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碳·Future | 双碳目标下电力行业的发展

盛世投资

2022-09-08

一、问题背景

2015年12月，全球近200个国家签署《巴黎协定》，在应对气候变化方面达成共识，控制全球平均气温较前工业化时期上升幅度在2℃以内，并努力控制在1.5摄氏度以内。中国作为负责任大国积极参与全球气候治理工作，逐渐成为全球气候治理的引领者。2020年9月22日，在第七十五届联合国大会上提出，中国将采取更加有力的政策和措施，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。2021年3月15日，中央财经委员会第九次会议中指出构建以新能源为主体的新型电力系统，成为“双碳”目标实现的基本思路与主要举措。

2020年中国二氧化碳排放总量102亿吨，其中电力部门（含供热）碳排放约为44亿吨，占总排放量的43.1%。虽然除电力部门外的其他碳排放重点部门，如工业部门、建筑部门、交通部门正在积极推动节能提效和电气化替代，但碳达峰时间存有较大不确定性。相对来说，电力部门是最容易实现碳达峰的碳排放重点部门，其尽早达峰对全国碳达峰起到关键作用。

“十三五”期间中国经济发展呈现稳中向好态势，加之电能替代红利释放，电力需求保持中高速增长。虽然煤电正逐步退出电力供给侧主导地位，但其基础电源地位长期保持不变，装机容量和发电量增长依然较快。电力行业持续推进清洁低碳转型，以风电、光伏为代表的新能源比例不断提升，系统所需平衡其波动性与随机性的灵活性资源紧缺。我国产业结构不断优化，用电需求重心逐步向第三产业和居民用电发生转移，负荷呈现尖峰化、双峰化特点。面对电力部门发展存在的突出问题，电力部门尽早实现碳达峰也面临较大挑战。

二、我国的电力行业现状

（一）电力发展现状

1.电力需求

2010年以来，工业化城镇化进程不断推进，经济由高速增长转变为高质量增长，电力需求持续增长。“十三五”期间，我国电力需求的增长速度仍然较快，年均增速为4.9%。其中，电能替代加速，电气化率稳步提升，对全社会的电能需求起到了推进作用。国网经营区域电能替代电量2013-2020年累计完成电量8677亿千瓦时，推进优化终端能源消费结构，进一步提高终端用能的电气化水平。随着国内能源消费结构的优化调整，技术进步、经济发展等因素，未来中国电能需求仍将持续走高。

图1 全社会用电量及增速

图片来源：电力部门碳排放达峰路径与政策研究

2.电力供给

电力供给侧，我国电力生产供应能力稳步提升，结构进一步优化，行业清洁低碳转型加速推进。根据《“十四五”现代能源体系规划》提供的数据：在装机量上，截至2020年底，我国可再生能源发电装机达到9.34亿千瓦，占发电总装机的42.5%，风电、光伏发电、水电、生物质发电装机容量连续多年稳居世界第一。在发电量和消纳量上，2020年我国可再生能源利用总量达6.8亿吨标准煤，占一次能源消费总量的13.6%。其中，可再生能源发电量2.2万亿千瓦时，占全部发电量的29.1%。。2020年非化石能源发电量达到2.6万亿千瓦时，发电量占比34%，其中非化石能源新增发电量占新增电力需求的54.7%,对燃煤发电增量电量形成有效替代，加速推动了电力清洁低碳转型。

图2和图3分别显示了2010-2020国内各种类电力供给的装机量和发电量。

图2 国内各类别发电装机量

图3 国内各类别发电量

图片来源：电力部门碳排放达峰路径与政策研究

（二）电力行业的发展目标——构建新型电力系统

新型电力系统的构建是一个复杂的系统工程，不同发展阶段存在不同特征。锚定2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标，按照“以新能源为主体”要求，设置新型电力系统的战略目标，制定能源低碳转型下构建新型电力系统的战略，提出构建新型电力系统“三步走”，分步骤预测不同阶段电力系统的能源结构。

表1 发展目标三阶段

资料来源：中国电力圆桌

三、双碳目标下新型电力系统的发展方向

现阶段，我国用能需求高，能源结构以化石燃料为主，导致碳排放总量和强度“双高”。重构能源体系是实现“双碳”目标的必然要求，而构建新型电力系统是“双碳”目标导向下能源体系重构的核心。构建新型电力系统一方面是终端能源消费部门可以通过电能替代来减少温室气体的排放，另一方面是可以通过非化石能源对传统化石能源的替代来实现低碳排放。由于大部分非化石能源是通过电能转化利用，实施电能替代的终端部门用能方式将提升进一步电气化水平。同时，加大对非化石能源的利用又会促进电力系统低碳化。

