报告:中国实现碳中和的必经之路——电力增长零碳化(2020–2030)

2021-01-25 11:30:41 太阳能发电网
1.碳中和加速电力增长零碳化进程2020年9月22日举行的联合国大会上,习近平主席承诺中国将在2030年前实现碳排放达峰,并在2060年前实现碳中和。1 这 是全球应对气候变化工作的一项重大进展,显示了中国作为 负责任大国承担起全球领导力的决心。我们认为,中国能够在2060年前,甚至有可能在2050年实现碳中和,并全面发展成为一个发达经
2030年和十四五量化目标

量化目标将推动中国风电和光伏项目开发和产业链实现降低 成本的规模经济和学习曲线效应。未来十年和五年目标都很重要:

十年目标的重要性体现在,它可以避免在十三五后期多个 省份出现过的由于提前完成装机目标,可再生能源发展速 度放缓的情况。因此,应确立“所有新建装机都来自零碳电 源”的指导性方针,并将其转化为零碳电力消纳率的具体目 标,如图2所示的53%。

但同样重要的是,为十四五制定可再生能源消纳和装机容 量增长目标,将其分解为每年的指标并对每个省份提出具 体的要求。 要实现“所有新建发电装机都来自零碳来源”这一目标,装机 容量目标应与图2所示的结果基本保持一致,包括:

风电和光伏装机都以每年50-60GW速度增长,到2030年各 自达到800GW以上;

核电与水电也按照现有计划继续增长,到2030年分别达到 120GW左右和440GW;

除已经在建的燃煤电厂外,停止新增煤电投资。

实现目标所需的政策 为了确保可再生能源的快速发展和成本的进一步下降,有必 要通过多样的采购形式继续为可再生能源发电企业的大部分 发电量提供长期稳定的价格保障。具体采购形式包括:

继续现行的平价制度以标杆煤电价为并网的光伏/风电项目 提供价格保证。随着风电和光伏发电经济性的不断改进,签 订标杆煤电价合约的陆上风电和光伏项目将获得越来越高 的溢价,激励短期内的快速部署。

沿用竞价机制来确保激烈的竞争。中国也应考虑对特定规 模的风电和光伏开发项目采用竞争性机制,给中标者相当 一部分发电量提供确定的固定价格。随着时间的推移,竞价 价格将逐步下降,渐渐低于目前标杆煤电电价。如果其他两 项政策下装机量不足以实现省级目标,就应启用此类竞价 机制。

鼓励长期市场化合同。在大多数国家,上述两类政府组织的 采购形式一直都是可再生能源发展的主要推动力。但在一 些国家,特别是美国,市场化的长期电力合同(PPA)也发 挥着较大作用。因此,最优政策也应激励大型市场化电力用 户直接与发电企业签订长期电力合同,作为公开竞价机制的 补充。可再生能源消纳责任制(通常称为“RPS”)将有助于 推动市场化长期电力合同机制在中国的发展。

以上所有建议均需结合明确可再生能源并网规则,优化并网 过程、降低并网成本。

通过市场和电网改革来支持灵活性电力供给

随着可再生能源发电成本的下降及其渗透率的提高,电力系 统面临的关键挑战已从降低发电成本转变为本报告第四章节 讨论的问题——如何在小时、日和季节时间范围内实现电力供 需平衡。在某种程度上,这是一个技术问题,可以通过技术创 新和投资来提高火电厂和水电厂的潜在灵活性。但最重要的 是市场和电网管理的改革,以及更透明的数据公开,以实现所 有资源的灵活使用。

推进实时能源批发市场建设。目前,实时价格信号缺失和经 济激励不足,导致火电和水电运行缺乏灵活性。时间精度 更高的日前和实时市场能发挥更大的作用,可以更好的将 可再生能源出力的变化在市场价格中体现出来,并刺激所 有系统资源通过跟踪价格信号来响应系统需求。国际经验 已证明了这一潜力,中国也自2019年6月起在8个省份开展 了现货市场试点。 但为了平衡众多利益相关方的利益和 减少阻力,很大一部分机组或电量仍然遵循着原有的计划 调度和标杆电价模式,这将会阻碍系统实现最优化和灵活 运行的目标,放缓低碳化的步伐。

