中国可再生能源学会王斯成：光伏发电助力“碳达峰和碳中和”.pdf-solarbe文库

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王斯成中国可再生能源学会光伏专委会 2021 年12 月7-9 日光伏发电助力“碳达峰和碳中和” 大力发展光伏发电等清洁能源，实现 2030 年碳达峰， 2060 年碳中和。1. 习近平主席2020 年9月在75 届联大一般性辩论上宣布中国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； 2. 这相比欧盟和日本提出的2050年碳中和晚了10年，但是任务远比发达国家艰巨。发达国家在20-30年前已经碳达峰，实现碳中和的窗口期50-60年，而我国的窗口期仅有30 年; 3. 中国2020年二氧化碳排放大约100 亿吨，发电和采暖50亿吨，制造和建筑30亿吨，交通10 亿吨，其它10 亿吨。人均排放大约7 吨，2030年达峰时年排放109亿吨，大约占全世界排放量的三分之一。煤炭、石油和天然气占总排放的95 2030年碳达峰，2060年碳中和中国将有条件承担2020 年后的强制减排义务 3 1、解振华表示按照联合国气候变化框架公约要求，发达国家要承担气候变化的历史责任，承担率先大幅减排的责任，提供资金和技术帮助发展中国家提高应对能力，发展中国家要在可持续发展的框架下采取应对行动。 2 、外交部对于美国“要求中国承担强制减排义务”时表示既要看现在的排放，也要看历史排放；既要看排放总量，更要看人均排放。 3、中方会努力承担与自身发展阶段、应尽义务和能力相适应的进一步减排目标。注中国要发展就要留有余地，争取“碳排放权”和“发展权 ” 。中国强调累计排放和人均排放远低于发达国家 4 根据国际能源署（IEA）的统计，中国从2007年开始成为世界温室气体排放的第一大国。然而，中国的历史累计排放和人均排放远远低于发达国家。联合国环境规划署 2020排放差距报告 UNEP Emissions Gap Report 2020 2019 年全球温室气体排放再创新高，达到591 亿吨二氧化碳当量中国排放量140亿吨，人均排放9.7亿吨，超过欧盟（略低于日本）中国将面临被征收高额“ 碳关税 ” 的风险。中国2020 年温室气体排放是美国、欧盟和日本的总合。累计已经达到世界第一、第二，人均仅仅排在美国和俄罗斯之后。已经不单单是环境问题，而且涉及到贸易。能源转型也是中国自身发展的需要。2020年中国的电力装机和发电量发电类型电力装机（万千瓦）占比（）年发电量（亿千瓦时）占比（）火电 114715 52.1 52799 70.1 气电 9802 4.5 水电 37016 16.8 12140 16.1 核电 4989 2.3 3663 4.9 风电 28153 12.8 4146 5.5 光伏 25343 11.5 2605 3.5 合计 220058 100.0 75353 100.0各种能源发一度电排放多少二氧化碳 0 200 400 600 800 1000 1200 各类发电方式二氧化碳排放（g/kWh ）发电分类二氧化碳排放（g/kWh 燃煤发电 960 燃油发电 778 天然气发电 443 生物质发电 45 地热发电 35 核能发电 30 光伏发电 30 水力发电 26 太阳能热发电 16 风力发电 111.碳中和主要路径1）“节能”，2）“替代”，3）“碳汇”（ Carbon Sink），4）“捕集封存利用” （CCS/CCUS）； 2. 2020年中国的森林植被碳汇总和大约为12 亿吨（潘家华国家气候变化专家委员会委员、中国社科院学部委员），即便森林植被的面积再扩大50，也只能解决大约17左右的碳中和； 3. 二氧化碳的 “ 捕集封存利用”（CCS/CCUS）目前还没有低成本、成熟可操作的实施路径，但火电专家认为火电还要保留作为应急和备用电源，CCS/CCUS将发挥大的作用；规划目标2060 年CCS封存10 亿吨二氧化碳，其中火电产生8亿吨； 4. 