能源基金會(huì)-西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索以陜西省2021-2030年轉(zhuǎn)型路徑為例2022.08關(guān)于落基山研究所（RMI）落基山研究所(RMI)，是一家于1982年創(chuàng)立的專業(yè)、獨(dú)立、以市場為導(dǎo)向的智庫。我們與政府部門、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)及創(chuàng)業(yè)者協(xié)作，推動(dòng)全球能源變革，以創(chuàng)造清潔、安全、繁榮的低碳未來。落基山研究所致力于借助經(jīng)濟(jì)可行的市場化手段，加速能效提升，推動(dòng)可再生能源取代化石燃料的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。落基山研究所在北京、美國科羅拉多州巴索爾特和博爾德、紐約市、加州奧克蘭及華盛頓特區(qū)設(shè)有辦事處。西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/2作者與鳴謝作者劉雨菁，姚遠(yuǎn)，鄒樂樂除非另有說明，所有作者均來自落基山研究所。其他作者落基山研究所：高碩，李婷，劉子屹，周勤

西安交通大學(xué)：劉炳文，吳雄國網(wǎng)時(shí)代儲(chǔ)能發(fā)展有限公司：馬金鵬作者姓名按姓氏首字母順序排列。聯(lián)系方式劉雨菁，yujingliu@rm

姚遠(yuǎn)，yyao@rmi.org版權(quán)與引用劉雨菁，姚遠(yuǎn)，鄒樂樂，西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索-以陜西省2021-2030年轉(zhuǎn)型路徑為例，落基山研究所，2022鳴謝本報(bào)告作者特別感謝以下來自企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的專家對(duì)報(bào)告撰寫提供的洞見與建議。張永強(qiáng)，隆基綠能科技股份有限公司

李強(qiáng)，隆基綠能科技股份有限公司李志棟，隆基綠能科技股份有限公司

樊江濤，大唐陜西發(fā)電有限公司郭崴，大唐陜西發(fā)電有限公司王偉，國網(wǎng)陜西省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院韓雪，國務(wù)院發(fā)展研究中心資源與環(huán)境政策研究所

焦在濱，西安交通大學(xué)劉宸，西安高壓電器研究院賀曉，國網(wǎng)西北分部調(diào)度控制中心特別感謝陜西省能源局、Climate

Imperative

Foundation和能源基金會(huì)對(duì)本報(bào)告的支持。

本報(bào)告所述內(nèi)容不代表以上專家和所在機(jī)構(gòu)，以及項(xiàng)目支持方的觀點(diǎn)。西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/3目錄導(dǎo)言5

1...西北地區(qū)與陜西省電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型背景7

2...陜西省電力系統(tǒng)特點(diǎn)

122.1

負(fù)荷與資源分布

122.2

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行

142.3

電力市場改革進(jìn)度

153...陜西省2021-2030電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型路徑分析

163.1

路徑設(shè)計(jì)與假設(shè)

163.2

電力供給結(jié)構(gòu)

173.3

各類機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)

183.4

電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)

213.5

電力系統(tǒng)潛在投資規(guī)模

223.6

電力系統(tǒng)碳達(dá)峰與碳排放總量

234...陜西省電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

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244.1

分階段、分類型，識(shí)別煤電安全穩(wěn)步轉(zhuǎn)型的時(shí)間表

244.1.1

煤電階段性角色轉(zhuǎn)變

244.1.2

積極探索燃料替代

254.1.3

布局煤電備用與退出

264.2

創(chuàng)造市場與監(jiān)管條件，保障可再生能源的可持續(xù)大規(guī)模發(fā)展

284.2.1

完善新能源投資回收機(jī)制

284.2.2

充分發(fā)揮分布式可再生電源潛力

314.3

大力發(fā)展多樣化的低碳系統(tǒng)靈活性資源，提高可再生能源消納能力

324.3.1

充分挖掘省內(nèi)靈活性資源

324.3.2

加速推動(dòng)省內(nèi)儲(chǔ)能科學(xué)發(fā)展

334.4

背靠西北電網(wǎng)，面向中東部地區(qū)，增強(qiáng)省間互濟(jì)與外送清潔化

364.4.1

加強(qiáng)西北地區(qū)省間互濟(jì)

364.4.2

提高陜西外送電量清潔比例

374.5

統(tǒng)籌考慮系統(tǒng)性轉(zhuǎn)型，積極謀求新增長動(dòng)力

38

5...結(jié)論與建議.

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40

6...附錄

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446.1

模型介紹

446.2

REMI模型介紹

457...參考文獻(xiàn)