向所有参与者公平开放市场。电力能量市场和辅助服务市 场也应面向所有技术类型的机组公平开放。xviii 仅涵盖部分 种类机组或部分电量的开放市场将可能破坏市场的有效 性,无法实现真正的优化调度。它还可能阻碍电力系统平衡 技术的创新发展,而随着2030年以后清洁能源发电比例增 长到较高水平,系统对这些技术的需求将越来越高。目前, 电池储能只能在少数省份获得辅助服务的补偿,需求响应 等需求侧资源能够日常参与的市场机制也尚未建立。

相互协调且灵活的跨省调度及区域市场。正如本报告第四 章所讨论的,如果中国作为一个统一的电力系统运行,到 2030年,实现零碳投资情景的电力平衡将不会面临巨大挑战;由于只有两家大型电网公司作为电力系统的主要运营 者,中国比起其他国家地区更具备建立区域市场或协调跨 省交易的优势。但目前缺乏灵活性的跨省年度交易和执行 方式,将大大增加高比例可再生能源系统实现平衡的难度。 要解决这一问题,应考虑:

短期内,在当前调度结构下要求跨省交易和调度能够更 好响应省级的价格信号,并与省级供需动态进行更加即 时的协调。而不是采用目前作为边界排出省级市场、以年 为单位固定价格和送电安排的方式。

在中长期,应坚持扩大调度平衡区域范围并发展高度协 调的跨系统调度。

对技术中性容量市场的潜在需求。良好运作的能量市场本 身就能够提供足够的激励来帮助系统获得灵活性 (这应是 发展的重点),灵活性不断增加的火电厂也可以通过容量费 用来获得补偿。尽管天然气电厂只在每年非常少的时间内才开启,能量市场将促进该领域的投资。但需要注意的一点 是,容量市场的必要性和合理性应基于能量市场的稳定运 行。同时,容量市场应面向所有可以提供所需服务和具备相 关功能的技术类型机组开放,包括未来需求会逐渐增加的 电池和氢能等。

数据披露及公开获取。多样化的市场参与和公平的竞争可 以提供低成本的灵活性资源并推动创新。保证市场参与主 体对重要基本信息(如负荷分布和负荷预测等)的平等访问 权,也是市场运行最重要的基础。目前只有少数几家主要公司拥有和控制专有数据,新的参与者很难有效参与竞争。因此,制定披露行业数据类型、精细度和频率的标准将是非常重要的。

优化电力规划流程以支持可再生能源项目的开发

更精细的预测和公开也是指导电网规划和引导投资所必须的。

全面且精细的负荷预测。电力公司/电网公司目前会发布电 力负荷分布和预测,但这通常只包括典型负荷曲线,和未来 最大负荷或年用电需求的增长。目前在美国也激发大量讨 论,认为这种只公布最大负荷预测,而不明确尖峰需求频率 和时长的方式,很可能会造成对火电投资的偏好而不利于其 他储能及需求侧调峰选项。公开全年实际每日负荷曲线的 详细数据,以及对这些数据将如何随需求增长而变化的预 测,将有助于推动清洁资源更高效的开发和布局。

电网规划与可再生能源装机增长协调发展。随着非水可再 生能源渗透率的增长,应确保输电级和配电级电网升级规 划都与长期可再生能源量化目标相协调。此外,透明地公开 评估未来可再生能源并网消纳能力的方法学,将使可再生 能源发电企业对未来的发展规划有更清晰的预判,从而制 定长期的发展计划,降低可再生能源开发的非技术成本。

支持电网瞬时平衡管理的技术方法和市场机制

如本报告第二章节所述,要在2030年实现非水可再生能源比例 远高于图2提到的28%,技术上显然也是可行的。但这将需要: 有效的辅助服务市场,如调频辅助服务。就如同能量现货 市场和容量市场,这些市场应都建立在“技术中性”的基 础上。

技术管理升级。本报告第三章描述的技术规范、并网要求和 管理流程对于保证系统稳定,支持可再生能源高速增长十 分重要,具体包括:

优化非水可再生能源出力预测,减少弃风弃光,同时减少 对系统备用的需求。

对风电出力施加严格的规定,控制风电出力的大幅变化, 减少对系统平衡的影响。

强制要求非水可再生能源机组具备高电压穿越能力,提升在系统发生扰动时的运行性能,进而避免连锁故障。

实现对系统惯性的量化和管理,保障可再生能源比例增 加时的系统可靠性。




作者: 来源:落基山研究所 责任编辑:jianping

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