2021全球供应链大会｜周孝信：以新能源为主体的新型电力系统五个主要特征和五项核心指标

10月11-12日，由南京市人民政府和中国电动汽车百人会共同主办的“2021第三届全球新能源汽车供应链创新大会”在南京国际博览会议中心举行。本次会议的主题是“全球变化与双碳目标的汽车供应链”。在11日下午举行的高层论坛上，中国科学院院士、美国国家工程院外籍院士周提到，总书记提出要构建以新能源为主体的新动力体系。所谓建设，就是建设清洁低碳、安全高效的能源体系和以新能源为主体的新能源体系。“双碳”的目标与能源转型的战略目标高度一致。两个建设是实现能源转化的根本措施，是实现“双碳”目标的基本保障。

以下为演讲实录:中国能源电力体系发展前景及“双碳”目标下的储能需求。我个人是做电力系统研究的。中国的电力系统与电动汽车和新能源汽车有着非常密切的关系。刚才几位领导的报告已经讲得很清楚了，我就不重复了。报告的主要内容有:一是中国能源转型的战略目标和实施路径；二、新电力系统的主要特点和核心指标；三是“双碳”目标下中国新电力体系发展前景分析；第四，面对2030年电力发展的储能需求。因为我这几年做了新一代能源系统和新一代电力系统的研究，总书记提出要建设以新能源为主体的新型电力系统，我个人也有很多体会，所以我想在这个报告里跟大家分享一些我个人的体会。大家都很清楚“双碳”目标的提出。所谓建设，我个人理解，两个建设的实施，是中国能源转型支持国民经济绿色发展的一个非常重要的举措，即建设清洁低碳、安全高效的能源体系和以新能源为主体的新能源体系。“双碳”的目标与能源转型的战略目标高度一致。两个建设是实现能源转化的根本措施，是实现“双碳”目标的基本保障。以新能源为主体的新动力系统的主要特点和核心指标是什么？我将其归结为五个主要特征和五个核心指标，与大家分享。1.高比例可再生能源电力系统我们未来的电力系统必须是高比例的可再生能源。以前都说电动车很好，但是用的电主要是化石能源提供的，不干净。未来电力系统的发展，包括现在的发展，是可再生能源的高比例，这必然是新电力系统的一个非常重要的特征。2、高比例的电力电子设备供电系统；3.具有多种互补功能的综合能源和动力系统；4.数字化智能能源动力系统；5.清洁高效的低碳零碳电力系统。五个核心指标，包括一些能源指标，但是搞电力的人要注意能源。1、非化石能源在一次能源消费中的比重；2.非化石能源发电量占总发电量的比重；3.电能在终端消费中的比重；4.系统的整体能量利用效率；5.化石能源的二氧化碳排放；“双碳”目标明确后，根据“双碳”的目标要求，考虑经济社会发展对能源电力安全的要求和能源电力技术进步的要求，设定经济社会和能源发展的三个主要目标和趋势。1.一次能源消耗总量；2.非化石能源消费比例；3.全社会用电量。右图绿色曲线显示，一次能源消费总量在2030年达到峰值后稳步下降。分为三个阶段，第一个阶段是红色的曲线，这是非化石能源比例的变化。第一阶段是2021年到2030年，这10年增长比较慢。2030年到2050年是一个非常非常关键的时期，非化石能源的比重会以比较高的速度增加，我们也有条件。2030年以后，经过10年的发展，已经具备了相应的技术条件和电力系统的基础，所以可以快速发展，年均增长2.5个百分点。2050年以后，2060年碳中和的十年，变化相对平缓。如何配合未来碳中和的进程？根据刚才的三个主要指标和其他一些比较确定的指标，我们做了一个发展前景分析，从2020年到2060年，这40年。左图为装机容量，右图为发电量。2025年非化石能源发电装机占比50%以上，在“十四五”结束后。2035年，风电和光伏装机将超过总装机的50%，这是非常重要的两个点，而2025年到2030年，风电和光伏装机也将超过煤电。至于发电，2030-2035年非化石能源年发电量将超过50%。原来我们以前也做过，但是2030年似乎很难实现。2045-2050年间，风光发电量超过总发电量的50%。这是一个以新能源为主体的动力系统。用什么样的数量标志，如何体现？我认为是50%的发电量。