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46西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/4導(dǎo)言2020年9月，中國宣布了2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的國家戰(zhàn)略目標(biāo)。這一目標(biāo)的提出，不僅為中國實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展進(jìn)一步明確了階段性目標(biāo)，也意味著中國的能源革命將進(jìn)一步深化，此舉在國內(nèi)國際社會(huì)引發(fā)強(qiáng)烈關(guān)注與反響，關(guān)于具體實(shí)施路徑的討論也在各行業(yè)領(lǐng)域廣泛展開。電力是確保社會(huì)經(jīng)濟(jì)繁榮發(fā)展的基礎(chǔ)行業(yè)，同時(shí)也是碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的排頭兵和主力軍。一方面，電力系統(tǒng)在我國碳排放中占比最大，但也已經(jīng)初步具備了技術(shù)成熟、成本可控的低碳替代方案；另一方面，工業(yè)、交通、建筑等終端用能部門的低碳轉(zhuǎn)型也需要進(jìn)一步提高電氣化率和低碳電力的使用比例。電力系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型需要在確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下穩(wěn)步提升零碳排放電源容量和電量的占比。2021年4月，習(xí)近平在出席領(lǐng)導(dǎo)人氣候峰會(huì)等講話中提出，中國將嚴(yán)控煤電項(xiàng)目，“十四五”期間嚴(yán)控煤炭消費(fèi)增長，“十五五”時(shí)期逐步減少；10月，《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》指出要“構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，提高電網(wǎng)對(duì)高比例可再生能源的消納和調(diào)控能力”。在國家中長期目標(biāo)的定位之下，各?。ㄗ灾螀^(qū)/直轄市）的計(jì)劃與行動(dòng)是切實(shí)推動(dòng)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)落實(shí)的重要保障。省級(jí)研究對(duì)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型尤為重要，因?yàn)槭〖?jí)電網(wǎng)一直以來都是中國電力系統(tǒng)運(yùn)行的核心單元，是電力系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)頻率控制與供需平衡和電力市場建設(shè)的最主要模塊。與此同時(shí)，我國地域遼闊，各地區(qū)或省份擁有不同的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、增長動(dòng)力、資源稟賦等條件，在電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的共同目標(biāo)下面臨著差異顯著的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，必須從實(shí)際出發(fā)，識(shí)別階段性抓手，在區(qū)別討論的同時(shí)形成可復(fù)制推廣的經(jīng)驗(yàn)，從而高效且有序推進(jìn)低碳轉(zhuǎn)型工作。落基山研究所自2019年末在《中國2050：一個(gè)全面實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化國家的零碳圖景》中展示了國家層面碳中和宏觀圖景后，一方面持續(xù)深入探討電力系統(tǒng)零碳化增長所面臨的技術(shù)與機(jī)制上的挑戰(zhàn)和應(yīng)對(duì)措施，發(fā)布了《電力增長零碳化（2020-2030）：中國實(shí)現(xiàn)碳中和的必經(jīng)之路》和《電力市場與電價(jià)改革：通向零碳電力增長和新型電力系統(tǒng)的必由之路》等系列報(bào)告；另一方面也持續(xù)致力于區(qū)域和省級(jí)電力系統(tǒng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，針對(duì)各個(gè)典型地區(qū)和省份開展深入分析，發(fā)布了《西北地區(qū)碳中和：路徑與系統(tǒng)性轉(zhuǎn)型探索》等系列報(bào)告。西北地區(qū)對(duì)我國電力系統(tǒng)至關(guān)重要，是我國能源資源聚集地之一，不僅擁有大量以煤炭為代表的傳統(tǒng)能源和其他礦產(chǎn)資源，也具備領(lǐng)先全國的風(fēng)力和光照資源。在電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的大趨勢下，西北地區(qū)面臨著從大規(guī)模高比例煤電向新能源逐步過渡的挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，西北地區(qū)作為我國重要的能源電力基地，總發(fā)電量中超過28%外送到區(qū)域外的其他省份，其電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型還將擁有顯著的外部效應(yīng)，為國家的能源轉(zhuǎn)型提供支撐、打造最佳實(shí)踐。本報(bào)告聚焦西北區(qū)域內(nèi)GDP最高、人口最多、煤電裝機(jī)比例最大的的陜西省，以其電力系統(tǒng)現(xiàn)狀及2030電力需求預(yù)測及電力發(fā)展規(guī)劃為基礎(chǔ)，以科學(xué)計(jì)算和仿真分析為手段，在借鑒國際和國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，通過深入的研究提出了符合陜西省電力發(fā)展改革的政策建議。陜西省煤炭資源稟賦高，同時(shí)風(fēng)光資源水平也處于全國平均之上。在過去幾年，陜西省已經(jīng)形成了可再生電源高速發(fā)展、占比迅速提高的良好發(fā)展格局?；谶@樣的現(xiàn)狀，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)情景、穩(wěn)步減排情景、加速減排情景三個(gè)不同的量化分析情景，從而探索未來十年陜西電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的路徑。研究結(jié)果顯示，陜西省應(yīng)該遵循能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型“先立后破”的原則，在“十四五”期間通過政策和市場雙重手段，加速推進(jìn)零碳電源發(fā)展、積極部署零碳系統(tǒng)靈活性資源，為“十五五”期間碳達(dá)峰及之后的安全穩(wěn)步轉(zhuǎn)西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/5型打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在此思路下，陜西省完全可以在技術(shù)可行、成本可控的前提下，在2030年前進(jìn)一步提速發(fā)展，達(dá)到穩(wěn)步減排場景中的目標(biāo)，即含水可再生消納（含外購清潔電力）比例從2021年的35%上升至2030年的43%，煤電發(fā)電比例從2021年的64%下降到2030年的57%，并在2028年實(shí)現(xiàn)煤電發(fā)電量達(dá)峰。在此基礎(chǔ)上，若能進(jìn)一步從以下幾個(gè)方面推動(dòng)政策和市場的雙軌支撐，將可以進(jìn)一步接近加速減排情景，使得煤電發(fā)電達(dá)峰年份提早到2025，從而成為重煤省份中的電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型排頭兵：? 推動(dòng)電力價(jià)格機(jī)制改革，為可再生能源可持續(xù)大規(guī)模發(fā)展保駕護(hù)航：結(jié)合電力市場改革發(fā)展階段，近期加速完善以多年拍賣機(jī)制和購電協(xié)議為代表的可再生電源投資回收機(jī)制，并積極探索分布式可再生電源的規(guī)?；_發(fā)模式和分布式電力交易。? 大力發(fā)展省內(nèi)低碳的系統(tǒng)靈活性資源，提高可再生能源消納能力：短期內(nèi)，加速推進(jìn)存量火電靈活性改造，結(jié)合省內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)不同類型的負(fù)荷進(jìn)行靈活性摸底調(diào)查、形成有針對(duì)性的激勵(lì)措施、促進(jìn)需求側(cè)成為電力市場的關(guān)鍵主體，盡早開動(dòng)新一輪抽水蓄能項(xiàng)目的評(píng)審和建設(shè)，并充分結(jié)合省內(nèi)電力系統(tǒng)運(yùn)行特征，從而科學(xué)、高效地推動(dòng)化學(xué)儲(chǔ)能發(fā)展。? 在加速發(fā)展低碳替代方案的前提下，分階段、分類型地識(shí)別煤電安全穩(wěn)步轉(zhuǎn)型的發(fā)展時(shí)間表：“十四五”期間，陜西電力系統(tǒng)對(duì)煤電依賴度的降低應(yīng)該先從電量替代入手，大力發(fā)展以可再生能源為主的零碳電源。與此同時(shí)，煤電仍將擔(dān)負(fù)著重要的系統(tǒng)靈活性角色，如何加速推廣零碳短時(shí)靈活性替代方案將是未來十年的重要任務(wù)。在“十五五”期間，煤電的主要角色應(yīng)集中在滿足長時(shí)靈活性與供熱需求,并可以逐步啟動(dòng)部分機(jī)組轉(zhuǎn)向備用或者退役。? 完善跨省跨區(qū)電力交易機(jī)制，提高新建特高壓線路的清潔外送水平：背靠西北電網(wǎng)、面向中東部地區(qū)，陜西可以從兩個(gè)層面積極參與省間互濟(jì)，一個(gè)是從“硬件”層面持續(xù)推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，配合新能源電源的發(fā)展加強(qiáng)配套電網(wǎng)和靈活性資源的規(guī)劃建設(shè)，全面提升區(qū)域內(nèi)大電網(wǎng)平衡能力及系統(tǒng)外送能力。二是強(qiáng)化電力市場機(jī)制的“軟件”支撐，通過多層次、多維度的競爭性市場價(jià)格信號(hào)，促使電力系統(tǒng)多個(gè)環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)發(fā)展、積極互動(dòng)，從而提升系統(tǒng)靈活性和互濟(jì)程度。? 加速推進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長與煤電投資的脫鉤，積極謀求新增長動(dòng)力：增加可再生能源部署，在風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能等可再生發(fā)電方面，加快步子、加大投資，激勵(lì)省內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和就業(yè)，盡快實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長與煤電投資的完全脫鉤。同時(shí)，考慮到煤電轉(zhuǎn)型對(duì)煤炭行業(yè)本身仍會(huì)有一定影響，建議利用好省內(nèi)資源優(yōu)勢，加快煤化工產(chǎn)業(yè)及煤制品加工業(yè)的布局和發(fā)展，為平穩(wěn)轉(zhuǎn)型提供支撐。本報(bào)告希望以陜西省為典型，展示煤電依賴度較高的省份或地區(qū)如何加速建設(shè)新型電力系統(tǒng)，為推進(jìn)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型提供思路和方案，從而切實(shí)支撐國家氣候目標(biāo)，也為其他省份乃至其他國家與地區(qū)的電力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型提供借鑒。西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/61..西北地區(qū)與陜西省電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型背景2020年9月22日，中國國家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上宣布：“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。中國碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的提出，在國內(nèi)國際社會(huì)引發(fā)強(qiáng)烈關(guān)注與反響，關(guān)于具體實(shí)施路徑的討論也在各行業(yè)領(lǐng)域廣泛展開。在國家中長期目標(biāo)的定位之下，各地區(qū)、省份（自治區(qū)/直轄市）的計(jì)劃與行動(dòng)是切實(shí)推動(dòng)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)落實(shí)的重要保障。落基山研究所在2021年發(fā)布的《西北地區(qū)碳中和路徑及系統(tǒng)性轉(zhuǎn)型探索》報(bào)告1中指出，西北地區(qū)是中國能源資源的聚集地之一，不僅擁有大量的煤炭等傳統(tǒng)能源和其他礦產(chǎn)資源，也具備豐富的風(fēng)力資源和充足的光照環(huán)境。在能源轉(zhuǎn)型大趨勢的推動(dòng)下，西北地區(qū)面臨著從大規(guī)模高比例傳統(tǒng)能源為依托的高耗能產(chǎn)業(yè)向新能源逐漸過渡的挑戰(zhàn)，

與此同時(shí)，由于西北地區(qū)地廣人稀，且可再生能源資源豐富，不但自身具備高質(zhì)量達(dá)峰和碳減排、早日實(shí)現(xiàn)碳中和的潛力，還能夠作為國家新能源的主要基地，為東部地區(qū)的碳減排提供支持，從省級(jí)和區(qū)域的層面為國家系統(tǒng)性轉(zhuǎn)型提供支撐、打造最佳實(shí)踐。從地理范疇的角度劃分，西北地區(qū)主要包括陜西省、甘肅省、青海省、寧夏回族自治區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū)和內(nèi)蒙古自治區(qū)6個(gè)省份。從電力系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)而言，內(nèi)蒙古并不屬于西北電網(wǎng)，但其資源稟賦與西北電網(wǎng)內(nèi)大部分省份類似，因此我們也將內(nèi)蒙古納入西北地區(qū)的比較研究范疇。由于深居中國西北部內(nèi)陸地區(qū)，西北省份具有面積廣大、干旱缺水、荒漠廣布、風(fēng)沙較多、生態(tài)脆弱、人口稀少、資源豐富、開發(fā)難度較大等特點(diǎn)。該地區(qū)總國土面積約為426.2萬平方公里，占全中國的約44%。截至2020年底，西北6個(gè)省份的總?cè)丝谶_(dá)到了1.14億，占全國總?cè)丝诘募s8%。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)看，其經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)仍然是以資源型工業(yè)和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)為主，其中工業(yè)結(jié)構(gòu)以煤炭開采、石油開采和有色金屬冶煉為主，主要集中在新疆、內(nèi)蒙古、陜西、甘肅等地；農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)以灌溉農(nóng)業(yè)、綠洲農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)為主，主要集中在青海、寧夏、內(nèi)蒙古和新疆等地。聚焦到西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型，我們認(rèn)為西北地區(qū)大部分省份具有以下幾個(gè)特征：? 擁有全國最優(yōu)的風(fēng)速、光照資源。以溫帶大陸性氣候?yàn)橹鞯奈鞅钡貐^(qū)，以其晴日多、降雨少、風(fēng)速大的氣候特點(diǎn)。國家發(fā)展和改革委劃分的光伏資源分區(qū)和風(fēng)能資源分區(qū)中，光伏一類資源區(qū)全部位于西北地區(qū)的寧夏、青海、甘肅、新疆、內(nèi)蒙古等5個(gè)省區(qū)，風(fēng)能資源全部一類資源區(qū)和二類資源區(qū)（除河北的張家口、承德地區(qū)以外）也全部位于西北地區(qū)。目前，該地區(qū)各省風(fēng)電和太陽能發(fā)電的裝機(jī)比例也普遍高于全國平均（圖表1）。? 水電資源稟賦不足。除了青海和甘肅以外，區(qū)域內(nèi)其他省份的水電（含抽水蓄能）裝機(jī)及發(fā)電量比例顯著低于全國平均水平（圖表1）。隨著風(fēng)電、光伏為代表的間歇性可再生電源大規(guī)模發(fā)展，對(duì)于系統(tǒng)靈活性的要求將逐步提升。目前，在缺少水電資源的省份，電源端的系統(tǒng)靈活性仍然以煤電為主。? 煤電依賴度高。除了青海和甘肅以外，區(qū)域內(nèi)其他省份火電（絕大部分為煤電）的裝機(jī)比例與發(fā)電量比例普遍高于全國平均水平（圖表1），煤電擔(dān)任著提供電量、提供系統(tǒng)靈活性、供熱等多重角色。西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/7圖表

1

西北六省2021裝機(jī)結(jié)構(gòu)和發(fā)電結(jié)構(gòu)火電全國

新疆

寧夏

青海

甘肅

陜西內(nèi)蒙古水電風(fēng)電核電太陽能發(fā)電其他0%20%40%60%80%100% 0%20%40%60%80%100%.裝機(jī)結(jié)構(gòu) 發(fā)電結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來源：中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)? 發(fā)電量增速領(lǐng)先全國（圖表2）。一方面，西北地區(qū)仍有相當(dāng)部分省市仍然處在從農(nóng)業(yè)化向工業(yè)化發(fā)展的過程中，而且逐漸承接中東部高耗能產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移，切實(shí)促進(jìn)本地全社會(huì)用電量的快速增加。另一方面，西北各省都擁有較高的電力外送比例（圖表3），為我國中東部地區(qū)提供大量的電力，隨著跨區(qū)輸電線路以及電源大基地的不斷建成和新增規(guī)劃，未來這一趨勢也將持續(xù)甚至提升。圖表

