【专稿推荐】周原冰, 江涵, 肖晋宇, 等. 清洁低碳发展背景下跨国互联电力系统规划方法

Original 中国电力中国电力 2023-12-18

周原冰, 江涵, 肖晋宇, 等. 清洁低碳发展背景下跨国互联电力系统规划方法[J]. 中国电力, 2020, 53(10): 1-9.

ZHOU Yuanbing, JIANG Han, XIAO Jinyu, et al. Planning methods for transnationally interconnected power systems under the background of clean low-carbon development[J]. Electric Power, 2020, 53(10): 1-9.

1研究背景

全球应对气候变化窗口日益收窄，亟需加快能源清洁低碳转型，2019年6月二氧化碳浓度已升至0.0415%体积浓度，达到过去80万年至今的最高水平，全球平均温升超过1℃。未来全球经济仍将稳步增长，推动电力需求持续提升，对人类社会的可持续发展带来诸多机遇与挑战。可持续发展的核心是清洁发展，需要构建清洁主导、电为中心、互联互通、共建共享的跨国电力系统，保障人人享有清洁、可靠、可负担的现代能源供应。随着全球能源互联网、亚太电力互联路线图、“一个太阳、一个地球、一个电网”等国际倡议相继提出，对于跨国互联电力系统规划研究方法的需求也愈加迫切。

2论文所解决的问题及意义

本研究提出了完整、有序、协同的跨国互联电力系统规划研究框架，设计了总体工作流程。论文重点介绍了工作体系、支撑体系的构成，以及情景设置、网源协同规划、环境气候-经济-社会综合效益评估等分析模型。以实现《巴黎协定》2℃和1.5℃温控约束为目标，针对全球开展电力需求、电源结构、电能流动的情景分析，评估对比综合效益。最后对规划研究方法进行总结，提出提升建议。

3论文重点内容

论文以实现《巴黎协定》全球温控计划为目标，研究和分析全球各国经济社会、资源环境和能源电力基本情况，展望电力发展趋势、电能流动、综合效益等。论文提出的研究框架包括工作和支撑两大体系，工作体系具体承担机构作为互联规划研究的倡议者，负责搭建协同工作平台，相关专业智库、咨询机构等作为协助单位，完成政策、技术专项工作。支撑体系中，区域能源组织、各国电力企业为区域及国家规划目标、系统运行情况等提供数据支持；规划所涉及的国家政府等利益相关方形成咨询组，根据不同地区情况，对规划研究边界条件、方案及结论提供建设性意见。综合“两个体系”以及情景设置、网源协同规划、环境气候-经济-社会综合效益评估等分析模型，构建总体工作流程，包含启动阶段、情景设定阶段、技术分析阶段、优化总结阶段，详细步骤如图1所示。

图1 总体研究工作流程

论文研究结果显示，电气化是推动能源转型的关键，全球电力需求增长潜力巨大。统筹考虑全球经济复苏、人口稳步增长、技术不断进步等因素，全球电力需求未来总体呈平稳增长趋势，主要增长点包括全球经济增长和产业发展需求、电能替代深化、电气化程度和电力可及率的提高等。预计到2035、2050年，全球用电量达到44万亿kW•h和62万亿kW•h，年均增速分别达到3.7%和2.25%。全球人均用电量由2016年的约2990kW•h增长至2050年的6300kW•h。从终端能源占比上，2035年左右，电能将超过石油成为终端第一大能源品种。2050年，全球用电量占终端能源比重超过50%，电力需求增速是能源需求增速的3倍以上。

全球装机结构清洁化，清洁发电逐步成为主导电源。预计2030年前，清洁能源装机占比将超过化石能源。到2035年，全球装机163亿kW，清洁能源装机占比为73%。2050年，全球装机260亿kW，清洁能源装机占比为84%，如图2所示。2030年左右全球煤电装机达到峰值，后续煤电逐步退役，2035年降至18亿kW，到2050年回落到13亿kW。