2045-2050年以新能源为主，风电、光伏超过总发电量的50%。刚才提出了两个指标作为前提条件。三个指标，即3、4、5，是通过情景分析得出的。一个指标是在终端消费中的占比。红线从目前的6.7%提高到80%。我们认为它仍然是乐观和快速增长的。蓝色曲线是系统的整体能源利用效率，两个因素带来了效率的提高。一个是从供给端来说，非化石能源在很大程度上取代了化石能源，这本身就意味着效率的提高。因为通过热力学定律用非化石能源发电，效率不可能太高，大概30~40%。而新能源，非化石能源，我们认为它产生的电是一次能源。我们以前叫一次电，效率100%。另一个是需求侧用电侧，用电能替代一些化石能源的应用，这本身就意味着效率的提高，这是我们模型计算的结果。左边的图片显示了二氧化碳排放峰值的情况。具体数字没有标注，但是给出了坐标。这是燃烧化石能源排放的二氧化碳，大概在2025年后达到峰值，2030年前大概是94亿-95亿吨。动力系统就是这样一种峰法。红色虚线是电力系统，主要指火电的二氧化碳排放。也是2025-2030年达到峰值，接近2030年。因为中间还有很多煤电，高峰时间稍微晚一点。让我们来看看一些饼状图。一个是2020年的情况，这是实际发生的情况。左边煤电装机10.8亿千瓦，风能太阳能发电量不到7%，这是我们的基础。到2030年，包括一次能源的情况，非化石能源的占比，我们以25%为前提，计算出2030年煤电装机占比32.3%，发电量占比46%。也就是说，经过10年的发展，可再生能源的发展也比较快，但是煤电仍然在发挥着非常重要的作用。这是2050年的情况，发生了很大的变化。从2030年到2050年，非化石能源的比重大大增加，相当一部分燃煤电厂将……e停止运行。煤电装机只有不到2.5亿千瓦时，占比不小，3.4%，发电量0.9万亿千瓦时，占比5.7%。当然，非化石能源太阳能和风能的比例相对较高。这个电力系统带来了很多问题，包括如何处理风力和太阳能发电带来的波动性、间歇性和随机性，这些都需要储能，那么我来给大家讲讲储能的分析。刚才说到电动汽车，我们非常希望电动汽车在充电的时候能够起到储能的作用，通过数字化、智能化的控制，有条不紊的为电力系统提供储能安排。简单介绍一下关键技术，我们列举了新型电力系统的十大关键技术。其中，红色、安全、高效、低成本的新型储能技术；清洁、高效、低成本的氢能储能技术，主要讲这两个。根据2030年的情况，用最简单的算法，也就是所谓的逐项计算法，根据风能和太阳能的发展情况，做这个统计计算，是分布式还是集中式，每种要增加多少储能等等。根据情景分析结果，仅供参考。这只是刚才更详细地讲述了2030年的情况。2030年电源结构，发电总装机38.7亿千瓦，风电(新能源)装机41.5%，风电装机5.7亿千瓦，光伏发电装机10.4亿千瓦，分布式光伏发电占比40%，光伏电站装机0.5亿千瓦。刚才领导汇报说未来电动车8000万辆，这里只有2500万辆。这个数字估计过时了。这样算下来，2030年不需要抽水蓄能来支撑这个规模的新能源发展的总储能大约是1亿千瓦，也就是100GW。再说说氢能。对于我们这些做发电的人来说，希望我们的可再生能源大规模生产氢气，其生产过程作为电力系统的可调节电力负荷，能够对可再生能源比例高的新型电力系统的灵活性起到调节作用，类似于电池储能，只有电-氢，没有电-电。绿色氢进一步与能源化学技术相结合，利用火电厂替代石油、天然气等化石能源，大规模生产甲烷、甲醇、氨等便于运输和储存的气/液燃料和化工原料，可作为未来可再生能源比例较高的新型电力系统的储能介质，以应对中长期能源和电力的供需失衡。长期储能以前是储煤、储天然气、储油。未来将用作非化石能源、储氢以及氢气和二氧化碳合成制得的一些能源产品和化工原料。我觉得这个特别重要。我们希望我们的非化石能源发电，包括光伏发电和风力发电的价格能够进一步降低，制氢的效率能够进一步提高。这个时候可以进行大量的项目，成本可能比天然气的成本低，甚至接近煤电的成本。再加上环境因素，未来唯一的电力系统有很大希望可以应对可再生能源，包括2050年和2060年这类系统中80-90%的非化石能源和可再生新能源。