2

西北六省發(fā)電量年度增速內(nèi)蒙古 陜西 甘肅 青海 寧夏 新疆 全國35%30%25%20%15%10%5%020172018201920202021數(shù)據(jù)來源：中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/8圖表

3

2021年西北六省發(fā)電自用和外送比例(%)自用 凈外送新疆

寧夏

青海

甘肅

陜西內(nèi)蒙古0%20%40%60%...80%100%數(shù)據(jù)來源：中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)在西北地區(qū)六省當(dāng)中，陜西省擁有最大的GDP和人口規(guī)模、最高的火電裝機(jī)和發(fā)電占比、相對(duì)偏弱的風(fēng)光資源、以及十分緊缺的水電資源。此外，陜西省還擁有規(guī)模較大的煤礦產(chǎn)業(yè)，在低碳轉(zhuǎn)型的目標(biāo)之下也面臨著更多的挑戰(zhàn)。因此，本報(bào)告選取陜西省作為西北地區(qū)的典型，展示煤電依賴度較高的省份或地區(qū)如何加速建設(shè)新型電力系統(tǒng)，為推進(jìn)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型提供思路和方案，從而切實(shí)支撐國家氣候目標(biāo)，也為其他省份乃至其他國家地區(qū)的電力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型提供借鑒?；仡欉^去十年，陜西在生態(tài)文明建設(shè)方面取得高質(zhì)量發(fā)展，能源消費(fèi)增速顯著低于GDP增速（圖表4），單位GDP能耗、單位GDP排放強(qiáng)度等指標(biāo)都有了超出目標(biāo)的大幅下降，單位GDP能耗也已經(jīng)接近全國平均水平（圖表5）。西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/9左

-

圖表

4

陜西省主要經(jīng)濟(jì)與能源指標(biāo)的年度變化率（2011-2020）右

-

圖表

5

全國及各省能源強(qiáng)度（噸標(biāo)煤/萬元GDP，2019）生產(chǎn)總值 能源生產(chǎn)總量 能源消費(fèi)總量25%20%15%10%5%0%-5%201020112012201320142015201620172018201920202.521.510.50數(shù)據(jù)來源：陜西省統(tǒng)計(jì)局 數(shù)據(jù)來源：中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒在“十四五”規(guī)劃與2035遠(yuǎn)景規(guī)劃中2，陜西明確提出了“單位能耗降至全國平均水平”、“2030年前二氧化碳排放達(dá)峰之后穩(wěn)中有降”、“2025年非化石能源占能源消費(fèi)比重達(dá)到16%”等目標(biāo)。展望未來，陜西省完成這些目標(biāo)的挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存：? 陜西是煤炭大省，煤炭產(chǎn)量穩(wěn)居全國第三，是我國重要的能源化工基地。陜西過去十年的煤炭產(chǎn)量幾乎翻番，能源生產(chǎn)中的原煤占比也呈上升趨勢、在2020年突破80%

（圖表6）。本省豐富的煤炭資源使得煤炭的獲取成本比大部分其他省份低廉，比起其他能源品種長期擁有成本優(yōu)勢，加大了經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的難度。? 雖然陜西煤炭總產(chǎn)量中超過75%運(yùn)往外省，但本省的煤炭消費(fèi)量也在過去十年增長了74%，高于同期本省能源消費(fèi)總量增速的63%。本省能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，原煤的占比也穩(wěn)步攀升，在2020年突破75%，反應(yīng)了能源結(jié)構(gòu)中對(duì)煤炭的依賴度仍然居于高位（圖表7）。? 過去十年，陜西非化石能源消費(fèi)量增長了接近四倍，目前已經(jīng)超過油品，成為繼煤炭和天然氣之后的第三大能源消費(fèi)類別。非化石能源消費(fèi)集中在發(fā)電領(lǐng)域，以陜北地區(qū)豐富的風(fēng)光資源、陜南地區(qū)豐富的水電資源為主要代表。值得一提的是，陜北地區(qū)的風(fēng)電光伏在近年高煤炭價(jià)格的背景之下，也逐步有了成本競爭力。西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/10寧夏內(nèi)蒙古?海新疆??遼寧湖北?肅黑龍江貴州吉林天津?東??云南陜?全國平均四川海南河南湖南江?湖北重慶安徽浙江江蘇福建?東上海北京左

-

圖表

6

陜西能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)（按萬噸標(biāo)煤折算）右

-

圖表

7

陜西能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)（按萬噸標(biāo)煤折算）原煤 原油 天然氣 水電、風(fēng)電、及其他能發(fā)電100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%020102011201220132014201520162017201820192020 20102011201220132014201520162017201820192020數(shù)據(jù)來源：陜西省統(tǒng)計(jì)局 數(shù)據(jù)來源：陜西省統(tǒng)計(jì)局在陜西的煤炭消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，發(fā)電和供熱占比歷年都接近50%，為所有行業(yè)中最高。因此，電力部門在陜西的能源轉(zhuǎn)型中應(yīng)發(fā)揮領(lǐng)頭示范作用。加速發(fā)展可再生電源，逐步減緩煤電裝機(jī)和發(fā)電增速，爭取在2030年前二氧化碳排放達(dá)峰。2021年10月發(fā)布的《中共中央國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》3已經(jīng)為電力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型明確指出了主要方向，也立下了具體目標(biāo)。2021年4月22日，習(xí)近平在出席領(lǐng)導(dǎo)人氣候峰會(huì)等講話中提出，中國將嚴(yán)控煤電項(xiàng)目，“十四五”期間嚴(yán)控煤炭消費(fèi)增長，“十五五”時(shí)期逐步減少。國務(wù)院印發(fā)的《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》4中針對(duì)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型也提出了多方面抓手，在煤電轉(zhuǎn)型方面，提出了嚴(yán)格控制新增煤電項(xiàng)目，新建機(jī)組煤耗標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國際先進(jìn)水平，有序淘汰煤電落后產(chǎn)能，加快現(xiàn)役機(jī)組節(jié)能升級(jí)和靈活性改造等目標(biāo)；在可再生能源的發(fā)展上，指出了要大力發(fā)展新能源，全面推進(jìn)風(fēng)電、太陽能發(fā)電大規(guī)模開發(fā)和高質(zhì)量發(fā)展，堅(jiān)持集中式與分布式并舉，加快建設(shè)風(fēng)電和光伏發(fā)電基地；在電力體制改革的層面，明確了要深化電力體制改革，加快構(gòu)建全國統(tǒng)一電力市場體系。在這些國家大方向下，陜西省需要進(jìn)一步探索適合自身情況的具體路徑與時(shí)間表。本項(xiàng)目聚焦于2021-2030年達(dá)峰前的關(guān)鍵時(shí)期，旨在挖掘陜西省既有煤電機(jī)組和可再生能源資源潛力，切實(shí)推進(jìn)陜西省電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型。具體而言，課題組以陜西系統(tǒng)現(xiàn)狀及2030電力需求預(yù)測及電力發(fā)展規(guī)劃為基礎(chǔ)，以科學(xué)計(jì)算和仿真分析為手段，在借鑒國際和國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，通過深入的研究提出了符合陜西省電力發(fā)展改革的政策建議。西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/112..陜西電力系統(tǒng)特點(diǎn)2.1.負(fù)荷與資源分布陜西省的全社會(huì)用電需求以及外送的需求都將在未來十年保持相對(duì)高速增長。根據(jù)對(duì)陜西省相關(guān)政府部門、電力計(jì)劃和設(shè)計(jì)單位的訪談，我們預(yù)計(jì)陜西省內(nèi)全社會(huì)用電量將從2021年的198.9TWh（1,989億千瓦時(shí)）增長至2030年的290TWh（2,900億千瓦時(shí)），省內(nèi)年最高用電負(fù)荷將從2021年的38GW（3,800萬千瓦）增長至2030年的54GW（5,400萬千瓦）。在此期間，本地用電量年化增長率與省內(nèi)最高負(fù)荷年化增長率都約為3.9%。陜西外送需求（包含點(diǎn)對(duì)網(wǎng)通道的外送電量）在同期內(nèi)也將呈現(xiàn)出總體增長的趨勢。外送需求激增的主要原因包括新增線路投運(yùn)和線路利用率提升。從時(shí)間分布來看，陜西省日內(nèi)峰谷差大約在20%左右，與大部分中東部省份相比峰谷差偏小，在西北地區(qū)各省之中偏大，且晚高峰較為顯著，年內(nèi)呈現(xiàn)冬夏雙高峰（圖表8、圖表9）。這樣的負(fù)荷曲線形狀反映了陜西省內(nèi)用電結(jié)構(gòu)中第二產(chǎn)業(yè)占比較中東部省份偏大的特點(diǎn)，且冬季取暖需求較高。5左-

