新型电力系统中非水可再生能源需求空间、约束条件及发展建议.pdf
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1、新型电力系统中非水可再生能源需求空间、约束条件及发展建议李效臻(中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司,广东广州510663)摘要:目的“双碳”背景下,为了更好地完善新型电力系统。方法文章对不同类型可再生能源进行潜力评估、需求预测,并进一步分析其约束条件。结果认为光伏和风电是新型电力系统的主力军,非水可再生能源的发展受资源和场址、电网接入消纳、经济性、投资意愿、地方政府支持等因素的影响。结论建议针对性开展非水可再生能源规划工作,提前开展网架完善和系统运行优化工作,推进电力体制改革、完善电力市场体系,建立推动地方政府发展可再生能源的激励机制。关键词:双碳;新型电力系统;非水可再生能源;电力
2、规划;电力市场中图分类号:TK01;F426.2文献标志码:A文章编号:2095-8676(2023)S1-0017-10开放科学(资源服务)二维码:Demand Space,Constraints and Development Suggestions of Non-WaterRenewable Energy in New Power SystemLIXiaozhen(ChinaEnergyEngineeringGroupGuangdongElectricPowerDesignInstituteCo.,Ltd.,Guangzhou510663,Guangdong,China)Abstract
3、:Introduction This paper aims to improve the new power system under the background of carbon peak and carbonneutrality.MethodThispapermadepotentialassessmentanddemandforecastingofdifferenttypesofrenewableenergy,andfurtheranalyzedtheirconstraints.ResultItisconcludedthatphotovoltaicpowerandwindpowerar
4、ethemainforcesofthenewpowersystem,thedevelopmentofnon-waterrenewableenergyisaffectedbyresourcesandsites,gridaccessandconsumption,economicalefficiency,investmentwillingness,localgovernmentsupportandotherfactors.ConclusionItissuggestedthatcarriesouttargetedplanningofnon-waterrenewableenergy,improvesgr
5、idstructureandoptimizessystemoperationinadvance,promotesthereformoftheelectricpowersystem,improvestheelectricitymarketsystem,andestablishesanincentivemechanismtoencouragelocalgovernmentstodeveloprenewableenergy.Key words:carbonpeakandcarbonneutrality;newpowersystem;non-waterrenewableenergy;powerplan
6、ning;electricitymarket2095-8676 2023EnergyChinaGEDI.PublishingservicesbyEnergyObserverMagazineCo.,Ltd.onbehalfofEnergyChinaGEDI.ThisisanopenaccessarticleundertheCCBY-NClicense(https:/creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/).0前言2019 年(新冠肺炎疫情前),中国能源活动碳排放 98 亿 t,占全社会碳排放比重约 87%,其中能源生产与转换碳排放占比为能源活动碳排放的 4
7、7%。在“双碳”目标下,能源是主战场、电力是主阵地、风光是主力军、新型电力系统是主方向。本文在“2030年碳达峰、2060 年碳中和”战略目标下,分析非水可再生能源的需求空间、约束条件,系统性提出新能源发展的对策建议。1需求空间1.1不同类型可再生能源发展潜力可再生能源含风能、水能、海洋能、潮汐能、太阳能和生物质能1:收稿日期:2023-01-03修回日期:2023-04-01基金项目:能源基金会资助项目“广东碳达峰约束下的能源转型战略和路径研究”(G-2109-33283)2023年第10卷增刊 1南方能源建设2023Vol.10Suppl.1SOUTHERN ENERGY CONSTRUC
8、TION新型电力系统NewPowerSystemDOI:10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.S1.003OA:https:/www.energychina.press/1)水电。我国水电技术可开发量为 687GW,截至 2021 年底,我国水电装机容量约 391GW(其中抽水蓄能 36GW),可开发水电基本在高边坡、高海拔、大温差等高山深谷复杂区域,开发难度和成本高。2)海洋能、潮汐能、生物质能不具备大规模开发的条件。3)随着技术迭代,过去十年光伏发电度电成本降低超 70%,风电度电成本降低超 50%2。我国风、光资源分布见图 1、图 2,风、光资源主要分布在
