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2022年7月北京大学能源研究院气候变化与能源转型项目新能源为主体的新型电力系统的内涵与展望北京大学能源研究院是北京大学下属独立科研实体机构。研究院以国家能源发展战略需求为导向，立足能源领域全局及国际前沿，利用北京大学学科门类齐全的优势，聚焦制约我国能源行业发展的重大战略和科技问题，按照“需求导向、学科引领、软硬结合、交叉创新、突出重点、形成特色”的宗旨，推动能源科技进展，促进能源清洁转型，开展专业及公众教育，致力于打造国际水平的能源智库和能源科技研发推广平台。气候变化与能源转型项目北京大学能源研究院于 2021 年 3 月启动了气候变化与能源转型项目，旨在助力中国应对气候变化和推动能源转型，实现 2030 年前碳达峰和 2060 年前碳中和的目标。该项目通过科学研究，设立有雄心的目标，制定清晰的路线图和有效的行动计划，为政府决策提供建议和支持。该项目积极推动能源安全、高效、绿色和低碳发展，加速化石能源消费的减量化直至退出。该项目具体的研究领域涵盖宏观的能源与环境、经济和社会的协调综合发展；化石能源消费总量控制；能源开发利用技术创新；电力部门向可再生能源为主体的系统转型；推动电气化；高耗能部门的低碳绿色发展；可持续交通模式；区域、省、市碳中和模式的示范推广；散煤和塑料污染治理；碳中和与碳汇；碳市场；社会公正转型等。在此郑重感谢 Climate Imperative Foundation 对本报告的支持与帮助。报告内容为课题组独立观点，不代表其他方的任何观点或立场。系列报告新能源为主体的新型电力系统的内涵与展望中国典型省份煤电转型优化潜力研究电力部门碳排放达峰路径与政策中国散煤综合治理研究报告 2021 “十四五”推动能源转型实现碳排放达峰北大能源研究院气候变化与能源转型项目系列报告新能源为主体的新型电力系统的内涵与展望报告编写人员吴迪康俊杰杨富强杨雷 2022年7月 i 目录 ◎执行摘要 . 1 ◎第一章构建新型电力系统的战略意义 3 （一）重塑我国能源生产消费结构，全力应对气候变化挑战 3 （二）促进我国深入推动能源革命，加速建成能源强国 . 4 （三）驱动我国经济社会高质量发展，引领第四次工业革命 5 （四）贡献 “中国智慧 ”，助力全球落实可持续发展目标 6 ◎第二章新型电力系统的定义、特征与展望 . 7 （一）现有能源电力系统的主要特征 . 7 （二）新型电力系统的主要特征 8 （三）新型电力系统的远景展望 9 （四）新型电力系统的发展路径 . 11 ◎第三章构建新型电力系统的难点与挑战 . 16 （一）前瞻性技术突破 . 16 （二）经济性 22 ii （三）市场机制建设 24 （四）安全可靠性 . 27 （五）供应链安全 . 29 ◎第四章构建新型电力系统的重点支柱 32 （一）加速推动煤电的优化和退出 . 32 （二）综合施策提升电力系统灵活性 . 34 （三）充分发挥电力多元转换（ Power-to-X）的互补效应 . 36 （四）强化分布式能源与微电网的发展格局 . 37 （五）加强新一代发电与供热技术的推广应用 39 （六）促进循环经济和 “新能源 ”的发展 40 ◎第五章构建新型电力系统的保障措施 43 （一）建立现代化的能源管理体系 . 43 （二）构建高效运转的电力批发市场 . 44 （三）构建多样化的电力零售市场 . 45 （四）高度重视科技研发与创新 46 （五）完善碳市场和可再生能源消纳责任制 . 47 （六）大力推动公正转型和加强宣传教育 . 48 iii 表目录表2-1 新型电力系统下我国电力发展路径 . 13 表3-1 全球风光发电价格变化（2010-2020） .22 表3-2 我国“十三五”电力规划完成情况 28 表3-3 2020年我国关键矿产资源情况 . 31 表4-1 2020年国网公司经营区域尖峰负荷特性指标 .35 iv 图目录图2-1 我国电力行业碳排放展望 . 14 图2-2 两种电力需求增长情景下非化石能源发电量替代情况 . 15 图3-1 不同储能类型储能容量对比 . 17 图3-2 我国太阳能光热累计装机情况 . 18 图3-3 目前我国不同制氢成本比较 . 