碳中和目標(biāo)與可再生能源發(fā)展-人民大學(xué)宋楓教授

碳中和與新能源發(fā)展宋楓中國人民大學(xué)應(yīng)用經(jīng)濟學(xué)院教授中國人民大學(xué)雙碳研究院研究員中國雙碳報告課題組成員楓的共享屏幕中圖人民大學(xué)應(yīng)用經(jīng)濟學(xué)院SCHOOLOFAPPLIEDECONdkiicsRENMINUNIVERSITYOFCHINA中國雙碳報告專題系列講座之1匯報大綱1.

碳中和目標(biāo)下的新能源發(fā)展定位與發(fā)展現(xiàn)狀2.

碳中和目標(biāo)下新能源裝機規(guī)模、區(qū)域分布與成本估算3.

高比例新能源對電力市場的挑戰(zhàn)4.

面向高比例新能源的中國電力市場化改革21.碳中和目標(biāo)下的新能源發(fā)展定位與發(fā)展現(xiàn)狀中閩人民大學(xué)應(yīng)用經(jīng)濟學(xué)院SCHOOLOFAPPLIEDECONOMICSRENMINUNIVERSITYOFCHINA31

碳中和目標(biāo)下新能源發(fā)展定位與發(fā)展現(xiàn)狀>

1

.

1中國碳中和目標(biāo)下新能源發(fā)展的角色定位·

我國碳排放無論是從能源投入品種還是終端需求的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來看都較為集中?！?/p>

“電力行業(yè)無碳化、其他行業(yè)電氣化”是實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的一條可行路徑。·

實現(xiàn)電力系統(tǒng)脫碳需要由清潔能源機組替代化石能源機組進行發(fā)電?！鯝gricultureIndustry■Construction■TransportationmWholesaleandRetailer■Other

service太陽能5%火電

66%圖12021我國碳排放部門結(jié)構(gòu)

圖22022年我國電力裝機與發(fā)電結(jié)構(gòu)風(fēng)

電9%核

電5%風(fēng)電

14%核電

2%水電15%水

電

16%火電52%8%0%太陽

…■Residential84%2%

1%1碳中和目標(biāo)下新能源發(fā)展定位與發(fā)展現(xiàn)狀>

轉(zhuǎn)型到以風(fēng)電與光伏為主的新型電力系統(tǒng)的可行性

表12010-2021年全球可再生能源成本變化·

風(fēng)力和太陽能資源充沛

單位裝機成本(美元/千瓦)

平準(zhǔn)化度電成本(美元/千瓦時)·

發(fā)電成本下降：風(fēng)電光伏度電成本已經(jīng)可與煤電競爭·

我國擁有先進和完整的風(fēng)光設(shè)備制造產(chǎn)

水電

1315

2135

62%

0.039

0.048

24%業(yè)鏈太陽能光伏4808

857-82%

0.417

0.048

-88%陸上風(fēng)電2042

1325

-35%

0.102

0.033

-68%海上風(fēng)電4876

2858

-41%

0.188

0.075

-60%2010

2021

變化量

2010

2021

變化量生物質(zhì)能

2714

2353

-13%

0.078

0.067

-14%地?zé)崮?714

3991

47%

0.050

0.06834%5>

中國新能源發(fā)展歷程、經(jīng)驗與現(xiàn)狀·

清晰的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃為新能源發(fā)展提供了路徑指引?！?/p>

保障性收購與支持性電價為新能源發(fā)展提供了穩(wěn)定的收益?！?/p>

財政補貼與稅收補貼也提升了新能源投資效益?！?/p>

風(fēng)電光伏裝機增長迅速占比達到四分之一以上，但發(fā)電占比為全社會

發(fā)電量的12%左右，

離主體能源地

位相差尚遠(圖3)。1300000000013000000000130000000001300000000020212022火電水電

核電風(fēng)電太陽能發(fā)電——風(fēng)光發(fā)電量占比圖32010-2022年中國發(fā)電裝機容量及風(fēng)光發(fā)電量占比情況1

碳中和目標(biāo)下新能源發(fā)展定位與發(fā)展現(xiàn)狀發(fā)電裝機容量(億千瓦)風(fēng)

光

發(fā)電

量

占比

(

%

)太陽能5%火電66%5%水電15%·

實現(xiàn)路徑構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)◆數(shù)據(jù)來源：中電聯(lián)；中國2030年能源電力發(fā)展規(guī)劃研究及2060年展望◆裝機容量：2022年25.6億千瓦；2060年80億千瓦，2060年火電機組均為燃?xì)鈾C組2060年中國各類機組裝機比例燃?xì)錂C組3%風(fēng)電14%核電2%水電16%2022年中國各類機組有效容量比例2022年中國各類機組裝機比例9%核電火電52%太陽