因此，70-80以上的“碳中和 ”任务要靠节能和大力发展清洁能源来实现。实现“碳中和”的路径关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见中共中央、国务院2021 年10 月24 日  到2025年，非化石能源消费比重达到20左右；  到2030年，非化石能源消费比重达到25左右；  到2060年，非化石能源消费比重达到80以上。这个数字惊人国家发改委能源研究所资料来源【中国可再生能源展望2018 】基本情景，国家发改委能源所/国家可再生能源中心，2018 年7月。 [中国可再生能源展望2018] 给出高比例可再生能源发展前景 2050年全国电力总装机56.3 亿千瓦，光伏装机21.65 亿千瓦，风电装机20.62 亿千瓦，火电装机6.2 亿千瓦。非化石能源在一次能源消费的占比67 ，非化石能源在电力消费中占比86 。最近发改委能源所依据2060 年 “碳中和”，又提出了新的高比例可再生能源发展目标 2060年中国光伏总装机40 亿千瓦，风电30 亿千瓦，国家碳达峰碳中和工作意见非化石能源在一次能源消费的占比80 以上周孝信院士战略规划部李鹏华能集团董事长舒印彪风、光、生物质发电装机52亿千瓦；非化石能源发电占比90；煤电、气电占比10 。1 、发电合计60-85亿千瓦电力装机，其中水电4-5亿千瓦，核电1-2 亿千瓦，光伏30-40亿千瓦，风电20-30 亿千瓦，化石燃料发电5-6亿千瓦，其它1-2 亿千瓦。风光装机占比要在80以上 2 、燃料替代很多交通、重工业用能无法用电来解决，如飞机、轮船、重卡等重运输，以及炼钢、炼油等重工业，只能采用“燃料替代” 生物质燃料生物柴油，生物乙醇，有成熟的技术；氢燃料氢气（燃料电池、氢发动机、直接燃烧），甲醇CH 3 OH ，甲烷 CH4，与氮气合成氨燃料（氨发动机，直接燃烧）。 3 、采暖、热水、炊事用能太阳能热利用，地热能，生物质，电能。 4 、电能替代（电气化水平）电在一次能源占比从现在的26.5 提高到平均 70。工业用能提高到70，建筑用能提高到80，交通用能提高到50 。难点高比例风光发电和绿氢（目前绿氢比例仅有4）的燃料替代。 2060年高比例可再生能源架构非此无法实现碳中和 1、火电的灵活性改造调节能力1 4，调节成本； 2、输电通道电力系统覆盖范围越大，越容易实现区域间的电力平衡；可再生能源的利用小时数低，输电占比仅仅14 3、储能抽水蓄能，电化学储能，成本转动惯量（耐冲击能力差） 4、分布式发电大约50的装机在用户侧。是大规模发展光伏最主要的途径。高比例、低 “ 置信度”的风光造成停电事故南澳大利亚州2016 年9 月 28日停电事故，事故前风光占比48.36 ；英国2019 年8 月9日停电事故，事故前风光占比40 。实现高比例风光在技术上是否可行很多人质疑战略规划部李鹏（原能源局综合司）风光电源的置信度仅有10，依然需要火电备用，产生大量“无效装机 ”，造成浪费，在经济上行不通。战略规划部李鹏碳中和误区及其现实路径论点1太阳能、风能是没办法预测的，电网小于15可以容纳，多于 15 容纳不了。论点2依赖储能风能和太阳能也不能彻底取代火电。目前全世界电池生产商5年多的电池产能仅能满足东京全市停电3天的电能。况且，这个世界也没有那么多的钴和锂，没法让我们造那么多的电池。技术问题解决依赖于科学和技术的发展，这个发展过程是难以预测的，仍然需要时间。制定战略要以今天已经被大规模证明的技术为基础，没证明技术突破不能先假设这个技术肯定会有突破。11 月19日，国家能源局给学会发来两个文件 1）征求“极端情况下能源、电力安全保供制度和机制的意见和建议 ” 。 2）征求“提高第一批风电、光伏基地消纳水平的建议”。我理解，能源局也希望知道，大规模发展风电和光伏，如何解决消纳问题又如何在极端情况下，保证能源和电力的供给安全我觉得，一定要逐步提高风光电源的“置信容量”。