能源转型中我国电力系统的发展前景

能源转型中我国新一代电力系统的发展前景周孝信中国电力科学研究院2017年12月14日珠海主要内容2017/11/262一、能源转型与电力系统转型二、新一代电力系统及其主要技术特征三、几类技术突破的全局性影响四、总结2017/11/263•我国能源转型与革命的目标习近平总书记2014年6月在中央财经领导小组第六次会议上发表重要讲话，提出了推动能源消费革命、能源供给革命、能源技术革命、能源体制革命和全方位加强国际合作等重大战略思想，为我国能源发展改革指明了方向。以可再生能源逐步替代化石能源，实现可再生能源等清洁能源在一次能源生产和消费中占更大份额，实现能源转型，建设清洁低碳、安全高效的新一代能源系统是我国新一轮能源革命的核心目标。《能源生产和消费革命战略（2016-2030）》2021-2030年•能源消费总量控制在60亿吨标准煤以内•非化石能源占比达到20%左右•新增能源需求主要依靠清洁能源满足，初步构建现代能源体系•非化石能源发电量占全部发电量的比重力争达到50%2050年•能源消费总量基本稳定，非化石能源占比超过一半，建成现代能源体系二《电力发展“十三五”规划》和《能源发展“十三五”规划》一能源发展目标（2020年）•能源消费总量：50亿吨标准煤以内•非化石能源占一次能源消费15%以上•煤炭占58%以下•电能占终端能源消费比重达到27%电力发展目标（2020年）•全国发电装机达到20亿kW•非化石能源装机7.7亿kW，占39%•燃煤发电供电煤耗少于310g/kWh•煤电发电装机控制在11亿kW•西电东送规模由1.3亿kW增加到2.7亿kW国家发展改革委、国家能源局于2016年先后发布了：2017/11/264•我国能源转型的主要指标536.143505558585755557.8911.91517.52227.53542.55070.4963.760555042.53527.52021.6324.52527.5303030303001020304050607080201020152020202520302035204020452050能源转型中我国一次能源消费结构演化趋势一次能源消费总量（亿吨标煤）非化石能源比重（%）煤炭消费比重（%）油气消费比重（%）情景1煤/油气/非化石能源45%/30%/25%2030年10%/30%/60%2050年情景3煤/油气/非化石能源50%/30%/20%2030年40%/30%/30%2050年数据参考来源：国家发展改革委、国家能源局，《能源生产和消费革命战略（2016-2030）》、《能源发展十三五规划》、《电力发展十三五规划》。《国民经济和社会发展统计公报》、《全国电力工业统计数据》2010、2015。中国工程院，《推动能源生产和消费革命战略研究（一期）》2017.6.9。中国工程院：《中国能源中长期（2030、2050）发展战略研究综合卷》，科学出版社，2011。刘振亚，《中国电力与能源》，中国电力出版社，2012。国家发展改革委员会能源研究所，《中国2050高比例可再生能源发展情景暨路径研究-2050年高比例可再生能源情景设计》，2015年4月。中国能源研究会.《中国能源展望2030》.经济管理出版社2016情景2煤/油气/非化石能源50%/30%/20%2030年20%/30%/50%2050年情景2演化趋势2017/12/86非化石能源在一次能源消费中占比是我国能源转型的主要指标一次能源消费中非化石能源主要来自一次电力（水电、风电、太阳能发电等可再生能源电力以及核电等）大幅提高非化石能源电力占比，形成非化石能源为主的电源结构，是实现能源转型的主要支撑，也是电力系统转型、建设新一代电力系统的重要标志2015年我国非化石能源电量1.5万亿kWh，采用供电煤耗法计算，取当年火电平均供电标准煤耗315g/kWh,折合一次能源4.725亿吨标准煤，占全年一次能源消费总量43亿吨标准煤的11%（实际全国当年非化石能源占比12%）2016年我国非化石能源电量1.7万亿kWh，当年火电平均供电标准煤耗312g/kWh,折合一次能源5.304亿吨标准煤，占全年一次能源消费总量43.6亿吨标准煤的12.3%（实际13.3%#）电力系统转型是实现能源转型的主要支撑#高虎，康晓文.2016年我国非化石能源发展形势及2017年展望.《中国能源》2017年第3期我国(2020-2030-2050)发电装机容量和年发电量情景估算RenewableGenera.share:71.9%coal,10.765,56%gas,1.099,6%nuclear,0.58,3%hydro,3.4,17%wind,2.116,11%solar,1.106,6%biomas,0.147,1%总装机容量19.21亿kWcoal,4.306,62%gas,0.275,4%nuclear,0.377,5%hydro,1.428,20%wind,0.381,6%solar,0.166,2%biomas,0.068,1%年总发电量7.0万亿kWhcoal,9.078,34%gas,2.665,10%nuclear,1.2,5%hydro,4.5,17%wind,4.12,15%solar,4.944,18%biomas,0.358,1%总装机容量26.89亿kWcoal,3.776,44%gas,0.666,8%nuclear,0.78,9%hydro,1.71,20%wind,0.742,8%solar,0.742,9%biomas,0.165,2%年总发电量8.58万亿kWhcoal,3.97,8%gas,4.24,8%nuclear,2,4%hydro,4.5,9%wind,14.38,27%solar,21.58,41%biomas,1.41,3%总装机容量52.08亿kW2020:能源消费总量50亿吨标煤,非化石能源占比15%人均年用电量5000kWh2030：能源消费总量60亿吨标煤,非化石能源占比20%人均年用电量6000kWh2050:能源消费总量55亿吨标煤,非化石能源占比50%人均年用电量9000kWh非化石能源电量占比:34.5%非化石能源电量占比:48.23%非化石能源电量占比::78.16%coal,1.59,13%gas,1.06,9%nuclear,1.3,11%hydro,1.71,14%wind,2.59,21%solar,3.24,27%biomas,0.65,5%年总发电量12.13万亿kWh2017/12/88•能源转型中发电装机和电量结构演化趋势数据参考来源：国家发展改革委、国家能源局.