中国电力系统可在2035年实现80%零碳排放
太阳能发电、风电和电池储能成本的大幅下降，为中国电力行业在实现现有政策目标后，进一步减少排放和降低电力成本创造了新机会。从中国现有的政策推算，非化石能源发电量占比预计将从2020年的34%提升到到2035年的60%。本报告分析了中国到2035年非化石能源发电量占比提高到80%时，对成本、可靠性、排放量、公共健康和就业等方面的影响。电力行业对于中国的全经济脱碳至关重要，因此实现2035年非化石能源、无碳排放发电占比达到80%，将助力中国达成2060年碳中和目标。
本报告旨在就两个问题展开讨论。首先，近期风电、太阳能发电和电池储能成本的下降，对于未来15年中国加快这些资源的发展速度和扩大发展规模有哪些影响？其次，在中国2060年前实现碳中和的背景下，什么是技术和经济上可行的2035年非化石能源发电量占比目标？
本次研究详细模拟了中国电力系统及其对经济、就业和公共健康的影响。本研究以2025年、2030年和2035年为主要时间节点，使用最先进的容量扩展与小时级生产调度模型（PLEXOS）进行电力分析。模型基于对中国电力系统的详细表述，包括每小时省级负荷、跨省和跨区域输电约束、区域风电和太阳能发电概况以及对中国可再生能源和储能成本的最新（2021年）预测。电力需求预测基于清华大学2020年发表的《低碳发展战略与转型路径研究》中提出的1.5°C情景，体现了为实现全球温升1.5°C目标中国电力需求可能发生的预期变化。
本报告分析了两个主要情景，分别是：现有政策情景，在该情景下，年度风电和太阳能发电部署仅限于政府当前制定的目标；清洁能源情景，在该情景下，到2035年中国非化石能源发电量占比提高到80%。同时，以系统可靠性为重点，对多个变量进行了敏感性分析。在这两个情景下，风力发电和太阳能发电是成本最低、最适合规模化的非化石发电资源。在现有政策情景下，风电和太阳能发电容量符合中国政府提出的到2030年达到12亿千瓦。非化石能源发电量占比符合政府提出的到2030年达到50%和到2035年预期可达到60%的目标。在清洁能源情景下，风电和太阳能发电容量在2025年接近实现当前的2030年目标，并在2030年达到19.94亿千瓦，到2035年达到30.69亿千瓦；非化石能源发电量占比到2030年提高到65%，到2035年达到80%。在这两种情景下，由于电池成本的持续下降和对抽水蓄能水力发电的政策支持，储能容量均快速增长。
在现有政策情景和清洁能源情景下，几乎所有新增发电容量均来自非化石能源。在现有政策情景下，假设目前正在建设中的部分燃煤发电机组将建成完工，燃煤发电装机净增加1.5亿千瓦。在清洁能源情景下，假设这1.5亿千瓦净燃煤发电装机不会添加到发电组合当中。虽然模型的设计可以出于经济原因增加燃煤发电装机，但在这两个情景下均未加以考虑。这表明，在两个情景下，新增非化石能源发电和储能用于满足电力需求增长的成本均低于新增燃煤发电的成本。
现有政策情景和清洁能源情景的主要区别是现有燃煤发电的运营。在清洁能源情景下，为实现非化石能源发电量目标，新增风电、太阳能发电和电池储能大量取代了现有燃煤发电厂发电。在现有政策情景下，到2035年，现有燃煤发电厂的发电量仅比2020年有小幅减少。两个情景均假设现有燃煤发电厂继续运行而不退役，但在一个敏感性情景下考虑到了燃煤发电厂退役的可能。
在清洁能源情景下批发发电成本和输电成本低于现有政策情景。出现这个结果的原因是相对于现有政策情景，在清洁能源情景下，新增太阳能发电、风电、电池储能和输电的增量成本，低于所替代的化石能源发电的运营（燃料和运营与维护）成本和固定成本。这表明，在清洁能源情景下加快部署风电和太阳能发电，从2020年每年1.2亿千瓦的历史高点提高到2030年至2035年期间的平均每年2.15亿千瓦，将降低批发电力成本。
到2035年将非化石能源发电量占比提高到80%将增加减排，带来公共健康效益。相比现有政策情景，在清洁能源情景下，，电力行业的二氧化碳排放量到2035年将减少50%（16.6亿吨二氧化碳），因化石能源发电排放导致的死亡率将下降47%（避免过早死亡约50,000人）。电气化将减少交通运输、工业和建筑行业的一次化石能源消费产生的排放，从而增加减排和公共健康效益。快速提高非化石能源发电量占比和电气化将成为中国加快实现碳中和和空气质量目标的一条强大且成本较低的途径。
在清洁能源情境下，燃煤发电大幅减少的同时，对煤炭的需求会持续下降，进而减少煤炭开采行业的就业。本报告预测，煤炭行业流失的就业岗位，将被风电、太阳能发电和储能等上游电力行业的大规模投资所带动的就业增长以及因批发电价下降带动的全经济就业增长所抵消。然而，尽管就业市场整体呈现积极趋势，但电力行业煤炭消费减少50%对劳动力和财政的影响，将带来严峻的挑战，需要谨慎规划，并在国家层面提供相关支持。
在清洁能源情景下，到2035年，陆上风电、海上风电和太阳能光伏发电的总发电量占比达到60%。中国一直存在一个疑问：高比例的可变可再生能源能否保证电力系统的正常运行？本报告在敏感性情景下，根据负荷预测误差，并使用35年模拟气象数据评估风电和太阳能发电预测误差，分析了在清洁能源情景下的发电资源组合能否可靠地满足2035年夏季和冬季两个净负荷（负荷减去风电和太阳能发电量）高峰周的电力需求。结果显示，电力系统需求能够可靠满足，并且有10%的经营备用容量。我们还分析了现有发电厂退役对电力系统可靠性的影响，并发现现有燃煤发电机组退役2.5亿至3亿千瓦，不会影响电力系统可靠性。
加快部署风电、太阳能发电和储能容量，可能需要修改政策法规，我们将需要修改的内容分为三个领域：政策目标、市场与监管、以及土地使用。表2总结了我们根据研究结果针对每个领域提出的修改建议。这些建议旨在为制造商和电力行业提供指导，创建定的可再生能源发电和储能经营模式，以低成本实现可再生能源和储能并网发电，确保电力系统的可靠性，并最大程度减少大规模风电和太阳能发电项目开发对土地使用的影响。
市场和监管改革有助于刺激创新，持续降低技术成本，支持中国电力行业在未来15年加快实现脱碳。而电力行业加快脱碳与电气化相结合，能够支持其他行业减少二氧化碳排放，实现到2060年的碳中和目标。