这种不平衡肯定是存在的，而且这种现象已经发生了。我们做什么呢事情就是这样。用电从可再生能源制氢，当然主要是生物质二氧化碳，用这种二氧化碳生产的甲烷、甲醇、氨完全是绿色的。这是我提出的一个想法。二氧化碳从哪里来？它来自于现有的燃煤电厂，因为现在有10.8亿千瓦的煤电，十四五期间会建设一小部分煤电。这个煤电的生命周期还是比较长的，所以要延迟到2040年到2050年。在这种情况下，如何充分发挥煤电的剩余价值，服务于我们的绿色发展？我提出了这个方案，比如，燃烧混有生物质的煤。现在煤电比是20%。如果再高一点，可能就有些问题了。在这种情况下，二氧化碳可以接近绿色。作为一个生产单元，这个生产单元不仅生产电力，还生产能源产品，包括液体和气体燃料等等。电力系统认为更重要的虚拟电厂可以提供非常强的灵活调节能力，因为有发电量，有用电量，用电量和发电量都可以调节，而且这种调节的范围非常大，可以应对可再生能源的高比例。所以我的提议提出后，很多人都很感兴趣，说看看怎么进一步探索。它我……主要是一个经济问题，需要突破现有体制的束缚，等等。这需要进一步研究。总结:产量目标下的情景分析显示，2035年风电光伏装机将超过总装机的50%，2045-2050年风电发电量将超过总发电量的50%。能源系统和电力系统二氧化碳排放可在2030年前达到峰值，2050年和2060年能源系统二氧化碳排放分别降至峰值的28%和10.5%，电力系统分别降至峰值的25.4%和1.6%，为2060年实现碳中和目标做出贡献。这是关于能量存储分析的一般陈述。约为1亿千瓦(2030年)。可再生能源电解水制氢生产过程作为电力系统中的快速可调负荷，可以部分替代燃料电池的调节功能，是应对风电和光伏发电波动性和间歇性的有效措施。绿色能源产品，如甲烷、甲醇、氨等。，可作为化工原料，也可作为储能介质，以应对中长期能源和电力的供需不平衡。我今天的报告到此为止。欢迎大家批评指正。很多都是个人观点，不一定正确。谢谢大家！10月11-12日，由南京市人民政府和中国电动汽车百人会共同主办的“2021第三届全球新能源汽车供应链创新大会”在南京国际博览会议中心举行。本次会议的主题是“全球变化与双碳目标的汽车供应链”。在11日下午举行的高层论坛上，中国科学院院士、美国国家工程院外籍院士周提到，总书记提出要构建以新能源为主体的新动力体系。所谓建设，就是建设清洁低碳、安全高效的能源体系和以新能源为主体的新能源体系。“双碳”的目标与能源转型的战略目标高度一致。两个建设是实现能源转化的根本措施，是实现“双碳”目标的基本保障。

以下为演讲实录:中国能源电力体系发展前景及“双碳”目标下的储能需求。我个人是做电力系统研究的。中国的电力系统与电动汽车和新能源汽车有着非常密切的关系。刚才几位领导的报告已经讲得很清楚了，我就不重复了。报告的主要内容有:一是中国能源转型的战略目标和实施路径；二、新电力系统的主要特点和核心指标；三是“双碳”目标下中国新电力体系发展前景分析；第四，面对2030年电力发展的储能需求。因为我这几年做了新一代能源系统和新一代电力系统的研究，总书记提出要建设以新能源为主体的新型电力系统，我个人也有很多体会，所以我想在这个报告里跟大家分享一些我个人的体会。大家都很清楚“双碳”目标的提出。所谓建设，我个人理解，两个建设的实施，是中国能源转型支持国民经济绿色发展的一个非常重要的举措，即建设清洁低碳、安全高效的能源体系和以新能源为主体的新能源体系。“双碳”的目标与能源转型的战略目标高度一致。两个建设是实现能源转化的根本措施，是实现“双碳”目标的基本保障。以新能源为主体的新动力系统的主要特点和核心指标是什么？我将其归结为五个主要特征和五个核心指标，与大家分享。1.高比例可再生能源电力系统我们未来的电力系统必须是高比例的可再生能源。以前都说电动车很好，但是用的电主要是化石能源提供的，不干净。未来电力系统的发展，包括现在的发展，是可再生能源的高比例，这必然是新电力系统的一个非常重要的特征。2、高比例的电力电子设备供电系统；3.