9、三北地区。虽然资源逆向分布,由于各省电价及非技术成本差异,各省风电和光伏发电逐步具备平价上网的条件,有的省份可低价上网。风资源分布不连续3,随着风机大型化,各省具备经济开发条件的场址越来越多,海上风电也逐步实现平价;光资源分布相对均匀,同一乡镇向阳面资源差异不大,表 1 和图 3 分别测算了各省和各乡镇驻地光伏开发的经济性。综上所述,在新能源为主的新型电力系统中,光伏和风电是主力军。其中,风电更易受资源和场址的限制。表 1 说明:1)指标说明:“平均未衰减利用小时数”为该省各乡镇未衰减利用小时数的算数平均值;“平均资本金财务内部收益率”为该省平均未衰减利用小时数条件下的资本金财务内部收益率;“
10、平均效益系数”为平均未衰减利用小时数/边际未衰减利用小时数。“边际未衰减利用小时数”为资本金财务内部收益率为 8%时的未衰减利用小时数。2)测算边界条件:电价取各省(自治区、直辖市)的煤电标杆上网电价(基准电价,含增值税,青海为平均上网电价);利用小时数取 GlobalSolarAtlas数据库所有乡镇光伏发电项目首年未衰减利用小时数;单位动态投资为 3.9 元/W,含非技术成本(耕地占用税等相关税费、接入系统线路投资、土地成本等);经营成本为 50 元/(kWa);光伏区单位占地面积为1.33hm2,首年单位面积土地租金为 0.9 元/m2,每年上浮 3%,支付频率为 10a/次;不考虑相关
11、设计优化;不考虑“两个细则”考核与辅助服务分摊成本;不考虑可再生能源参与市场化交易;不考虑弃风弃光情况。图 3 说明:灰色区域为上述条件下资本金财务内部收益率低于 8%的区域;非灰色区域,颜色越深其收益率越高;西部地区因镇域面积大,难以覆盖全部区域。(该示意图未包括三沙市及港澳台地区)1.2各省每年新增装机容量需求预测为了实现 2030 年可再生能源在一次能源中消费占比达到 25%的目标,国家能源局测算到 2030 年全国可再生能源电力消纳责任权重为 40%,非水可再生能源电力消纳责任权重为 25%,在此基础上提出各省的“两个消纳责任权重指标”,并于 2020 年底发布了关于征求 2021 年
12、可再生能源电力消纳责任权重和 20222030 年预期目标建议的函6。各2 4002 3002 2002 1002 0001 9001 8001 7001 6001 5001 4001 3001 2001 1001 000900800700600峰值总功率/(kWh、kWp)图 1我国光资源分布图4Fig.1DistributionofsolarresourcesinChina4速度/(ms1)高度/m10+5.1102001501005010图 2我国风资源分布图5Fig.2DistributionofwindresourcesinChina518南方能源建设第10卷省可再生能源电力总量消纳
13、责任权重均为 40%,各省非水可再生能源电力消纳责任权重均增加 13.2%。本文根据一定的假设条件测算了各省非水可再生能源缺口装机见表 2。20212030 年,我国非水可再生能源装机缺口为 1.11TW,若考虑水电缺口通过非水可再生能源缺口补足,预计总缺口为 1.46TW,预计年均新增可再生能源装机 120150GW,从规模和投资上均超过历史火电装机新增规模最大的年份。缺口主要分布在东中部能源消费大省,例如山东、江苏、广东、浙江、河南、河北等省份。全球能源互联网发展合作组织、EIA 等单位已发布中国 20212025 年新增装机预测,电力规划设计总院也给出了初步研究成果。综合各机构发布的数据
14、,以及我们的研究,“十四五”期间,中国风电、光伏发电新增装机容量预计为 600650GW。2022年度,我国新增风电、光伏装机 0.12TW。各方面研究说明上述测算基本合理。表 2 说明:1)分年度、分省用电量参数:根据发达国家经验,随着经济发展阶段提升,用电量增长率逐年降低,故假设全国年用电量增长率在 2021 年基础上逐年下降,至 2030 年降低为 2.5%,各省根据 2021 年用电量增长率进行适当调整。2)分年度、分省可再生能源发电量参数:根据关于征求 2021 年可再生能源电力消纳责任权重和20222030 年预期目标建议的函及用电量预测。3)可再生能源装机规模构成参数:2022
15、年,我国新增风电、光伏装机 120GW,其中,光伏新增装机为 87GW,占比 73.3%,本测算假设风电、光伏发电新增装机比例为 37,忽略其他非水可再生能源。4)风电、光伏利用小时数参数:利用小时数取2021 年各省风电、光伏平均利用小时数。表1各省光伏发电效益情况表Tab.1Photovoltaicpowergenerationbenefitofeachprovince省、自治区、直辖市煤电标杆电价/元(kWh)1平均未衰减利用小时数平均资本金财务内部收益率平均效益系数安徽0.38441154.257.540.99北京0.35981378.3512.041.10福建0.39321177.1
16、29.101.03甘肃0.30781410.826.800.97广东0.45301170.5315.411.18广西0.42071041.707.110.98贵州0.3515944.312.530.74海南0.42981265.1416.831.21河北南网0.36441316.9210.571.07河南0.37791189.858.011.00黑龙0.37401531.8120.061.27湖北0.41611080.318.001.00湖南0.4500986.007.540.99吉林0.37311517.6619.301.26冀北0.37201496.6518.251.24江苏0.39101
17、199.439.621.04江西0.41431098.718.471.01辽宁0.37491488.4718.391.24蒙东0.30351654.1812.611.12蒙西0.28291705.4110.801.07宁夏0.25951563.344.690.90青海0.32471610.7514.671.16山东0.39491313.2414.221.15山西0.33201469.0411.281.09陕西0.35451235.887.100.97上海0.41551173.1711.261.08四川0.4012978.803.710.87天津0.36551371.4612.541.12西藏0
