西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索：打造零碳電力系統(tǒng)的青海樣本

打造零碳電力系統(tǒng)的青海樣西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索打造零碳電力系統(tǒng)的青海樣——8導(dǎo)言 68青海省建設(shè)零碳電力系統(tǒng)的雄心與優(yōu)勢.....................................青海電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型目標(biāo) 8青海電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的供給側(cè)優(yōu)勢 1114青海連續(xù)綠電試點的經(jīng)驗及潛力 1114建成零碳電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn).......................................................實現(xiàn)大規(guī)?？稍偕娏Φ纳a(chǎn)消納和外送 14滿足高比例可再生電力系統(tǒng)的靈活性需求 14時間維度靈活性不足 14空間維度靈活性不足 1618高比例可再生電力系統(tǒng)的運行挑戰(zhàn) 1718建成零碳電力系統(tǒng)的技術(shù)路徑......................................................技術(shù)趨勢與情景設(shè)計 18新型零碳調(diào)節(jié)技術(shù)的現(xiàn)狀與展望 19模型情景設(shè)計 23仿真結(jié)果分析與對比 25基準(zhǔn)政策情景下的潛在挑戰(zhàn) 25不同儲能配比情景 26光熱規(guī)?；_發(fā)情景 28氫能替代零碳情景 30外購電碳強(qiáng)度的敏感性分析 33總結(jié)與建議 34波動性和調(diào)節(jié)型新能源需均衡發(fā)展 34建設(shè)多元儲能體系是保障系統(tǒng)靈活性的關(guān)鍵 35尋求外送曲線的主動權(quán)和調(diào)整靈活性 38積極引導(dǎo)煤電角色轉(zhuǎn)變降低資產(chǎn)擱淺風(fēng)險 3940支撐零碳電力系統(tǒng)的電力市場建設(shè)....................................40建設(shè)電力市場的必要性 40完善中長期交易市場 42新增交易品種及交易周期 42完善中長期市場交易機(jī)制 42加速建設(shè)省內(nèi)現(xiàn)貨市場 43現(xiàn)貨市場模式設(shè)計 43現(xiàn)貨市場主體 44現(xiàn)貨市場網(wǎng)絡(luò)模式 44現(xiàn)貨市場價格機(jī)制 45多元化發(fā)展省內(nèi)輔助服務(wù)市場 45調(diào)整及豐富省內(nèi)輔助服務(wù)市場機(jī)制 45輔助服務(wù)市場設(shè)計主要原則 48探索容量補(bǔ)償機(jī)制及容量市場 49積極參與省間現(xiàn)貨市場 51零碳電力系統(tǒng)市場機(jī)制的實施路徑 54十四時期全面建設(shè)適應(yīng)高比例清潔電力的市場機(jī)制 56十五時期進(jìn)一步完善青海電力市場體系 56結(jié)語 58參考文獻(xiàn) 60隨著2021年《中共中央國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》和《2030年前碳達(dá)峰行動方案》的出臺，“雙碳”工作完成了政策層面的頂層設(shè)計，各地區(qū)、各行業(yè)陸續(xù)出臺具體的實施意見和實施方案，推動了碳達(dá)峰和碳中和工作進(jìn)程從理念探索轉(zhuǎn)向具體行動。在地區(qū)層面，西北地區(qū)幅員遼闊，風(fēng)、光等可再生能源資源豐富，是國家風(fēng)電與光伏基地開發(fā)的重點地區(qū)。“十四五”期間重點發(fā)展的七個新能源基地中，新疆、黃河上游、河西走廊、黃河幾字彎共四個新能源基地地處西北地區(qū)，凸顯了西北地區(qū)在“雙碳”進(jìn)程中的區(qū)位優(yōu)勢和重要性。在行業(yè)層面，電力行業(yè)在“雙碳”進(jìn)程，尤其是碳中和進(jìn)程中扮演著至關(guān)重要的作用。在電力、工業(yè)、交通、建筑等重點碳排放行業(yè)中，電力行業(yè)向近零碳、零碳方向轉(zhuǎn)型的路徑相對清晰，技術(shù)成熟度也相對較高。同時，低碳電力的大規(guī)模發(fā)展也為其他終端用能部門通過電氣化邁向碳中和提供了可行的路徑支撐。落基山研究所在近期的研究中，已經(jīng)針對西北地區(qū)和電力行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型進(jìn)行了諸多探討。《電力增長零碳化（2020-2030）：中國實現(xiàn)碳中和的必經(jīng)之路》和《電力市場與電價改革：通向零碳電力增長和新型電力系統(tǒng)的必由之路》兩份報告在全國層面探討了零碳電力增長在技術(shù)與機(jī)制方面面臨的挑戰(zhàn)和應(yīng)對措施。《西北地區(qū)碳中和：路徑與系統(tǒng)性轉(zhuǎn)型探索》和《西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索——以陜西省2021-2030年轉(zhuǎn)型路徑為例》兩份報告分別就西北地區(qū)的中遠(yuǎn)期能源轉(zhuǎn)型路徑和重點省份的近中期電力轉(zhuǎn)型路徑進(jìn)行了分析闡釋和仿真模擬。在《西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索——以陜西省2021-2030年轉(zhuǎn)型路徑為例》報告中，我們聚焦于西北區(qū)域煤炭資源稟賦高、煤電裝機(jī)比例最大的陜西省，基于現(xiàn)狀與預(yù)測，依靠仿真分析等量化手段，借鑒國內(nèi)外電力行業(yè)發(fā)展的經(jīng)驗，闡釋了2020年代陜西省電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型情景，探討了政策與市場雙軌支撐的關(guān)鍵方面，同時為電依存度較高省份和地區(qū)的“先立后破”轉(zhuǎn)型路徑提供思路和方案。與之相對，本報告將重點關(guān)注西北地區(qū)乃至全國范圍內(nèi)清潔能源發(fā)展水平最高的省份——青海省，探索高比例可再生能源電力系統(tǒng)向零碳電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型中的挑戰(zhàn)與解決方案。青海是全國清潔電力發(fā)展的領(lǐng)跑者。青海2021年清潔電力發(fā)電電源占比已達(dá)90.8%，電量占比已達(dá)到85.5%，在各省、自治區(qū)中位列第一，也處于全球領(lǐng)先水平。自2017年起，青海在每年的豐水期都開展了全清潔能源電示范，供電時間不斷延長，從最初的“綠電7日”，逐漸發(fā)展至2022年的連續(xù)35日清潔供電。青海建設(shè)零碳電力系統(tǒng)具有得天獨厚的優(yōu)勢。依托優(yōu)異的清潔電力資源，青海省在開發(fā)風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電電源方面有著巨大潛力，水電在中短期內(nèi)進(jìn)一步開發(fā)的潛力也相當(dāng)可觀。青海省在過去幾年的全清潔能源連續(xù)供電示范，也幫助西北電網(wǎng)和青海省網(wǎng)積累了在超高比例可再生能源條件下調(diào)度運行的寶貴經(jīng)驗。得益于此，青海省人民政府會同國家能源局提出將青海打造成為國家清潔能源產(chǎn)業(yè)高地，并在全國范圍內(nèi)率先提出了“打造零碳電力系統(tǒng)”“實現(xiàn)煤電電量清零”等目標(biāo)，成為了碳中和目標(biāo)下電力系統(tǒng)零碳轉(zhuǎn)型的先行者。青海的零碳電力轉(zhuǎn)型實踐不僅有利于本地區(qū)低碳發(fā)展，更會通過大規(guī)模清潔電力外送，幫助中東部省份實現(xiàn)電力消費低碳化。行百里者半九十，雖然青海省清潔電力裝機(jī)與發(fā)電量占比均已達(dá)到九成左右，但在實現(xiàn)完全脫碳的道路上仍需應(yīng)對諸多更具挑戰(zhàn)性的難題。事實上，無論從經(jīng)濟(jì)角度還是技術(shù)角度，未來十年打造零碳電力系統(tǒng)的過程都將比既往高比例可再生能源發(fā)展過程更具復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性，這也凸顯了青海打造零碳電力系統(tǒng)樣本對全國乃至全球的意義。更地青電系統(tǒng)向近零碳和零碳向轉(zhuǎn)本報立于青電系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)以既的政目標(biāo)系統(tǒng)性地識可能電生產(chǎn)消納電力供需的時間靈活性例可電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行面的挑戰(zhàn)本報告借助定量化系統(tǒng)建模場景仿真和結(jié)構(gòu)化定性合術(shù)市場、政策和社會經(jīng)濟(jì)視重點電源發(fā)展電市場發(fā)展兩個維上述挑戰(zhàn)提針對性的解決方案。電源和儲能發(fā)展研究結(jié)合青海實充分青?？赡茉吹馁Y源優(yōu)依托度860小仿真運行模光熱電電耦合和大規(guī)模儲能等有地發(fā)展力的解決方案進(jìn)前瞻性電力市方本以025年030作標(biāo)志時勾電市建設(shè)完個段的關(guān)鍵，并重點闡輔助服務(wù)和量機(jī)制元化發(fā)展在例可能電系的應(yīng)方式意義。合定定性的與討我們認(rèn)從在到2030下四方面有的放矢的舉將助青海更經(jīng)、更可靠地建零電系統(tǒng)。充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，均衡發(fā)展波動型與調(diào)節(jié)型新能源：在既有風(fēng)電、光伏波動性電源發(fā)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身氣候和土地優(yōu)勢，推進(jìn)包括光熱在內(nèi)的調(diào)節(jié)型新能源電源建設(shè)，依托地方補(bǔ)貼、優(yōu)惠或試點激勵等措施，引導(dǎo)調(diào)節(jié)型新能源電源的投資，促進(jìn)其規(guī)模化應(yīng)用，提升系統(tǒng)靈活性。