19 图3-4 我国CCUS项目分布 21 图3-5 2021年中国不同电源平均度电成本 .23 图3-6 我国市场化交易电量的变化情况 25 图3-7 2020年我国与其他国家电价比较 27 图3-8 各发电资源矿产资源使用量对比 29 图3-9 传统汽车和电动汽车所需矿产资源量对比 30 图4-1 我国煤电机组发展展望 33 图4-2 Power-to-X的生产与利用方式 .37 图4-3 微电网的发展模式 39 图4-4 甘肃省通渭县“光伏农业”发展模式 .42 1 Climate Change and Energy Transition Program 执行摘要 2021 年 3 月 15 日，中央财经委员会第九次会议提出要“实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统”。构建新型电力系统对我国建设富强、民主、文明、和谐的社会主义现代化强国具有重要意义。构建新型电力系统将重塑我国能源生产消费结构，助力全球应对气候变化挑战；将促进我国深入推动能源革命，加速建成能源强国；将驱动我国经济社会高质量发展，引领第四次工业革命；将为世界贡献“中国智慧”，助力全球落实可持续发展目标。新型电力系统是未来新能源为主的我国能源系统的主体，将根本改变目前我国化石能源为主的发展格局，实现能源消费的电气化和电力消费的清洁化，具有全面支撑性、系统平衡性、综合高效性、科技创新性以及国际引领性等主要特征。全面支撑性指我国电气化程度高，全面实现电代煤、电代油、电代气。包括氢能、碳捕捉与封存利用（ CCUS）、生物质能等在内的清洁技术能有效支撑全社会难以电气化领域的深度脱碳；系统平衡性指我国能突破能源系统的“不可能三角”，实现电力消费以清洁能源为主，具备安全稳定的电力供给能力和遇到突发事件的灵活调节能力，电力价格长期稳定且终端用户可承受，电力服务普惠经济民生；综合高效性指我国能源综合使用效率高，以服务需求侧为导向，废弃资源的循环综合利用水平高。拥有高效运转的市场机制（有效市场）和科学健全的监管体系（有为政府），与新一代数字信息技术广泛融合发展。科技创新性指我国电力全产业链各个环节能够采用先进的科学技术，保持世界领先的科技研究、开发和示范水平，推动能源技术革命；国际引领性指我国在电力投资贸易与标准制定、国际能源组织、应对气候变化等事务上具有较强的影响力，能够为世界解决能源问题积极贡献中国智慧和解决方案。在新型电力系统建成后，我国电能在终端用能的比重在70以上，非化石能源发电量占总发电量的比重在95以上，电力系统和能源系统之间的界线逐渐模糊，即我国电力系统趋近于能源系统。我国构建新型电力系统分为两个阶段。第一阶段到 2035 年，称为构建新型电力系统的 1.0 阶段；第二阶段为 2036 年到 2060 年，称为构建新型电力系统的 2.0 阶段。在新型电力系统 1.0 阶段，电力在我国能源系统中的地位得到持续加强，增量能源消费主要以电力消费为主，但总体来看电力仍然不是我国终端用能的主要形式。新增电力需求在“十四五”时期绝大部分由非化石能源满足。在 1.0 阶段，我国新能源装机快速增长，光伏、光热、陆上风电和海上风电的总装机到 2025 年和 2035 年分别达 11.2 亿千瓦和 26.8 亿千瓦，非化石能源发电量占总发电量的比重分别达 43 和 61。与之对应的是煤电装机的加速下降， 2025 年我国煤电装机达到峰值 11.7 亿千瓦，随后进入峰值平台期，缓慢下降到 2035 年的 10.6 亿千瓦，其中约一半为利用小时数只有 3000 多小时的调峰机组。 2气候变化与能源转型项目在新型电力系统 2.0 阶段，以光伏、风电为主的新能源开始大规模替代存量化石能源。传统能源机组的角色和燃料产生巨变，煤电由调峰电源逐渐转变为备用电源，发挥紧急情况下的安全保供作用。到 2060 年，光伏、光热、陆上风电和海上风电的总装机达 56.3 亿千瓦，包括地热、氢电、海洋能等在内的新兴清洁发电机组总量接近 3 亿千瓦，非化石能源发电量占总发电量的比重达 95。届时我国淘汰所有燃煤基荷机组和调峰机组，仅在东中部高负荷地区保留约 2 亿千瓦的安全备用机组。在构建新型电力系统的发展路径下，我国电力行业二氧化碳排放于2025年左右达峰，峰值约45亿吨，2025-2028年碳排放处于峰值平台期，到2030年仍约42亿吨。