圖表

8

陜西省工作日典型負(fù)荷曲線（2020）6右-

圖表

9

陜西省全年日最高、最低負(fù)荷曲線（2020）7負(fù)荷（GW）25

20

15

105最高最低0 0:003:006:009:0012:0015:0018:0021:00 1月1日3月1日5月1日7月1日9月1日11月1日數(shù)據(jù)來源：國家發(fā)展改革委、國家能源局 數(shù)據(jù)來源：國家發(fā)展改革委、國家能源局西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/12從空間分布來看，陜西省內(nèi)的用電負(fù)荷集中于中北部地區(qū)。位于陜西省中部，覆蓋西安、寶雞、咸陽等城市的關(guān)中地區(qū)是全省人口及工商業(yè)活動(dòng)最為集中的地區(qū)，其電力需求約占全省用電量的50%；覆蓋延安、榆林的陜北地區(qū)是陜西經(jīng)濟(jì)的重要增長點(diǎn)，也是國家重要的能源化工基地，其電力需求約占全省的38%；陜南地區(qū)發(fā)展圍繞豐富的稀有金屬礦產(chǎn)開發(fā)、水資源開發(fā)，以及依靠生態(tài)環(huán)境資源優(yōu)勢，發(fā)展生態(tài)旅游、生態(tài)產(chǎn)業(yè)，形成綠色產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)體系，其約占全省的12%。陜西省的可再生資源分布和負(fù)荷中心存在地理差異。陜西省內(nèi)，太陽能輻射資源以北部最優(yōu)、南部最弱，高風(fēng)速地區(qū)也更多集中在北部，因此陜北地區(qū)風(fēng)電光伏條件最為優(yōu)越。陜南地區(qū)依靠黃河水系，擁有較為豐富的水電資源。從區(qū)域而言，陜西北部風(fēng)光資源都要好于南部。電力需求最大的關(guān)中地區(qū)集中了較多的煤電項(xiàng)目，其可再生資源水平雖然不如陜北地區(qū)，但也基本處于全國平均水平之上（圖表10）。圖表

10

陜西本地負(fù)荷電量、可再生以及煤電裝機(jī)的空間分布（2021年）陜北 關(guān)中 陜南100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0全社會(huì)用電量光伏風(fēng)電水電煤電數(shù)據(jù)來源：落基山研究所，西安交通大學(xué)西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/132.2.電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行陜西電網(wǎng)處于西北電網(wǎng)的最東部，以750kV為骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，整體呈現(xiàn)“北電南供、西電東送、關(guān)中強(qiáng)網(wǎng)、陜南強(qiáng)聯(lián)”的格局。在省內(nèi)，本項(xiàng)目將陜北、關(guān)中、陜南視為三個(gè)節(jié)點(diǎn)并考慮已經(jīng)投運(yùn)及規(guī)劃中的750kV聯(lián)絡(luò)線。陜北和關(guān)中之間目前有2條750kV線路，容量為7GW，“十四五”還將新增一條4GW（400萬千瓦）的750kV線路。關(guān)中和陜南現(xiàn)有聯(lián)絡(luò)線主要為三條330kV線路，總?cè)萘繛?.63GW（363萬千瓦）, “十四五”和“十五五”期間計(jì)劃新建兩條750kV線路，總?cè)萘吭黾又?.5GW（650萬千瓦）。對(duì)于跨省通道，本項(xiàng)目的量化分析考慮了從四川、青海外購的清潔電量。陜西電網(wǎng)外送的主要通道有7條（圖表11），本項(xiàng)目的量化分析中將考慮已經(jīng)投運(yùn)的三條網(wǎng)內(nèi)通道。對(duì)于點(diǎn)對(duì)網(wǎng)模式的四條通道將做定性討論。圖表

11

陜西電網(wǎng)外送通道數(shù)據(jù)*序號(hào)線路名稱電壓等級(jí)(kV)容量(GW)計(jì)劃配套電源(GW)煤電 新能源(GW) (GW)終點(diǎn)運(yùn)行方式

建成年份*新線路運(yùn)行方式的規(guī)劃方案更新截止至2021年12月數(shù)據(jù)來源：落基山研究所，西安交通大學(xué)西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/141榆-冀南500106.243河北南網(wǎng)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)已建成2榆橫-濰坊10006.64/5.32

濰坊點(diǎn)對(duì)網(wǎng)已建成3陜豫±

5001.1

河南網(wǎng)內(nèi)已建成4德寶

3

四川網(wǎng)內(nèi)已建成5陜湖±

800886武漢網(wǎng)內(nèi)已建成6榆林-華東±

800868華東點(diǎn)對(duì)網(wǎng)2027-2028建成7榆林-華東±

800868華東點(diǎn)對(duì)網(wǎng)2027-2028建成2.3.電力市場改革進(jìn)度我國電力市場發(fā)展一般遵循以下五個(gè)步驟，包括建立中長期市場、輔助服務(wù)市場、現(xiàn)貨市場、容量市場或補(bǔ)償機(jī)制、以及金融市場（圖表12），但每個(gè)省份電改的進(jìn)度不盡相同。圖表

12

中國電力市場發(fā)展五個(gè)步驟與省級(jí)電改進(jìn)程 處于當(dāng)前步驟的省級(jí)電網(wǎng)第一步第二步第三步第四步第五步中長期市場輔助服務(wù)市場現(xiàn)貨市場容量市場/補(bǔ)償機(jī)制金融市場中長期市場通常是指交易周期涵蓋多年、年、季、月、周、多日等電力批發(fā)交易。目前年度和月度交易較為普遍。中國的輔助服務(wù)市場通常包括調(diào)頻和深度調(diào)峰(機(jī)組通過以降低到一定出力以

下而獲利)。中國許多服務(wù)類別與國際上

通常定義輔助服務(wù)并不相同。目前已經(jīng)有兩批現(xiàn)貨市場試點(diǎn)，包括14個(gè)省級(jí)電網(wǎng)開展現(xiàn)貨市場建設(shè)尚未規(guī)劃尚未規(guī)劃截至2021年底，全國除西藏和港澳臺(tái)地區(qū)外，各省級(jí)電網(wǎng)已經(jīng)啟動(dòng)電力輔助服務(wù)市場。第一批現(xiàn)貨市場試點(diǎn)：南方（以廣東起步）、蒙西、浙江、

山西、山東、福建、四川、甘肅第二批現(xiàn)貨市場試點(diǎn)：上海、江蘇、安徽、遼寧、河南、湖北數(shù)據(jù)來源：落基山研究所目前，陜西的中長期市場相對(duì)成熟，煤電在2021年已有約60%的發(fā)電量參與市場化的交易。根據(jù)國家發(fā)展改革委《關(guān)于進(jìn)一步深化燃煤發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)市場化改革的通知》（1439號(hào)文）8，除了供熱或其他個(gè)別機(jī)組會(huì)保留優(yōu)先發(fā)電，陜西煤電發(fā)電量有望在短期內(nèi)基本全部進(jìn)入市場。2021年1月1日起，陜西省電力輔助服務(wù)市場從試運(yùn)行轉(zhuǎn)入正式運(yùn)行，目前交易品種只有深度調(diào)峰，即煤電機(jī)組通過降低出力為其他電源提供更多發(fā)電和消納空間，并從而獲得一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。目前，陜西大部分煤電廠已經(jīng)參與深度調(diào)峰交易，但只有小部分煤電機(jī)組可以從中盈利。與此同時(shí)，陜西也在積極地籌備現(xiàn)貨市場，有望在1-2年內(nèi)開啟試運(yùn)行并轉(zhuǎn)入正式運(yùn)行。相較于火電，目前陜西可再生能源參與市場化交易仍處于起步階段。2021年1月20日，陜西省發(fā)展和改革委員會(huì)、國家能源局西北監(jiān)管局印發(fā)了《陜西省2021年新能源發(fā)電企業(yè)參與市場化交易實(shí)施方案》，其中提到2021年以多年、年度和多月為周期開展新能源市場化交易，主要采用雙邊協(xié)商、集中競價(jià)、掛牌等方式進(jìn)行。2021年，陜西光伏約有10%的電量參與市場，風(fēng)電約20%的電量參與市場，因此消納方式還是以電網(wǎng)主導(dǎo)的保障收購為主。2021年，陜西省內(nèi)可再生參與市場化交易平均交易價(jià)格約為250-260元/MWh，低于煤電350-360元/MWh的平均交易價(jià)格。西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/15.3..陜西省2021-2030電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型路徑分析3.1.路徑設(shè)計(jì)與假設(shè)結(jié)合陜西的資源稟賦與電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了基礎(chǔ)情景、穩(wěn)步減排情景、加速減排情景三個(gè)不同的量化分析情景，從而探索未來十年陜西電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的路徑。在基礎(chǔ)情景的量化分析中，本項(xiàng)目僅考慮了已經(jīng)宣布或基本落實(shí)的政策目標(biāo)，作為電力系統(tǒng)減排工作的基準(zhǔn)線；穩(wěn)步減排情景統(tǒng)籌考慮了未來的減排目標(biāo)與歷史轉(zhuǎn)型速度，設(shè)定較為溫和的目標(biāo)，預(yù)計(jì)2030年底之前在陜西退出單機(jī)容量小、煤耗高、無供熱任務(wù)的煤電機(jī)組；加速減排情景假設(shè)了2030年底之前的新增電力需求基本通過零碳電源滿足，展示了陜西高比例可再生電力系統(tǒng)運(yùn)行的特征與挑戰(zhàn)（圖10）。在本項(xiàng)目的量化分析模型中，以系統(tǒng)投資成本和運(yùn)行成本之和最小為目標(biāo)，優(yōu)化電力系統(tǒng)中風(fēng)電、光伏與儲(chǔ)能的分區(qū)域容量配置方案。同時(shí)也綜合考慮多種科技和政策約束，求解模擬各區(qū)域各機(jī)組生產(chǎn)運(yùn)行的最優(yōu)方式。具體模型的介紹請見附錄6.1。需要強(qiáng)調(diào)的是，由于量化建模需要控制變量的個(gè)數(shù)，也需要翔實(shí)的實(shí)際數(shù)據(jù)，因此無法在量化模型中完整反映電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型需要考慮的所有因素，這些部分也會(huì)以定性討論的形式展示在本篇報(bào)告的第4部分。圖表

