應該從注重裝機容量向重視發電量轉變，這也將有助于鼓勵創新，支持提高土地使用效率?？稍偕茉磁漕~制度朝著這個方向邁出了重要一步。 海上風電和分布式太陽能光伏發電也有助于減少10億千瓦規模的風電和太陽能發電對土地使用的影響。電力市場設計、分布式發電政策和電價、土地價格和輸電可用性等，對于沿海省份確定陸上風電與海上風電平衡、大規模太陽能發電和分布式太陽能發電平衡以及本地發電與輸入電力平衡，都將具有重要意義。這意味著需要協調土地使用優先權、電

88、力資源規劃和輸電規劃。 將風電和太陽能發電開發納入土地使用和保護規劃可再生能源開發商需要政府部門提供明確的指導，幫助企業避免項目場地與土地保護和耕地使用優先權相沖突。綜合土地使用規劃可以為發展可再生能源提供透明、嚴格的指導原則。過去十年，美國的綜合土地使用規劃工具有明顯改善，對中國有重要的參考意義。3430 關于美國資源充裕度機制的經驗概述，請參閱Kahrl等（2021b）。31 Levin與Botterud（2015）；Frew等（2016）；Wolak（2020）；Ela等（2021）。32 在清潔能源情景下，風電和太陽能發電量約為30億千瓦，該范圍假設電力密度為每公頃30萬瓦到300萬瓦

89、。33 關于太陽能光伏技術創新如何減少土地需求的分析，請參閱Bolinger與Bolinger（2021年）。過去20年，風輪直徑和輪轂高度的大幅提高（能源部，2021年）減少了陸上風電的土地要求。相關介紹請參閱https:/www.nature.org/en-us/about-us/where-we-work/united-states/california/stories-in-california/clean-energy/。34 相關介紹請參閱https:/www.nature.org/en-us/about-us/where-we-work/united-states/califor

90、nia/stories-in-california/clean-energy/。中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 335.3 重點研究領域我們通過本次研究確定了幾個重點研究領域。下文概述了每個領域的主要研究議題。 電力需求預測?；A設施規劃和政策模擬中使用的長期電力預測，如何考慮電氣化和需求靈活性對負荷曲線的影響？在規劃和政策研究中如何充分捕捉電力需求的不確定性？資源充裕度規劃。應該由哪些實體負責長期規劃，確保電力系統有足夠的資源實現可靠性目標？如何將風電、太陽能發電和儲能計入資源充裕度？ 如何設計和執行資源充裕度機制？資源充裕度機制應該是區域性還是全國性機制？如何將資源充裕度

91、機制納入現貨市場？儲能政策策略。哪些所有權、商業和經營模式最適合中國的電力系統？哪些政策和市場組合能夠幫助快速擴大儲能規模？海上風電政策策略。哪些技術、所有權和商業模式以及輸電并網方式最適合中國的海上風電行業？哪些政策和市場組合能夠幫助快速擴大海上風電生產和部署規模？區域批發電力市場的轉型路徑。中國如何將新興的電力現貨市場合并成區域市場？美國的區域市場進展不盡人意，中國如何克服建設區域電力市場面臨的類似政治挑戰,？排放配額市場與可再生能源配額執行和協調。在近期內，中國如何執行碳交易機制以及排放配額交易？如何強化可再生能源配額制度？從長遠來看，如何協調這兩個制度以保證它們能夠繼續有效支持國家目標

92、，并持續提供激勵？ 綜合土地使用規劃。土地使用規劃如何保證風電和太陽能發電開發商能夠高效公平地獲得土地，同時最大程度減少風電和太陽能發電開發對于土地保護目標和農業的影響？國際合作。國際合作如何為中國向非化石能源系統轉型提供有效支持：有哪些合作議題？可采取哪些合作模式？有哪些合作伙伴？系統安全。隨著間歇式太陽能發電和風電的比重提高，中國電力系統如何解決系統安全問題，包括一次調頻和電壓穩定性等問題？ 技術不確定性管理。中國能源政策、法規和市場設計如何鼓勵凈零排放技術創新，使成本最低、最有效的技術能夠快速規?；?？ 中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 346 參考文獻Bolinger,

93、M.與G. Bolinger。2021年。公用事業規模光伏發電的土地要求：電力密度和能源密度最新經驗。IEEE光伏雜志：1-6， https:/ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=9676427。Chen, Y. 、F. Guo、J. Wang、 W. Cai、C. Wang、K. Wang。2020年。2010至2100年共享社會經濟路徑下中國分省及網格化人口預測科學數據第7期，doi: 10.1038/s41597-020-0421-y。中國電力企業聯合會（CEC）。2021a。2020年全國電力工業統計快報一覽表，中國電力企業

94、聯合會，https:/ 國家發展和改革委員會能源研究所國家可再生能源中心（2020年）。中國可再生能源展望2020。北京：國家可再生能源中心，https:/ R. 、Cui, X.、Cui, D. 等。2022年。行動的十年：中國逐步淘汰煤炭的戰略方法。馬里蘭州科利奇帕克與加州伯克利：馬里蘭大學全球可持續發展中心和加州-中國氣候研究所，https:/ccci.berkeley.edu/sites/default/files/Main%20report_A%20strategic%20approach%20to%20coal%20phase-down%20for%20china.pdf。美國能源

