中国可再生能源学会王斯成：光伏发电助力“碳达峰和碳中和”.pdf

王斯成 中国可再生能源学会 光伏专委会 2021 年12 月7-9 日 光伏发电助力“碳达峰和碳中和” 大力发展光伏发 电等清洁能源， 实 现 2030 年碳 达峰 ， 2060 年 碳中和。1. 习 近平主席2020 年9月在75 届 联大 一般性辩 论上宣布 中国 二 氧化碳排放力争于2030 年前达到 峰值，努 力争取2060年 前实 现碳中和 ； 2. 这 相比欧盟和日本提出的2050年碳中和 晚了10年，但是 任务 远比发达国家艰巨。发达国家在20-30年前已经 碳达峰， 实现 碳中和的窗口期50-60年，而 我国的窗 口期仅有30 年; 3. 中国2020年二 氧化碳排 放大约100 亿吨，发电 和采暖50亿吨 ，制造和建筑30亿吨，交 通10 亿吨，其它10 亿吨。 人均排放 大约7 吨 ，2030年 达峰时年 排放109亿吨 ，大约占 全世界排 放 量的三分之一。煤炭、石油和天然 气占总排 放的95 2030年碳达峰，2060年碳中和中国将有条件承担2020 年后的 强制减 排义务 3 1、解振华表示按照联合国气候变化框架公约要求， 发达国家要承担气候变化的历史责任，承担率先大幅减排的 责任，提供资金和技术帮助发展中国家提高应对能力，发展 中国家要在可持续发展的框架下采取应对行动。 2 、外交部对于美国“要求中国承担强制减排义务”时表示 既要看现在的排放，也要看历史排放 ；既要看排放总量， 更要看人均排放 。 3、中方会努力承担与自身发展阶段、应尽义务和能力相适 应的进一步减排目标。 注中国要发展就要 留有余地，争取“碳排放权”和“发展权 ” 。中国强调累计排放和人均排放远低于发达国家 4 根据国际能源署（IEA）的统计， 中国从2007年开始成为世界温室 气体排放的第一大国。 然而，中国的历史累计排放 和人均排放远远低于发达国 家。联合国环境规划署 2020排放差距报告 UNEP Emissions Gap Report 2020 2019 年 全 球 温 室气体 排放再 创新高 ，达到591 亿吨 二 氧 化碳 当量 中国排 放量140亿吨 ，人 均排放9.7亿吨 ，超过欧 盟（略 低于日 本） 中 国将 面临 被征 收高 额“ 碳关 税 ” 的风 险。 中国2020 年温室气体排放是美 国、欧盟和日本的总合。累计已 经达到世界第一、第二，人均仅 仅排在美国和俄罗斯之后。 已经不单单是环境问题，而且涉 及到贸易。 能源转型也是中国自身发展的需 要。2020年中国的电力装 机和发电 量 发电类型 电力装机 （万千瓦） 占比 （ ） 年发电量 （亿千瓦时） 占比 （ ） 火电 114715 52.1 52799 70.1 气电 9802 4.5 水电 37016 16.8 12140 16.1 核电 4989 2.3 3663 4.9 风电 28153 12.8 4146 5.5 光伏 25343 11.5 2605 3.5 合计 220058 100.0 75353 100.0各种能源发一度电排放多少二氧化碳 0 200 400 600 800 1000 1200 各 类发电 方式二 氧化碳 排放 （g/kWh ） 发电 分类 二氧 化碳 排放 （g/kWh 燃煤 发电 960 燃油 发电 778 天 然气 发电 443 生物质发电 45 地热发电 35 核能发电 30 光伏发电 30 水力发电 26 太阳能热发电 16 风力发电 111.碳 中和主要路径1）“节能”，2）“替代”，3）“碳汇”（ Carbon Sink），4）“捕集封存利用” （CCS/CCUS）； 2. 2020年中国的森林植被碳汇总和大约为12 亿吨（潘家华 国家气候变 化专家委员会委员、中国社科院学部委员），即便森林植被的面积再 扩大50，也只能解决大约17左右的碳中和； 3. 二氧化碳的 “ 捕集封存利用”（CCS/CCUS）目前还没有低成本、 成熟可操作的实施路径，但火电专家认为火电还要保留作为应急和备 用电源，CCS/CCUS将发挥大 的 作 用 ；规划目标2060 年CCS封存10 亿 吨二氧化碳，其中火电产生8亿吨； 4. 因此，70-80以上的“碳中和 ”任务要靠节能和大力发展 清洁能源 来实现。 