13

模型主要假設(shè)基準(zhǔn)情景 穩(wěn)步減排情景. 加速減排情景.數(shù)據(jù)來源：落基山研究所，西安交通大學(xué)西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/16電力需求省內(nèi)需求用電量：最高負(fù)荷：按政府預(yù)測值/預(yù)測增速考慮按政府預(yù)測值/預(yù)測增速考慮省內(nèi)需求曲線年負(fù)荷曲線按照2019年實(shí)際曲線及預(yù)測的年最大負(fù)荷值等比例放大計(jì)算外送需求按外送通道容量及配套電源的建設(shè)速度測算，不考慮點(diǎn)-點(diǎn)外送通道外送需求曲線外送曲線各月存在一定的峰谷，月內(nèi)按直線處理裝機(jī).供熱煤電機(jī)組按現(xiàn)有裝機(jī)+規(guī)劃/在建項(xiàng)目考慮（不含點(diǎn)-點(diǎn)外送通道配套機(jī)組）非供熱煤電機(jī)組.不考慮煤電退出“十四五”組，“十五五”期間退出300MW以下非供熱機(jī)期間退出300MW非供熱機(jī)組非供熱煤電機(jī)組逐步退出，與2021年裝機(jī)容量保持一致2030年水電按現(xiàn)有裝機(jī)+規(guī)劃/在建項(xiàng)目考慮抽水蓄能.考慮鎮(zhèn)安抽水蓄能2022年建成投運(yùn)鎮(zhèn)安2023年投運(yùn)，陜南一項(xiàng)目2028年投運(yùn)，關(guān)中兩項(xiàng)目2029年投運(yùn)外購電考慮德-寶線每年購入定量水電電化學(xué)儲(chǔ)能容量為風(fēng)光新增裝機(jī)容量的10%，長為2小時(shí) 充放時(shí)“十四五光新增裝機(jī)容量的20%，”容量為風(fēng)光新增裝機(jī)容量的10%，充放時(shí)長為4小時(shí)

充放時(shí)長為2小時(shí)；“十五五”容量為風(fēng)非水可再生到2025年按照按照陜西省非水可再生能源消納權(quán)重計(jì)算“十四五”規(guī)劃草案，到2030年考慮陜西歷史的新能源新增裝機(jī)速度的慣性由模型計(jì)算省內(nèi)區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線.聯(lián)絡(luò)線包括陜北，關(guān)中，陜南三個(gè)地區(qū)間現(xiàn)有及規(guī)劃中的750kV線路，及關(guān)中至陜南現(xiàn)有330kV線路

省間互濟(jì)外購在模型中只考慮了德寶直流

煤電靈活性.煤電根據(jù)機(jī)組大小的特性分類：間，啟停成本在10-150萬元，煤電發(fā)電成本在335-385其中煤電最小出力為其額定容量的30%-50%之間，元/MWh之間 供熱機(jī)組采暖季最小出力在40%-60%之需求側(cè)靈活性模型中暫不考慮需求側(cè)靈活性3.2.電力供給結(jié)構(gòu)從裝機(jī)結(jié)構(gòu)來看，在基準(zhǔn)情景中，由于考慮了仍然處于在建和規(guī)劃階段的所有煤電機(jī)組且陜西目前沒有明確的煤電退役規(guī)劃，2030年煤電累計(jì)裝機(jī)量將比2020年增加34%（11.7GW/1,170萬千瓦）。在穩(wěn)步減排情景中，同期煤電裝機(jī)量增加21%（7.2GW/720萬千瓦）。在加速減排情景中，煤電裝機(jī)量在2026年達(dá)峰之后，在2030年回到了2021年的水平。煤電騰出的空間，主要由光伏、風(fēng)電和儲(chǔ)能來填補(bǔ)，在三個(gè)情景中，2021-2030年間，光伏裝機(jī)分別增加209%（31GW/3,100萬千瓦）、249%（37GW/3,700萬千瓦）、548%（82GW/8,200萬千瓦），風(fēng)電裝機(jī)分別增加分別增加82%

（8GW/800萬千瓦）、106%（10GW/1,000萬千瓦）、283%（28GW/2,800萬千瓦），儲(chǔ)能容量分別增加761%

（8GWh/800萬千瓦時(shí)）、2532%（26GWh/2,600萬千瓦時(shí)）、7362%（76GWh/7,600萬千瓦時(shí)）。圖表

14

陜西省裝機(jī)結(jié)構(gòu)（GW）煤電 風(fēng)電 光伏 儲(chǔ)能 水電 抽蓄300,000

250,000

200,000

150,000

100,00050,00002021現(xiàn)狀2030基礎(chǔ)情景2030穩(wěn)步減排情景2030加速減排情景數(shù)據(jù)來源：落基山研究所，西安交通大學(xué)西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/17從發(fā)電結(jié)構(gòu)來看，在2021-2030年間，基礎(chǔ)情景中省內(nèi)含水可再生電量占比由32%增長到36%；穩(wěn)步減排情景增長至41%；在加速減排情景中達(dá)到63%。省內(nèi)非水可再生發(fā)電量占比由2021年的23%，到2030年分別增長到29%、34%和57%（圖表15）。從煤電發(fā)電量達(dá)峰的情況來看，基礎(chǔ)情景煤電發(fā)電量在2030年前未達(dá)峰，但增速逐年放緩;

穩(wěn)步減排情景煤電發(fā)電量2028年達(dá)峰;

而加速減排情景煤電發(fā)電量在三個(gè)場景中最早于2025年達(dá)峰。圖表

15

陜西省發(fā)電結(jié)構(gòu)煤電 風(fēng)電、光伏 水電9% 7% 7% 6%23% 68% 29% 64% 34% 59% 57% 37%現(xiàn)狀（2021） 基礎(chǔ)情景（2030） 穩(wěn)步減排情景（2030） 加速減排情景（2030）數(shù)據(jù)來源：落基山研究所，西安交通大學(xué)3.3.各類機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)從全體煤電機(jī)組的平均水平而言，三個(gè)情景中煤電利用小時(shí)數(shù)基本都維持在3,500-5,000小時(shí)。加速減排情景中，由于可再生搭配儲(chǔ)能的方式在2025年之后相比煤電更具經(jīng)濟(jì)性，因此模型選擇新建可再生和儲(chǔ)能來取代煤電，從而壓低煤電利用小時(shí)數(shù)。具體到各類煤電機(jī)組，雖然在目前的現(xiàn)狀中，機(jī)組實(shí)際小時(shí)數(shù)與其機(jī)組大小并無顯著關(guān)系，總體而言仍然一定程度上受到計(jì)劃發(fā)電政策慣性的影響。但展望未來，隨著電力市場改革的推進(jìn)，高煤耗的小機(jī)組獲得更少小時(shí)數(shù)的趨勢會(huì)愈發(fā)明顯（詳見4.1）。從煤電機(jī)組的啟停頻率來看，由于小規(guī)模機(jī)組及非供熱機(jī)組有著較低的啟停成本，而且沒有供暖季的必開任務(wù)，因此這類機(jī)組也有著較高的啟停頻率。西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/18圖表

16

左-陜西煤電年等效發(fā)電小時(shí)數(shù)（小時(shí)/年）.右-單位機(jī)組年啟停頻率（次/年）供熱

600-1000MW

非供熱

600-1000MW供熱

300-600MW

非供熱

300-600MW供熱

小于300MW非供熱

小于300MW煤電平均小時(shí)數(shù)16a

基礎(chǔ)情景8,000

7,000

6,000

5,000

4,000

3,000

2,000

1,00002021..2022..2023..2024..2025..2026..2027..2028..2029..203016b

穩(wěn)步減排情景8,000

7,000

6,000

5,000

4,000

3,000

2,000

1,00002021..2022..2023..2024..2025..2026..2027..2028..2029..203016c

加速減排情景30

25

20

15

105030

25

20

15

10502021..2022..2023..2024..2025..2026..2027..2028..2029..20302021..2022..2023..2024..2025..2026..2027..2028..2029..20308,000

7,000

6,000

5,000

4,000

3,000

2,000

1,00002021..2022..2023..2024..2025..2026..2027..2028..2029..203030

25

20

15

10502021..2022..2023..2024..2025..2026..2027..2028..2029..2030數(shù)據(jù)來源：落基山研究所，西安交通大學(xué)西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/19可再生電源的利用率在三個(gè)情景中也有顯著差異。對(duì)比基礎(chǔ)與穩(wěn)步減排情景的可再生棄電率，可以看到配置化學(xué)儲(chǔ)能的作用比較明顯，大幅提升的化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)顯著改善了棄風(fēng)率與棄光率。但在可再生及化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)都大幅提高的加速減排情景中，可再生棄電率有了大幅提高，主要原因是從總體系統(tǒng)成本角度而言，與其進(jìn)一步增加化學(xué)儲(chǔ)能投資來減少棄電，或者提高火電的利用率來減少新建可再生電源，所帶來的系統(tǒng)成本都高于建設(shè)更多廉價(jià)可再生電源但降低利用率。因此，在高比例可再生的電力系統(tǒng)中，一方面應(yīng)該盡量提供系統(tǒng)靈活性和消納能力（詳見4.3），另一方面也應(yīng)將高棄電率視為電力系統(tǒng)的特點(diǎn)而非缺點(diǎn)。在三個(gè)情景中，可再生棄電都基本以棄光為主，主要原因是光伏裝機(jī)體量大，而且光伏出力曲線與陜西負(fù)荷曲線重合度不高。此外，量化模型中只考慮了火電靈活性改造、儲(chǔ)能、抽水蓄能、省內(nèi)聯(lián)絡(luò)線，并沒有考慮需求側(cè)靈活性與省間互濟(jì)等因素。在實(shí)際的電網(wǎng)運(yùn)行中，以上未量化模擬的因素也將促進(jìn)可再生的消納，顯著減少棄風(fēng)棄光的比例。圖表