18、.49931778.1059.631.98新疆0.25001418.030.070.79云南0.33581330.167.770.99浙江0.41531137.709.921.05重庆0.3964875.601.220.77图 3全国各乡镇政府驻地内部收益率指标示意图Fig.3Schematicdiagramofinternalrateofreturnofeachtownshipgovernmentstationnationwide增刊 1李效臻:新型电力系统中非水可再生能源需求空间、约束条件及发展建议192约束条件2.1用地、用海1)陆上风电可经济开发的场址常涉及林地、生态保护红线、湿地等,
19、调整审批流程长且限制条件多;陆上风电桩基础和进场道路须为建设用地,须占用建设用地指标。海上风电可经济开发的场址常涉及航道、海洋生态保护区、军事规避区域等,容量有限7-8。2)光伏发电项目占地面积大,根据光伏发电站工程项目用地控制指标(国土资规201511 号)和表2各省非水可再生能源装机需求(20212030 年)Tab.2Installeddemandofnon-waterrenewableenergyineachprovince(20212030)GW年度2021202220232024202520262027202820292030合计水电折新能源装机全国99.1994.8795.561
20、05.73110.89110.24119.94123.87121.29129.901111.49355.45安徽2.394.254.374.835.095.15.55.655.55.7848.4631.94北京11.291.241.341.361.31.391.391.321.3912.137.26福建0.152.272.262.512.612.572.82.892.83.0123.8714.28甘肃2.51.721.721.891.991.992.182.282.282.4921.040广东1.38.418.479.489.969.8210.7311.0210.6211.3591.160广西
21、2.392.662.83.173.393.433.713.83.653.7832.790贵州10.461.931.932.162.272.272.512.642.642.8931.710海南00.490.50.560.590.60.660.680.680.735.493.99河北13.564.684.75.25.465.475.996.276.266.8164.444.89河南12.366.466.597.27.537.518.058.248.048.4480.414.26黑龙江0.170.990.991.091.151.161.291.361.391.5411.133.29湖北2.533.0
22、83.133.53.73.714.074.234.184.5136.620湖南1.813.013.063.383.563.563.874.013.954.2334.440吉林00.930.941.031.081.081.181.231.231.3310.050江苏7.566.766.617.267.537.388.098.388.238.9976.8143.06江西3.912.622.6933.173.183.443.553.453.6532.650辽宁0.682.432.422.692.832.833.143.313.333.6827.3320.91内蒙古7.195.745.916.466.
23、756.737.137.26.917.0767.126.43宁夏3.051.181.171.311.391.411.591.71.751.9716.540.38青海9.090.770.770.870.930.961.091.181.231418.290山东9.17.927.768.518.828.659.479.819.6310.590.1884.03山西6.083.643.674.034.224.224.594.774.745.145.0519.11陕西5.62.392.412.672.812.813.063.183.153.3931.461.67上海0.231.411.341.451.47
24、1.41.531.561.501.6413.530四川0.882.983.133.593.863.914.314.474.354.6136.080天津0.370.990.951.031.0411.071.091.041.119.685.79新疆7.813.893.964.394.624.635.025.195.095.4250.0112.88云南0.13.123.283.643.863.884.124.163.964.0134.130浙江2.755.445.385.946.196.076.626.826.637.1558.9831.28重庆0.691.421.41.561.631.61.761
25、.821.771.9315.59020南方能源建设第10卷全国第二次土地调查数据,测算要满足表 2 对应的各省光伏发电装机容量,须占用土地面积及占全省可建设光伏项目的土地面积(仅考虑土地性质)的比例见表 3。仅考虑土地性质的情况下,土地约束非重要约束因素,浙江、广东、山东、江苏等非水可再生能源装机需求大的省份用地约束较强。2022 年,我国分布式光伏新增装机规模超过集中式光伏装机,若考虑分布式光伏装机,则用地约束进一步放松。另一方面,自然资源部、水利部均出台了相关政策收紧光伏用地,将进一步加剧东部省份的用地约束。表 3 说明:1)假设 2021 年光伏发电项目转换效率为 21%,至 2030
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