2030 年之后，我国电力行业二氧化碳排放呈加速下降趋势，若不考虑 CCUS 技术在电力行业的利用，到 2035 年我国电力行业碳排放约 39 亿吨，到 2050 年约 20 亿吨，到 2060 年约 3 亿吨。若考虑 CCUS（包括 BECCS 和直接空气捕捉）技术在电力行业的利用，到 2035 年我国电力行业碳排放约 35 亿吨，到 2050 年约 7 亿吨，到 2060 年实现负排放。开展新一轮技术革命成为摆在我国构建新型电力系统面前最严峻的挑战，这包括新型储能、光热、 CCUS、生物质能，以及绿氢制输储运与终端利用体系等。如果这些关键技术不能在未来取得突破性的进展，降低使用成本，我国构建新型电力系统的过程中将缺乏根本的技术保障，电力系统的安全、清洁、稳定、高效发展也将无从谈起。此外，我国在构建新型电力系统的过程中，在不同时期将面临着不同的挑战与困难。在 1.0 阶段，我国将主要面临经济性和高效性的问题。一方面是新能源高速发展背景下系统整体并网消纳成本的大幅增加；另一方面是不健全的市场机制导致的电力资源无法实现大范围内的优化配置，以及灵活性资源无法有效发挥对新能源的调节支撑作用。在 2.0 阶段，随着新能源制造成本和消纳成本的持续下降，以及市场机制建设的不断完善，我国将主要面临安全性问题，这包括波动性电源大规模并网对系统安全稳定运行造成的冲击，以及新能源制造业中矿产资源和稀土资源安全稳定供应的问题。在构建新型电力系统的两个阶段，我国的工作重点都将围绕推动煤电的优化与退出、综合施策提升电力系统灵活性、强化分布式能源与微电网的发展格局、大力发展电制衍生品技术和新一代发电与供热技术，以及促进循环经济和“新能源 ”的发展上。但两个阶段的侧重点有所不同，在 1.0 阶段，更多的是侧重调整煤电的发展方向和解决电力系统灵活性不足的问题，以满足大规模新能源并网消纳需求，加速电力行业自身的脱碳进程。在 2.0 阶段，更多的是侧重全新的技术、生产与消费方式、商业模式的发展与推广，以及电力行业与其他行业的深度融合等，以发挥电力行业的基础性地位，带动工业、交通、建筑等各个部门的低碳可持续发展。为保障新型电力系统的建设，我国需建立现代化的能源管理体系，持续提升政府部门的行政治理水平；需构建高效运转的电力批发市场和多样化的电力零售市场，保障新能源渗透率不断提升的电力系统运行的安全性、可靠性和经济性；需高度重视科技研发与创新，推进关键能源技术取得突破；需完善碳市场和可再生能源消纳责任制，以市场化的手段倒逼煤电的转型与退出，提升新能源项目的经济性；需大力推动公正转型和加强宣传教育，以促进经济社会的包容性发展，调动一切积极因素，探寻构建新型电力系统的最佳实践和最优之路。 3 Climate Change and Energy Transition Program 第一章构建新型电力系统的战略意义（一）重塑我国能源生产消费结构，全力应对气候变化挑战我国是世界上最大的碳排放国， 2020 年二氧化碳排放总量超过 110 亿吨 1 。2020 年 9 月我国郑重向国际社会承诺要在 2030 年前实现碳达峰，努力争取在 2060 年前实现碳中和。作为世界上最大的发展中国家，我国人口众多、气候条件复杂、生态环境脆弱，是受气候变化不利影响最大的国家之一。积极应对气候变化，落实碳达峰与碳中和的目标（双碳目标），事关中华民族永续发展，关乎人类前途命运。当前我国能源消费结构偏煤，产业结构偏重，能源效率偏低，在实现双碳目标仅有四十年时间的现实情况下，我国面临过渡时间短和减排任务大的双重压力。能源行业的碳排放约占我国碳排放总量的 90 左右 1 。构建以新能源为主体的新型电力系统将极大地加速我国能源消费的电气化和电力消费的清洁化。这一方面将加速电力行业的减污降碳，充分发挥工业、建筑、交通等行业电气化过程中的减排效益。另一方面将根本重塑全社会的生产方式和用能方式，推动电、电基燃料、电基原料全面代替煤炭、石油和天然气。考虑到电力行业的碳排放主体地位，以及其是为全社会服务的基础性行业，构建新型电力系统将是我国如期实现双碳目标最重要的手段。此外，以欧美为主的发达国家都在近些年加大了能源转型和应对气候变化的力度，并都将大力发展可再生能源和尽早退出煤电作为核心战略方向。德国拟将可再生能源发电占比从 2020 年的 45 提升至 2035 年的 100，助力全国在 2045 年前实现碳中和 2 。