…風(fēng)電3%Wind1

day>短期內(nèi)維持電力供需平衡的成本高昂R*6PT1

證

814卷療上A?AB風(fēng)力資源區(qū)劃分>跨省跨區(qū)輸送成本3.532.521.510.501

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23——負(fù)荷

——

風(fēng)電

——

光伏以青海為例>使風(fēng)電和光伏的出力與負(fù)荷曲線匹配·

實現(xiàn)路徑大規(guī)模新能源接入電力系統(tǒng)對安全性、成本性提出新的挑戰(zhàn)短期內(nèi)的波動與不確定性

出力隨空間變化額外的系統(tǒng)性成本=

消納成本平衡成本匹配成本電網(wǎng)成本出力隨時間變化電量按小時平均標(biāo)準(zhǔn)化powerForecast020

#

*MW

轉(zhuǎn)2.碳中和目標(biāo)下新能源裝機規(guī)模、區(qū)域分布與成本估算中圖人民大學(xué)應(yīng)用經(jīng)濟學(xué)院SCHOOLOFAPPLIEDECONOMICSRENMIN

UNIVERSITY

OF

CHINAl研

究

方

法·我們粗略估算到2050年我國電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型到以風(fēng)光新能源為主的新型電力系統(tǒng)需要的供給成本?！そY(jié)果表明，2050年全國風(fēng)電與太陽能總裝機應(yīng)達到49.8億千瓦·其中華北、西北、華中區(qū)域新增風(fēng)光裝機較多。華東、東北、南方新增風(fēng)光裝機較少。2

碳中和目標(biāo)下新能源裝機規(guī)模、區(qū)域分布與成本估算圖

5

2050年全國各區(qū)域新增裝機和累計裝機(單位：兆瓦)風(fēng)電光伏合計裝機容量(單位：億千瓦)新增裝機□累計裝機10·理論測算是在給定的可再生能源目標(biāo)、電力需求與電力供給可靠率下，最小化系統(tǒng)總成本，全系統(tǒng)總成本包括發(fā)電成本、靈活性與

容量和輸配成本?！ξ磥砦覈履茉窗l(fā)展規(guī)模與成本需要考慮到我國資源稟賦的空間分布與全系統(tǒng)消納成本。我們的研究借鑒了Heal(2020)

對美國

電力系統(tǒng)零碳化成本的估算方法。具體研究方法包括兩個部分，首先

基于對人口、GDP等宏觀變量的增長路徑，利用計量模型估計了2050

年各省的用電量。2050年中國電力消費量將會達到12萬億左右。其

次，給定各省電力需求，使用成本最小化模型，

優(yōu)化未來風(fēng)電與光

伏的區(qū)域分布與成本。成本主要包括三部分：

新

增風(fēng)光裝機、新

增

儲能設(shè)施以及新增輸電線路。新增儲能成本可以看做是對新能源匹

配成本和平衡成本的估算?！め槍ξ覈?030年和2060年的全國電力系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)，儲能遠遠高于電網(wǎng)新建成本。用現(xiàn)有儲能成本計算(萬億)

若儲能成本下降一半(萬億)□新建成本(風(fēng)光)

□輔助服務(wù)成本(儲能)口升級電網(wǎng)成本口節(jié)約的燃料成本口不用更新火電廠的節(jié)省圖6碳中和目標(biāo)下新能源成本估算112

碳中和目標(biāo)下新能源裝機規(guī)模、區(qū)域分布與成本估算單位：萬億2

碳中和目標(biāo)下新能源裝機規(guī)模、區(qū)域分布與成本估算結(jié)論與啟示·

從投資規(guī)?？?，中國電力系統(tǒng)零碳化的總投資成本約為67.6萬億元?！?/p>

從中國電力系統(tǒng)零碳化估算水平來看，

對儲能設(shè)施的投資將是中國電力系統(tǒng)零碳化最主要的投資成本，儲能技術(shù)的研發(fā)和儲能成本的下降將是減少中國電力系統(tǒng)零碳化成本的最主要路徑。儲能規(guī)模將如何擴增、儲能成本能否下降、以何種速度下降，下降潛力有多大都將影響未來電力零碳化的成本與可能性?！?/p>

推動儲能技術(shù)進步需要產(chǎn)業(yè)政策的助推。產(chǎn)業(yè)政策的設(shè)計非常重要，應(yīng)該與市場激勵相融合，避免以往的產(chǎn)業(yè)政策的失誤。避免直接補貼與生產(chǎn)性干預(yù)，應(yīng)轉(zhuǎn)向支持基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究以及制約基礎(chǔ)能力的關(guān)鍵核心技術(shù)創(chuàng)新、關(guān)鍵共性技術(shù)等領(lǐng)域的創(chuàng)新導(dǎo)向政策。12類炎區(qū)山