实现“碳中和”的路径关于完整准确全面贯彻新发 展理念做好碳达峰碳中和工作 的意见 中共中央、国务院2021 年10 月24 日  到2025年，非化石能源消费比重 达到20左右 ；  到2030年，非化石能源消费比重达 到25左右 ；  到2060年，非化石能源消费比重达 到80以上 。 这个数字惊人国家发改委能源研究所 资料来 源 【 中国可再生能源展望2018 】 基本情景 ，国家发改 委能源所/国家可再生能源中心，2018 年7月。 [中国可再生能源展望2018] 给出高比例可再生能源发展前景 2050年全国电 力 总装 机56.3 亿 千瓦 ，光伏 装机21.65 亿 千 瓦 ，风电 装机20.62 亿 千 瓦 ，火电 装机6.2 亿 千 瓦。 非化石 能源在 一次能 源消 费的占比67 ，非 化石能 源在电 力消费 中占比86 。 最近发改委能源所依 据2060 年 “碳中 和”， 又提出 了新的 高比例 可再生能源发 展 目标 2060年中 国光伏 总装机40 亿 千 瓦，风 电30 亿 千瓦，国家碳达峰碳中和工作意见非化石能源在一次能源消 费的占比80 以上 周孝信院士战略规划部李鹏华能集团董事 长舒印彪 风、光、生物质发 电装机52亿千瓦； 非化石能源发电占 比90；煤电、气 电占比10 。1 、 发电合计60-85亿千瓦电力装机，其中水电4-5亿千瓦，核电1-2 亿千 瓦，光伏30-40亿千瓦，风电20-30 亿千瓦，化石燃料发电5-6亿千瓦，其它1-2 亿千瓦。风光装机占比要在80以上 2 、 燃料替代 很多交通、重工业用能无法用电来解决，如飞机、轮船、重 卡等重运输，以及炼钢、炼油等重工业，只能采用“燃料 替代” 生物质燃料生物柴油，生物乙醇， 有成熟的技术 ； 氢燃料氢气（燃料电池、氢发动机、直接燃烧），甲醇CH 3 OH ， 甲烷 CH4，与氮气合成氨燃料（氨发动机，直接燃烧） 。 3 、 采暖、热水、炊事用能太阳能热利用，地热能，生物质，电能。 4 、 电能替代（电气化水平） 电在一次能源占比从现在的26.5 提高到平均 70。工业用能提高到70，建筑用能提高到80，交通用能提高到50 。 难点高比例风光发电和绿氢（目前绿氢比例仅有4）的燃料替代。 2060年高比例可再生能源架构 非此无法实现碳中和 1、火电的灵 活 性 改 造 调节能力1 4，调节成本 ； 2、输电通道 电力系统覆盖范围越大，越容易实现区域间的电力平衡 ； 可再生能源的利用小时数低，输电占比仅仅14 3、储能 抽水蓄能，电化学储能， 成本转动惯量（耐冲击能力差） 4、分布式发 电 大约50的装机在用户侧。是大规模发展光伏最主要 的途径 。 高 比例、低 “ 置信度”的风光造成停电事故南澳大利亚州2016 年9 月 28日停电事故，事故前风光占比48.36 ；英国2019 年8 月9日停电事故 ，事故前风 光 占 比40 。 实现高比例 风 光在技术上是否可行 很多 人质疑战略规划部李鹏（原能源局综合司）风光电源的 置 信 度 仅 有10，依然需要火电备用，产生大量“无效装机 ”，造成浪费，在经济上行不通。 战略规划部李鹏碳中和误区及其现实路径 论点1太阳能、风能是没办法预测的，电网小于15可以容纳，多于 15 容纳不了。 论点2依赖 储 能 风能和太阳能也不能彻底取代火电。目前全世界电池 生产商5年 多的电池产能仅能满足东京全市停电3天 的电能。况且，这 个世界也没有那么多的钴和锂，没法让我们造那么多的电池。 技术问题解决依赖于科学和技术的 发展，这个发展过程是难以预测的 ，仍然需要时间 。 制定战略要以今 天 已经被大规模证明的技术为基础 ，没证明技术突破不能先假设这个 技术肯定会有突破。11 月19日，国家能源局给学会发来两个文件 1）征求“极端情况下能源、电力安全保供制度和机 制的意见和 建 议 ” 。 2）征求“提高第一批风电、光伏基地消纳水平的建 议”。 我理解，能源局也希望知道，大规模发展风电和光伏 ，如何解决消纳问题又如何在极端情况下，保证能 源和电力的供给安全 我觉得，一定要逐步提高风光电源的“置信容量”。 