英国则有全世界最激进的退煤政策，英国于 2021 年宣布将在 2024 年 10 月 1 日前 1 IEA. An energy sector roadmap to carbon neutrality in China[R]. 2021 2 Ember. Global electricity review 2021 [DB/OL]. https//ember-climate.org/project/global-electricity- review-2021/. 4气候变化与能源转型项目关闭所有燃煤电厂，在 2050 年前实现碳中和 3 。我国作为世界上最大的煤电装机国，构建新型电力系统将积极呼应全球退煤行动和碳中和承诺，展现出负责任大国的全球视野和大国担当，助力全球实现巴黎协定温升控制在 2 摄氏度乃至 1.5 摄氏度以内的目标，推动共建公平合理、合作共赢的全球气候治理体系。（二）促进我国深入推动能源革命，加速建成能源强国 2021 年 12 月初召开的中央经济工作会议明确地提出“要深入推动能源革命，加快建设能源强国”。建设能源强国是构建能源新发展格局、实现双碳目标和“能源的饭碗要牢牢端在自己手里”的基础，还攸关我国全面建成富强、民主、文明、和谐、美丽的社会主义现代化强国和实现中华民族伟大复兴的宏远蓝图。构建以新能源为主体的新型电力系统是我国建设能源强国的关键手段。例如，在能源供应方面，我国将摆脱油气供应高度依赖进口，存在能源供应安全隐忧的风险。新能源行业以制造业为基础，对能源资源禀赋依赖度低。我国目前已拥有世界领先的新能源全产业链和供应链制造能力，且资源储备丰富、分布范围广。光伏形成了从上游原材料采集加工、中游电池片组件制造以及下游光伏电站建设运营的全球最完善的产业链。风电是全球最大的装备基地，产量占全球的三分之二以上，建成了涵盖风电开发建设、设备制造、技术研发、检测认证、配套服务的成熟产业链 4 。构建新型电力系统将最大程度地发挥我国制造业的强大优势，实现能源的充足、安全、可靠供应，抵御各种突发的地缘政治风险，保障我国能源安全。能源消费方面，构建新型电力系统将促使我国摆脱以化石能源为主的能源消费结构，根本减少化石能源开采、运输、加工和消费带来的土地沉降、水质污染、空气污染、噪音污染等一系列环境问题，极大地改善我国生态环境质量，保障公众身体健康，推动我国在 2035 年前实现“美丽中国”目标，到 2050 年成为人与自然和谐共生的现代化强国。以消费侧为核心、以电为中心的综合能源服务体系还将大幅提高我国终端用能效率，全面提升用户的用能体验。在市场机制方面，构建新型电力系统将改变电力行业目前保留的传统计划经济色彩，妥善解决市场垄断经营、价格垄断、开放程度不够等一系列问题。一方面将促进电力行业有序放开输配以外的竞争性业务，充分调动市场主体活力，还原能源的商品属性，并 3 Government of UK. End to coal power brought forward to October 2024[EB/OL]. https//www.gov.uk/ government/news/end-to-coal-power-brought-forward-to-october-2024textFrom20120October20 202420Great,Wednesday203020June202021. 4 秦海岩 . “十四五”时期风电产业发展之策 [EB/OL]. 2022 https//mp.weixin.qq.com/s/Z1vWH2_8UY0n0_ R2mIgLsw 5 Climate Change and Energy Transition Program 建立起合理的成本分摊机制和利益共享机制。另一方面将大力推动碳市场和绿证交易市场的建设，加强两个市场的耦合和衔接，促进化石能源的环境社会成本内部化，体现可再生能源清洁无污染的绿色价值，支持分布式能源、智能电网、隔墙售电、新型储能、氢能等新型商业模式发展。（三）驱动我国经济社会高质量发展，引领第四次工业革命自改革开放以来，我国经济社会发展取得了举世瞩目的成就，圆满完成全面建成小康社会的第一个百年目标。 2021 年我国经济总量超过 110 万亿元，是世界第二大经济体。