建立多元化儲能體系，兼顧不同時間尺度的差異化靈活性需求：適度提高電化學(xué)儲能規(guī)模，提升風(fēng)電、光伏日內(nèi)調(diào)節(jié)能力，降低棄風(fēng)棄光水平，平滑日內(nèi)電力生產(chǎn)曲線；引導(dǎo)發(fā)展氫能技術(shù)，依托氫作為分子燃料的儲運優(yōu)勢，借助綠氫制備技術(shù)和氫燃機(jī)技術(shù)，支持長時間、跨季度的靈活性需求。推動省內(nèi)電力價格機(jī)制改革，建設(shè)與零碳電力系統(tǒng)需求相匹配的電力市場：構(gòu)建“中長期交易+現(xiàn)貨+輔助服務(wù)+容量”的市場體系，基于新能源電源的投資與運營特性，重點推進(jìn)多年中長期交易合約、輔助服務(wù)（調(diào)頻、備用、轉(zhuǎn)動慣量、靈活爬坡）交易和技術(shù)中性的容量交易機(jī)制以支持新能源發(fā)展、系統(tǒng)靈活性和系統(tǒng)充裕性。優(yōu)化省間電力交換機(jī)制，充分激發(fā)零碳電力跨省流動活力：匯集政策、技術(shù)、市場的合力，尋求靈活主動的外送協(xié)議、推進(jìn)零碳電力輸電通道建設(shè)、參與和優(yōu)化省間電力市場，全方位提升青海與外部電力交換的彈性，助力零碳電力在更大地理尺度的優(yōu)化利用。本報告希青海電系統(tǒng)發(fā)展為樣探索近零碳和零碳能源條下支持電系統(tǒng)安經(jīng)濟(jì)運行的解決方實現(xiàn)全國電系統(tǒng)低碳發(fā)展支撐國家和省區(qū)新電系統(tǒng)建設(shè)提供有益的經(jīng)助力國“雙碳標(biāo)同也為全電系統(tǒng)轉(zhuǎn)型提鑒“國方案。青海建零電系統(tǒng)的心優(yōu)勢2020年9月，中國國家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上提出“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”，在2021年3月的中央財經(jīng)委員會第九次會議提出“實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構(gòu)建以新源為主體的新型電力系統(tǒng)”，對能源及電力行業(yè)的發(fā)展提出了更深入且具體的要求。在國家中長期目標(biāo)的定位之下，各?。ㄗ灾螀^(qū)/直轄市）的計劃與行動是切實推動碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)落實的重要保障。一方面，省級電網(wǎng)是中國電力系統(tǒng)運行的核心單元，是電力系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)供需平衡、頻率控制和電力市場建設(shè)的最主要模塊。另一方面，各地區(qū)或省份擁有不同的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、增長動力、資源稟賦等條件，在電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的共同目標(biāo)下面臨著差異顯著的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。青海省作為我國清潔電力發(fā)電占比最高的省份之一，率先提出了打造國家清潔能源產(chǎn)業(yè)高地的雄心，特別明確了要在2030年前“基本建成零碳電力系統(tǒng)”、“煤電電量清零”等目標(biāo)。若該目標(biāo)達(dá)成，青海電網(wǎng)將是國內(nèi)先實現(xiàn)煤電電量清零的省級電網(wǎng)之一，這不僅為青海省自身的能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型打下堅實基礎(chǔ)，也將通過跨省區(qū)的外送通道為我國中東部地區(qū)省份提供更強(qiáng)有力的清潔能源支撐。青海省建設(shè)零碳電力系統(tǒng)具有得天獨厚的資源稟賦，也已經(jīng)積累了初步的系統(tǒng)和市場運行經(jīng)驗。從電力供給側(cè)看（詳見1.2部分），依靠優(yōu)異的清潔電力資源，目前青海省清潔電力的裝機(jī)和電量比例已經(jīng)遙遙領(lǐng)先于全國平均水平。展望未來，青海進(jìn)一步開發(fā)以光伏及風(fēng)電為代表的可再生電源的潛力仍然巨大，水電中短期內(nèi)進(jìn)一步開發(fā)的潛力也比較可觀。從系統(tǒng)運行上看（詳見1.3部分），自2017年以來，青海省已經(jīng)逐步積累了全清潔能源連續(xù)供應(yīng)的電力系統(tǒng)運行經(jīng)驗，成功地不斷延長供應(yīng)時長和擴(kuò)大供應(yīng)范圍。2021年7月，青海省人民政府與國家能源局聯(lián)合發(fā)布了《青海打造國家清潔能源產(chǎn)業(yè)高地行動方案（2021-2030年下簡稱“2030行動方案”），之后在2022年2月青海省人民政府印發(fā)了《青海省“十四五”能源發(fā)展規(guī)劃兩份文件都旨在充分挖掘和發(fā)揮青海省清潔能源優(yōu)勢，服務(wù)全國碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)?！?030行動方案”和青海省“十四五”能源發(fā)展規(guī)劃都對青海省2025及2030年能源供給和能源消費雙側(cè)的發(fā)展目標(biāo)做了細(xì)致規(guī)分別電力供給側(cè)電系統(tǒng)側(cè)儲能系統(tǒng)等面提行動計劃實施方（圖表。能源供給側(cè)目標(biāo)：目前，青海省清潔能源總裝機(jī)量3,929萬千瓦（含儲能），占青海電源總裝機(jī)量的91%，在全國屬于領(lǐng)先水平。清潔能源發(fā)電裝機(jī)總量要在10年內(nèi)增長約3.4倍，其中光伏裝機(jī)增速最為顯著（圖表2）。抽水蓄能、儲能工廠、電化學(xué)儲能等儲能裝機(jī)總量在10年內(nèi)增長58倍。清潔能源發(fā)電量（含天然氣發(fā)電）占比要從2020年的89%上升到2030年的100%。行動方向 行動方向 具體方表1 青2030行動方十四能源發(fā)展規(guī)劃總結(jié)行動方向 行動方向 具體方推動清能源開推動清潔能源開發(fā)在海南海北海西州打造新能源園實施源網(wǎng)荷儲一體多能互補(bǔ)項目打造黃河上游水基地加快推進(jìn)黃河上游已建水電站擴(kuò)機(jī)改提高靈活電源調(diào)節(jié)比例和供電保障能力充分發(fā)揮水電調(diào)壓調(diào)相功提高新能源消納及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平進(jìn)一步推進(jìn)光電站創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展模示范推進(jìn)光熱與光伏一體化友好型融合電站到2030青海光熱電站裝機(jī)規(guī)模達(dá)到300萬千瓦以上構(gòu)建新電力系加強(qiáng)省內(nèi)骨干電網(wǎng)加強(qiáng)750千伏骨干電網(wǎng)建優(yōu)化調(diào)整330千伏電網(wǎng)結(jié)構(gòu)建成西北區(qū)域電調(diào)蓄中心十四期建成郭隆至武勝第三回750千伏線路推進(jìn)羚羊至若羌雙回750千伏線實現(xiàn)青海與新疆電網(wǎng)互聯(lián)加速推進(jìn)電力外通道建成投產(chǎn)青海至河南±800千伏特高壓直流工程二期配套清潔電源推進(jìn)海南州第二條特高壓外送通道建設(shè)規(guī)劃方案積極開展第三條特高壓直流輸電工程研究論證工作加速清能源替推進(jìn)電能替代工程在終端能源消費中加大電能替代力積極拓寬清潔電力應(yīng)用領(lǐng)域建設(shè)清潔取暖工程完善峰平谷電爭取國家北方地區(qū)清潔供暖政策支持構(gòu)建以可再生能源供地?zé)峁╇姽┡癁橹鲗?dǎo)的清潔供暖體大力實施去煤供暖建設(shè)綠色交通工程建立換電充電相結(jié)合的基礎(chǔ)設(shè)施體系推動設(shè)區(qū)市公務(wù)用公交出租市政用車新增車輛電動化引導(dǎo)鼓勵長途客貨礦山用家庭用車電動化替代打造儲多元化示范建設(shè)黃河上游梯電站大型儲能項充分挖掘水電調(diào)節(jié)潛實現(xiàn)水電二次開發(fā)利用推動常規(guī)水可逆式機(jī)儲能泵站協(xié)同開發(fā)模式推動瑪爾茨哈峽等水電站可逆式機(jī)組梯級電站儲能項目建設(shè)運行推進(jìn)抽水蓄能電站完成新一輪抽水蓄能中長期規(guī)推動抽水蓄能電站建設(shè)十四期開工建設(shè)貴南哇讓抽水蓄能電推動格爾木南山口抽水蓄能電爾擋抽水蓄能電站前期工作發(fā)展新型電儲能圍繞海南海西州千萬千瓦級清潔能源基地建發(fā)揮電化學(xué)儲能在電力系統(tǒng)中功能優(yōu)完善電力市場和補(bǔ)償機(jī)制在電源電網(wǎng)側(cè)同時布局儲能電提升電力系統(tǒng)靈活性積極推進(jìn)綠氫終端應(yīng)用發(fā)揮青海光伏發(fā)電成本低的優(yōu)推動光伏發(fā)電制氫產(chǎn)業(yè)發(fā)打造規(guī)?；G氫生產(chǎn)基地。推動相產(chǎn)業(yè)升壯大清潔能源產(chǎn)體系依托前沿技術(shù)應(yīng)形成綠色技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體系加強(qiáng)技術(shù)攻推動清潔能源技術(shù)及設(shè)備提質(zhì)增效打造低碳循環(huán)產(chǎn)體系加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃布完善產(chǎn)業(yè)集提升產(chǎn)業(yè)附加值參與全國碳市場交開展低碳零碳工業(yè)產(chǎn)打造綠色零碳產(chǎn)業(yè)園表2 青海2021現(xiàn)狀以及2025/2030電源裝機(jī)目標(biāo)GW706050403020100 2021(實際) 2025(規(guī)劃) 2030(規(guī)劃)光伏數(shù)據(jù)來源：青海省人民政