95、部（DOE）2021年。陸基風電市場報告：2021年華盛頓特區：美國能源部，https:/www.energy.gov/sites/default/files/2021-08/Land-Based%20Wind%20Market%20Report%202021%20Edition_Full%20Report_FINAL.pdf。 Ela, E. 、A. Mills, E. Gimon、M. Hogan、N. Bouchez、A. Giacomoni、H. Ng、J. Gonzalez與M. DeSocio. 2021年。未來電力市場：北美無燃料成本設計的潛力。IEEE電力與能源雜志19: 41

96、-52。 能源創新。2022年。能源政策解決方案：輸入輸出模型訪問時間：2022年3月。 能源系統集成研究會（ESIG）2022年。分布式能源納入批發市場與運營。雷斯頓：能源系統集成研究會，https:/www.esig.energy/wp-content/uploads/2022/01/ESIG-DER-Integration-Wholesale-Markets-2022.pdf。 Frew、Bethany A. 、Michael Milligan、Greg Brinkman、Aaron Bloom、Kara Clark和Paul Denholm。2016年。零邊際成本未來的收入充足性和可靠

97、性?？屏_拉多州戈爾登：國家可再生中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 35能源實驗室，https:/www.nrel.gov/docs/fy17osti/66935.pdf。 Fu, S. 、Du X.、Clarke, L. 、和Yu, S. 2020年。中國現代化的新征程：“十四五”到碳中和的新增長故事。北京：能源基金會中國，https:/www.efchina.org/Reports-en/report-lceg-20201210-en。 清華大學氣候變化與可持續發展研究院（ICCSD）。2020年。中國長期低碳發展戰略與轉型路徑研究綜合報告。中國人口資源與環境，30(11):

98、 1-25。國際能源署（IEA）。2020年。2020年世界能源展望。巴黎：國際能源署，https:/www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2019。Jiang, K. J. 、He C. 、Dai H. 、Liu J. 、Xu X。2018年。中國實現全球1.5C目標下的能源排放情景研究。碳管理 9(5): 481-491，https:/doi.org/10.1080/17583004.2018.1477835。Kahrl, F。2021a。全源競爭號召：國家和電力公用事業實踐。伯克利：勞倫斯伯克利國家實驗室， https:/emp.lbl.gov

99、/publications/all-source-competitive-solicitations。 Kahrl, F. 、S. Deorah、L. Alagappan、P. Sotkiewicz和N. Abhyankar。2021b。支持印度電力行業最低成本發展路徑的政策和監管建議，https:/emp.lbl.gov/publications/policy-and-regulatory-recommendations， Levin, T. 與A. Botterud。2015年。在可變發電增加的情況下保證發電商收入充足性的電力市場設計。能源政策87: 392406。中大陸獨立系統運營商（M

100、ISO）。2021年。中大陸獨立系統運營商2020年價值主張，https:/cdn.misoenergy.org/20210219%202020%20MISO%20Value%20Proposition%20Presentation521885.pdf。 國家發展和改革委員會（NDRC）與國家能源局（NEA）。2021年。省間電力現貨交易規則。國家能源局。2015年。關于推進電力市場建設的實施意見。https:/ 國家能源局。2016a。能源生產和消費革命戰略（2016-2030），https:/ 國家能源局。2016b?？稍偕茉窗l電全額保障性收購管理辦法，http:/ 國家能源局。2021

101、a。國家能源局關于2021年風電、光伏發電開發建設有關事項的通知，http:/ 國家能源局。2021b。抽水蓄能中長期發展規劃，http:/ 中華人民共和國國務院。2021年。國務院關于印發2030年前碳達峰行動方案的通知， http:/ 中國電力系統可在2035年實現80%零碳排放 | 36國網能源研究院（SGERI）。2020年。2020中國能源電力發展展望。北京：中國電力出版社（中文）。 聯合國經濟和社會事務部（UNDESA）2008年。所有經濟活動國際標準行業分類。ST/ESA/STAT/SER.M/4/Rev.4。紐約：聯合國，https:/unstats.un.org/unsd/p

102、ublication/seriesM/seriesm_4rev4e.pdf。 Wolak, F。2020年。零邊際成本間歇式可再生能源未來的市場設計。斯坦福大學能源與可持續發展項目工作報告，https:/web.stanford.edu/group/fwolak/cgi-bin/sites/default/files/wolak_ieee_v6.pdf。 Wu, R. 、Tessum, C. W. 、Zhang, Y. 、Hong, C. 、Zheng, Y. 、Qin, X.、Zhang, Q。2021年。中國低復雜度空氣質量干預模型：InMAPv1. 6. 1-中國模型開發及其與CMAQv

103、5.2的對比。地球科學模型開發14(12): 7621-7638。Yang, H. 、Tao, W. 、Wang, Y. 、Liu, Y. 、Liu, J. 、Zhang, Y. 、Tao, S.。2019年。中國更新工業排放標準的空氣質量和健康影響。環境研究快報 14(12): 124058。Yin, P. 、Brauer, M.、Cohen, A. 、Burnett, R. T. 、Liu, J. 、Liu, Y. 、Zhou, M。2017年。龐大的中國男性群體長期暴露于細顆粒物的影響以及非意外和與特定死因有關的死亡率。環境與健康展望 125(11): 117002。Yong Q。2022年?？稍偕茉慈绾螀⑴c電力交易。南方能源觀察，http:/