江 亿：我国低碳能源系统的未来和转型路径.pptx

我国低碳能源系统的未来和转 型路径 主要内容 IK我国目前能源系统碳排放状况和碳中和愿景 工业、建筑交通碳排放 零碳能源系统的愿景 实现零碳能源的三大任务 新型零碳电力系统的建设 建筑和非流程工业需要热量的零碳热源 流程工业的再造 实现城乡零碳能源系统重构的几项工程 建设农村新型能源系统 城市建筑的光储直柔 建设智能有序充电桩网 络 建设新型农村能源系统 北方沿海核电的 水热联产 大规模跨季节蓄热 非流程制造业用热的零碳热源 对一些问题的认识（氢能源、燃气、三联供） 中国各部门碳排放 _工业 _发电 _交通 _建筑 中国各部门碳排放变化趋势 2000-2019 2019年各部门碳排放占比 未来的能源结构和用能方式 全面电气化、尽可能利用电能替代燃料 ■ 未来的能源总需求 2050年 工业电力 6.5-7万亿 kwh8亿 tee燃料 70 亿 GJ热量 建筑电力 4万亿 kwh50亿 tee燃料 交通电力 2万亿 kwh2亿 tee燃料 2019 年 电力 4.5万亿 kwh14亿 tee燃料 40 亿 GJ热量 电力 2万亿 kwh3亿 tee燃料 30亿 GJ热量 电力 0.5万亿 kwh6亿 tee燃料 其它电力 1万亿 kwh 电力 0.5万亿 kwh1亿 tee燃料 亞 1 2 1 供给侧合计 电力 13.5-14万亿 kwh,人均 1万 kwh,与目前美国接近，高于德、 日。 燃料 10亿 tee； 热量 120亿 GJ。 未来新型电力系统的季节调节 年补电量（火电发电量亿 kwh） 风光水核与现有发电曲线紀合 15000 火电装机 （ MW） 65000 燃料万 tee 45000 碳排放万 t 140000 电源构成 核电 2亿 kw、 1.5万亿 kwh 水电 5亿 kw, 2万亿 kwh 风光电 70亿 kw, 8.5万亿 kwh 火电 6.5-7亿 kw, 1.5万亿 kwh 补足冬季电力短缺的方 式 一釆用调峰火电， CCS回收碳 一制氢、储氢、燃料电池发电 一增 大风光点容量、弃风弃光 解决零碳电源与用电负荷间的不匹配问题 U 季节差水电、光电冬季短缺 依靠调峰火电，在冬季和其他电力不足时运行，且 提高供电可靠性 r 1/3为生物质燃料、 1/3燃气、 1/3燃煤，通过 CCUS 回收烟气的二氧化碳 北方的调峰火电恰好在冬季运行， 3亿 kw,排放余 热 4亿 kw可用于供热 旬内日总量的变化连阴天、静风天 依靠水电和抽水蓄能解决部分调蓄需求 E3 空气压缩储能等方式补充 调峰火电提供供电保障 日内逐时的变化光伏店里的日夜变化 水电和抽水蓄能电站可解决 20的问题 发展部分光热发电 化学储能利用电动车的电池、建筑的光储直柔调 节，电池集装箱。 燃料的需求和来源 燃料需求 10亿 tce4.5亿 tee （发电） 14.5亿 tee 燃料的来源 14.5亿 tee 生物质能 81。亿 tee 农村秸秆 4.5亿 t,林业枝条 2亿 t,畜牧禽业 6亿 t,折合 67亿 tee 城市绿化、餐厨垃圾、农副产品加工垃圾折合 1.5亿 tee 能源行种植业（被污染 的土地）、芦竹折合 12亿 tee 转换方式生物质压缩成型固体燃料，规模型沼气再分离出 CO2为生物燃气 燃煤 天然气 6.5亿 tee，部分通过 CCS分离出 CO2,部分靠碳汇平衡 热量需 求 12O0GJ 热量来源核电、调峰火电余热、流程工业余热、潜力 190亿 GJ 全面回收各类工业余热 为北方建筑冬季采暖和非流程制造业提供热源 实现能源领域碳中和的三大任务 nr. 