風(fēng)電 水

煤電 氣

生物

光熱 抽蓄和儲能工

電化學(xué)儲能能源消費側(cè)目標(biāo)：青海省2021年發(fā)電量為989億千瓦時，其中省內(nèi)用電量約占總發(fā)電量的87%，外送電量約占總發(fā)電量的13%“2030行動方案”預(yù)測，2030年青海全省發(fā)電量較2021年將增長160%至2,460億千瓦時（圖表3其中本省需求增長34%至1,150億千瓦時。在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移驅(qū)動下，本省用電需求可能進(jìn)一步增加。2021年，青豫直流實際輸送電量為152億千瓦時，僅為設(shè)計值400億千瓦時的38%，未來青海外送需求在現(xiàn)有通道及新建外送通道利用率提高的推動下將增長10倍。另外，全省一次能源消費總量增長30%，達(dá)到5,600萬噸標(biāo)煤，當(dāng)中清潔能源消費比重也將從大約60%的水平上升至80%。表3 青海2021發(fā)電量現(xiàn)狀以及2022030發(fā)電量目標(biāo)TWh 300R.%13868811592145200150100500 2021 2025 2030省內(nèi)全社會用電量 跨省外送電量表4表4青海2016-2021年發(fā)電量占比100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%20162017火電2018水電風(fēng)電 光伏201920202021數(shù)據(jù)來源：青海省工業(yè)和信息化廳青海省位于青藏高原東北部，地處三江源地區(qū)、水資源豐富，平均海拔在3,500米以上、太陽能資源可觀，同時是我國重要的生態(tài)安全屏障，也是全球氣候的重要調(diào)節(jié)器和敏感區(qū)。截至2021年底，青海省境內(nèi)黃河上游已經(jīng)建成12座梯級水電站，總裝機(jī)約11.1GW，占全省水電總裝機(jī)約82%。無棄電情況下，光伏年利用小時數(shù)1,600小時左右，其中海西地區(qū)甚至可以達(dá)到1,700小時左右，在全國屬于一流水平，風(fēng)電年利用小時數(shù)也在1,650小時左右，在國內(nèi)屬于第IV類資源區(qū)。在這樣的資源稟賦之下，截至2021年青海清潔電源裝機(jī)占比達(dá)到90.8%，發(fā)電量占比達(dá)86.1%，其中新能源裝機(jī)占比達(dá)到61.5%，均居全國省域電網(wǎng)首2。根據(jù)青海省“十四五”能源發(fā)展規(guī)劃，全省新能源開發(fā)可利用荒漠土地面積約10萬平方公里，光伏技術(shù)可開發(fā)容量為3,500GW、目前已開發(fā)量約占0.5%、2030規(guī)劃開發(fā)量占2%，風(fēng)電技術(shù)可開發(fā)容量75GW以上、目前已開發(fā)量約占12%、2030規(guī)劃開發(fā)量占40%，尚有大量可開發(fā)空間。此外，即使是開發(fā)已經(jīng)相對成熟的黃河流水電資源，在2020年到2030年期間仍然會迎來26%的裝機(jī)增長，該期間也將有更多抽水蓄能和儲能工廠項目建成投運。在2017年到2022年的六年時間里，青海在每年的豐水期（6-7月）都開展了全清潔能源供電示范（以下簡稱“綠電示范雖然青海清潔電力裝機(jī)比重高，但要在兼顧安全、可靠、成本可控的條件下，實現(xiàn)長時間連續(xù)性全清潔電力，仍然需要額外的技術(shù)和市場手段來支撐，這些手段也為青海進(jìn)一步延長全清潔電力供應(yīng)時段提供了寶貴的經(jīng)驗。表5青海2017-2022年間綠電示范時間201720182019202020212022持續(xù)天數(shù)7915313135區(qū)域范圍全省全省全省三江源地區(qū)全省全省在電源端，提高水電的充裕性和靈活性是最重要的措施。青海省的水電站普遍調(diào)節(jié)性能優(yōu)良、具有日以上的調(diào)節(jié)能力，其中龍羊峽水電站還具備年調(diào)節(jié)能力。從2015年左右開始，黃河上游青海境內(nèi)的水電站已經(jīng)開始日內(nèi)配合全省新能源發(fā)電補(bǔ)償運行，主要體現(xiàn)為日內(nèi)光伏電站發(fā)電出力較大的10:00-17:00期間，水電站出力明顯降低，而在光伏出力較弱以及夜晚時段，水電站出力再度提升。與此同時，在新能源高發(fā)時段持續(xù)下壓火電出力、提高間歇性可再生電源超短期功率預(yù)測等手段，對新能源消納亦有顯著幫助。展望未來，我們認(rèn)為青海省內(nèi)電源端的靈活性的發(fā)展有以下幾個趨勢：水電仍然會是電源端最重要的靈活性來源。青海省內(nèi)水電站等開發(fā)和運行除了要盡量配合新能源發(fā)展規(guī)劃和出力特性以外，還需要綜合考慮灌溉、供水、防洪、防凌等需求。青海省除了可以進(jìn)一步開發(fā)新建常規(guī)水電、抽水蓄能以外，還可以對現(xiàn)有水電站進(jìn)行多種形式的擴(kuò)建，比如擴(kuò)建常規(guī)水電機(jī)組、增建可逆機(jī)組或抽水泵等方式來建設(shè)“儲能工廠”，從而綜合提高省內(nèi)水電站調(diào)節(jié)能力?；痣婌`活性發(fā)展以及作用都相對受限。一方面，現(xiàn)有火電機(jī)組總規(guī)模較?。ㄕ?021年底省內(nèi)總裝機(jī)9%、可調(diào)節(jié)電源25%），即使充分進(jìn)行靈活性改造，在2030逐步退出或轉(zhuǎn)備用之前，能發(fā)揮的作用也有限i。另一方面，青海正在考慮新建一批氣電機(jī)組，主要支撐省內(nèi)系統(tǒng)調(diào)峰需求，但天然氣本身仍具有碳排放，而且我國天然氣資源相對緊張，這批氣電機(jī)組能在多大程度上發(fā)揮作用也將受到氣源供給的限制（詳見第三章討論）。光熱將是增長最快的可調(diào)節(jié)可再生電源。儲熱型光熱發(fā)電機(jī)組具備良好的調(diào)節(jié)性能，可以迅速響應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)需求，快速調(diào)節(jié)機(jī)組出力，具備參與調(diào)峰、一次調(diào)頻、二次調(diào)頻的能力。值得一提的是，與燃煤發(fā)電相比，儲熱型光熱電機(jī)組具有負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍更大（穩(wěn)態(tài)最低出力更低）、負(fù)荷調(diào)節(jié)速率更快、熱態(tài)或冷態(tài)啟動時間更短等優(yōu)勢（詳見3.1部分）。在電網(wǎng)端，利用西北電網(wǎng)進(jìn)行跨省平衡電力供需和備用共享，也是青海確保連續(xù)綠電供應(yīng)的重要手段。青海電網(wǎng)目前已經(jīng)通過多回線路，形成了東聯(lián)甘肅、南接西藏、西接新疆的多端樞紐、交直流混合電網(wǎng)格局。在過去幾年的“綠電示范”中，青海仍然需要在部分晚高峰時段通過從西北鄰省購買清潔電力來滿足全清潔用電。展望未來，青海計劃加強(qiáng)省際電網(wǎng)通道建設(shè)，2021年已建成投運青海郭隆至甘肅武勝第三回750千伏線路，“十四五”期間繼續(xù)推進(jìn)青海羚羊至新疆若羌的電網(wǎng)直接互聯(lián)。但西北各省在未來5到10對青海的支持力度未必可以同步增長，主要原因包括兩個方面。第一，西北其他省份也都規(guī)劃新的特高壓直流輸電通道，再加上自身負(fù)荷增長、火電新增裝機(jī)減速，傳統(tǒng)以火電為主的調(diào)節(jié)能力普遍吃緊。第二，西北乃至全國各省在未來都會迎來光伏滲透率提高、午間光伏消納空間不足、晚高峰時段清潔電力供給不足的問題，未必能在區(qū)域之間形成有效的時空互補(bǔ)。