图2 全球发电装机结构发展趋势

清洁能源需要全球性配置。2035年，全球跨洲跨区电能流动总规模需要达到1.7万亿kW•h，其中跨洲电能输送0.23万亿kW•h。2050年，全球跨洲跨区域电能流动总规模达到3.3万亿kW•h，其中跨洲电能流动达到0.55万亿kW•h。洲内跨区电能输送主要有俄罗斯水电、风电，中亚风光能源基地加大规模向中国、韩国、日本等国家送电。同时西亚太阳能向南亚送电，北极地区风电基地电能输送至东北亚地区；中、东非水电进一步提升向非洲西部、南部地区送电规模。跨洲电能主要由北非太阳能基地向欧洲大陆送电；中亚大型清洁能源基地向欧洲中部送电；西亚太阳能输送至欧洲东部，如图3所示。

图3 全球电能流动示意

实现1.5℃温升能够确保全球气候系统风险更小，需要在能源供应侧、消费侧等方面采用新技术并加快行动。在能源供应侧加快清洁替代，推进各流域水能综合开发研究，协调流域梯级电站集中开发、高效送出；加快大型陆上/海上风电基地、大型太阳能基地开发，应用光热、光热/光伏混合发电、光伏带电化学储能等技术；充分利用建筑屋顶、农渔业设施和水面等空间，推进分布式光伏发电建设。在能源消费侧深化电能替代，加强电能替代政策性支持，加大电动汽车、电动机械等技术攻关和产业扶持力度；加快推动动力电池、热泵等关键技术发展与突破；积极发展电制氢及燃料电池、电制合成燃料和原材料等新型电气化技术；加速推进相关基础设施建设，提升电制氢、电制合成燃料生产规模及运输、配置效率等。推动固碳减碳技术应用，积极推动碳捕捉、森林碳汇等技术研发和商业化、规模化应用，直接减少空气中的温室气体。相比2℃情景，2050年清洁能源电源装机占比增加7%，终端电气化率提升约13个百分点，跨洲跨区电量流动增加0.7万亿千瓦时以上，系统建设投资累计增加20%，如图4所示。

图4 2℃和1.5℃情景分析比较

4研究结论

论文基于国际研究及与联合国、东盟、非盟等国际组织合作实践，探索提出了以清洁低碳发展为目标的跨国互联电力系统规划研究方法。（1）从体系框架上，为应对跨国互联系统涉及政治、经济、人文等多重复杂因素，提出构建工作体系和支撑体系，形成统筹协调的工作及沟通合作机制，全面的考虑规划中各种需求和影响因素。（2）从规划研究技术上，提出了情景设计、协同规划、综合效益评估3个模型。在情景分析中，充分考虑全球清洁低碳发展进程以及国际互联互通的变化趋势。网源规划中，考虑清洁电源的随机性和间歇性特征，将多国电源布局和跨国电能流动进行协同规划，同时充分考虑研究区域内专家机构的意见，以模型分析与利益相关方意见迭代优化的方式形成可行方案。效益分析中，全面考虑系统建设所涉及的经济、环境及社会发展等方面，充分体现电网互联对于可持续发展的促进作用。

跨国互联低碳电力系统是未来电力系统发展的必然趋势，希望本文能够为相关部门和研究机构开展战略规划、项目开发、国际合作等工作提供参考。

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作者介绍

第一作者：周原冰，男，教授级高级工程师，主要从事能源电力系统规划等研究等工作。

E-mail: zhouyuanbing@geidco.org。

第二作者：江涵，男，高级工程师，从事能源电力规划、电力稳定分析等研究。

E-mail：han-jiang@geidco.org。

第三作者：肖晋宇，男，教授级高级工程师，从事电力系统规划、分析和控制等研究。

E-mail：jinyu-xiao@geidco.org。

第四作者：梁才浩，男，高级工程师，从事电力系统规划、分析和新能源接入等研究。

E-mail：caihao-liang@geidco.org。

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