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 kwh+8亿 tee燃料 +70 亿 GJ热量 建筑电力 4万亿 kwh+50亿 tee燃料 交通电力 2万亿 kwh+2亿 tee燃料 2019 年 电力 4.5万亿 kwh+14亿 tee燃料 +40 亿 GJ热量 电力 2万亿 kwh+3亿 tee燃料 +30亿 GJ热量 电力 0.5万亿 kwh+6亿 tee燃料 其它电力 1万亿 kwh 电力 0.5万亿 kwh+1亿 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 tce+4.5亿 tee （发电） =14.5亿 tee 燃料的来源： 14.5亿 tee 生物质能： 8~1。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 6~7亿 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 1~2亿 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） :7:3 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, 10~12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 1:2,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・ 2400=800kgC02 • 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