表6 青海電網(wǎng)3綠電示典型日曲線比較/MW14,00012,00010,0008,0006,0004,0002,0000000012000000120000001200000012000000120000001200 000012000000120000001200綠電7” 綠電9” 綠電15”光伏 風(fēng)電 水電 火電 消納省外新能源 全網(wǎng)總負(fù)荷 送出來源：董凌等，《區(qū)域全清潔能源供電的發(fā)展路徑與實踐——以青海省為例》規(guī)模仍然較小復(fù)重上大壓項計劃在2025年前投運橋頭3x66萬千瓦機(jī)組雖然有新的火電機(jī)組上但是火電機(jī)組總在負(fù)荷側(cè)，青海省從2018年的“綠電9日”試點開始進(jìn)行負(fù)荷側(cè)調(diào)峰機(jī)制，鼓勵鐵合金行業(yè)、儲熱式電鍋爐設(shè)備等在白天時段根據(jù)新能源出力情況進(jìn)行避峰或增加產(chǎn)能，從而擴(kuò)大新能源消納空間。目前，青海需求側(cè)靈活性的發(fā)展規(guī)模仍然較小，主要原因是在傳統(tǒng)的工藝流程下，主要工業(yè)負(fù)荷所包含的產(chǎn)業(yè)都需要較為穩(wěn)定地開工運行。未來，進(jìn)一步挖掘主要產(chǎn)業(yè)、特別是電解鋁行業(yè)的需求側(cè)靈活性潛力，推進(jìn)必要的設(shè)備改造、工藝調(diào)整、生產(chǎn)排期，是青海省進(jìn)一步提高可再生消納能力的重要手段。在儲能方面，青海省從2019年開始探索共享儲能（僅包括電化學(xué)儲能）調(diào)峰輔助服務(wù)，已經(jīng)在該領(lǐng)域積累了全國領(lǐng)先的經(jīng)驗。目前，各省普遍通過強(qiáng)制新建可再生項目按一定比例配置儲能的方式來推動儲能裝機(jī)的增長，但該模式存在儲能資產(chǎn)分散、彼此獨立、總體利用率低的情況。青海電網(wǎng)率先嘗試以電網(wǎng)為樞紐，將省內(nèi)儲能資源在全網(wǎng)范圍內(nèi)優(yōu)化配置、聯(lián)合調(diào)度，較為明顯地提高了省內(nèi)電化學(xué)儲能資產(chǎn)的利用率和收益水平。展望未來，進(jìn)一步提高儲能資產(chǎn)利用率至關(guān)重要，一方面，應(yīng)該充分發(fā)揮儲能的作用支撐可再生電力滲透率的進(jìn)一步提高；另一方面，形成合理的收益率才能激發(fā)社會資本積極性、促進(jìn)對儲能的投資。與此同時，青海省也應(yīng)該意識到電化學(xué)儲能在長時靈活性上的局限，加快抽水蓄能的規(guī)劃與建設(shè)，提早布局和發(fā)展氫能等長時儲能技術(shù)。從電力市場運行上看，青海電力市場改革一直在穩(wěn)步推進(jìn)。自2016年11月國家發(fā)改委、國家能源局同意海省開展電力體制改革綜合試點以來，青海已經(jīng)穩(wěn)步推進(jìn)了中長期交易和輔助服務(wù)交易，也進(jìn)一步在2021年10月印發(fā)《青海省2021年可再生能源電力消納保障實施方案》從而明確了可再生能源電力的消納方案電力市場在過去五年的“綠電示范”中扮演了重要角色，青海省設(shè)計并實施了如停備火電與新能源的發(fā)電權(quán)交易、負(fù)荷側(cè)大用戶與新能源雙邊交易、儲能電站與新能源場站雙邊或競價交易等市場機(jī)制，通過市場信號為可再生消納進(jìn)一步創(chuàng)造空間。綜合來看，青海電力市場改革的步伐在全國各省當(dāng)中并非走在最前列，主要體現(xiàn)為輔助服務(wù)市場交易品種單一、省內(nèi)現(xiàn)貨市場仍未起步。未來十年需要進(jìn)一步依據(jù)本省的情況，充分吸收其他省份和國際經(jīng)驗，從而進(jìn)一步通過價格信號來引導(dǎo)零碳電力系統(tǒng)所需的投資、保障系統(tǒng)運行靈活性需求、落實高比例可再生電力系統(tǒng)的建成（詳見第四章）。綜上所青海僅在供給側(cè)的清潔能源發(fā)潛而在次電中積例可電系統(tǒng)運行經(jīng)進(jìn)一建設(shè)零電系統(tǒng)奠獨特優(yōu)。建零電系統(tǒng)的挑戰(zhàn)從2022年豐水期的“綠電35天到2030年前“基本建成零碳電力系統(tǒng)這中間仍存在著多方面、多層次、多階段的挑戰(zhàn)。實際上，在青海省目前全國領(lǐng)先的可再生電源滲透率背后，也背負(fù)著多年來全國最高的可再生電源棄電率，并且在近年來并無顯著改善，體現(xiàn)了青海一方面仍然在某些時段依賴煤電、另一方面又在某些時段不得不大量棄掉可再生電力的矛盾，凸顯了青海省內(nèi)電力系統(tǒng)對可再生的消納能力已經(jīng)遇到了一系列瓶頸。展望未來十青海基建成零電系統(tǒng)的挑戰(zhàn)主要三大其彼此之間既相互關(guān)所側(cè)重。根據(jù)青海省政府“2030行動方案從2020到2030年間，全省發(fā)電量將維持約10%的年平均增長率，其中含水可再生能源發(fā)電量占比將從目前的90%左右提高到接近100%；省內(nèi)全社會用電量將保持4.5%的年平均增長率，外送電量會累積增長至5倍以上。在青海省目前的規(guī)劃當(dāng)中，到2030年，其總發(fā)電量中將有超過一半的量跨省外送。從青海省的角度，若能提高新能源高發(fā)時段的外送能力、降低晚高峰外送任務(wù)，將大幅緩解本省的新能源消納和系統(tǒng)平衡壓力。但從受端省份的角度，同樣亦會希望青海能夠配合自身的凈負(fù)荷曲線來安排送電。如何平衡供需雙方的時段要求，將顯著影響青海省內(nèi)電力系統(tǒng)的調(diào)度與運行，也將影響外送線路的利用率，從而影響青海省內(nèi)電源的發(fā)電利用率。目前，受支撐電源建設(shè)進(jìn)度滯后及電網(wǎng)安全穩(wěn)定約束等因素影響，青豫直流輸送新能源的能力一直未達(dá)到設(shè)計值，受限明顯，也制約了省內(nèi)新能源消納水平的提升。未來，第二條特高壓能否盡快完成論證、配套電源能否盡早開工投運，都將顯著影響新能源消納水平。青?！傲闾茧娏ο到y(tǒng)”的基本建成，需要大量間歇性新能源并網(wǎng)運行，意味著系統(tǒng)靈活性資源也要同步快速增長，為電力系統(tǒng)平穩(wěn)安全運行提供技術(shù)保障。青海省對于電力系統(tǒng)靈活性資源的需求是多樣化的，一方面，從時間維度而言，從毫秒到季節(jié)性的靈活性都需要加速發(fā)展；另一方面，從空間分布的維度而言，青海省內(nèi)負(fù)荷、清潔電源、系統(tǒng)靈活性資源的分布格局也將對系統(tǒng)運行帶來一定挑戰(zhàn)。時間維度靈活足日內(nèi)調(diào)節(jié)能力有待提高：在負(fù)荷側(cè)，青海的工商業(yè)用電占全社會用電量的比例常年維持在90%左右，高于全國約85%的水平。其中，電解鋁占全社會用電量約50-60%，鐵合金、鋼鐵、電石一共占比約20%，產(chǎn)業(yè)集中度非常高。因為電解鋁、鋼鐵、電石行業(yè)的傳統(tǒng)運行模式需要連續(xù)平穩(wěn)生產(chǎn)，所以青海負(fù)荷側(cè)曲線無論是日內(nèi)還是全年，峰谷差都顯著小于國內(nèi)大部分省份。日內(nèi)峰谷差維持在10%左右的水平，且高峰時段多見于晚上7-10點。在供給側(cè)，隨著光伏裝機(jī)比例增加，午間光伏出力過剩、日落后出力不足的問題愈發(fā)顯著，凸顯了增強(qiáng)日內(nèi)調(diào)節(jié)能力的重要性。表7 青海典型日負(fù)荷曲線MW10,0008,0006,0004,0002,0000 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 時段