但当前我国经济发展已经脱离了高速增长阶段，在全球新冠疫情、中美贸易冲突、人口红利消失等因素的冲击下，面临较大的下行压力。构建新型电力系统将极大地促进我国经济社会的系统性变革，创造新的生产方式、消费方式、商业模式、产业体系、体制机制等，促进绿色新兴产业集聚各类人才、资本、技术等要素资源，支撑经济社会的高质量可持续发展，加快我国构建社会主义现代化强国的进程。构建新型电力系统还是一场广泛深刻性的技术革命，将促进我国建立世界领先的科技创新体系，提高我国综合国力。科学技术是第一生产力，当前国际竞争归根到底是科技的竞争。英国通过在 17-18 世纪发明和改良了蒸汽机，引领了第一次工业革命，造就了“日不落帝国”；西欧、美国通过在 19 世纪末发明并广泛应用了电器、内燃机、新通讯手段等，开启了第二次工业革命，促使了资本主义世界体系的确立；美国通过大力发展电子计算机技术、航天技术、原子能技术等，引领了自 20 世纪四五十年代开始的第三次工业革命，促使美国一跃成为世界头号强国。构建新型电力系统将加速我国实现科技革命，推动包括新能源、氢能、氨能、新型储能、碳捕集利用与封存（ CCUS）、柔性直流和智能电网等一批前瞻性技术的研发创新和推广应用，突破新材料、新设备、新工艺等领域的技术瓶颈，促进大数据、人工智能、区块链、元宇宙等新兴数字技术在能源电力领域的深度融合，促使我国引领世界第四次工业革命，实现经济社会的跨越式发展，抢占国际战略竞争的制高点，极大地提高我国在国际上的话语权和影响力。 6气候变化与能源转型项目（四）贡献“中国智慧”，助力全球落实可持续发展目标我国电力工业历经百年发展历程，披荆斩棘、筚路蓝缕，实现了由小到大、由弱到强、由落后到先进的历史大跨越。我国目前是全球最大的可再生能源装机国，约占全球可再生能源总装机规模的三分之一，水电、风电、光伏、生物质都连续多年稳居世界第一。同时我国是世界上抽水蓄能、电化学储能装机最大的国家。此外，我国建立了世界上范围最广、线路最长、电压等级最高的电网系统，是全球唯一掌握大规模应用特高压输电技术的国家。构建新型电力系统将大力推动我国发挥经多年沉淀所积累的技术优势，开展新一轮的技术革命，培养本土具有全球竞争力的能源电力企业和建设高质量人才队伍，为国际社会解决能源问题提供中国声音和中国方案，促进全球经济社会可持续发展。例如，我国风电、光伏强大的全产业链制造能力将持续推动全球新能源设备转换效率的提高、使用成本的下降。对外出口的光伏组件、风机将助力全球能源清洁转型进程，并有效解决发展中国家能源不可及和能源贫困问题。我国对“一带一路”国家、非洲地区、欧洲与美洲地区的发电机组、装备制造、电网建设等领域的跨境投资和产能合作还将拉动全球经济绿色复苏，创造新的就业机会，为维护多边贸易体制、构建开放型世界经济作出巨大贡献。我国电力行业人才还将通过“人文外交”，在官方和非官方场合与他国人民开展有关气候、能源、环境等方面的交流，介绍中国在可持续发展领域和构建新型电力系统方面所取得的进展，以及相关经验教训，为发展中国家乃至发达国家提供能源治理和能源发展的新思路。 7 Climate Change and Energy Transition Program 第二章新型电力系统的定义、特征与展望新型电力系统是未来新能源为主的我国能源系统的主体，将根本改变目前化石能源为主的发展格局，以低碳、清洁、高效、安全为基本特征，以高比例可再生能源和电气化、新型储能、氢能、分布式能源、智能电网、先进输发电技术、数字技术和新型商业模式、灵活电力市场等为支撑，是实现经济社会高质量发展和应对气候变化的重要解决方案，是构建能源强国的基础，是实现中华民族伟大复兴的保障。构建新型电力系统必须要着眼于整个能源行业的系统性变革，重塑我国现有能源的供应、运输、消费、储存方式，保留我国现有能源系统安全可靠、经济性好的特点，在此基础上，实现能源消费的电气化、清洁化、高效化，大幅提高我国能源电力行业的软实力和国际影响力。（一）现有能源电力系统的主要特征我国良好的化石能源资源禀赋和以化石能源为主的生产消费结构保障了我国能源系统的安全性、可靠性和经济性，支撑了过去数十年经济社会的高速发展。化石能源资源禀赋方面，煤炭是我国最丰富的化石能源， 2020 年我国煤炭探明储量约 1430 万吨，位居世界第四，仅次于美国、俄罗斯和澳大利亚。