建立零碳的新型电力系统 ・为建筑和非流程工业提供零碳的热源 流程工业再造（冶金、有色、化工、建材 ） 建立零碳新型电力系统 重点问题 ・风电、光电在哪里安装空间问题 ・风电、光电如何协调源、网、荷、储 风电光电在哪里安装 风电光电是低密度电源， -100w/m2, 70亿 kw需要一亿亩土地 ill 风电光电的比例最佳的风光配比约为 1 1.5 在西北戈壁发展 空间资源富足，单位面积发电量大 原理负荷密集区（胡焕庸线以东），输送成本高，不能依靠 “ 风光 火 打捆 ” 源侧化学储能，不能利用光伏电力与负载的相似性，增大储能需求 在中东部负荷密集区发展 分布式风电光电，自发自用，避免多重转换 避免长途输电 可利用风光电日内变化与负荷的匹配，减少日内调峰压力 优化的风电光电东西部装机容量比（胡焕庸线东西） 73 建筑屋顶是安装光伏发电的最好资源 根据卫星图片和现场抽样调查，得到每个村落每个街区的状况 城镇建筑 屋顶可安装 8.7亿 kw光伏，年发电 1万亿 kwh,为城镇建筑和私家车用电的 25 农村建筑 屋顶可安装 19.7亿 kw光伏，年发电 2.5万亿 kwh,是农村生活、生产、交通用 电 2倍。 全面开发利用城乡建筑的屋顶光伏，可完成全国 60的光伏任 务 城市建筑的功能 安装光伏，满足自身和私家车用电量的 25利用自身热惯性，私家车的电池资源、分布蓄电池，完成 60的日内调节 除特殊场合外，完全自发自用，不上网送电 农村建筑功能 依靠屋顶光伏建成新型的农村能源系统，不仅满足生活、生产用能、还发电 上网 屋顶光伏发电量是自身用电量的 1.5・ 3倍，通过车辆和农机具蓄电，实现单向 送电。 农村零碳新型能源系统 家庭单元 新型农村能源系统 主要功能 充分开发利用农村各类闲置屋顶资源，发展光伏发电，每户装机 20kw以上 农业机械全面电气化，发展标准化电池的换电方式，每个农户可拥有 60kwh以上的蓄电 池 每户屋顶发电量可满足农户生活（包括炊事、釆暖）、农机具、交通等全部用能，尚 可剩余 1/3左右电力输出，村里公用和送电上网 整村实现全面电气化，取消燃煤、燃气、燃油、生物质燃料，恢复蓝天 运行特点只发店上网，不从电网取电。 融资模式 户内 6〜 8万，（不包括电池）户内用电免费，余电上网，每年发电上网 1.5万 kwh, 1012年还本付息 村内直流微网需要投资 300万 /100户，支撑公共设备用电，剩余上网，电费结余收入 可维持运行维护费 农网配电容量 5-6kw/户，如果每户 20kw光伏，无法上网，但剩余 1.5・ 2万 kwh,需 3000・ 4000小时，靠 60kwh蓄能调蓄 每户的 60kwh蓄电池是实现农村全面电气化的关键设备。 目前状况 在山西芮城准备在全县 500个村庄， 5万农户中推广。 除解决全国 85农村用能，每年还可按照调度上网送电 1万亿 kwh以上。 新型农村能源系统 农村实现全面电气化，彻底告别燃煤、燃油、燃气和秸秆 秸秆、枝条、粪便可加工成生物质燃料，进入商品燃料市场 玉米秸、林业枝条可加工成小颗粒，实现高效清洁燃烧 麦秸、稻草可加工成大压块，比重 12,适合大型锅炉燃烧 猪 牛羊鸡粪便可制成生物燃气，进入市场。 资源量 1吨小麦对应的麦秸可压制 0.8吨压块，市场售价为小麦的 1/3 农户利用屋顶光伏提供动力加工生物质商品燃料，可在种粮的基础上，增加 30经济收入。 目前的秸秆粉碎还田，发堆肥酵等处理方式，都导致大量温室气体排放 加工成商品能源，进入燃料市场，是处理生物质材料的最佳方式 为什么农村应优先用电，置换出生物质燃料 生物质燃料易储存、易运输，有效解决电力储存难，输送难的问题 新型农村能源系统 融资机制 梳理各类有关农村的补贴政策（农电、农灌、农机油、清洁取暖）， 集中财力，建成农村微网 户内釆取政府担保，低息贷款方式，农户无偿用电，靠发电上网还本 付息 支撑条件 制定新的农村发电上网政策，在只发电，不取电，在约定的时间段内 上网者给予合理电价 农机电气化、农副产品加工设备直流化，取消对燃油农机的补贴 把光 伏和电气化技术纳入农业技术推广站体系，全面推广 推广进度 每年发展 1万个标准村，每个村投资 1000万，三十年完成任务，投资 3万亿 效果改变农村环境和能源状况，农村增收 1.5万亿，减少能源支出 0.5万亿，发电量占全国总发电量的 18以上。 