具有多种互补功能的综合能源和动力系统；4.数字化智能能源动力系统；5.清洁高效的低碳零碳电力系统。五个核心指标，包括一些能源指标，但是搞电力的人要注意能源。1、非化石能源在一次能源消费中的比重；2.非化石能源发电量占总发电量的比重；3.电能在终端消费中的比重；4.系统的整体能量利用效率；5.化石能源的二氧化碳排放；“双碳”目标明确后，根据“双碳”的目标要求，考虑经济社会发展对能源电力安全的要求和能源电力技术进步的要求，设定经济社会和能源发展的三个主要目标和趋势。1.一次能源消耗总量；2.非化石能源消费比例；3.全社会用电量。右图绿色曲线显示，一次能源消费总量在2030年达到峰值后稳步下降。分为三个阶段，第一个阶段是红色的曲线，这是非化石能源比例的变化。第一阶段是2021年到2030年，这10年增长比较慢。2030年到2050年是一个非常非常关键的时期，非化石能源的比重会以比较高的速度增加，我们也有条件。2030年以后，经过10年的发展，已经具备了相应的技术条件和电力系统的基础，所以可以快速发展，年均增长2.5个百分点。2050年以后，2060年碳中和的十年，变化相对平缓。如何配合未来碳中和的进程？根据刚才的三个主要指标和其他一些比较确定的指标，我们做了一个发展前景分析，从2020年到2060年，这40年。左图为装机容量，右图为发电量。2025年非化石能源发电装机占比50%以上，在“十四五”结束后。2035年，风电和光伏装机将超过总装机的50%，这是非常重要的两个点，而2025年到2030年，风电和光伏装机也将超过煤电。至于发电，2030-2035年非化石能源年发电量将超过50%。原来我们以前也做过，但是2030年似乎很难实现。2045-2050年间，风光发电量超过总发电量的50%。这是一个以新能源为主体的动力系统。用什么样的数量标志，如何体现？我认为是50%的发电量。2045-2050年以新能源为主，风电、光伏超过总发电量的50%。刚才提出了两个指标作为前提条件。三个指标，即3、4、5，是通过情景分析得出的。一个指标是在终端消费中的占比。红线从目前的6.7%提高到80%。我们认为它仍然是乐观和快速增长的。蓝色曲线是系统的整体能源利用效率，两个因素带来了效率的提高。一个是从供给端来说，非化石能源在很大程度上取代了化石能源，这本身就意味着效率的提高。因为通过热力学定律用非化石能源发电，效率不可能太高，大概30~40%。而新能源，非化石能源，我们认为它产生的电是一次能源。我们以前叫一次电，效率100%。另一个是需求侧用电侧，用电能替代一些化石能源的应用，这本身就意味着效率的提高，这是我们模型计算的结果。左边的图片显示了二氧化碳排放峰值的情况。具体数字没有标注，但是给出了坐标。这是燃烧化石能源排放的二氧化碳，大概在2025年后达到峰值，2030年前大概是94亿-95亿吨。动力系统就是这样一种峰法。红色虚线是电力系统，主要指火电的二氧化碳排放。也是2025-2030年达到峰值，接近2030年。因为中间还有很多煤电，高峰时间稍微晚一点。让我们来看看一些饼状图。一个是2020年的情况，这是实际发生的情况。左边煤电装机10.8亿千瓦，风能太阳能发电量不到7%，这是我们的基础。到2030年，包括一次能源的情况，非化石能源的占比，我们以25%为前提，计算出2030年煤电装机占比32.3%，发电量占比46%。也就是说，经过10年的发展，可再生能源的发展也比较快，但是煤电仍然在发挥着非常重要的作用。这是2050年的情况，发生了很大的变化。从2030年到2050年，非化石能源的比重大大增加，相当一部分燃煤电厂将……e停止运行。煤电装机只有不到2.5亿千瓦时，占比不小，3.4%，发电量0.9万亿千瓦时，占比5.7%。当然，非化石能源太阳能和风能的比例相对较高。这个电力系统带来了很多问题，包括如何处理风力和太阳能发电带来的波动性、间歇性和随机性，这些都需要储能，那么我来给大家讲讲储能的分析。刚才说到电动汽车，我们非常希望电动汽车在充电的时候能够起到储能的作用，通过数字化、智能化的控制，有条不紊的为电力系统提供储能安排。