如 何在 大幅 度提 高 光伏 和风 电占 比， 减 少火 电装 机的同 时， 又能 保 障 安全供 电燃煤机组工作 示意图 1）光伏熔盐 替代燃煤锅炉； 2）光伏动力系统替代汽轮机动力系统21 汽轮机 熔盐 热罐 熔盐 冷罐 G 蒸汽发生器 凝汽器 给水泵 熔盐泵 熔盐泵 发电机 太阳能热发电/ 太阳能 驱动的 常规卡 诺电池 1 2 3 4 T S 1 2 3 4 盐水蒸发器 水 相变点 利用熔融盐罐来 双向调节太阳能 上网功率，电量 ，维持稳定的频 率。 热启动15分钟满 功率。 王志峰Source Vattenfall Thermal energy storage Energy Efficiency 能 源转换 效率 Cost 成本 （ 欧元 /kW CAES 压 缩空气 55 600 Battery 蓄 电池 80 1000 Pumping Hydro 抽 水蓄能 80 600 Heat Storage 储热 95 200 许洪华周孝信院士 氢碳燃料 替代油气低碳电力 1. 分布式电源建筑光伏，户用光伏，光伏，微电网， “虚拟电站”, 分布式储能。 。 2. 风光储能发电侧，风光水火储多能互补 ，智能电网。。。 3. 火电的灵活性改造 20-80 ； 4. 建立更多的输电通道； 5. 绿色热电厂风光融盐储热，风光电驱动 火电 机组； 燃料替代 1. 生物质燃料 生物柴油，生物乙醇 。。。 2. 光伏制造 绿 氢；3. 氢氧燃料电池；4. 氢气发动机； 3. 氢燃料和氢碳燃料氢气二氧化碳 甲烷或甲醇 ，氢气氮气 氨气； 4. CCUS二氧化碳捕捉、填埋和利用； 5. 火电厂 和燃气轮机不再单纯烧煤和天然气 ，而是掺烧零碳燃料。 通过“低碳电力和燃料替代 ”的技术创新 ， 完全可以实现高比例光伏和风电的能源架构 我相信 加强领导， 重金投入， 联合攻关， 取得突破10年之内. 光伏发电一定能在实 现“碳中和”的攻坚 战中发挥最重要的作 用。 清华毛宗强发改能源 〔2019 〕807 号 文 各省（自治 区, 直辖市）非水可再生能源电力消纳责任 权重（2016年第一次，2020年非水9 ） 中央提出，各地认可  对应2020年非化石能源占一次能源消费的 15 的国家目标，非水可再生能源电力应 在全国电力消费中占比9 。2020年已经 实现非水RE在电力消费占比超过12 ，非 化石能源在一次能源占比15.9 。  售电企业和电力用户协同承担消纳责任。 以实际消纳可再生能源电量为主要方式完 成消纳量，同时可通过以下补充（替代 ） 方式完成消纳量 （一）向超额完成年度消纳量的市场主体购 买其 “超额消纳量” ，双方确定交易价格。 （二）自愿认购可再生能源绿色电力证书。 省区市 2019 2019 2020 2020 最低 激励 最低 激励 北京 13.50 14.90 15.00 16.50 河北 13.50 14.90 15.00 16.50 内蒙古 18.00 19.80 18.00 19.80 辽宁 10.00 11.00 10.50 11.60 江苏 6.50 7.20 7.50 8.30 浙江 6.50 7.20 7.50 8.30 山东 10.00 11.00 10.00 11.00 河南 9.50 10.50 10.50 11.60 广东 3.50 3.90 4.00 4.40 海南 5.00 5.50 5.00 5.50 四川 3.50 3.90 3.50 3.90 云南 11.50 12.70 11.50 12.70 青海 23.00 25.30 25.00 27.50 全国 10.32 11.38 11.25 12.39关于2021年可再生能源电力 消纳责任权重及有关事项的通知 （发改能 源 〔2021 〕704号） 为贯彻落实碳达峰 、 碳中和 任务 ， 实现2025 年 非化石能源 占一次能源消费比重提高至 20 左右的目标。 这是目前的政策 将来有可能与“碳交易 ” 政策合并实施。 