石油和天然气探明储量为 35 亿吨和 8.4 万亿立方米，分别位居全球第十三和第六 5 。丰富的化石能源资源禀赋促使我国形成了长期以来以化石能源为主的能源与电力生产消费结构。 2020 年，我国煤炭、石油、天然气实现产量 39 亿吨、1.95 亿吨、1925 亿立方米，分别位居世界第一、第六、第四 6 。在消费端，我国虽近些年来能源清洁转型 5 BP. Statistical Review of World Energy 2021[DB/OL]. https//www.bp.com/en/global/corporate/energy- economics/statistical-review-of-world-energy.html 6 中电传媒 .中国能源大数据报告 [R].2021 8气候变化与能源转型项目进程加速，但化石能源仍占我国一次能源消费总量比重的 80 以上。在电力系统中，我国仍呈现“一煤独大”，煤电的发电量占总发电量的比重超过 60。化石能源易于运输和交易。化石能源可通过铁路、公路、海运、管道等轻松实现在全球范围内的运输。煤炭、石油和天然气都是大宗交易商品，在地缘政治稳定的前提下，我国可通过全球贸易轻松从他国获取能源资源，保障能源供应安全稳定。在电力传输中，我国建立了世界上范围最广、线路最长、电压等级最高的电网系统。截至 2021 年年底，在运特高压工程已达到“十五交十八直”。化石能源还具有易存储性。储煤形式包括露天堆场与防风抑尘网储煤、圆筒仓储煤、球形储煤场储煤和干煤棚储煤等。油气则有储油 / 气罐、地下储油 / 气库和海上储存等。在电力储存中，虽然我国拥有世界上最大的抽水蓄能装机和电化学储能装机，但尚无法实现电力的长周期规模化储存。我国化石能源资源丰富，叠加其易于运输和交易、适合大规模、长周期储存的特点使得我国形成了化石能源为主、电力消费为辅的发展格局，并以较低的经济成本安全可靠地满足终端用户的能源需求。然而，目前我国化石能源主导的能源电力系统存在诸多问题，包括严重的碳排放和环境污染、较大的能源安全和经济安全隐患、前瞻性清洁技术和相关核心设备的科技创新水平不高、能源市场和体制机制建设滞后、在国际贸易和国际组织缺乏话语权和决策优先权等。（二）新型电力系统的主要特征新型电力系统需在原有能源系统的基础上实现系统性升级，努力解决发展短板，继续发挥长板优势。报告认为新型电力系统的主要特征体现在全面支撑性、系统平衡性、综合高效性、科技创新性以及国际引领性。全面支撑性指我国全面实现电代煤、电代油、电代气，建筑、交通、工业等领域终端用能电气化率大幅提升，电力消费中非化石能源占据绝对主导地位。电力行业的相关清洁技术能够助力全社会难以电气化领域的深度脱碳，全方位支撑我国实现双碳目标和社会主义现代化强国建设。系统平衡性指我国能突破能源系统的“不可能三角”，实现电力供应的安全可靠、经济可负担和清洁低碳。具体来说，安全可靠是指国内有充足、稳定、可持续的电力供给，户均停电频率和停电时间低，且上游设备制造所需的稀土资源和矿产资源供应安全水平高，能够抵御和化解国内外各种政治、经济、突发自然灾害等因素造成的供应中断风险。电力上中下游都拥有较高程度的多样性和灵活调配水平，“源网荷储”协调发展水平高，能够根据供需变化和内外部的经济社会发展形式的变化及时灵活地调整和匹配。 9 Climate Change and Energy Transition Program 经济可负担是指电力价格长期稳定且终端用户可承受，能够支撑国内社会经济高质量发展和人民生活水平的持续提高。电力价格的国际竞争力强，投资回报率高，有效吸引国际投资与合作。清洁低碳是指电力的开发利用以光伏、风电、水电、核电、氢电、生物质、地热、海洋能等绿色无污染的清洁能源为主。清洁能源设备的制造、加工和处理环节产生较小的环境污染和温室气体排放问题。综合高效性指清洁能源装备的转换效率高、弃电率低。电力设备生产制造环节的能耗低、污染小，废弃资源的循环综合利用水平高。电力行业有高效运转的市场机制和科学健全的监管体系，实现资源的最优化配置和维护市场主体的合法权益。电力行业的发展以服务需求侧为导向，综合能源服务水平高，终端用能效率高，与新一代信息技术和智能技术高度融合。