區(qū)1類疫區(qū)1類登器區(qū)1

day可變可再生能源

(VRE)

的三個特點短期內(nèi)的波動與不確定性風(fēng)力資源區(qū)劃分出力隨空間變化出力隨時間變化以青海為例——負(fù)荷

——

風(fēng)電

——

光伏預(yù)測偏差電量按小時平均標(biāo)準(zhǔn)化出力隨時間變化432己101300000000017192123—

—

負(fù)荷

——風(fēng)電

——光

伏以青海為例>使風(fēng)電和光伏的出力與負(fù)

荷曲線匹配Wind

power1

day>短期內(nèi)維持電力供需平衡的成本高昂對安全性、成本性提出新的挑戰(zhàn)短期內(nèi)的波動與不確定性

出力隨空間變化風(fēng)力資源區(qū)劃分>跨省跨區(qū)輸送成本額外的系統(tǒng)性成本消納成本平衡成本匹配成本電網(wǎng)成本電量按小時平均標(biāo)準(zhǔn)MW

Forecast二Year

Relative

to

Program

Passage

+

Ehm()AprasdfionFige(4b)AholmandSum(2019)AproahGreenstone,M.,&Nath,I..(2017).Dorenewable

portfoliostandardsdelivercost-effective

carbonabatement?.新能源悖論：批發(fā)價格下降vs零售價格上升■美國可再生能源配額對零售價格影響The

German

Power

Report

2019.■德國電價變化Cents

per

kwh·西北區(qū)域電力輔助服務(wù)補償費用最高，可再生能源裝機比例較高的省份，其輔助服務(wù)費用占上網(wǎng)電費的比重相對較高。■西北區(qū)域■東北區(qū)域■華北區(qū)域■南方區(qū)域■華東區(qū)域口華中區(qū)域2018年各區(qū)域輔助服務(wù)費用占比西北區(qū)域東北區(qū)域華北區(qū)域南方區(qū)域華東區(qū)域華中區(qū)域2018年各省補償費用占上網(wǎng)電費的比重我國呈現(xiàn)類似趨勢5.00%4.50%4.00%3.50%3.00%2.50%2.00%1.50%1.00%0.50%0.00%山東云南廣東廣西貴州海南福建浙江上海安徽江蘇湖南重慶河南湖北江西四川遼寧吉林蒙東蒙西山西新疆陜西寧夏青海甘肅補償費用占上網(wǎng)電費的比重華東電網(wǎng)河北南網(wǎng)黑龍江京津唐·新能源不同于傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)，大規(guī)模的消納對傳統(tǒng)電力市場機制帶來了新的挑戰(zhàn)，全球性與前沿性問題。·首先，新能源額的可變性、間歇性和隨機性特點會對電力供應(yīng)安全性和可靠性造成相當(dāng)大的問題(

Newbery

et

al.,2018)>需要更多的靈活性資源(互補品概念),比如快速反應(yīng)、可中斷負(fù)荷·其次，新能源一般在地理上和發(fā)電時間上具有集中性，

傳統(tǒng)電力市場價格出清機制顆粒度較大，難以反映新能源供給成本在時空上的高度可變性，這也可能會導(dǎo)致輸電堵塞(Weimar,2016;Green,2008

)。>輸電資源結(jié)構(gòu)性稀缺(不定時):如何配置?·最后，由于新能源的燃料成本接近為零，參與電力市場會對價格有下行壓力，降低了化石燃料發(fā)電企業(yè)的收益，削弱了他們投資新產(chǎn)能的激勵，在電力存儲沒有經(jīng)濟性之前，傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)

對于系統(tǒng)穩(wěn)定性和靈活性仍然至關(guān)重要，因此在長期內(nèi)對供給充足性產(chǎn)生威脅(

Praktiknjo

andErdmann,2016)。張期容量不足高比例新能源對電力市場有效性的挑戰(zhàn)隨著可變可再生能源滲透率的提升，原有的市場設(shè)計無法應(yīng)對新的挑戰(zhàn)，“missingmoney”本質(zhì)是是“missingmarket”

。>系統(tǒng)靈活性變得越來越重要供給側(cè)的備用機組不僅僅要滿足高峰負(fù)荷，還要有快述爬玻能力

新能源發(fā)電超過負(fù)荷量需要“下網(wǎng)”