简单介绍一下关键技术，我们列举了新型电力系统的十大关键技术。其中，红色、安全、高效、低成本的新型储能技术；清洁、高效、低成本的氢能储能技术，主要讲这两个。根据2030年的情况，用最简单的算法，也就是所谓的逐项计算法，根据风能和太阳能的发展情况，做这个统计计算，是分布式还是集中式，每种要增加多少储能等等。根据情景分析结果，仅供参考。这只是刚才更详细地讲述了2030年的情况。2030年电源结构，发电总装机38.7亿千瓦，风电(新能源)装机41.5%，风电装机5.7亿千瓦，光伏发电装机10.4亿千瓦，分布式光伏发电占比40%，光伏电站装机0.5亿千瓦。刚才领导汇报说未来电动车8000万辆，这里只有2500万辆。这个数字估计过时了。这样算下来，2030年不需要抽水蓄能来支撑这个规模的新能源发展的总储能大约是1亿千瓦，也就是100GW。再说说氢能。对于我们这些做发电的人来说，希望我们的可再生能源大规模生产氢气，其生产过程作为电力系统的可调节电力负荷，能够对可再生能源比例高的新型电力系统的灵活性起到调节作用，类似于电池储能，只有电-氢，没有电-电。绿色氢进一步与能源化学技术相结合，利用火电厂替代石油、天然气等化石能源，大规模生产甲烷、甲醇、氨等便于运输和储存的气/液燃料和化工原料，可作为未来可再生能源比例较高的新型电力系统的储能介质，以应对中长期能源和电力的供需失衡。长期储能以前是储煤、储天然气、储油。未来将用作非化石能源、储氢以及氢气和二氧化碳合成制得的一些能源产品和化工原料。我觉得这个特别重要。我们希望我们的非化石能源发电，包括光伏发电和风力发电的价格能够进一步降低，制氢的效率能够进一步提高。这个时候可以进行大量的项目，成本可能比天然气的成本低，甚至接近煤电的成本。再加上环境因素，未来唯一的电力系统有很大希望可以应对可再生能源，包括2050年和2060年这类系统中80-90%的非化石能源和可再生新能源。这种不平衡肯定是存在的，而且这种现象已经发生了。我们做什么呢事情就是这样。用电从可再生能源制氢，当然主要是生物质二氧化碳，用这种二氧化碳生产的甲烷、甲醇、氨完全是绿色的。这是我提出的一个想法。二氧化碳从哪里来？它来自于现有的燃煤电厂，因为现在有10.8亿千瓦的煤电，十四五期间会建设一小部分煤电。这个煤电的生命周期还是比较长的，所以要延迟到2040年到2050年。在这种情况下，如何充分发挥煤电的剩余价值，服务于我们的绿色发展？我提出了这个方案，比如，燃烧混有生物质的煤。现在煤电比是20%。如果再高一点，可能就有些问题了。在这种情况下，二氧化碳可以接近绿色。作为一个生产单元，这个生产单元不仅生产电力，还生产能源产品，包括液体和气体燃料等等。电力系统认为更重要的虚拟电厂可以提供非常强的灵活调节能力，因为有发电量，有用电量，用电量和发电量都可以调节，而且这种调节的范围非常大，可以应对可再生能源的高比例。所以我的提议提出后，很多人都很感兴趣，说看看怎么进一步探索。它我……主要是一个经济问题，需要突破现有体制的束缚，等等。这需要进一步研究。总结:产量目标下的情景分析显示，2035年风电光伏装机将超过总装机的50%，2045-2050年风电发电量将超过总发电量的50%。能源系统和电力系统二氧化碳排放可在2030年前达到峰值，2050年和2060年能源系统二氧化碳排放分别降至峰值的28%和10.5%，电力系统分别降至峰值的25.4%和1.6%，为2060年实现碳中和目标做出贡献。这是关于能量存储分析的一般陈述。约为1亿千瓦(2030年)。可再生能源电解水制氢生产过程作为电力系统中的快速可调负荷，可以部分替代燃料电池的调节功能，是应对风电和光伏发电波动性和间歇性的有效措施。绿色能源产品，如甲烷、甲醇、氨等。，可作为化工原料，也可作为储能介质，以应对中长期能源和电力的供需不平衡。我今天的报告到此为止。欢迎大家批评指正。很多都是个人观点，不一定正确。谢谢大家！

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