科技创新性指电力行业全产业链各个环节能够采用先进的科学技术、保持领先的技术水平，在前瞻性技术研发方面持续保持较高的投入，建立国际领先的技术优势，保持充足的技术储备，推动世界能源技术革命。国际引领性指在电力进出口、装备投资贸易、国际标准制定、国际产能合作以及气候变化事务上，国家具有较强的影响力、发言权和支配权，拥有世界一流的新能源和电力企业，且在重要的国际能源和电力组织中充当贡献者和引领者的角色。（三）新型电力系统的远景展望在新型电力系统建成后，我国电能在终端用能的比重达到 70 以上，非化石能源发电量占总发电量的比重达到 95 以上，电力系统和能源系统之间的界线逐渐模糊，即我国电力系统趋近于能源系统。在供应侧，能源生产实现清洁化和低碳化发展。我国能源生产以太阳能、风能为主，水电、气电、核电、生物质发电为辅，其作为系统转动惯量的提供者，保持电力系统抗扰动能力。地热发电、氢电、氨电、海洋发电等前瞻性、突破性的发电技术在部分地区的电量电力结构中扮演愈加举足轻重的作用。此外，清洁能源供热技术得到全方位发展，低品位热源主要由光伏、风电、地热等新能源满足，高品位热源主要由核能、光热、氢能、生物质能等满足。其中，核电的热电联产将大规模替代煤电作为东部沿海地区的集中供热来源，西北和中部等地区主要以光热集中供热为主，分布式能源、小型核反应堆、氢能将是分布式供热的主体。在传输侧，大电网与微电网实现协同并重发展。我国建成特大型互联电网，特高压骨干网架建设完善，有效保障跨区直流输电的高效安全运行，满足新能源在全国范围内的消纳利用和各种资源之间的优化互济和支援。众多有条件的负荷地区在综合考虑供电 10气候变化与能源转型项目范围、负荷特性、用户特点等情况下，形成包括分布式能源、地热、新型储能、小型燃气轮机、小型氢电、沼气发电、电动汽车等由各类微型电源组成的微电网，并能够在并网运行和孤岛运行两种模式之间进行切换，实现局部的电力平衡和能量优化。各地区的微电网通过大电网互联互通，大电网对微电网的安全稳定运行提供兜底保障作用。在需求侧，电力消费者成为电力“产销者”，与供应侧实现深度融合互动。屋顶光伏、光伏建筑一体化（ BIPV）、分布式风电、小型气电与氢电等分布式能源在需求侧得到广泛开发与应用，用户用电的自主性和可靠性大幅提升。需求侧资源实现充分利用，虚拟电厂有效整合并系统管理分散式风电与光伏、新型储能、微电网、电动汽车和可中断、可调节负荷等各类资源，向电力系统提供关键的电量服务和辅助服务，综合提升电力系统安全保障水平。此外，电力系统的发展以服务需求侧为导向，以电为中心的综合能源服务实现因地制宜的大规模推广，包括电热冷气一体化供应、能源梯级利用、能效诊断与能效提升等，全社会的终端用能效率大幅提高。新型电力系统与新一代数字信息技术广泛融合，实现电力系统的广泛互联与智能互动。大数据、云计算、物联网、人工智能、区块链、元宇宙等数字技术融合与应用于电力系统各个环节的管理和运维，提高其数字化、网络化和智能化水平，如可再生能源的出力水平预测、电网智能调度、系统潜在运行安全风险监测、满足用户灵活、高效、个性化的用能需求等，促进电力系统源网荷储协同互动。新型电力系统建成后，电力行业作为基础支撑性行业，全面加速工业、交通、建筑等部门的脱碳进程。工业部门完成工艺流程的变革，形成以绿氢为核心原材料的生产方式，并淘汰以传统化石能源为主的供热形式，实现用能结构调整、用能效率提升，以及产业转型升级。交通部门车网融合（V2G）发展，电动汽车的保有量和渗透率大幅提升，实现对传统燃油车的大规模替代。同时，燃料电池、生物燃料、氢基燃料等在重卡、船舶、飞机等交通方式中广泛应用，规模化替代柴油和航空燃油。建筑部门电供热、电炊具等设备的利用大幅减少居民散煤、液化石油气的使用，助力其成为全社会电气化率最高的终端用能部门。新型电力系统建成后，我国电力行业软实力大幅提升。我国电力系统有效形成了 “X1X”的竞争性发展格局，实现了上游发电厂在批发市场上提供多种不同类型的电力商品，中游电网实现资源的优化配置和共享互济，下游售电公司充分竞争并承担向终端用户售电、向上游电厂购买电力以及辅助服务的主体。电力的时间价值和空间价值在区域性和全国性的电力市场上得到充分体现，电网统购统销的局面被打破，公共服务平台的功能得以实现。我国还拥有成熟完善的绿证交易市场和碳市场，化石能源的环境社会成本和可再生能源清洁无污染的环境价值得以充分体现。