17

可再生棄電率.–.棄風(fēng)率（左）與棄光率（右）可再生棄電率-陜西省 可再生棄電率-陜北17a

基礎(chǔ)情景7%6%5%4%3%2%1%0%2021..2022..2023..2024..2025..2026..2027..2028..2029..203017b

穩(wěn)步減排情景7%6%5%4%3%2%1%0%2021..2022..2023..2024..2025..2026..2027..2028..2029..203017c

加速減排情景7%6%5%4%3%2%1%0%2021..2022..2023..2024..2025..2026..2027..2028..2029..2030可再生棄電率-關(guān)中 可再生棄電率-陜南25%20%15%10%5%0%2021..2022..2023..2024..2025..2026..2027..2028..2029..203025%20%15%10%5%0%2021..2022..2023..2024..2025..2026..2027..2028..2029..203025%20%15%10%5%0%2021..2022..2023..2024..2025..2026..2027..2028..2029..2030數(shù)據(jù)來源：落基山研究所，西安交通大學(xué)西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/203.4.電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)我們分析了加速減排情景中在三個(gè)不同年份（2021,2025,2030）的夏季以及冬季的典型日運(yùn)行曲線（圖表18）。圖表中可以明顯看出在光伏日間發(fā)電高峰時(shí)段，煤電需要進(jìn)行出力下調(diào)。這個(gè)趨勢在冬季更加明顯，因?yàn)槎菊绲男枨笙陆蹈鼮轱@著。而且由于供暖的需求，冬季煤電的平均出力也更高。不同的是，夏季的煤電在2030年已經(jīng)基本維持在最低出力運(yùn)行，因此日間時(shí)段出力下調(diào)的趨勢反而不如冬季明顯。同時(shí)，這個(gè)趨勢隨著光伏滲透率的提高也更為顯著。隨著時(shí)間的推移，儲(chǔ)能（含電池與抽蓄）的出力不斷增加，在中午光伏大發(fā)的時(shí)段儲(chǔ)能更多的進(jìn)行充電，與棄風(fēng)棄光的時(shí)段重合，并在晚高峰大約19-22點(diǎn)進(jìn)行放電。由于三個(gè)情景的典型日運(yùn)行特點(diǎn)較為相似，因此圖表18僅展示了趨勢更為明顯的加速減排情景作為例子。圖表

18

加速減排情景典型日運(yùn)行特點(diǎn)(GW).–.夏季（左）與冬季（右）煤電-供熱 煤電-非供熱 水電 抽水蓄能電化學(xué)儲(chǔ)能 風(fēng)電 光伏 等效負(fù)荷18a

2021年 夏季 冬季70 7060 6050 5040 4030 3020 2010 100 0-10 -101..2..3..4..5..6..7..8..4 1..2..3..4..5..6..7..8..418b

2025年70 7060 6050 5040 4030 3020 2010 100 0-10 -101..2..3..4..5..6..7..8..4 1..2..3..4..5..6..7..8..418c

2030年70 7060 6050 5040 4030 3020 2010 100 0-10 -101..2..3..4..5..6..7..8..4 1..2..3..4..5..6..7..8..4數(shù)據(jù)來源：落基山研究所，西安交通大學(xué)西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/213.5.電力系統(tǒng)潛在投資規(guī)模對(duì)比三個(gè)情景，可再生電源以及儲(chǔ)能的投資總額在加速減排情景最高，十年投資總額達(dá)到5,281億元?；A(chǔ)情景和穩(wěn)步減排情景的十年投資總額分別約為1,880億元和2,356億元（圖表19）。盡管每年新增裝機(jī)量持續(xù)增加，但因?yàn)橥顿Y成本下降，因此基礎(chǔ)情景中的投資額總體有下降趨勢。在三個(gè)場景中，可再生電源（風(fēng)電和光伏）的投資都占整體的約80%或以上，是投資的主要方向。在穩(wěn)步減排和加速減排兩個(gè)情景中，儲(chǔ)能的投資額占比逐年增加，在2030年都達(dá)到了投資總額的16%以上。本模型中的投資額只考慮了風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能的投資成本，而在實(shí)際情況中新增大量的光伏和風(fēng)電還需要考慮配套的電網(wǎng)投資，包括三個(gè)區(qū)域內(nèi)以及區(qū)域之間的多個(gè)電壓等級(jí)的線路投資，也需要加強(qiáng)輸配電一次設(shè)備性能的提高。鑒于電網(wǎng)的投資決策以及建設(shè)周期都比電源更長，需要結(jié)合不同區(qū)域的電網(wǎng)建設(shè)能力、電網(wǎng)經(jīng)營情況、以及輸配電價(jià)審核周期綜合考慮，從而進(jìn)行提前規(guī)劃。圖表

19

分情景2021-2030可再生及儲(chǔ)能累計(jì)投資額（億元）風(fēng)電 光伏 儲(chǔ)能6000

5000

4000

3000

2000

10000 基礎(chǔ)情景 穩(wěn)步減排情景 加速減排情景數(shù)據(jù)來源：落基山研究所，西安交通大學(xué)西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/223.6.電力系統(tǒng)碳達(dá)峰與碳排放總量從三個(gè)情景的十年內(nèi)累計(jì)碳排放總量來看，基礎(chǔ)情景中，十年內(nèi)累計(jì)碳排放量約為1,576百萬噸二氧化碳；穩(wěn)步減排情景和加速減排情景的十年累計(jì)碳排放總量分別比基礎(chǔ)情景減少了30和262百萬噸二氧化碳。從三個(gè)情景的碳達(dá)峰年份來看，基礎(chǔ)情景中電力系統(tǒng)的碳排放并未在2030年前達(dá)峰；在穩(wěn)步減排情景和加速減排情景中，陜西電力系統(tǒng)碳排放總量分別在2028年和2025年達(dá)峰，峰值排放量分別為179.5以及154.2百萬噸二氧化碳（圖表20）。在這兩個(gè)情景中，2030年的電力部門排放總量分別比達(dá)峰年減少2.7以及42.5百萬噸二氧化碳。圖表

20

分情景陜西省電力系統(tǒng)碳排放總量（百萬噸二氧化碳）及達(dá)峰年份基礎(chǔ)情景 穩(wěn)步減排情景 加速減排情景200

180

160

140

120

10080

60

40

2002021202220232024加速減排情景碳達(dá)峰20252026穩(wěn)步減排情景碳達(dá)峰2027 202820292030數(shù)據(jù)來源：落基山研究所，西安交通大學(xué)西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/234..陜西省電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)與機(jī)遇陜西電力系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型是一個(gè)持續(xù)探索、不斷創(chuàng)新的過程。在這一過程中，國內(nèi)以及國外在電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的過程中進(jìn)行的政策與市場機(jī)制的嘗試也將為陜西省提供寶貴的借鑒和經(jīng)驗(yàn)。4.1.分階段、分類型，識(shí)別煤電安全穩(wěn)步轉(zhuǎn)型的時(shí)間表陜西電力系統(tǒng)中的煤電主要面臨兩方面挑戰(zhàn)：一是在短期內(nèi)煤電角色的轉(zhuǎn)變，二是長期煤電的退出路徑。目前，煤電在陜西電力系統(tǒng)中擔(dān)任多重重要角色（圖表21）。針對(duì)每一個(gè)角色的低碳或零碳替代方案，都要考慮及其技術(shù)成熟度與成本經(jīng)濟(jì)性，從而兼顧經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的多重目標(biāo)來推進(jìn)電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。4.1.1

煤電階段性角色轉(zhuǎn)變“十四五”期間，降低陜西電力系統(tǒng)對(duì)煤電的依賴度需要先從電量替代入手，大力發(fā)展以可再生能源為主的零碳電源。與此同時(shí)，可再生能源的間歇性也將增加對(duì)電力系統(tǒng)靈活性的需求。目前，短時(shí)靈活性的零碳或低碳替代手段（如儲(chǔ)能、需求側(cè)靈活性等）已在技術(shù)上較為成熟，如何加速推廣應(yīng)用將是陜西電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型未來十年的重要任務(wù)。長時(shí)靈活性與供熱的低碳轉(zhuǎn)型同樣重要，但目前仍沒有十分成熟的技術(shù)，大概率難以在5-10年內(nèi)大范圍推廣，這也就意味著未來5-10年內(nèi)煤電的主要角色應(yīng)聚焦到滿足長時(shí)靈活性與供熱需求。圖表

21

煤電在陜西電力系統(tǒng)中的角色煤電在電力系統(tǒng)中的角色煤電在陜西電力系統(tǒng)中的角色其他零碳/低碳替代方案替代方案成熟度數(shù)據(jù)來源：落基山研究所，西安交通大學(xué)西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/24提供電量煤電目前提供省內(nèi)約70%電量，為絕對(duì)主力電源。本土及外購零碳電源高提供系統(tǒng)靈活性瞬時(shí)（毫秒及秒級(jí)別）省內(nèi)水電以及將來的抽蓄都可提供較好的瞬時(shí)平衡服務(wù)，煤電亦

可但總體響應(yīng)速率不快。儲(chǔ)能、部分需求側(cè)高日內(nèi)（分鐘到小時(shí)級(jí)別）省內(nèi)水電以及將來的抽蓄都可提供較好的日內(nèi)平衡服務(wù)，煤電在

