中国高比例风光电力系统与碳中和-北极星风力发电网

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2020年10月14日，国家气候中心高级工程师王阳出席2020北京国际风能大会暨展览会（CWP 2020）并发表题为《中国高比例风光电力系统与碳中和》的主旨演讲。他认为，如果我们建成67%的高比例风光电力系统，意味着中国有能力实现1.5度的温控目标和碳中和目标，这个研究结果与国内一些顶级的研究机构非常接近。最后结果显示，2050年风光发电是11.1万亿度，其中风电是7.6万亿度，光伏3.5万亿度，从绿色电力发展量上来说，风电发电量是光伏2.17倍，意味着风电对于实现碳中和的作用比光伏更大一点的。

微信截图_20201014182045.png

以下为发言实录：

王阳：各位领导，各位嘉宾，大家好，我是来自国家气候中心的王阳，今天给大家分享的题目是中国高比例风光电力系统与碳中和，前面一些专家和领导都提到了习主席在75届联合国大会上的郑重宣告，中国的2030年前，二氧化碳达峰，努力争取2060年实现碳中和目标，实现这个碳中和，实际上就意味着我们能源体系要进行快速的转型，刚才王所也提到了相关的一些研究成果，能源体系的快速转型实际上就是咱们绿色电力，就是风电和光伏在其中要起到重大的作用，根据2019年可再生能源的报告，过去十年光伏发电、陆上风电度电成本接连下降，为能源转型奠定了坚实的基础。

我是气象局研究风电和光伏预报的一个科研工作者，我们知道新能源具有一个经济性和波动性的特征，对我们的电网安全带来很大的影响，但是从资源本身来说，风能和太阳能具有时空的互补特征，因为在一天24小时以内，太阳能只有白天的时候可以用于光伏发电，凌晨和晚上的风通常比白天的风大一些，所以在一天24小时以内，风能和太阳能有一个日内的互补，在季节上太阳能是夏季和秋季比较丰富的，对风能来说它是冬季和春季比较丰富，所以在季节尺度上也有一个互补关系。对于不同的空间上来说，对于风能来说，比如说内蒙的风比较大，华北或者是平原风比较小，空间上也有一个互补的关系。我们能不能利用风能和太阳能的互补性的特征，来解决它的间歇性和波动性的特征，这是我们搞资源的人一直在研究的一个课题，当然也有很多气象学的一些专家对这个问题给出了一个答案，比如说连接更大区域的风电厂和光伏，优化风电和光伏的组合方式，可以提高耦合发电系统稳定性，这些已经有大量的成果发表证实了这样的观点。

今天我的报告的科学问题，第一点说明风能太阳能资源禀赋能否支持中国电力系统转型，对于这个问题很多专家对我们有质疑，在高比例可再生能源情景下，我们做了一个模拟系统实验，假设全国范围内仅考虑疯癫和光伏的电力供给，为什么做这样一个假设呢？我们基于以下两个方面理由，一个是国家可再生能源法要求风电、光伏优先入网，第二点是风电光伏边际成本几乎为零，模型约束条件就是风电光伏技术开发大于等于零，小于等于最大可装机容量，目标求解函数是风光耦合以后发电量与电力负荷之间的偏差最小，这可能太学术了，换成大白话来说，能够最大程度满足电力负荷，同时要求它的弃风弃光量最小。我们研究了一个基础数据的支撑是气象局国家气候中心研制的高时空分辨率数据库，基于这个数据库算出风电发电的图谱和光伏发电的图谱。

第二点我们在进行风电和光伏技术开发的时候，要进行限制因子的剔除，比如拿到这些图谱以后，有很多技术性、政策性、经济性的限制因子，在这些区域进行开发，第一点通过数值的模拟和GIS的空间分析，给出得到了中国陆地不同高度程的中国风电的技术开发量，还有中国近海离岸不同距离、不同水深的技术开发量以及中国陆地光伏的技术开发量，但这个技术开发量是在目前这种技术水平下得到的。一个关键结论回答了很多行业外的一些质疑，我们中国的风电和光伏技术开发量是没有天花板，就是目前风电和光伏的装机分别是2亿多一点，风电技术可发量目前是从140米以上的高度来说是大于50亿，就是仅仅开发了不到5%，对于光伏来说是456亿，这个数字比刚才王所说的1200多亿那个数字保守一点，但无论怎么比，光伏的开发只达到了千分之五以下。

在电力负荷方面，我们想看2050年风光在电力系统中的占比，所以我们根据国家可再生能源中心2016年有一个电力负荷的增长系数，拿到了是2017年全国各省逐小时电力负荷，得到2050年全国逐小时电力负荷的曲线。先在每一个省上进行空间求解，这张图给出全国各省风电光伏发电量，占总发电量的渗透率，全国平均看是51.5%，对于新疆、西藏、青海、甘肃、内蒙都是在80%以上，但是对于上海、江苏、浙江是低于50%，为什么有这样一个结果？就是这些省份的电力负荷是比较大的，但是新能源可装机量相对西北是比较小的，风光资源越好，其风光渗透率越高，另外从风电和光伏的发电量的比值来看，这张图显示了风力发电量占这个结构中的比例越高，风光的渗透率越高，这也意味着与光伏发电量相比，对于提高风光渗透率的作用是更为显著的。

为什么这么说？因为我们负荷是24小时，但是光伏只有6到8个小时时间的供给，所以其他时间的供给都必须靠风电进行支撑。另外一个点我们得到灵活的区域电力市场交换，可以提高风光的渗透率，第一个结果我们是在每个省上进行一个空间求解，第二个是在区域电网尺度，比如华北电网、东北电网的尺度，允许不同省份之间进行电力交换，这样全国平均的风光渗透率就提高到了67%，在67%情景下，2050年全国风电装机需要25亿千瓦，光伏需要装26.7亿千瓦，新能源弃电率7.22%。

第四个区域电力能够促使新能源开发向资源禀赋好的区域集中，比如我们想满足北京市的电力供给如果全靠风电，需要装很多的风机和光伏，但是如果进行区域的电力市场交换，新能源开发可以往内蒙进行集中，内蒙风资源和光资源的禀赋是非常好的，这一点提示我们在制定产业规划的时候，一定要从区域全国一盘棋的角度来进行考虑，而不能说各省去制定各省新能源的发展规划或者发展路径。

第五点如果我们建成67%的高比例风光电力系统，意味着中国有能力实现1.5度的温控目标和碳中和目标，这个研究结果与国内一些顶级的研究机构，比如说国家应对气候变化特别代表解主任领衔清华气候变化与可持续发展研究院的结果，以及能源所中国煤控项目1.5度课题，发表在自然通讯杂志上一些结果进行了比对，我们的结果跟他们是非常接近，而且风光的发电量也是大于2050年清洁能源的发电量的。最后结果显示，2050年风光发电是11.1万亿度，其中风电是7.6万亿度，光伏3.5万亿度，从绿色电力发展量上来说，风电发电量是光伏2.17倍，就意味着风电对于实现碳中和的作用比光伏更大一点的。

最后得出我们的关键结论，第一点是中国风电和光伏技术开发量没有天花板，这是对行业公开宣布的一个亮点。第二点到2050年，如果风电装机25亿，光伏26.7亿，按照全国小时级别的电量互动平衡来说，我们不需要储能和需求侧响应，仅靠风光可以提供67%的电力电量需求，同时使弃风弃光率比率不到8%，如果高比例风光电力系统实现，可以证明中国有能力实现1.5度温控目标和碳中和目标，谢谢大家。

（根据速记整理，未经本人审核）

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