城镇建筑 私家车成为电网的虚拟电厂 零碳电力的日内逐时调节，依靠化学储能和灵活用电 抽水蓄能电站承担 20,电动车储能和灵活用电承担 60 b Weekend ■■ 住 宅 匚 Z） 办公 建筑 充电桩的 “ 光、储、直、柔 ” 通过 “ 光储 直柔 ” 配电，实现建筑柔性用电，有效消纳自身光伏和远方风电光 电，实现零碳电力运行 光在表面安装光伏发电 储在建筑内布置分布式蓄电以及通过只能充电桩，利用好停车场电动汽车 直直流供电，利用电压调控蓄电池充放电和负载功率 柔建筑成为电网的柔性负载 只从电网输入电力，多数场合不发电上网。 深圳未来大厦 建筑 充电桩的 “ 光 、储、直、柔 ” 建筑可实现的柔性用电的灵活负载 建筑内部通过蓄能装置（冰蓄冷、水蓄冷、热水箱）储能 调节空调、釆暖系统运行参数，改变用电功率，平移用电负荷 冰箱、冷柜、洗衣机、等改变启停时间，平移用电负荷 充分利用各类带有蓄电功能的电器，选择适当的时间段充电 与周边停车场智能有序充电桩连接，智能双向充放电 通过建筑内部直流微网调动各个柔性用电和储能环节，响应电网要求 , 为电网削峰填谷。 容量 一万平米办公建筑 100个有序充电桩及电动车，可实现 1MW, 5Mwh 调节 全国 250亿 nV居住建筑 100亿 nf办公建筑，可解决 60的风光电消纳 任务。 建筑 “ 光 储直柔 ” 推 广机制 已写入国务院 2030谈达峰技术路径 已完成若干相关标准，作为中国建筑节能协会的团体标准 科技部已将其列为 145期间重点专项，全面开展研究 国 网、南网都己经分别立项，开展深入研究 涉及整个低压电器、建筑电器、产业，推动电力电子器件 的应用，相关产业年产值 2・ 3万亿的产业 需要关于电力系统政策机制的调整 建立和实施动态电价机制 建立和实施动态碳排放因子机制 健全电力系统碳排放交易，取消各种光伏风电上网补 贴。 7 ---IM 京津唐现状电网动态碳排放因子 （ 2019年） 夏季典型夭碳排放因子（两天） S 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 4S 47 半标半 标二 7OOOO 60000 50000 40000 3800 20000 1COOO 0 7 9 11 13 1S 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 ■ 光电 ■ 风电 ■ 火电 S 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 ■ 光伏 ■ 风电 ■ 火电 冬季典型天瑚拌放因子（两天） 7 9 11 B 15 17 19 21 23 2 27 29 31 H 35 37 39 41 43 45 47 夏季典型天（两天）冬季典型天（两天） J 囂 061辭鶯 WR8*S 冬 T部 风空黯占噂顋 ■ 尤伏 ■ 又电 -車貝朦 夏季典型天磯排放因子（两天） 光伏风电比例 141,风光电量占比 72 未来冬季典型天（两天） 冬季具型入碩痒放因子（两入） 大比例可再生电力京津唐电网动态碳排放因 M a w O 1 S 5 T ＞ 11 B IS 1T ＞ ＞ B 29 5 55 ” M “ 小託 13 5 7 9 11 B 15 17 19 2X 23 25 27 29 31 33 35 B7 39 41 4J 4 47 采用电力动态碳排放因子核算终端碳排放 由电力部门分大区动态公布电力动态碳排放因子（华北、东北等） 15分钟 /次，通过短信息到人，通过电力载波信号广播到各个终端 通过碳排放因子和动态用电功率的积分，得到用电碳排放总量 终端用电主动减碳的方式 安装分布式蓄能，在碳排放因子低的时间段大量蓄能，用于碳排放高 的时间段 实行需求侧响应的用电方式，碳排放因子高的时间段主动减少用电负 荷 在同一电网下，由于各个终端用电方式不同，其用电对应的碳排放量 可出现很大差别 鼓励主动调节的用电方式，增大零碳电力的需求，促进零碳电源的发 展。 