《能源生产和消费革命战略（2016-2030）》、《能源发展十三五规划》、《电力发展十三五规划》,《国民经济和社会发展统计公报》、《全国电力工业统计数据》2010、2015燃煤%非化石%非水可再生%燃气%20.0526.3734.5648.2364.9178.1679.1668.4561.5447.4230.713.12.93.9258.377.698.7361.123.888.76715.1934.8553.350102030405060708090201020152020203020402050非化石能源占比（%）煤电占比（%）天然气发电占比（%）非水可再生能源占比（%）3.975.46.828.2414.3812.2810.178.0621.5818.4115.2812.094.245.757.279.970510152025100%90%80%70%装机容量（亿千瓦）2050非化石能源转化为电的比例%煤电（亿千瓦）风电（亿千瓦）光伏（亿千瓦）气电（亿千瓦）2010-2050年各种能源发电量占比变化趋势2050年非化石能源转化为电比例与发电装机容量关系满足2050年人均年用电量9000kWh非化石能源100%转化为电力情景主要内容新一代电力系统及其主要技术特征1.高比例可再生能源电力系统2.高比例电力电子装备电力系统3.多能互补的综合能源电力系统4.信息物理融合的智能电力系统2017/11/269一、能源转型与电力系统转型二、新一代电力系统及其主要技术特征三、几类技术突破的全局性影响四、总结我国三代电力系统(三代电网)的发展及阶段特征2017/11/2610第一代电力系统19世纪末-20世纪50年代第二代电力系统20世纪50年代-20世纪末第三代电力系统21世纪初-21世纪中叶主要特征小机组（燃煤、油气、小水电）低电压（220kV以下）小电网（城市电网，孤立电网）大机组（化石、核电、水电）超高压（750kV以下）大电网（交直流互联电网）可再生能源和清洁能源发电为主（超过60%-70%）骨干电源与分布式电源结合主干电网与局域配网、微网结合控制保护简单保护和手动控制快速保护和优化控制；输变电设备故障的快速切除智能的电网控制、保护系统，智能输变电设备和网络的自愈输电方式220kV以下架空线和电缆输电超高压交直流输电，架空输电方式为主大容量、低损耗、环境友好的输电方式调度和能量管理经验型调度分析型调度，适应负荷变化的电源侧能量管理系统适应源-荷随机变化的集中-分散智能型调度，充分考虑需求侧响应和储能、电动汽车的综合能量管理系统安全可靠性电网安全和供电可靠性低安全性可靠性提高，大电网停电风险依然存在供电可靠性大幅提高，基本排除用户的意外停电风险资源配置方式经济性资源优化配置能力差大机组大电网规模经济性，大范围资源优化配置能力，电力市场集中与分布结合的规模经济性，能源电力综合市场配网能源电力服务单向电力流，单一的电力服务配电网单向电力流，单一的电力服务分布式能源广泛接入的智能主动配电网、微网，双向能源电力流，综合能源、电力、信息服务发展模式初级阶段的发展模式高度依赖化石能源，不可持续发展模式基于可再生能源和清洁能源，可持续发展的综合能源电力发展模式第三代电力系统是100多年来第一、二代电力系统的传承和发展是新形势下推动能源转型发展、构成新一代能源系统核心的新一代电力系统2017/12/8112016年底,全国并网风电装机达到1.4864亿kW,太阳能发电装机达到7742万kW。新能源装机容量占全国总量13.7%。但我国西部北部省份新能源装机占比可达20%以上×10MWFromPPTofProf.GaoHu,ChinaNationalRenewableEnergyCentre(CNREC)×10MW我国新能源开发在西北部省份主要采取大规模集中开发模式。西部北部省份风电开发占全国开发总量80%，太阳能光伏占50%。我国东部光伏发电主要采取分布开发模式1、高比例可再生能源电力系统1776127794283910865617719326969556150589368652645520654629710068252175635%41%40%12%42%11%14%35%32%16%21%21%0%5%10%15%20%25%30%35%40%45%050010001500200025003000新疆甘肃宁夏山东冀北江苏山西蒙东青海辽宁黑龙江吉林光伏装机（万kW）风电装机（万kW）新能源装机占比2016年底新能源装机主要省份风电+光伏装机占比%2017/12/8122016年甘肃省的风电和太阳能光伏发电开发乌北楼兰哈密天光电厂巴州武胜河西酒泉敦煌瓜州桥东变桥西变昌马西玉门嘉峪关热电三厂酒钢变古浪凉州金昌东大滩双湾山丹张掖张掖电厂金昌电厂2×3002×3002×330桥西第一风电场桥西第二风电场桥西第三风电场桥东第一风电场桥东第二风电场桥东第三风电场干西变干西第一风电场干西第二风电场干西第三风电场干东变干东第一风电场干东第二风电场干东第三风电场506.59MW514.74MW197.98MW367.32MW361.99MW373.63MW373.63MW123.24MW78.2MW177.90MW109.31MW131.28MW55.89MW728.77MW714.79MW1