我国电力行业建成完善的标准化体制机制，具有良好的标准实施、监督和服务能力，标准有较强的有效性、先进性和适用性。大量中国标准成为国际标准，支撑我国在国际电工委员会（ IEC）、电气电子工程师学会（ IEEE）、国际能源署（ IEA）、国际可再生能源署（ IRENA）等国际能源电力机构中拥有较强的话语权和影响力。我国电力行业的标准化体系覆盖范围广而深，包括特高压及柔性直流输电、智能电网、微电网及分布式能源并网标准、新能源资源测量和评估标准、新能源发电装备和产品标准、输变电设备和储能设施标准、高温气冷堆和小型核反应堆技术标准、氢气制取、运输和利用标准等。 11 Climate Change and Energy Transition Program （四）新型电力系统的发展路径本报告根据发达国家人均用电量的达峰时间和达峰规模，结合新冠疫情对我国近中期电力需求的影响，预测了我国中长期的全社会用电量和最大负荷。在此基础上，报告在结合各资源发展潜力、不同发电机组组合、技术进步、市场机制、商业模型发展等因素，利用综合资源规划模型提出了构建新型电力系统的发展路径及其所需的投资成本。由于未来四十年经济社会发展、技术创新水平、混合技术的使用和国际地缘政治存在相当大的不确定性，报告给出发展路径将仅作为构建新型电力系统的一种简单预测和参考。（1）综合资源规划模型目标函数为电厂类型为电厂类型 j 在 t 年的总装机容量 ;; 为电厂类型 j 在 t 年的总利用小时数；；为电厂类型 j 在 t 年的度电成本 ; 本; 为储能类型为储能类型 s 在 t 年的总装机容量 ; 年的总装机容量; 为储能类型为储能类型 s 在 t 年的单位扩容成本；年的单位扩容成本；需求侧响应类型 d 在 t 年的总容量；需求响应类型 d 在 t 年的激励成本 ;年的激励成本; 为 t 年的碳排放总量；；为 t 年的碳排放成本；r 为贴现率。碳排放约束为电厂类型 j 在 t 年的碳排放系数；年的碳排放系数；为为 t 年的最高碳排放量。电量平衡为供用电转换效率；为供用电转换效率；为储能类型为储能类型 s 在 t 年的利用率；为需求响应类型 d 在 t 年的利用小时数；年的利用小时数；为 t 年的全社会用电量。电力平衡为电厂类型为电厂类型 j 在 t 年的出力系数；年的出力系数；为 t 年的最大负荷；g 为备用率。 12气候变化与能源转型项目资源发展潜力为电厂类型 j 的最大总装机容量；的最大总装机容量；为电厂类型 j 在 t 年的最小新增总装机容量 ; ; 为电厂类型 j 在 t 年的最大新增总装机容量 ;的最大新增总装机容量; 为储能类型 s 的最大总装机容量；量；为储能类型 s 在 t 年的最小新增总装机容量 ; 为储能类型 s 在 t 年的最大新增总装机容量 ; 年的最大新增总装机容量; 为需求响应类型 d 的最大容量；的最大容量；为需求响应类型 d 在 t 年的最小新增容量 ;; 为需求响应类型 d 在 t 年的最大新增容量。（2）规划结果报告结合实现双碳目标的时间进程，将构建新型电力的远景展望分为两个阶段。第一阶段到 2035 年，称为构建新型电力系统的 1.0 阶段，第二阶段为 2036 年到 2060 年，称为构建新型电力系统的 2.0 阶段。在新型电力系统 1.0 阶段，电力在我国能源系统中的地位得到持续加强，增量能源消费主要以电力消费为主，但总体来看电力仍然不是我国终端用能的主要形式。新增电力需求在“十四五”时期绝大部分由非化石能源满足。我国电力生产、消费和提供系统灵活性的重任仍以煤电为主，气电、抽水蓄能、储能、需求侧资源等为辅。煤电电量支撑作用逐渐减弱，电力支撑作用逐渐加强。电力传输仍依靠大电网为主的发展模式，满足新能源在全国范围内的大规模开发、配置和使用要求，分布式能源与微电网虽在试点地区得到较好的推广，但总体规模仍偏小，安全稳定运行较高程度地依赖于大电网。需求侧资源得到一定程度地开发利用，但与源荷两端的结合程度仍较低，处于邀约型和市场型为主的混合阶段，对电力系统安全可靠性的贡献度有限。在新型电力系统 1.0 阶段，我国新能源装机快速增长，光伏、光热、陆上风电和海上风电的总装机到 2025 年和 2035 年分别达 11.2 亿千瓦和 26.8 亿千瓦，非化石能源发电量占总发电量的比重分别达 43 和 61。与之对应的