（一）高水平低碳化——清洁能源发电

1.太阳能发电

我国太阳能发电起步较晚，但发展迅猛，截至2020年底太阳能发电装机容量2.5亿千瓦。我国太阳能发电在实现快速发展的同时，技术和成本已处于世界领先水平。2015年后国家加大分布式光伏的投资和建设力度，对于部分光能资源和土地资源紧张的中东部地区，分布式成本仍然较高。太阳能光热发电可以提供连续、可靠的电力且具有良好的调节性能，发展潜力巨大。目前我国光热发电已形成全产业链，国产化率达90%以上。考虑太阳能发电成本的进一步降低和光热逐步部署，预计太阳能发电装机容量将在“十四五”期间超过风电，年均增长6000-8000万千瓦。

2.风能

2021年中国风电新增装机占据全球半壁江山。根据全球风能理事会（GWEC）《2022年全球风电行业报告》，2021年全球风电新增装机93.6GW，累计装机规模837GW，同比增长12%。中国2021年风电新增并网装机容量47.57GW，占全球新增装机50.91%。其中，陆上风电新增装机3067万千瓦、海上风电新增装机1690万千瓦。

根据国家能源局数据，截至2022年3月底,全国风电累计装机337GW，其中陆上风电累计装机310GW、海上风电累计装机26.65GW。

（1）陆上风电：

根据国家发改委、国家能源局发布的《以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地规划布局方案》，到2030年规划建设风光基地总装机约4.55亿千瓦，“十四五”规划建设风光基地总装机约2亿千瓦。截至2022年第一季度，第一批约100GW的大型风电光伏基地项目已开工约84GW，第二批风光大基地项目已启动竞配。

（2）海上风电：

2021年全球海上风电新增装机21.1GW，全球海上风电累计装机57GW。在抢装潮影响下，2021年我国海上风电爆发式增长，新增并网装机16.9GW，是2020年新增装机的5.5倍。截止2021年底，中国海上风电累计装机量已达27.7GW，位列全球第一。

表2 风能太阳能装机预测

数据来源：北京大学能源研究院

3.其他主要非化石能源发电

（1）核电

核能具有稳定的发电出力和支撑基本负荷的能力,被普遍认为是接替煤电承担基本负荷的重要电源。截至2020年底我国核电装机容量4989万千瓦，核电厂址主要分布在东南沿海地区。福岛核事故后，按照最新法规标准对完成初可研的厂址进行了复核，共有45个厂址条件较好，总装机规模约1.9亿千瓦。我国模块化小型堆技术实现陆上商用化，极大的提升了安全性，缩短了建造周期短，在未来的电力体系中，小型堆核电可以作为清洁的分布式能源灵活部署。

（2）水电

我国水力资源丰富，可开发装机容量为6.6亿千瓦，年发电量3万亿千瓦时。常规水电在实现非化石能源目标和“西电东送”保障电力安全中起到重要作用，未来开发程度将显著提升。随着开发工作逐步向西部深入推进，新建水电选址地理位置偏远且地况复杂，加之移民安置工作难度较大，将增加建设难度和成本，水电开发任务艰巨。

截止到2020年底，我国常规水电装机3.39亿千瓦，在建规模约4800万千瓦。2021-2030年常规水电新增将持续发力，年均新增装机容量可达700-1000万千瓦，2030年后随着开发难度加大，进展放缓，除怒江、雅鲁藏布江外，主要河流干流水电开发基本完毕。

表3 水电核电装机预测

数据来源：北京大学能源研究院

（二）高水平电气化——电能替代

1.当前电气化进程

2020年，全国电能占终端能源消费比重约为26.5%，较上年提高1.4个百分点，东部地区终端能源消费电气化水平更高；同年，全国人均生活用电量达到775.8千瓦时/人，比上年增长6.6%。截至2020年，全国非化石能源电力消纳量占比达到33.7%，较上年提高1.4%，其中我国西部地区的消纳量突出，非化石能源电力消纳量占比达到45.5%。

2020年，我国电气化进程指数达到77.3，比上年增长1.0，发展势头良好。表4显示了2017-2020年间具体的电气化发展数据。

表4 电气化进程数据