省 区市 2021 2021 2022 最低 激励 最低 北京 17.50 19.30 18.75 河北 16.00 17.60 17.25 内 蒙古 19.50 21.50 20.75 辽宁 13.50 14.90 14.75 江苏 10.50 11.60 11.75 浙江 8.50 9.40 9.75 山东 12.50 13.80 13.75 河南 18.00 19.80 19.25 广东 5.00 5.50 6.25 海南 8.00 8.80 9.25 四川 6.00 6.60 7.25 云南 15.00 16.50 16.25 青海 24.50 27.00 25.75 全国 13.40 14.74 14.63 各省（自治区/直辖市）非水可再生能源电力 消纳责任权重（2021 ，2022 ）1 、 中国没有 退 路，碳达峰和碳中和的任务 艰巨且紧迫； 2、没有高比例 的风光，就实现不了“碳中 和”； 3、中国的能源 转型的“铁三角” （杜祥琬院士）“ 安全 稳定 经济可行 绿色低碳”； 4、低碳电力和 燃料替代的技术创新需要在10 年内有所突破 ，这就要求“ 加强领导，重金投入，联合攻关，务求突 破” 。 结 论中国光伏大事记 1959年，中国首次开发出光伏电池（天津1418 所-中科院半导体所） 1971年，中国制造的光伏电池首次用于空间（实践一号，天津18 所-中科院半导体所） 1973年，中国制造的光伏电池首次用于地面（天津港航标灯）； 1979年，中国太阳能学会在西安成立； 1983年，中国在北京召开第一届光伏大会； 1999年，中国第 一 条MW级光伏生产线在保定英利建成（3MW）； 2001年，中国建 成 第 一 条10MW级生产线（无锡尚 德 ） ； 2005年，中国可再生能源法颁布，2006 年1 月1日生效； 2007年，中国光伏电池年产量超过1GW，成为世界第一大光伏生产国； 2013年，中国国 内 光 伏年装机超过欧洲，成为世界第一大光伏市场； 2015年，中国国 内 累计装机超过德国和日本，成为世界累计装机第一大国。 2021年中国光伏发电成本低于火电，取消补贴，进入“低价时代 ” 。中国光伏制造业是全球的 巨人 （2019-2020 ） Source 中国光伏行 业 协 会 （CPIA ） 产 业链 多 晶硅 （万 吨） 硅锭/ 硅片 （GW ） 光伏 电池 （GW ） 光伏 组件 （GW ） 2019 全球 50.8 138.3 140.1 138.2 中国 大陆 34.2 134.7 108.6 98.6 占比 67.3 97.4 77.5 71.3 2020 全球 52.1 167.7 163.4 163.7 中国 大陆 39.6 161.4 134.8 124.6 占 比 76.0 96.2 82.5 76.12020 年世界光伏市场 分 布 2020 年 全球光 伏市场 139.4GW ，中 国光伏安装 48.2GW，占全 球市场的 34.6 。自 2013年起连续 9年全球第一。 Source IEA PVPS Annual Report 20212008 年 以来中国光伏的市 场价格下降了90以上 过去12年中  组件价格下 降 了94.8;  系统价格下 降 了93.0 ；  光伏电价下 降 了90； 年 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 累 计 装机（GWp ） 0.14 0.30 0.80 3.50 7.06 17.74 28.38 43.53 78.08 131.0 175.0 205.0 253.0 组件价 格 元/Wp 30.00 19.00 13.00 9.00 4.50 4.00 3.80 3.60 3.20 3.00 2.00 1.75 1.55 系 统 价格（ 元/W ） 50.00 35.00 25.00 17.50 10.00 9.00 8.00 7.50 7.20 7.00 4.50 4.00 3.50 光伏上 网电价 （元/kWh ） 4 通过招 标定价 1.15 1 1 0.9-1.0 0.9-1.0 0.8-0.98 0.65-0.85 0.50-0.70 0.4-0.55 0.35-0.49 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 市场价格（元/W ） 光 伏 组件和 系统价 格下降 （2008-2020） 组件价格元/Wp 系统价格（元/W ） 表中的上网电价 是 指导电价 ，投标价要低很多。 可以预见（I 类资源区） 2021年0.3元/kWh 2025年0.2元/kWh 2030 年 0.1元/kWh个人观点， 仅 供 参 考 。