13

15 16

18 19

21 22 23數(shù)據(jù)來源：青海省人民政府枯水期清潔調(diào)節(jié)能力缺口明顯：可調(diào)節(jié)水電是青海省電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的中流砥柱，這也意味著進(jìn)入枯水期（通常為每年11月到次年4月）后，由于來水減少，水電發(fā)電量和對應(yīng)向上調(diào)節(jié)能力都大幅減少。目前，煤電在枯水期發(fā)揮著提供電量和系統(tǒng)靈活性的顯著作用。在極端天氣下，失去水電在電量上的支撐會給青海電網(wǎng)帶來連續(xù)缺電的風(fēng)險。在2030年煤電電量大幅減少的趨勢下，青海亟需發(fā)展能替代煤電應(yīng)對枯水期以及極端天氣的系統(tǒng)靈活性資源。表8 2020年青海月度發(fā)電結(jié)構(gòu)TWh109876543210 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12數(shù)據(jù)來源：青海省工業(yè)和信息化廳

火電 水電 風(fēng)電 光伏間維度靈活足電力供應(yīng)與電力負(fù)荷分布不匹配：青海的發(fā)電資源分布主要集中在西寧（火電為主海東水電海南水電和新能源海西（新能源）和黃南水電電力負(fù)荷需求主要分布在在西寧、海東和海西，目前電網(wǎng)的潮流運行模式一般為白天西電東送和南電北送，晚上東電西送，并且因為水電的季節(jié)性周期，豐水期青海向外省外送電力，在枯水期晚高峰出現(xiàn)電力缺口，需要外來電支援。用電負(fù)荷需求與電力供應(yīng)的空間和時間分布不匹配，也造成了省內(nèi)東西輸電通道阻塞，加重了西部棄風(fēng)棄光問題。未來新能源基地建設(shè)后又可能進(jìn)一步加劇這一矛盾。表表9青海已公布的電源與電網(wǎng)規(guī)劃來源：青海省人民政府調(diào)節(jié)性電源與間歇性電源的空間分布不匹配。青海省的調(diào)節(jié)性電源主要包括可調(diào)節(jié)水電站、火電站、光熱電站，除此之外儲能（主要含抽水蓄能和電化學(xué)儲能）也是重要的調(diào)節(jié)資源。在青海的規(guī)劃中，到2030年，全省超過46.9%的光伏和風(fēng)電裝機(jī)將落在風(fēng)光資源條件更好、土地資源更豐富的海西地區(qū)，但該地區(qū)的抽水蓄能的規(guī)劃容量僅占全省總裝機(jī)量的3.13%1。海西缺乏大型水電站和抽水蓄能的天然場址資源，目前的規(guī)劃當(dāng)中主要依靠光熱電站以及天然氣電站來進(jìn)行區(qū)域內(nèi)調(diào)節(jié)，出于成本、燃料供應(yīng)等方面的限制，這兩個技術(shù)的規(guī)劃容量相對保守。未來，海西地區(qū)可再生能源棄電風(fēng)險存在快速升高的可能性，亟待增加本地區(qū)調(diào)節(jié)性資源建設(shè)，或加強(qiáng)與省內(nèi)其他地區(qū)甚至跨省的調(diào)節(jié)能力，對省內(nèi)和省間通道的建設(shè)及調(diào)度都提出了更高要求。慣量不足問題將愈發(fā)顯著。青海風(fēng)光高占比地區(qū)的新能源部分時段出力受限主要源于局部地區(qū)轉(zhuǎn)動慣量能力不足的約束，而非電能量或有功的約束（系統(tǒng)電力平衡和輸送通道的容量上限）。新能源發(fā)電的高比例并網(wǎng)將對電網(wǎng)必須的轉(zhuǎn)動慣量產(chǎn)生負(fù)面影響，威脅電網(wǎng)的平穩(wěn)運行。電壓穩(wěn)定問題將進(jìn)一步威脅系統(tǒng)穩(wěn)定運行。由于水電裝機(jī)占比高，且背靠西北大電網(wǎng)，青海電網(wǎng)頻率歷來總體平穩(wěn)，電壓問題也只出現(xiàn)在局部區(qū)域。但隨著電力電子接口的光伏和風(fēng)電并網(wǎng)，加上大量發(fā)電量需要通過遠(yuǎn)距離輸電線路送往負(fù)荷中心，青海電網(wǎng)已經(jīng)逐步出現(xiàn)缺乏足夠無功支撐的問題，穩(wěn)態(tài)電壓偏低問題也逐漸突出。同時，在負(fù)荷較低的時段，長距離線路也會造成穩(wěn)態(tài)高電壓。目前，青豫直流工程新能源裝機(jī)規(guī)模大、占比高，電壓支撐能力相對薄弱，導(dǎo)致了較為嚴(yán)重的暫態(tài)過電壓問題，對電網(wǎng)設(shè)備設(shè)施的安全運行造成威脅，這也成為階段性制約青豫直流工程送出能力的主要因素。新能源大規(guī)模接入和省內(nèi)通道不足的矛盾日益突出。青海網(wǎng)架發(fā)展速度難以匹配新能源發(fā)展速度，制約了電網(wǎng)對新能源的消納能力，2021年全省棄風(fēng)率和棄光率分別達(dá)到10.7%和13.8%。尤其是海西至海東斷面輸送能力限制了海西新能源的送出，預(yù)計這一現(xiàn)象將伴隨“十四五”期間海西州千萬千瓦級清潔能源基地的建設(shè)而進(jìn)一步加劇。從現(xiàn)行“綠電示范”到建成零碳電力系統(tǒng)之間仍存在著多重挑戰(zhàn)，本研究將以綜合技術(shù)、市場、政策和社會經(jīng)濟(jì)層面的視角，重點從電源規(guī)劃（第三章）和電力市場設(shè)計（第四章）兩個維度提出適合青海的解決方案，以針對性解決上述挑戰(zhàn)，推動電力零碳化進(jìn)程。建零電系統(tǒng)的術(shù)路徑零碳電力系統(tǒng)的建設(shè)意味著大量間歇性新能源的接入，其必須和零碳靈活性資源相輔相成才能滿足不同時間維度的電力平衡。目前青海電力系統(tǒng)可再生能源發(fā)電總量充足，但日內(nèi)和季節(jié)性波動均較大，系統(tǒng)靈活性缺乏。圖表10總結(jié)了不同電力系統(tǒng)靈活性資源的調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)幅度、最大調(diào)節(jié)時長和應(yīng)用限制，包括兩種火電資源、三種水電資源和三種新型資源。其中火電資源不符合零碳目標(biāo)的要求；常規(guī)水電、儲能工廠和抽水蓄能具有規(guī)劃周期長、地理位置嚴(yán)重受限的特點，除已有政策規(guī)劃的三種水電資源外不再做額外考慮；因此，三種新型資源將作為青海建成零碳電力系統(tǒng)技術(shù)路徑的關(guān)鍵變量。具體而言，本研究重點關(guān)注三種具有技術(shù)創(chuàng)新和大規(guī)模應(yīng)用潛力的新型零碳調(diào)節(jié)型資源：電化學(xué)儲能、光熱發(fā)電和氫能發(fā)電，并借助量化仿真優(yōu)化模型PLEXOSii對比三種技術(shù)的系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力、減排效果和經(jīng)濟(jì)成本。其中3.1節(jié)梳理現(xiàn)有政策背景、技術(shù)路線和發(fā)展趨勢，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計模型情景，3.2節(jié)分析和對比模型仿真結(jié)果，3.3節(jié)總結(jié)相關(guān)結(jié)論、提出政策建議。表0不同電力系統(tǒng)靈活性資源對比是否零碳(于裝機(jī)容裝機(jī)容）調(diào)節(jié)時長應(yīng)用限制煤電否1%-2%/min50%-100%；靈活性改造后長時靈活性改造增加成本低功率運行煤耗增加碳捕集成本高供熱機(jī)組的熱電耦合制調(diào)節(jié)30%-100%氣電否10%-20%/min20%-100%長時本地氣源限優(yōu)先于供熱碳捕集成本高常規(guī)水電是50%-100%/min0%-100%日/多日/年建設(shè)地點受到水資源周邊生態(tài)環(huán)境限制規(guī)劃和建設(shè)周期般為5-10年抽水蓄能是50%-100%/min0%-100%日/多日建設(shè)地點受到水資源周邊生態(tài)環(huán)境限制規(guī)劃和建設(shè)周期長儲能工廠是50%-100%/min0%-100%日/多日需要依托現(xiàn)有梯級水電站作為上下庫進(jìn)行實現(xiàn)水能循環(huán)利用規(guī)劃和建設(shè)周期長論和應(yīng)用案EShts//.nryxpa.c/lxLEXOS廣泛應(yīng)用于全球電網(wǎng)公司、電力交易所、發(fā)電企業(yè)等的生產(chǎn)實踐中，具體模型方法 學(xué)是100%/min0%-100%2-4小時非同步發(fā)電機(jī)電法提供轉(zhuǎn)動慣量提高調(diào)節(jié)時長顯著增投資和運行成本光熱發(fā)電是3%-4%/min20%-100%日建造地點受到光照和地資源限制目前成本較難以價上網(wǎng)氫能發(fā)電是10%-20%/min（氫燃?xì)廨啓C(jī)100%/min燃料電）（20%-100%；氫燃?xì)廨?%-100%燃料電）理論上可實長時儲存電解水制氫受到系統(tǒng)力富余度和水資源限儲氫技術(shù)成本較不成熟燃?xì)浒l(fā)電需要改造現(xiàn)天然氣燃?xì)廨啓C(jī)：等新零碳節(jié)術(shù)的現(xiàn)展望化學(xué)儲能前較成熟部署地點靈活且正向大容量轉(zhuǎn)變的零碳調(diào)節(jié)技術(shù)“2030行動方案青海政府明確將儲能系納入重點發(fā)標(biāo)其化學(xué)儲能是多元協(xié)同高效儲能中的重要組成青海南州和海西州著瓦級的清潔能源基化學(xué)儲能電系統(tǒng)中響應(yīng)時間調(diào)節(jié)速度快的優(yōu)勢有用武之十四末青?；瘜W(xué)儲能裝標(biāo)達(dá)到6GW左十四規(guī)劃新風(fēng)光裝機(jī)6.57五末裝要達(dá)1G展青海省儲能發(fā)展全國前列決心。電化學(xué)儲能是目前除抽水蓄能外裝機(jī)規(guī)模最大的儲能技術(shù)截止2021年底電化學(xué)儲能在全球已經(jīng)累計裝機(jī)2G56GW首次突破儲能技術(shù)全球計裝機(jī)規(guī)模0%僅于抽蓄能裝機(jī)量抽蓄能對地理條件的求較高建設(shè)期較長的特使得抽蓄能的進(jìn)一步大規(guī)模發(fā)展受到制約相較化學(xué)儲能擁有以靈活建設(shè)周期較短的使其大規(guī)模發(fā)展?jié)摳咄趯﹄娤到y(tǒng)安全穩(wěn)定運行的支撐，化學(xué)儲能的調(diào)速度也明于抽蓄電等傳統(tǒng)調(diào)段。表1電化學(xué)儲能技術(shù)路線匯總電池類型儲能系統(tǒng)效）循環(huán)壽產(chǎn)業(yè)情況系統(tǒng)成元/kW）鋰離子電池85-903,000-6,000主流技術(shù)路線1,500-2,500鈉離子電池85-902,000+已有示范項目1,100全釩液流電池60-7015,000處于產(chǎn)業(yè)起步階段3,000-4,000鋅溴液流電池60-706,000處于產(chǎn)業(yè)起步階段2,000-3,000數(shù)據(jù)來源：PowerLa，落基山研究所對于青海2030目標(biāo)而鋰離子電池是短期內(nèi)最適合青海的電化學(xué)儲能技術(shù)選項化學(xué)儲能鋰電占據(jù)市導(dǎo)地全球市場份額超90%市上電池選項還有除池外他術(shù)路，資源安全性更的電池有望代電池但業(yè)鏈仍不完液電池長調(diào)節(jié)，有向長周期大量拓展的潛前仍處業(yè)起步階段圖表11匯各技術(shù)路線的點及發(fā)展現(xiàn)狀。電池術(shù)成熟循壽響應(yīng)速度能轉(zhuǎn)換效率快速支電系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)。光熱青海資源稟賦匹配備領(lǐng)作用的零碳電技術(shù)國務(wù)院發(fā)布的《2030年前碳達(dá)峰行動方案》和青海省發(fā)布的“2030行動方案”中都明確表示光熱發(fā)電是新能源產(chǎn)業(yè)重點的發(fā)展方向。在“2030行動方案”中，更是明確了到“十四五”末期光熱電站裝機(jī)規(guī)模達(dá)到1.2GW以上，到“十五五”末達(dá)到3.2GW以上的政策目標(biāo)。光電系統(tǒng)術(shù)路線6光熱發(fā)電系統(tǒng)一般由聚光集熱，儲熱，發(fā)電三個模塊組成。光熱發(fā)電是通過收集太陽光反射聚集的熱能來加熱儲熱介質(zhì)，在需要的時候釋放儲存的熱能將水加熱到高溫高壓蒸汽，從而驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電的技術(shù)。光熱發(fā)電現(xiàn)在的技術(shù)路線主要分為槽式、塔式、線性菲涅爾式、及碟式。未來，光熱發(fā)電還可配備電加熱，利用棄風(fēng)棄光資源，作為儲能元件，提高儲熱儲能能力。槽式是通過弧形槽式定日鏡聚光集熱菲爾式是通過菲涅爾聚光集熱鏡片加熱熔鹽達(dá)到儲熱目的塔式光熱是通過定日鏡將陽光聚集到裝滿儲熱介質(zhì)的高塔上來實現(xiàn)儲熱發(fā)電的目的碟式光熱的功率較小，范圍在3至25千瓦，集中在分布式和模塊化應(yīng)用輸電力

儲熱

蒸汽

集熱系

輸電

蒸汽回水系統(tǒng)

集熱系統(tǒng)汽輪機(jī)渦槽式

蒸汽

槽式聚光系

汽輪機(jī)塔式 渦

儲熱

鏡場汽輪機(jī)

輸電渦輪

集熱系統(tǒng)