如何在大幅度提高光伏和风电占比，减少火电装机的同时，又能保障安全供电燃煤机组工作示意图 1）光伏熔盐替代燃煤锅炉； 2）光伏动力系统替代汽轮机动力系统21 汽轮机熔盐热罐熔盐冷罐 G 蒸汽发生器凝汽器给水泵熔盐泵熔盐泵发电机太阳能热发电/ 太阳能驱动的常规卡诺电池 1 2 3 4 T S 1 2 3 4 盐水蒸发器水相变点利用熔融盐罐来双向调节太阳能上网功率，电量，维持稳定的频率。热启动15分钟满功率。王志峰Source Vattenfall Thermal energy storage Energy Efficiency 能源转换效率 Cost 成本（欧元 /kW CAES 压缩空气 55 600 Battery 蓄电池 80 1000 Pumping Hydro 抽水蓄能 80 600 Heat Storage 储热 95 200 许洪华周孝信院士氢碳燃料替代油气低碳电力 1. 分布式电源建筑光伏，户用光伏，光伏，微电网， “虚拟电站”, 分布式储能。。 2. 风光储能发电侧，风光水火储多能互补，智能电网。。。 3. 火电的灵活性改造 20-80 ； 4. 建立更多的输电通道； 5. 绿色热电厂风光融盐储热，风光电驱动火电机组；燃料替代 1. 生物质燃料生物柴油，生物乙醇。。。 2. 光伏制造绿氢；3. 氢氧燃料电池；4. 氢气发动机； 3. 氢燃料和氢碳燃料氢气二氧化碳甲烷或甲醇，氢气氮气氨气； 4. CCUS二氧化碳捕捉、填埋和利用； 5. 火电厂和燃气轮机不再单纯烧煤和天然气，而是掺烧零碳燃料。通过“低碳电力和燃料替代 ”的技术创新，完全可以实现高比例光伏和风电的能源架构我相信加强领导，重金投入，联合攻关，取得突破10年之内. 光伏发电一定能在实现“碳中和”的攻坚战中发挥最重要的作用。清华毛宗强发改能源〔2019 〕807 号文各省（自治区, 直辖市）非水可再生能源电力消纳责任权重（2016年第一次，2020年非水9 ）中央提出，各地认可  对应2020年非化石能源占一次能源消费的 15 的国家目标，非水可再生能源电力应在全国电力消费中占比9 。2020年已经实现非水RE在电力消费占比超过12 ，非化石能源在一次能源占比15.9 。  售电企业和电力用户协同承担消纳责任。以实际消纳可再生能源电量为主要方式完成消纳量，同时可通过以下补充（替代）方式完成消纳量（一）向超额完成年度消纳量的市场主体购买其 “超额消纳量” ，双方确定交易价格。（二）自愿认购可再生能源绿色电力证书。省区市 2019 2019 2020 2020 最低激励最低激励北京 13.50 14.90 15.00 16.50 河北 13.50 14.90 15.00 16.50 内蒙古 18.00 19.80 18.00 19.80 辽宁 10.00 11.00 10.50 11.60 江苏 6.50 7.20 7.50 8.30 浙江 6.50 7.20 7.50 8.30 山东 10.00 11.00 10.00 11.00 河南 9.50 10.50 10.50 11.60 广东 3.50 3.90 4.00 4.40 海南 5.00 5.50 5.00 5.50 四川 3.50 3.90 3.50 3.90 云南 11.50 12.70 11.50 12.70 青海 23.00 25.30 25.00 27.50 全国 10.32 11.38 11.25 12.39关于2021年可再生能源电力消纳责任权重及有关事项的通知（发改能源〔2021 〕704号）为贯彻落实碳达峰、碳中和任务，实现2025 年非化石能源占一次能源消费比重提高至 20 左右的目标。这是目前的政策将来有可能与“碳交易 ” 政策合并实施。