一定的功率范圍內(nèi)亦可。儲(chǔ)能、水電、需求側(cè)、外購較高多日（跨日）省內(nèi)水電及抽蓄容量較小，平衡主要依靠煤電提供。

多日體量較大的抽蓄儲(chǔ)能、電、需求側(cè)、外購 水較低季節(jié)（長時(shí)）季節(jié)平衡主要依靠煤電提供。部分需求側(cè)、綠氫低供熱主要依靠煤電提供工業(yè)余熱、物質(zhì)、核能等清潔電力、生較低本項(xiàng)目模擬運(yùn)行結(jié)果中，如第3章圖表16所示，發(fā)電小時(shí)數(shù)和啟停頻率兩個(gè)指標(biāo)都表明，未來煤電的運(yùn)行會(huì)越來越趨向于提供靈活性，特別是對(duì)于小機(jī)組而言。在目前的現(xiàn)狀中，機(jī)組實(shí)際運(yùn)行小時(shí)數(shù)與其機(jī)組大小并無顯著關(guān)系，小時(shí)數(shù)的分配主要受其所處位置（關(guān)中地區(qū)機(jī)組受能源消費(fèi)總量和強(qiáng)度雙控的影響小時(shí)數(shù)更低）、是否是供熱機(jī)組、是否是自備機(jī)組、是否接受西北電網(wǎng)調(diào)度等因素影響，總體而言仍然體現(xiàn)著計(jì)劃調(diào)度的原則。展望未來，小機(jī)組獲得更少小時(shí)數(shù)的趨勢會(huì)愈發(fā)明顯：一方面，隨著現(xiàn)貨市場建成和推進(jìn)，電力系統(tǒng)更少調(diào)用高邊際成本的小機(jī)組；另一方面，隨著可再生滲透率提升和煤電啟停需求的提高，啟停成本低的小機(jī)組也面臨更高的啟停頻率，從而導(dǎo)致利用小時(shí)數(shù)下降。根據(jù)本項(xiàng)目的情景模擬結(jié)果，在基準(zhǔn)情景及穩(wěn)步減排情景中，前面五年這些機(jī)組每天只需要在早晚高峰出力；在后面五年，只有在冬夏兩季需求較高的時(shí)候需要出力，春秋時(shí)段基本不需要被系統(tǒng)調(diào)用。煤電從穩(wěn)定運(yùn)行的基荷機(jī)組轉(zhuǎn)向提供靈活性的調(diào)節(jié)機(jī)組已經(jīng)是大勢所趨，但在這個(gè)大趨勢下，有幾點(diǎn)必須引起重視：? 煤電靈活運(yùn)行與降低供電煤耗是矛盾的，但兩者都面臨著由上至下的政策約束。根據(jù)與國家?guī)状箅娏瘓F(tuán)的專家訪談，當(dāng)煤電負(fù)荷率降低，其煤耗顯著上升。例如，1000MW的超超臨界機(jī)組出力水平如果從額定功率的50%下降到40%時(shí)，供電煤耗將從約295g/kWh上升到308g/kWh；對(duì)于300MW的亞臨界機(jī)組出力如果從50%下降到40%時(shí)，供電煤耗將從約335g/kWh上升到350g/kWh，增幅都在4.5%左右。與此同時(shí)，低功率運(yùn)行對(duì)煤電的廠用電率、鍋爐穩(wěn)燃能力、脫硫脫硝除塵設(shè)備生產(chǎn)安全性等方面都有比較顯著的負(fù)面影響。? 用煤電提供系統(tǒng)靈活性應(yīng)該被視作從現(xiàn)實(shí)情況出發(fā)的過渡手段，是在以煤為主的電力系統(tǒng)中，通過改造現(xiàn)有設(shè)備，提供短時(shí)間內(nèi)可操作、可負(fù)擔(dān)的靈活性手段。但不應(yīng)以提供靈活性為目標(biāo)來新建煤電機(jī)組，也不應(yīng)過度依賴煤電的靈活性而忽略了對(duì)零碳靈活性資源的支持。? 若要同時(shí)兼顧煤耗管理與保證電力系統(tǒng)中靈活性資源的充足，需要對(duì)不同的煤電機(jī)組進(jìn)行更為精細(xì)的分類管理。將更多的小機(jī)組列入備用或季節(jié)性輪停的狀態(tài)，在冬夏高峰及供暖期啟動(dòng)，有利于在非高峰時(shí)段提高大機(jī)組的功率水平，從而降低煤耗。? 目前，陜西省內(nèi)參與靈活性調(diào)節(jié)的機(jī)組主要為統(tǒng)調(diào)機(jī)組，但省內(nèi)自備電廠裝機(jī)容量占比較大，短期內(nèi)一方面應(yīng)該充分挖掘自備電廠參與靈活性調(diào)節(jié)的潛力，另一方面也應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)自備電廠效率和環(huán)保升級(jí)的工作。4.1.2

積極探索燃料替代煤電轉(zhuǎn)型同時(shí)也需要考慮燃料的低碳化，可以通過燃煤摻燒其他燃料的方式進(jìn)行。燃煤摻燒有很多種形式，其中包括摻燒生物質(zhì)、污泥、生活垃圾等等，本項(xiàng)目重點(diǎn)關(guān)注燃煤與生物質(zhì)摻燒，這種方式不僅降低了燃料成本，也同時(shí)降低了二氧化碳和其他污染物的排放。近幾年來，國家也發(fā)布了一系列生物質(zhì)能利用的政策，包括《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》中提出推進(jìn)生物質(zhì)能多元化利用、有序發(fā)展農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電等。盡管生物質(zhì)混燒發(fā)電是燃煤電廠實(shí)現(xiàn)碳減排最經(jīng)濟(jì)的途徑之一，但這種模式也同樣面臨著很多挑戰(zhàn)。例如生物質(zhì)本身是一種能量密度比較低的燃料，它的收集、運(yùn)輸、燃料處理都會(huì)增加燃料成本。根據(jù)陜西省能源局測算，陜西省生物質(zhì)能每年資源總量約折合3,829萬噸標(biāo)煤，常年可利用總量約折合2,071萬噸標(biāo)煤。從種類上來看，秸稈、林業(yè)廢棄物占可利用總量的57.3%，約折合1,187萬噸標(biāo)煤；畜禽糞便和城鎮(zhèn)垃圾占35.2%，約折合729萬噸標(biāo)煤；薯類、果渣和木本油料占7.5%，約折合155萬噸標(biāo)煤。9從空間分布上來看，農(nóng)作物秸稈、城市垃圾主要分布在關(guān)中地區(qū)；林業(yè)廢棄物、木本油料能源林主要分布在陜南地區(qū)；果木枝條、薯類作物主要分布在陜北地區(qū)。陜西省可以結(jié)合當(dāng)?shù)氐呢S富的生物質(zhì)資源特點(diǎn)，合理的規(guī)劃和推進(jìn)生物質(zhì)能源在煤電摻燒領(lǐng)域的利用。西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/25基于文獻(xiàn)調(diào)研，混燒的生物質(zhì)燃料主要是木本和草本生物質(zhì)，生物質(zhì)混燒的比例一般為0%-20%。10采用燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電，當(dāng)生物質(zhì)的混燒比為10%時(shí)，生產(chǎn)每kWh的電量二氧化碳排放量降低15%；當(dāng)生物質(zhì)摻燒比增加到20%，生產(chǎn)每kWh的電量二氧化碳排放量將降低25%。11假設(shè)陜西省全部燃煤機(jī)組都完成耦合生物質(zhì)發(fā)電的改造，按平均摻燒量10%估算，在2021至2030年間，陜西電力系統(tǒng)累計(jì)碳排放量在基礎(chǔ)情景減少約236百萬噸二氧化碳；在穩(wěn)步減排情景減少約232百萬噸二氧化碳；在加速減排情景減少約197百萬噸二氧化碳?？傮w來看，在三個(gè)場景中摻燒后電力系統(tǒng)碳排放總量都減少約15%。這也就意味著生物質(zhì)摻燒發(fā)電會(huì)在未來十年為陜西電力系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型提供更多機(jī)遇。案例分析國家能源集團(tuán)河北龍山電廠1號(hào)機(jī)組實(shí)現(xiàn)了燃煤生物質(zhì)耦合摻燒發(fā)電，將經(jīng)過加工的核桃殼與燃煤一起混合發(fā)電。作為輔料的核桃殼可以改善煤的燃燒特性，減輕鍋爐設(shè)備磨損。經(jīng)測算，該廠每年摻燒10萬噸核桃殼，相當(dāng)于等效節(jié)約標(biāo)煤5.7萬噸，降低燃料成本1,042萬元，還能減少二氧化碳排放量約7萬噸、二氧化硫生成量約1,600噸。12華電十里泉5號(hào)機(jī)組坐落于山東省棗莊市，是全國首次實(shí)施秸稈摻燒改造的機(jī)組。13該電站在裝機(jī)容量14萬千瓦的5號(hào)機(jī)組上增加了一套秸稈粉碎機(jī)輸送設(shè)備。改造后的鍋爐即可秸稈與煤粉混燒，也可繼續(xù)單獨(dú)燃用煤粉。秸稈摻燒的熱量比例為20%，質(zhì)量比例為30%，每年可燃用秸稈10萬噸左右。4.1.3