能量轉(zhuǎn)換模塊

碟式聚光系

輸電力線性菲涅爾

菲涅爾式聚光系統(tǒng) 碟式表表12100%塔式光熱電站造價成本下降趨勢90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%100%-15% -1%-6% -2% -3% 73%2021年造價聚光系統(tǒng)儲熱系統(tǒng)下降吸熱系統(tǒng)總計汽水熱力系統(tǒng)其他2030年造價數(shù)據(jù)來源：國家太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟青海得天獨厚的資源稟賦和豐富的光熱運維經(jīng)驗都有利于光熱在青海大力發(fā)展。青海省幅員遼闊、人口密度低，可開發(fā)土地資源充足，同時青海省地處中緯度地帶，太陽輻射強(qiáng)度大，光照時間長，全年日照時數(shù)在2,500—3,650小時間，年均日照率達(dá)60-80%8。從光熱電站建設(shè)和運營經(jīng)驗來看，青海截至2021年已有21萬千瓦的光熱裝機(jī)，占全國光熱總裝機(jī)量的37.81，積累了不少光熱電站建設(shè)和運營管理的經(jīng)驗。伴隨著國家級和青海省級的政策推動優(yōu)渥的光資源稟賦和領(lǐng)先的光熱電站運維經(jīng)未來塔式光熱電的成本下降趨勢明在久的將來會是有競力的零碳電技術(shù)鑒上述討論的塔式光熱優(yōu)本報以塔式光熱為例進(jìn)后續(xù)的模型情景分塔式光熱系統(tǒng)的聚光集熱和儲熱系到總造價的77%左是推動塔式光熱系統(tǒng)成下降的關(guān)鍵在圖表12展塔式光熱到2030年的造價成下降趨成下降同步進(jìn)行的還光電站運行效率的提到2030前塔式光熱鏡鏡藝迭代吸熱器涂層的術(shù)進(jìn)鏡場排布化等帶來的效率提升預(yù)讓電轉(zhuǎn)換效率提12%在塔式光熱成下降和電轉(zhuǎn)換效率提雙管齊下的預(yù)期塔式光電站的電成本前11元/kW下降至07元/kW青的運維經(jīng)驗還有望光電站電成本帶來更的下降間。氫能電是最具力的長周期零碳調(diào)節(jié)技術(shù)青海省政府2022年1發(fā)布“2030行動方案中明確指出推進(jìn)綠氫終端應(yīng)用優(yōu)化利用新能源棄電制發(fā)展氫集成是接青海省推進(jìn)零碳發(fā)展的重要環(huán)氫能電系電足的電解制氫并儲電力足的時候釋放氣電哺給電系形成電--電應(yīng)用閉對電力供需平衡進(jìn)行調(diào)理論氫能作為分子燃料相電更于長時儲以按需調(diào)應(yīng)對荷和風(fēng)光水電資源的雙重波動在未來青海可再生能源主體的電系統(tǒng)氫能電的長周期儲能和調(diào)節(jié)能力將使其成為應(yīng)對水電季節(jié)性波動可靠的零碳調(diào)手段。13 氫能發(fā)電由三個主要技術(shù)模塊支撐制氫技儲運氫技終端發(fā)電技術(shù) 可再生資源 綠來源：落基山研究所

電解槽制氫 綠

儲運氫

氫氣終端發(fā)電表4（電解槽制氫成本構(gòu)成制氫成本約為47.6元/千克11%網(wǎng)電制氫）（制氫成本約為20.3元/千克可再生離網(wǎng)制氫）5%25%17%84%58%資本支出 運維支出 電力成本資本支出 運維支出 電力成本數(shù)據(jù)來源：IEA，落基山研究所在制氫方青海光伏和風(fēng)電裝機(jī)比例利用質(zhì)子交換膜水電解槽制氫以為過剩新能源電力提供消納途徑前制氫有兩主流的術(shù)路堿性電解和子交換電P相較于堿性電PM擁有更好的化學(xué)穩(wěn)定體效率更動態(tài)響應(yīng)能更好適應(yīng)新能源電的波動利用好電資源制氫。圖表展電解槽制氫成本構(gòu)不難電成本電解槽制的高比風(fēng)光電量邊際成可視制氫使用能源以大幅降低制氫成本。在儲氫方青海有豐富的鹽穴有望利用其建成大容低成本的固定地儲設(shè)施要充發(fā)揮氫能發(fā)長周期調(diào)節(jié)的點還需保證儲運基礎(chǔ)設(shè)施的完氫然形式是度很一般定的物理或化學(xué)形式儲前者是中國最見和成熟的儲存方式高壓氣態(tài)氫儲存在儲罐通過車輛或管道運輸此在特定地理條鹽巖洞和枯竭油氣田等可被作大型固儲設(shè)施。在終端電方燃?xì)湟愿脑炖们嗪Ｒ岩?guī)劃的天然氣燃?xì)廨喿鳛檫^渡機(jī)組進(jìn)行天然氣摻氫混燒并逐步提高氣比例氫能電的終端電模塊主要分為燃燒類的燃機(jī)技術(shù)和非燃燒類的燃料電池技術(shù)相比于大量燃料電池普遍作基電氫燃?xì)鈾C(jī)快速爬滿調(diào)峰需在未來新能源體電系統(tǒng)既以提供長時量充裕以提供短時調(diào)靈活性。電成本和長時間儲氫技術(shù)瓶頸仍是制約氫能電發(fā)展的主要原因根據(jù)彭博新能源財（BNEF的數(shù)219年基于氫能的聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨咰CGT的平準(zhǔn)化電成（LCOE1.9元/瓦時10未隨著摻氫燃?xì)廨啓C(jī)關(guān)鍵技術(shù)的突子交換膜的國產(chǎn)化和天然儲運條件的優(yōu)化利氫能電的電成本在2050年將下降至0.52-07元/瓦時1天然氣電的電成本保持平成為經(jīng)濟(jì)可行的長周期零碳調(diào)節(jié)技術(shù)。模情景設(shè)計研究準(zhǔn)政策情的真結(jié)果出識別有政府規(guī)劃的潛問題和化進(jìn)針對性的探上述種新型零碳靈活性資源青海電系統(tǒng)中發(fā)揮的作用通過改變特定靈活性資源系統(tǒng)裝機(jī)以成本最為進(jìn)行青十四五期間電系統(tǒng)能張和運行模橫向比不同靈活性資源系統(tǒng)減少碳排減可能源電及提電（減少切荷/外電量面的化效果因本研究重點關(guān)注四類情景設(shè)圖表15展真模型主假設(shè)及數(shù)據(jù)輸：基準(zhǔn)政策情根據(jù)青十四能源規(guī)劃中的2025標(biāo)“2030行動方案中的2030標(biāo)線性外推每一年的裝機(jī)社會電電送等指在此基礎(chǔ)上電系統(tǒng)進(jìn)小時級別的運模擬（此時新化學(xué)儲能裝機(jī)1.5GW占新風(fēng)光總裝機(jī)量156光熱新增3G系統(tǒng)無電解制氫和氫能電能他術(shù)體規(guī)劃見表1）不同儲能配比情相比基準(zhǔn)政策情保持他設(shè)定不僅改化學(xué)儲能的裝機(jī)細(xì)分情景分別為新化學(xué)儲占新風(fēng)光總裝機(jī)量的202530%和40（2030年裝機(jī)量從154GW到30.GW，同時為4小時儲能。光熱規(guī)化發(fā)情比準(zhǔn)政策情細(xì)分場景光熱電新增裝機(jī)分別改變?yōu)?.5G6.0G.5G，.0G（2030年裝機(jī)量為1.5到3.0倍政策規(guī)劃裝機(jī)量同時參考光熱太陽倍應(yīng)減少光伏裝機(jī)量以維持相似系電度。氫能替代零碳情相比基準(zhǔn)政策情系統(tǒng)新增投資制電解槽設(shè)并假設(shè)規(guī)劃中的天然氣燃?xì)廨喛赏ㄟ^改造或直接改建為氫燃?xì)廨啓C(jī)實現(xiàn)氫能對天然氣的替同時氣儲存和輸運設(shè)施已建設(shè)完保原氣機(jī)建奏不從2025開始摻燒天氣并不斷提氣直至207年現(xiàn)00%純氫燃系統(tǒng)不再需要天然供細(xì)分情景（氫燃?xì)廨啓C(jī)電能力保持3GW不但制氫電解槽裝機(jī)量分為3G6G9G1G15G18G。表15 青海電力系統(tǒng)模型關(guān)鍵假設(shè)與數(shù)據(jù)輸入情景設(shè)計(olc)情景(2//0/35%/40%BES)(1520253.SP)(123456)需求側(cè)全社會用電及最高負(fù)荷十四五”平均增速3.5%十五五”平均增速5.5%；2025年用電量880億千瓦時，最高負(fù)荷11.3GW；2030年用電量1,150億千瓦時，最高負(fù)荷14.7GW；負(fù)荷曲線參考2020年發(fā)改委公的青海電網(wǎng)典型曲線外送電量2025年外送電量920億千瓦時，2030年外送電量1，450千瓦時；青豫直流外送電量穩(wěn)步增加到2025年實現(xiàn)滿運（400億千瓦時）并維持到2030年，第二條特高壓直流2026年上線，外送電量穩(wěn)步增加到2030年實現(xiàn)滿運（400億千瓦時），外送曲線均參考2020年發(fā)改委公布的河電網(wǎng)典型曲線；其他外送電量由青海-甘肅省間交流通道實現(xiàn)外送，外送曲線參考2020年發(fā)改委公布的陜西電網(wǎng)典型曲線（2025年460億千瓦時，2030年650億千瓦時）外購電量假設(shè)省間交流通道最大外購電量為900萬千根十四能源規(guī)劃擴(kuò)容后預(yù)）電網(wǎng)側(cè)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)本研究簡化青海電網(wǎng)為源網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的單一節(jié)即假設(shè)省內(nèi)電網(wǎng)線路容量充運行中無阻塞現(xiàn)象省間通道線路容量分別設(shè)置為青豫直流800萬千第二條特高壓直流800萬千省間交流通道900萬千瓦調(diào)度方式以成本最優(yōu)為目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)調(diào)不考慮優(yōu)先發(fā)電等政策約束切負(fù)荷約束切負(fù)荷成oL設(shè)置為10,000RMB/MW不考慮需求側(cè)響應(yīng)發(fā)電側(cè)煤電機(jī)組現(xiàn)有裝機(jī)輸入?yún)?shù)精確到機(jī)無新增根青海打造國家清潔能源產(chǎn)業(yè)高地行動方假設(shè)2027到2029年底逐步完成存量煤電的電量層面退全部轉(zhuǎn)為調(diào)相機(jī)或緊急備用電燃?xì)鈾C(jī)組2023到2025年穩(wěn)步上線達(dá)到3W裝機(jī)量無摻燒氫氣能力2025年開始穩(wěn)步摻燒氫到2027年完全改造純氫燃?xì)鈾C(jī)組光伏發(fā)電十四年均新增6.0十五年均新增5.6W總裝機(jī)量2025年45.82030年70.0W相比基準(zhǔn)政策情，每增加1MW光熱裝減少1.5MW光伏裝機(jī)同基準(zhǔn)政策情景每小時最大容量因子按照2021年無棄光利用小時海西1,708小其他地區(qū)1,446小和歷史平均光資源數(shù)據(jù)分解到全年8,760小時光熱發(fā)電現(xiàn)有裝機(jī)輸入?yún)?shù)精確到機(jī)組；十四年均新增0.25十五年均新增0.4蓄熱能力均為9小時相比基準(zhǔn)政策情每年新增裝機(jī)為其1.5到3.0倍同基準(zhǔn)政策情景每小時最大蓄熱按照雙軸跟蹤光伏最大容量因子數(shù)據(jù)乘以太陽倍假設(shè)為1.）陸上風(fēng)電十四年均新增1.6十五年均新增2.7W總裝機(jī)量2025年16.52030年30.0W每小時最大容量因子按照2015-2021年平均無棄風(fēng)利用小時1,685小和歷史平均風(fēng)資源據(jù)分解到全年8,760小時常規(guī)水電現(xiàn)有裝機(jī)輸入?yún)?shù)精確到機(jī)組；新增裝機(jī)根據(jù)政策規(guī)劃和工程進(jìn)度預(yù)計上線時間，到2030年總裝機(jī)達(dá)到20.6GW；根據(jù)2017-2021年平均水電發(fā)電量和歷史平均水資源數(shù)據(jù)設(shè)置每月最大容量因抽水蓄能含儲能工）假設(shè)格爾木南山口抽蓄2027年初上貴南哇讓抽蓄2028年初上水電梯級儲能工廠從20252029年逐步上線到5庫容均為10小時電化學(xué)儲能十四年均新增1.4十五年均新增1.2W；總裝機(jī)量2025年6.12030年12.1W相比基準(zhǔn)政策情每年新增裝機(jī)為新增光伏和陸上風(fēng)電總裝機(jī)量的20%到40%同基準(zhǔn)政策情景制氫電解槽無制氫電解槽2025年開始逐步配套線制氫電解到2030年達(dá)到3-18W仿真參數(shù)設(shè)定時間尺度仿真范圍為2021到2030產(chǎn)能規(guī)劃以年為單運行模擬以小時為單位求解方法混合整數(shù)規(guī)MI求解器Guobi數(shù)據(jù)來源落基山研究所準(zhǔn)政策情的在挑戰(zhàn)基準(zhǔn)政策情景的模擬結(jié)（圖表可能源青電系中電源地位將繼續(xù)提非可能源裝比從202年的16%加到2030年的6.2電比從367%加到58化能電比從4.下降到3.6并在2030年全由天然氣提實現(xiàn)電零電量其十四五五五期間電分別累積0794GWh和32,285GW約應(yīng)億立米和69億立米天需五期間年均用氣4億立年最大需求出現(xiàn)在2030為20億立米iii青海省內(nèi)天然氣產(chǎn)量2020為64億立方十規(guī)劃達(dá)到標(biāo)能億立氣源充性的需要合慮電和供熱民工外送的需來確定天氣電的氣源安全性。參考中國能源統(tǒng)計年鑒2020，按照天然氣熱值為35,585kJ/折算表6 基準(zhǔn)政策情景裝機(jī)結(jié)和發(fā)電結(jié)iv 140,000120,000100,00080,00060,00040,00020,0000