省区市 2021 2021 2022 最低激励最低北京 17.50 19.30 18.75 河北 16.00 17.60 17.25 内蒙古 19.50 21.50 20.75 辽宁 13.50 14.90 14.75 江苏 10.50 11.60 11.75 浙江 8.50 9.40 9.75 山东 12.50 13.80 13.75 河南 18.00 19.80 19.25 广东 5.00 5.50 6.25 海南 8.00 8.80 9.25 四川 6.00 6.60 7.25 云南 15.00 16.50 16.25 青海 24.50 27.00 25.75 全国 13.40 14.74 14.63 各省（自治区/直辖市）非水可再生能源电力消纳责任权重（2021 ，2022 ）1 、中国没有退路，碳达峰和碳中和的任务艰巨且紧迫； 2、没有高比例的风光，就实现不了“碳中和”； 3、中国的能源转型的“铁三角” （杜祥琬院士）“ 安全稳定经济可行绿色低碳”； 4、低碳电力和燃料替代的技术创新需要在10 年内有所突破，这就要求“ 加强领导，重金投入，联合攻关，务求突破” 。结论中国光伏大事记 1959年，中国首次开发出光伏电池（天津1418 所-中科院半导体所） 1971年，中国制造的光伏电池首次用于空间（实践一号，天津18 所-中科院半导体所） 1973年，中国制造的光伏电池首次用于地面（天津港航标灯）； 1979年，中国太阳能学会在西安成立； 1983年，中国在北京召开第一届光伏大会； 1999年，中国第一条MW级光伏生产线在保定英利建成（3MW）； 2001年，中国建成第一条10MW级生产线（无锡尚德）； 2005年，中国可再生能源法颁布，2006 年1 月1日生效； 2007年，中国光伏电池年产量超过1GW，成为世界第一大光伏生产国； 2013年，中国国内光伏年装机超过欧洲，成为世界第一大光伏市场； 2015年，中国国内累计装机超过德国和日本，成为世界累计装机第一大国。 2021年中国光伏发电成本低于火电，取消补贴，进入“低价时代 ” 。中国光伏制造业是全球的巨人（2019-2020 ） Source 中国光伏行业协会（CPIA ）产业链多晶硅（万吨）硅锭/ 硅片（GW ）光伏电池（GW ）光伏组件（GW ） 2019 全球 50.8 138.3 140.1 138.2 中国大陆 34.2 134.7 108.6 98.6 占比 67.3 97.4 77.5 71.3 2020 全球 52.1 167.7 163.4 163.7 中国大陆 39.6 161.4 134.8 124.6 占比 76.0 96.2 82.5 76.12020 年世界光伏市场分布 2020 年全球光伏市场 139.4GW ，中国光伏安装 48.2GW，占全球市场的 34.6 。自 2013年起连续 9年全球第一。 Source IEA PVPS Annual Report 20212008 年以来中国光伏的市场价格下降了90以上过去12年中  组件价格下降了94.8;  系统价格下降了93.0 ；  光伏电价下降了90；年 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 累计装机（GWp ） 0.14 0.30 0.80 3.50 7.06 17.74 28.38 43.53 78.08 131.0 175.0 205.0 253.0 组件价格元/Wp 30.00 19.00 13.00 9.00 4.50 4.00 3.80 3.60 3.20 3.00 2.00 1.75 1.55 系统价格（元/W ） 50.00 35.00 25.00 17.50 10.00 9.00 8.00 7.50 7.20 7.00 4.50 4.00 3.50 光伏上网电价（元/kWh ） 4 通过招标定价 1.15 1 1 0.9-1.0 0.9-1.0 0.8-0.98 0.65-0.85 0.50-0.70 0.4-0.55 0.35-0.49 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 市场价格（元/W ）光伏组件和系统价格下降（2008-2020）组件价格元/Wp 系统价格（元/W ）表中的上网电价是指导电价，投标价要低很多。可以预见（I 类资源区） 2021年0.3元/kWh 2025年0.2元/kWh 2030 年 0.1元/kWh个人观点，仅供参考。