布局煤電備用與退出長期來看，“十五五”后期陜西的部分煤電將會(huì)轉(zhuǎn)為備用或季節(jié)性輪停機(jī)組、甚至退出，這一部分應(yīng)該首先考慮規(guī)模小、煤耗高、服役時(shí)間長的300MW以下非供熱機(jī)組。據(jù)本研究初步統(tǒng)計(jì)，到2025年，陜西省目前正在服役的300MW（含）以下機(jī)組中，大約有5GW（約為目前煤電裝機(jī)容量的12.5%）的服役年限將超過20年，其中大部分是非供熱機(jī)組。這類機(jī)組在經(jīng)濟(jì)性和排放指標(biāo)上不及更新、更大的機(jī)組，而且因?yàn)榉蹠r(shí)間較長，貸款、折舊等固定費(fèi)用水平相對(duì)較低，轉(zhuǎn)為備用機(jī)組后因發(fā)電量大減而帶來的財(cái)務(wù)壓力相對(duì)較小。此類供熱機(jī)組也可以在非供熱季轉(zhuǎn)為備用或進(jìn)行輪流停機(jī)，待清潔取暖技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和普及之后再全面轉(zhuǎn)型或退出。這些機(jī)組如果轉(zhuǎn)為備用，需要一定的容量補(bǔ)償，如果直接退役，可能也需要一定的一次性補(bǔ)償來支付相應(yīng)的安置成本。關(guān)于這部分補(bǔ)償費(fèi)用如何在經(jīng)濟(jì)可行的條件下進(jìn)行設(shè)定，可以參考德國的《退煤法案》。西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/26142020年7月，德國已通過《退煤法案》，將最遲在2038年之前終止燃煤發(fā)電，并出臺(tái)了發(fā)電廠停產(chǎn)的具體時(shí)間表。隨著煤電的逐步退出，德國的電網(wǎng)對(duì)于系統(tǒng)靈活性的要求更高。德國有著豐富的天然氣和生物質(zhì)資源，并且和歐洲電網(wǎng)保持著良好的交互，這都為德國電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型提供了系統(tǒng)靈活性和穩(wěn)定性的支持。陜西省在煤電退出的過程中也需要考慮大力發(fā)展低碳和零碳的靈活性資源，從而實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)步轉(zhuǎn)型。圖表

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德國煤電產(chǎn)能退役時(shí)間表如圖表22所示，時(shí)間表指出到2022年底，德國將剩余15GW硬煤和15GW褐煤產(chǎn)能（2019年為22.8GW硬煤和21.1GW褐煤）；到2030年，只保留8GW硬煤和約9GW褐煤；最晚到2038年底，淘汰全部的煤電產(chǎn)能。與此同時(shí)，德國政府對(duì)于硬煤、煤炭的退出將通過拍賣（auction）的方式將煤電廠的產(chǎn)能從電網(wǎng)中移除。在這些拍賣中，燃煤電廠運(yùn)營商可以通過投標(biāo)移除數(shù)據(jù)來源：Clean

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Wire. 產(chǎn)能，以及獲得關(guān)閉燃煤電廠所需要的資金。因此，煤電廠運(yùn)營商可以從下線的產(chǎn)能中獲得“硬煤溢價(jià)”（如圖表23所示）。如果2022年和2023年的拍賣沒有移除足夠的產(chǎn)能，則草案規(guī)定會(huì)強(qiáng)制關(guān)閉一些產(chǎn)能，主要將會(huì)根據(jù)硬煤電廠的運(yùn)行年齡來決定。在退煤對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響方面，德國的退煤法案也有借鑒作用。德國政府將為因煤炭退出計(jì)劃而失業(yè)的褐煤礦山、硬煤、褐煤發(fā)電廠的老年工人提供適應(yīng)補(bǔ)貼，減少煤電退役對(duì)社會(huì)的影響并促進(jìn)公平轉(zhuǎn)型。根據(jù)草案，到2048年，這些資金總額將達(dá)到約50億歐元。圖表

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德國硬煤退役拍賣最高溢價(jià)拍賣時(shí)間 計(jì)劃產(chǎn)能退役(GW) 最高報(bào)酬（歐元/兆瓦）數(shù)據(jù)來源：Clean

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Wire.西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/27案例分析2020年9月4165,0002021年1.5155,0002021年初達(dá)到2022年底剩余15GW目標(biāo)155,0002021夏季達(dá)到2023年目標(biāo)116,0002022-2024年達(dá)到2024-2027更多煤電退役107,000/98,000/89,0004.2.創(chuàng)造市場與監(jiān)管條件，保障可再生能源的可持續(xù)大規(guī)模發(fā)展如4.1討論中提及，降低對(duì)煤電的依賴性應(yīng)該先從電量替代開始，因此陜西省電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的首要任務(wù)是大力發(fā)展技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)成熟的清潔能源，并且需要探索技術(shù)可行及經(jīng)濟(jì)可行的規(guī)劃布局。4.2.1

完善新能源投資回收機(jī)制可持續(xù)大規(guī)模的可再生電源投資需要相應(yīng)的價(jià)格機(jī)制設(shè)計(jì)，從而提高可再生項(xiàng)目的收入與成本的可預(yù)測性，增強(qiáng)投資者對(duì)資產(chǎn)中長期收益的信心。這一點(diǎn)在目前電改不斷推進(jìn)的背景之下顯得尤為重要，一方面，隨著可再生規(guī)模的擴(kuò)張，其收益模式不能再與早期一樣完全處于政府保量保價(jià)的保護(hù)傘之下，近兩年來，國家層面也已經(jīng)多次出臺(tái)政策，明確指出可再生電源大規(guī)模參與電力市場交易是必然的發(fā)展趨勢。另一方面，在目前電價(jià)機(jī)制不斷改革的趨勢下，多省已經(jīng)出現(xiàn)了可再生電源在電力市場中實(shí)際結(jié)算價(jià)格大幅低于非市場化電價(jià)的情況，如現(xiàn)貨市場等短期電力交易市場等價(jià)格形成機(jī)制逐漸在制約可再生發(fā)展，這些因素也為可再生資產(chǎn)中長期收益率帶來非常多的不確定因素。因此，盡早確定可再生資產(chǎn)中長期收益模式也是目前陜西甚至全國的當(dāng)務(wù)之急。隨著可再生電源初始投資成本不斷下降和規(guī)模不斷擴(kuò)大，我國可再生開發(fā)已經(jīng)渡過了政府提供補(bǔ)貼的階段，但目前仍然基本處于政府主導(dǎo)定價(jià)階段，近兩年來大部分省份的可再生上網(wǎng)價(jià)格都是與各地燃煤基準(zhǔn)價(jià)格持平。在電力市場化水平較高的國家和地區(qū)，長周期市場化電力合同正在新能源發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。目前，比較廣泛應(yīng)用的長周期市場化合同形式包括：1）裝機(jī)容量拍賣搭配長周期電力合約，和2）發(fā)電側(cè)與用戶側(cè)簽訂長期購電協(xié)議（PPA）。前者是替代上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼政策的重要形式，一般而言政府可以預(yù)先設(shè)定某一時(shí)間所需的可再生能源新增裝機(jī)總量，而具體的價(jià)格和項(xiàng)目開發(fā)權(quán)則通過競價(jià)方式確定，可再生能源發(fā)電商可獲得相應(yīng)價(jià)格水平下為期15-25年的購電合同（合同期內(nèi)價(jià)格可根據(jù)一定規(guī)則調(diào)整）。后者直接對(duì)接電力用戶和可再生能源發(fā)電商，使得用戶端的低碳需求可以直接傳到到供給和投資側(cè)。科技企業(yè)一直以來是全球清潔電力采購的主力軍，由亞馬遜、微軟、臉書、谷歌四家公司牽頭的PPA簽署量已經(jīng)超過全球累計(jì)PPA總量的三分之一，而越來越多在中國部署供應(yīng)鏈的跨國公司以及中國本土有較大出口業(yè)務(wù)的公司也在進(jìn)入這一行列。國家發(fā)改委在2022年初提請十三屆全國人大五次會(huì)議審查的計(jì)劃報(bào)告中提出了要實(shí)施“東數(shù)西算”工程，既通過構(gòu)建數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)一體化的新型算力網(wǎng)絡(luò)體系，將東部算力需求有序引導(dǎo)到西部，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心建設(shè)布局，促進(jìn)東西部協(xié)同聯(lián)動(dòng)，從而緩解東部能源緊張問題，也為西部開辟一條新的發(fā)展道路。陜西可以考慮更積極地參與到這項(xiàng)國家計(jì)劃當(dāng)中，通過自身清潔能源潛力吸引新負(fù)荷、發(fā)展新業(yè)態(tài)。西北地區(qū)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型探索

/28圖表

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拍賣與購電協(xié)議的特征對(duì)比角色 拍賣+長周期電力合約.. 長期購電協(xié)議(PPA)數(shù)據(jù)來源：落基山研究所綜合兩種模式的特征以及中國及陜西省內(nèi)可再生發(fā)展的階段，短期內(nèi)應(yīng)該加速推廣長周期電力合約拍賣模式，通過更加經(jīng)濟(jì)、有效率的方式達(dá)成可再生裝機(jī)目標(biāo)。與此同時(shí)，也應(yīng)該積極發(fā)展長期購電協(xié)議模式，作為拍賣模式的有效補(bǔ)充，并在電力市場進(jìn)一步成熟、用戶側(cè)參與市場的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步豐富之后，逐步擴(kuò)大規(guī)模。此外，無論是哪種模式，可再生的長期合約都需要與短期市場做好銜接，因?yàn)殡S著電力市場改革的推進(jìn)，中長期合約確定的電量仍然需要參與短期電力交易，而短期市場的出清價(jià)格往往與長期合約約定的價(jià)格不一致，也更具有波動(dòng)性。因此，積極探索并優(yōu)化長周期合約電量參與短期市場的方式，具有必要性和迫切性。落基山研究所在《電力市場與電價(jià)改革-通向零碳電力增長和新型電力系統(tǒng)的必由之路》15的報(bào)告中充分討論了相關(guān)的國際經(jīng)驗(yàn)。鑒于陜西省中長期市場設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)比較豐富，而現(xiàn)貨市場尚未起步，陜西應(yīng)該從優(yōu)化現(xiàn)有中長期機(jī)制入手，加入分時(shí)段定價(jià)的維度，為未來與現(xiàn)貨市場銜接打下基礎(chǔ)。具體而言，可再生電源可以按照季節(jié)和日內(nèi)時(shí)段分時(shí)段參與容量拍賣，相應(yīng)的多年合約在不同時(shí)段形成差異化的成交價(jià)格。此舉也有利于可再生主動(dòng)配備儲(chǔ)能資源，從而錯(cuò)峰出力，爭取在可再生出力