Wh 280,000240,000200,000160,000120,00080,00040,0000 煤電 氣電 水電 風(fēng)電 光伏 光熱 抽蓄 儲能 外數(shù)據(jù)來源落基山研究所進(jìn)一量因和可生能源電率指標(biāo)（圖表量電利率十四期間有明顯上以滿不斷增加的荷需并在204達(dá)到峰此同系統(tǒng)風(fēng)光的最大值出現(xiàn)在2025分別15.2%0.6水率減少體系統(tǒng)更加充分利電靈活調(diào)節(jié)能以滿足系統(tǒng)平衡這種電力和風(fēng)光同時加的困體青電系統(tǒng)以消納如此大規(guī)模的波動性新能源有政策規(guī)配套調(diào)節(jié)電源足的問十四五新增靈活性資總新增裝機(jī)29.3之后五五期電和電利用率在2028年前保持下降趨從2028開伴隨電退量電和電的利率均上升趨以提供系統(tǒng)不斷增加的靈活性需同伴隨著電儲能工抽化學(xué)儲能等靈活性資源的不上可生能源電率所緩但是依然維持0%左的位。表7基準(zhǔn)政策情景各機(jī)組類型容量因和可再生能源棄電）0.60 0.500.400.300.20 0.100.002021202220232024202520262027202820292030

16.0%14.0% 12.0% 10.0%8.0%6.0% 4.0% 2.0%0.0%2021202220232024202520262027202820292030數(shù)據(jù)來源落基山研究

煤電 氣電 水電 風(fēng)電 光伏 光熱不同儲能配比情景電化學(xué)儲能是前最為成熟的大規(guī)模部署的零碳調(diào)節(jié)技本節(jié)介紹5種儲能配比情下的電系統(tǒng)仿真結(jié)并與基準(zhǔn)政策情相比較由圖表18可伴隨儲能配比不斷提增電系統(tǒng)消可生能源的能降電出同時減外購需求從變化趨儲能配比從政策規(guī)劃情景中的15.6%增長到25.0系統(tǒng)的優(yōu)用較此電出力和可生能源電量均同著下之后繼續(xù)增大儲能配系統(tǒng)的調(diào)不斷趨緩。模型等olicy20%BES25%BES30%BES35%BEolicy20%BES25%BES30%BES35%BES40%BES情景*2030電化學(xué)儲裝機(jī)2021-30火電出TW）2021-30風(fēng)光棄電TW）2021-30外購電TW）2021-30碳排放百萬v12.1163.5131.755.0141.1+3.3-4.7(-2.9%)-9.6(-7.3%)-4.0(-7.3%)-3.8(-2.7%)+7.0-7.5(-4.6%)-16.1(-12.3%)-6.6(-12.0%)-6.1(-4.3%)+10.7-8.9(-5.4%)-20.1(-15.3%)-8.9(-16.2%)-7.2(-5.1%)+14.4-9.7(-5.9%)-22.7(-17.2%)-10.0(-18.2%)-7.9(-5.6%)+18.1-10.0(-6.1%)-23.8(-18.1%)-11.1(-20.1%)-8.1(-5.7%)數(shù)據(jù)來源：落基山研究所*Policy情景的為基準(zhǔn)政策情景，為絕對值展示；20%BESS、25%BESS、30%BESS、35%BESS、40%BESS情景分別為新增風(fēng)電和光伏裝機(jī)按照電化學(xué)儲能配比為20%、25%、30%、35%、40%的情景，為Policy相對值展示同由圖表19可雖然儲能配比的增加帶來了可變成（電的燃料和運維以及外購成本及啟停成本的降但是所需的新增投資和固定運維成本依舊讓系統(tǒng)總成本變化量乎呈線性上而且碳減排下降趨勢在25%儲能配比出現(xiàn)拐vi結(jié)合圖表20中的儲能均充小時數(shù)如果一味的追求儲能高配新建儲能的利率將會著降重影響儲能投資的經(jīng)濟(jì)性均電小時數(shù)的快速下映系統(tǒng)可生能源電時間較為集在大多數(shù)時間并不需要更大規(guī)模的化學(xué)儲能來提供系統(tǒng)靈活也和圖表2中體現(xiàn)的風(fēng)光和外購著季節(jié)性相應(yīng)。表9不同儲能配比情景系統(tǒng)成本與碳排放變相對于基準(zhǔn)政策情景的十年累計）百萬人民60,00050,00040,00030,00020,00010,0000-10,000-20,000

olicy 20%BES 25%BES 30%BES 35%BES 可變成本 啟停成本 固定成本 年化投資成本 總成本 碳排放

百萬0.0-2.5-5.0-7.5-10.0-12.5-15.0-17.5-20.0數(shù)據(jù)來源：落基山研究所不包含外購電量涉及的碳排放投/MW+啟停成元/+固定成元/M+年化投資成按照初始表0 不同儲能配比情景儲能十年平均等效滿功率充放電小時數(shù)olicy20%BES25%BES30%BES35%BES40%BES等效滿功率充電小時數(shù)2,0391,7491,5961,4111,280755等效滿功率放電小時數(shù)1,8411,5781,4411,2731,156682數(shù)據(jù)來源：落基山研究所體而可能源的電率和外購量呈現(xiàn)相的季節(jié)但是在近零電系統(tǒng)的2030加大儲能配并沒有明顯增強(qiáng)系統(tǒng)對可生能源的消納能在豐水期尤為明（圖表21即使在40%的儲能配電化學(xué)儲能裝機(jī)量從12GW到30.G,但是全可能源電量比準(zhǔn)政策情景僅降低1,57GW中枯水期降低1,300GW水期降低272GW調(diào)節(jié)能力的提高電呈現(xiàn)相反的季節(jié)性此時全年風(fēng)6.8%下降到5.棄光從9.2下降到8.3水率在2.5%左右維持不變這種現(xiàn)象體電化學(xué)儲能無法長周期跨季節(jié)性調(diào)節(jié)的無法完全解決青海電系統(tǒng)季豐水期電力富冬季枯水期電緊張的困亟需發(fā)他新零碳調(diào)電源的。表1不同儲能配比情景2030年月度棄風(fēng)棄光總和外購）Wh 5,0004,5004,000 3,500 2,500 2,000 1,500 1,000 5000