83 动态电力碳排放因子可破解碳核算的困惑 ・自备光伏发电者 从电网引入电力按照当时的碳排放因子核算，发电上网也按当时碳排 放因子计算 白天输出 6000kwh电力，碳排放因子 0.4kgCO2/kwh,则碳排放 2400kg 晚上引入 4000kwh电力，碳排放因子 0.8kgCO2/kwh,则碳排放 3200kg，综合尽管全天净输出电力，但碳排放仍然为 3200・ 2400800kgC02 釆用建筑 “ 光储 直柔 ” 技术，实现柔性用电者 光伏发电减少对外网电力输入电量 在碳排放因子低的时段大量用电和储能，在碳排放高的时间段停止用 电 按照动态碳排放因子得到的碳排放量显著降低 碳交易 柔性用电，电力碳排放可从 0.8kgCO2/kwh降低到 0.2kgCO2/kwh 当碳价达到 500-1000TE/tco2时，相当于电价差别 0.3元・ 0.6元 /kwh 核心尽快建立电力动态碳排放责任因子 使得各种终端用电的碳排放核算标准得以反映终端柔性用 电状况 ・促进用电终端的调蓄能力建设，促进风电光电的有效消纳 ・增大风电光电需求，促进风光电的发展 避免依靠高价购买绿电的方式实现零碳。 未来的零碳电力系统 05万亿 屋顶光电 16亿 /2万亿 屋顶光电 4 亿 /0.6万亿 中东部农村 1.2万亿 屋顶光电 6亿 /0.8万亿 西部地区 L5万亿 屋顶光电 4亿 /05万亿 中东部工业 市政 与交通 7万亿 中东部建筑 汽车 3.9万亿 风电光电（包括光热）水电 5亿 /0.8万亿 2亿 /I万亿 \0.8万亿 0.9万亿 \ 通过大 电网 城市问题 生物质、燃煤 ＜ 8气 调峰火电・ 6亿 /I 2万亿 水电和抽水善能海上风电核电 3亿 /1.5万亿 4亿 /0.8万亿 2亿 /1.5万亿 农村问题 注 采用 CCUS回收生物质、燃煤和燃气调峰火电排放的 CO2 8亿吨 .剩余排放量小于生物质燃料排放 ■ 风电光 电将在未来零碳新型电力系统中，提供 80的装机容量， 60的电量 海南岛发展风光电和有序充电实现零碳电力 现有 资源 功率（万 kW） 发电量（亿 kWh） 功率（万 kW） 发电量（亿 kWh） 核电 370 270 水电 100 23 60 风电 1230 295 2200 380 光电 150 25 1500 200 海南规划的电力平衡状况 按照日平均发电用电量得到的全年平衡图 加大可再生能源装机容量，全年弃风弃光 20,实现全岛零碳电力自给 用电 730亿 kWh 光电 305亿 kWh, 1900万 kW,风电 300kWh,1250万 kW,核电 270亿 kWh 日缺电约 0.4亿度电，且没有连续缺电问题，可依靠抽水蓄能 ,电动车等调度手段解决 4 00 3.50 3.00 2.50 I200150 100 0.50 0.00 曰缺电呈 5 眼 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0 30 60 90 120150180210240270300330360 天 海南规划的电力平衡状况 按照日平均发电用电量得到的全年平衡图 加大可再生能源装机容量，全年弃 20,实现全岛零碳电力自给 旬 用电 730亿 kWh （光电 305亿 kWh.风电 300kWh.核电 270亿 kWh） 日缺电约 0.4亿度电，且没有连续缺电问题，可依靠抽水蓄能，电动车等调度手段解决 ・ 20 ・ 40 80 -100 -120 -140 -160 日缺电量约 0.4亿 kWh ・抽水蓄能功率 160万 kW,容量约 0.128亿 kWh. 可以补充部分缺电 ・电动车约 200万辆，每辆车储电 50kWh,可调 度容量 50,日储电能力约 0.5亿 kWh. 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 36 全年富电 . 没有连续缺 电区冋 1|专 3刑 Ntf択折 号旺石 8 天 海南规划的电力平衡状况 典型日的电力平衡图 日内不平衡需要不到 12 （ 0.24亿 kWh） 的储能容量 电动车约 200万辆，每辆车储电 50kWh,可调度容量 50,日储电能力约 0.5亿 kWh 工作日 0.20 0.16 0.12 J 0.08 0.04 0.00 012345678 9 1011121314151617181920212223 012345678 9 1011121314151617181920212223 节假日