清华大学乔颖：通往极高比例可再生能源的电力系统之路_32页_7mb

通往极高比例可再生能源的电力系统之路

核心内容概述

本报告由乔颖副教授于2022年5月16日发表，探讨了全球气候变化背景下的能源转型路径，分析了新能源发展的现状与未来趋势，并深入讨论了实现极高比例可再生能源电力系统的挑战与对策。

主要观点

• 气候变化的紧迫性：全球平均气温已上升1.2°C，接近1.5°C的生态极限。极端天气事件频发，已成为全球发展的重大焦虑。
• 能源转型的必要性：各国需加快向低碳、绿色能源转型，以实现碳达峰和碳中和目标。中国计划2030年实现碳达峰，2060年实现碳中和。
• 新能源的重要性：新能源发电，尤其是风能和太阳能，是电力系统实现低碳化的重要途径。它们具有显著的技术经济优势，成本持续下降。
• 可再生能源的高渗透率挑战：实现极高比例可再生能源电力系统需大幅增加装机容量，并调动系统灵活性资源，以应对风光发电的波动性和极端天气的影响。
• 系统协同与多领域整合：仅靠电力系统不足以实现高比例可再生能源目标，需整合交通、工业、建筑等领域的潜力，实现多能互补。

关键信息

1. 气候变化与能源转型

• 全球气候变化影响：工业革命以来，全球平均气温上升1.2°C，接近1.5°C的生态极限。近半个世纪气候相关灾害占全球灾害的50%。
• 国际共识与行动：联合国、全球经济论坛、古特雷斯等均强调加快气候行动，以避免气候灾难。
• 各国碳达峰与碳中和目标：
  • 英国：碳达峰1970s，碳中和2050
  • 德国：碳达峰1970s，碳中和2050
  • 美国：碳达峰2007，碳中和2050
  • 日本：碳达峰2013，碳中和2050
  • 中国：碳达峰2030，碳中和2060

2. 新能源快速发展

• 新能源是主要碳减排路径：我国电力部门是最大的碳排放部门，占总排放的40%。新能源是实现碳中和的关键。
• 新能源成本下降：近10年光伏发电和风电成本下降50-90%，并持续下降。
• 全球可再生能源装机增长：近10年新增发电装机以可再生能源为主，其中光伏和风电占比最高。
• 中国新能源发展：中国在新能源领域发展迅速，是全球可再生能源增长的重要推动力。

3. 极高比例可再生能源电力系统

• 可再生能源渗透率：理论上2050年139个国家可实现100%风-光-水可再生能源。主要经济体目标为：
  • 欧洲：100%
  • 美国：80%
  • 中国：80%
• 风光发电特性：风/光电源的电量供给能力与天气变化密切相关，年利用小时数低（2000-3000h），瞬时发电功率波动大（1.2-5.6倍负荷）。
• 灵活性资源需求：需调动电源、电网、负荷、储能、市场等多方面的调节能力，以应对风光波动。
• 储能技术的作用：长期及季节性储能可实现跨日、跨季节、跨年际的能量平衡，降低系统成本。
• 极端天气的影响：系统运行对极端天气呈现脆弱性，需考虑极端天气对风/光发电及负荷的影响。

未来发展与挑战

• 多领域协同：需整合交通、工业、建筑等领域，实现多能互补。
• 技术与经济平衡：新能源技术虽具潜力，但需考虑经济可行性与实际应用。
• 国际关系与合作：中美欧在气候议题上存在复杂关系，需在合作中寻求平衡。

结论

实现极高比例可再生能源电力系统是应对气候变化、推动绿色发展的关键路径。需通过技术创新、政策支持和多领域协同，克服风光发电的波动性和极端天气带来的挑战，确保系统稳定与可持续发展。