需求側(cè)更靈活missing

money”本質(zhì)是"missingmarket"考慮消納成本的供給曲線沒有考慮消納成

本的供給曲線高比例新能源對電力市場有效性的挑戰(zhàn)·供給需求分析框架仍然適用于·傳統(tǒng)市場設(shè)計的一些原則仍然適用·但新能源的確帶來的挑戰(zhàn)>短期安全>電價波動性更強了>輸電權(quán)資源更緊張>投資激勵不足，長期容量充足性不足電力市場演化2.0版本·市場出清價格的時間和空間維度越來越重要>針對靈活性要求，市場交易的產(chǎn)品時間顆粒度要求從幾分鐘到幾年>容量市場來保障長期供給能力>加入對機組靈活性的要求或者是設(shè)計>使用節(jié)點電價更好的引導(dǎo)投資的區(qū)位選擇，>由系統(tǒng)運營商整合運行實時市場與輔助服務(wù)市場適應(yīng)新能源發(fā)展的“完美”電力市場設(shè)計目標(biāo)是以成本最低、社會收益最大的方式來供給電力·原則1:理想市場設(shè)計應(yīng)該反映出所有的成本與收益>市場要能夠為靈活性提供補償>市場要能夠提供足夠的激勵保障長期供給·原則2:政府政策應(yīng)該與市場激勵相容>理論上，應(yīng)對一種市場失靈使用一種政策工具>電力市場與氣候變化政策應(yīng)協(xié)同·原則3:誰受益，誰買單，合理的價格信號引導(dǎo)生產(chǎn)、消費與投資行為。>市場對資源的配置代表利益的分配，·原則4:市場應(yīng)有足夠的靈活性來容納新技術(shù)4.面向高比例新能源的中國電力市場化改革中閩人民大學(xué)應(yīng)用經(jīng)濟學(xué)院SCHOOLOFAPPLIEDECONOMICSRENMINUNIVERSITYOFCHINA26>

改革進展·我國2015年開始實行新一輪電力體制改革，已經(jīng)取得了很大進展，電力市場體系基本建成，市場化交易電力逐年提升。

·形成了以電力中長期市場為主，電力現(xiàn)貨市場、輔助服務(wù)市場、容量補償機制等為重要補充的多元化市場架構(gòu)。我國電力市場主體架構(gòu)圖10

我國電力市場主體架構(gòu)274

面向高比例新能源的中國電力市場化改革年度(多年)交

易月度交易月內(nèi)(多日)交

易日前市場日內(nèi)

市場容量市場容量補償機制電力中長期

市場電力現(xiàn)貨

市場電力輔助

服務(wù)市場優(yōu)先發(fā)

電合約4

面向高比例新能源的中國電力市場化改革>

改革進展·發(fā)用電計劃全部取消，售電市場有序放開，工商業(yè)用戶全部進入市場?！な袌鲋鸩饺〈媱澇蔀殡娏Y源配置的主要手段，市場化交易規(guī)模與全社會占比逐年提高。圖112016-2021年全國市場化交易電量及占全國用電量比重284

面向高比例新能源的中國電力市場化改革存在問題>第一，市場體系與規(guī)則尚不完善健全，

無法為靈活性與充足性提供足夠激勵。隨著新能源比例提升，電力系統(tǒng)消納成本的增加。對于調(diào)峰、調(diào)頻、備用等服務(wù)的需求日益增大。解

決這些問題需要市場多方承擔(dān)。>第二，電力市場建設(shè)主要以省為單位進行，

不利于電力行業(yè)效率提升與低碳轉(zhuǎn)型。電力省間交易在我國的發(fā)展仍不成熟，難以實現(xiàn)有效的省間調(diào)峰等問題，需要建立更大范圍的電

力市場。>

第

三

，政府與市場邊界不清，政府監(jiān)管不足與不當(dāng)干預(yù)并存。另

一方面，地方政府對電價直接干預(yù)較為普遍，價格向終端用戶傳導(dǎo)渠道尚不通暢?！?/p>

競爭性環(huán)節(jié)的市場力監(jiān)管在政策層面上尚不完善?！?/p>

電價市場化形成機制沒有完全形成，政府對電價直接干預(yù)較為普遍，價格向終端用戶傳導(dǎo)渠道尚不通暢。294

面向高比例新能源的中國電力市場化改革適應(yīng)新能源發(fā)展的電力市場改革方向>

建立健全的市場體系：>完善的電力市場體系將包括電量市場(包括電力批發(fā)市場和零售市場)、輔助服務(wù)市場、容量市場、電力金融市場、跨省區(qū)輸電權(quán)交易市場等多層級市場，各個市場之間各司其職、協(xié)調(diào)互動，高效銜接。>

涵蓋各種交易品種：>完善的電力市場將涵蓋中長期合約、日前合約、現(xiàn)貨合約、輔助服務(wù)交易、可再生能源配額交易、輸電權(quán)交易、各類金融衍生品等各種交易品種。>

各類市場聯(lián)合優(yōu)化：>建設(shè)逐步從省間省內(nèi)的電