Wh 5,0004,5004,000 3,500 2,500 2,000 1,500 1,000 5000y S S S S S數(shù)據(jù)來源落基山研究所光熱規(guī)化發(fā)情景光熱電是充分利青海地域特色穩(wěn)定可控的零電源本介4種光熱裝機(jī)規(guī)模情電系統(tǒng)真結(jié)并準(zhǔn)政策情比較圖表2光熱裝機(jī)規(guī)模的不斷提高著減電和外購依同時和圖表18加3.0GW光熱裝（2.0CSP情景就起加.0G化學(xué)儲（25%BESS情景所應(yīng)電及外電量減少效且減排效伴隨光熱裝機(jī)呈現(xiàn)線下降的趨從系統(tǒng)成本的角度光熱裝機(jī)的大量燃料外購等可變成本電成2倍光熱裝情景所加系統(tǒng)成（128僅25%儲能配比情景應(yīng)系統(tǒng)成本加的68此時新光光熱裝機(jī)比為81體光熱青海既以滿足波動可足時電力提內(nèi)靈活性加速電量退減少外購依又有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。表23光熱規(guī)?；_發(fā)情景系統(tǒng)成本與碳排放變相對于基準(zhǔn)政策情景的十年累計）60,00050,000表23光熱規(guī)?；_發(fā)情景系統(tǒng)成本與碳排放變相對于基準(zhǔn)政策情景的十年累計）60,00050,000 40,00030,00020,00010,0000-10,000-20,000百萬人民幣y可變成本 啟停成本固定成本年化投資成本百萬0.0-2.5-5.0-7.5-10.0-12.5-15.0-17.5-20.0總成本碳排放數(shù)據(jù)來源：落基山研究所情景*2030光熱機(jī)2021-30火電出TW）2021-30風(fēng)光棄電TW）2021-30外購電TW）百萬olicy3.2163.5131.755.0141.11.5SP+1.5-2.5(-1.6%)-3.6(-2.8%)-4.3(-7.8%)-2.0(-1.4%)2.0SP+3.0-5.0(-3.1%)-9.9(-7.5%)-8.3(-15.1%)-3.9(-2.8%)2.5SP+4.5-7.3(-4.5%)-10.5(-8.0%)-12.1(-22.0%)-5.7(-4.0%)3.0SP+6.0-9.4(-5.7%)-13.4(-10.2%)-15.5(-28.1%)-7.4(-5.2%)數(shù)據(jù)來源：落基山研究所*Policy為基準(zhǔn)政策情新增3GW光熱裝機(jī)量1.5CS2.0CS2.5CS3.0CSP情景分別為新增光熱裝機(jī)量是Policy新增的1.52.0、2.53.0同時參考光熱太陽倍數(shù)為1.每增加1MW光熱裝對應(yīng)減少1.5MW光伏裝機(jī)以維持相似電量充裕性光熱作為可調(diào)節(jié)性新能源，提高光熱在新能源中的裝機(jī)占比可有效緩解棄風(fēng)和棄光現(xiàn)象，同時減少枯水期對外購電量的依賴度（圖表24。在近零碳電力系統(tǒng)的030年，對比基準(zhǔn)政策情景和2倍光熱裝機(jī)情（新增光伏光熱裝機(jī)比分別約為18:1和8:1），全年棄風(fēng)率從6.8%下降到6.2%，棄光率從9.2%下降到8.8%；同時氣電的利用小時數(shù)從3,140小時下降到2,997小時，外購電量占比從5.4%下降到4.9%。表4 光熱規(guī)?；_發(fā)情景2030年月度棄風(fēng)棄光總和外購） 4,5004,0003,5002,5002,0001,5001,0005000數(shù)據(jù)來源：落基山研究

Wh5,000 4,0003,5002,5002,0001,5001,0005000y P P P 能替代零碳情景雖然上述增加儲能配比和增加光熱發(fā)規(guī)模情景都減了電和外購電的依但是都有完全實青海打造零電系統(tǒng)的雄季節(jié)性的供需盾仍然著存因此本節(jié)重點關(guān)注最具的長期調(diào)節(jié)術(shù)–氫通過電系統(tǒng)電解利可能源電制綠并改已規(guī)劃的燃?xì)廨啓C(jī)以混燒氣逐步替代天然進(jìn)一展六種制電解槽裝機(jī)規(guī)模下電系統(tǒng)仿真結(jié)果由圖表25入氫能替代天然氣著減十年計的電出且隨著制電解槽裝機(jī)不斷提電出力和可生能源電量下降趨管在3G電解槽裝情H2,電解氣機(jī)裝機(jī)1減排已著上述不同儲能配比光熱規(guī)?；l(fā)情但值得注意的此處的碳排放核并納入外電量所及的碳排放外電量的碳排放核算較為復(fù)理論由對應(yīng)外購份應(yīng)時段的機(jī)組出力決會受到省間協(xié)議的影不應(yīng)簡化為一均電網(wǎng)排放因因此研究將在3.2.做進(jìn)一的敏感性。表25 氫能替代零碳情景主要仿真結(jié)相對于基準(zhǔn)政策情景的十年累計變化）情景*2030制氫電解槽裝機(jī)2021-30火電出TW）2021-30風(fēng)光棄電TW）2021-30外購電TW）百萬olicy0163.5131.755.0141.11H2+3.0-32.3(-19.7%)-22.6(-17.2%)+29.0(+52.6%)-14.1(-10.0%)2H2+6.0-32.6(-19.9%)-24.9(-18.9%)+23.3(+42.3%)-14.4(-10.2%)3H2+9.0-33.5(-20.5%)-51.0(-38.8%)+18.9(+34.4%)-15.3(-10.8%)4H2+12.0-37.1(-22.7%)-68.7(-52.2%)+14.7(+26.8%)-18.8(-13.3%)5H2+15.0-37.7(-23.1%)-73.5(-55.8%)+14.4(+26.2%)-19.3(-13.7%)6H2+18.0-37.8(-23.1%)-87.8(-66.7%)+14.2(+25.8%)-19.4(-13.7%)數(shù)據(jù)來源：落基山研究所*olcy為基準(zhǔn)政策情其余場景將改造后的天然氣燃?xì)廨啓C(jī)從2025年開始混燒氫氣并不斷提高氫氣比到2027年實現(xiàn)并保持純氫燃燒1H2H3H4H5H6H2情景分別為制氫電解槽裝機(jī)是燃?xì)廨啓C(jī)裝3的6倍表6氫能替代零碳情景系統(tǒng)成本與碳排放變相對于基準(zhǔn)政策情景的十年累計）60,00050,00040,00030,00020,000表6氫能替代零碳情景系統(tǒng)成本與碳排放變相對于基準(zhǔn)政策情景的十年累計）60,00050,00040,00030,00020,00010,0000-10,000-20,000百萬人民幣百萬噸y0.0-2.5-5.0-7.5-10.0-12.5-15.0-17.5-20.0可變成本數(shù)據(jù)來源：落基山研究所啟停成本固定成本年化投資成本總成本碳排放配，超出了本研究的范疇由圖表27可見，在實現(xiàn)省內(nèi)全部為零碳電源裝機(jī)的2030年，電解制氫的引入極大緩解了豐水期可再生能源的棄電情況，而且外購電量在枯水期11-12月出現(xiàn)下降（除1H2情景電解槽裝機(jī)僅為3GW外），這體現(xiàn)了氫能獨特的長周期跨季節(jié)調(diào)節(jié)特點。但是外購電需求在上半年明顯增加，這說明目前電力系統(tǒng)內(nèi)的氫能供應(yīng)仍然存在不足，難以完全替代基準(zhǔn)政策情景中從電力系統(tǒng)外穩(wěn)定供應(yīng)的天然氣以用來發(fā)電。同時對于燃?xì)廨啓C(jī)資產(chǎn)方來講，“十五五”期間由于氫能的引入，4H2情景中的燃?xì)廨啓C(jī)平均利用小時數(shù)從基準(zhǔn)政策情景的2,152小時提高到3,057小時，在完成12GW制氫電解槽裝機(jī)的2030年高達(dá)3,421小時，有效避免了碳中和背景下火電資產(chǎn)擱淺的風(fēng)險。研究不建議橫向?qū)Ρ葰淠芴娲闾记榫昂筒煌瑑δ芘浔?、光熱?guī)?；_發(fā)情景的系統(tǒng)成本結(jié)果。氫能的儲運存在多種形式，礎(chǔ)建設(shè)不僅會應(yīng)用到電力行業(yè)，也會應(yīng)用到供熱、工業(yè)、交通等領(lǐng)域，因此其相關(guān)成本應(yīng)從更宏觀的全社會層面進(jìn)行考量和分表7 氫能替代零碳情景2030年月度棄風(fēng)棄光總和外購）Wh5,000 4,500 4,000 3,500 2,500 2,000 1,500 1,000 5000

Wh6,0005,0004,0003,0002,0001,0000 數(shù)據(jù)來源：落基山研究

y 2 2 2 2 2 圖表28進(jìn)一步展示了2030年每月火電、外購、可再生能源、氫能的使用情況，基本實現(xiàn)了豐水期電解制氫儲氫、枯水期燃?xì)浒l(fā)電的氫電耦合模式。整體而言，氫能的引入極大降低了年末和年初對火電和外購的依賴，但同時也在凈消耗上一年豐水期存儲的氫能，導(dǎo)致儲氫水平在1月底已達(dá)到較低水平；而2-6月份仍處于電力供需較為緊張的枯水期，疊加儲氫水平趨于最低點，此時外購的增加量基本對應(yīng)著火電的減少量這也驗證了如果沒有額外的氫能補(bǔ)充，現(xiàn)有系統(tǒng)內(nèi)的電解制氫難以完全取代天然氣的作用?？梢酝ㄟ^在政策規(guī)劃外投資更多的光伏和風(fēng)電，增加系統(tǒng)內(nèi)的電能供給以用來電解制氫，提高氫能儲運網(wǎng)絡(luò)的儲氫水平，從而穩(wěn)定供給全年發(fā)電所需氫能。當(dāng)步入豐水期，理論上無成本的可再生能源棄電用來大規(guī)模制氫，儲氫水平不斷提高在10月底達(dá)到峰值，以備用當(dāng)年冬季至次年春天枯水期的電力缺口viii。表Wh8,000年 年 年 年 年 年 年 年 年 年 年 4,0002,0000-2,000-4,000-6,000-8,000

i景(4H2)2030年月度發(fā)電和氫能使用情況

月末儲氫熱值*10GJ6,0005,0004,0003,0002,0001,0000火電發(fā)電量 外購電量 可再生能源發(fā)電量 氫能凈發(fā)電量 月末儲氫熱值數(shù)據(jù)來源：落基山研究所視性研究模型仿真范圍到2030年但是優(yōu)化過程會假設(shè)2030年后依舊保持2030年的基本供需情從而避免模型結(jié)果的短參考IRA-E-2-00發(fā)電6現(xiàn)負(fù)全過程效率約為44.8（情景 olicy 20%BES 40%BES 1.5SP 3.0SP 1H2 表29主要情景天然氣氣源需求對比數(shù)據(jù)來源：落基山研究所此氫能促電系統(tǒng)轉(zhuǎn)在宏觀能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型層還釋放了較為清潔的天然氣資源以應(yīng)用難減排領(lǐng)域相于基準(zhǔn)政策情氫能替代情景天然氣電僅在202326年作為過電十年減少天然氣需求6億立米以對本地天然氣產(chǎn)比從2.0下降到12.0%202年起不以進(jìn)一步供暖清情景 olicy 20%BES 40%BES 1.5SP 3.0SP 1H2 表29主要情景天然氣氣源需求對比數(shù)據(jù)來源：落基山研究所十年總需億立方）92.888.683.790.584.525.223.7年最大需億立方）20.219.720.119.818.89.08.9對全省天然氣產(chǎn)能占比x27.0%26.3%26.8%26.4%25.1%12.0%1