#電力系統低碳發展分析模型構建與轉型路徑本文針對電力系統近中期和遠期的低碳發展問題，差異化地構建了電力低碳發展量化分析模型和新能源多元化利用方式的全鏈條技術經濟評價模型，并提出了依靠電力系統自身、電-氫協同、電-氫-碳協同消納高比例新能源三種遠期電力系統低碳轉型路徑。經過研究發現：“十四五”期間，新能源將呈“倍增”式發展，電力低碳轉型進程提速；“十五五”期間，電源結構進一步優化，電力系統碳排放達峰后穩中有降。遠期來看，隨著氫能和CCUS技術成熟度的提升和規模效應逐漸顯現，電-氫協同、電-氫-碳協同路徑將逐步具備經濟競爭力，未來電力系統低碳化轉型將呈現多種路徑融合發展態勢。研究背景中國提出的碳達峰目標和碳中和愿景，對能源電力碳減排提出了更高要求，電力系統的清潔低碳化轉型路徑亟待探索。為此，本文立足于能源及電力行業在碳減排中的重要作用，針對電力近中期低碳發展形勢，構建考慮碳排放外部成本的規劃模型，并開展量化展望分析；針對遠期低碳發展情景，提出電-氫協同路徑和電-氫-碳協同路徑，構建適用于新能源多元化利用方式的全鏈條技術經濟評價模型，對氫氣、甲醇等終端產品的經濟競爭力進行評估。論文所解決的問題及意義本文首先從能源電力領域的碳排放現狀出發，明確了能源電力在碳減排中的定位。其次，差異化地構建了適用于近中期的電力低碳發展源網荷儲協調規劃模型、適用于遠期的新能源多元化利用方式全鏈條技術經濟評價模型。在此基礎上，對近中期電力低碳化發展進行了量化分析，對遠期電力低碳化轉型提出了依靠電力系統自身、電-氫協同以及電-氫-碳協同助力新能源消納3種路徑，并展開優劣勢分析，為我國電力低碳化轉型路徑提供重要參考。論文重點內容模型方法為有效開展未來不同階段電力系統低碳化轉型研判，采用差異化的建模思路。對于近中期，采用電力系統源-網-荷-儲整體優化規劃模型進行分析。以電

力系統總成本凈現值最低為目標，以目標函數外部成本內部化和約束性指標方式處理低碳目標，計及電力電量平衡與系統靈活性等各類約束條件，求解滿足未來電力需求的各階段各區域的煤電、氣電、核電、水電、陸上風電、海上風電、光伏發電、光熱發電、生物質能發電等各種電源與跨區輸電通道、需求響應、能效電廠與儲能等電力系統各組成元素的優化發展規模。源-網-荷-儲務類憨數電力需求、負簡特性電源資泅、技紳參數電網通道、技經參數跨區電力流需求響應漕力打成本電力碳排放儲愷技經參數丿齊階段電力規劃方案齊區域電源源-網-荷-儲務類憨數電力需求、負簡特性電源資泅、技紳參數電網通道、技經參數跨區電力流需求響應漕力打成本電力碳排放儲愷技經參數丿齊階段電力規劃方案齊區域電源圖1電力系統源網荷儲協調規劃模型示意圖Fig.1Schematicdiagramofsource-grid-load-

storageplanningmodelforthepowersystem對于遠期，新能源多元化利用方式將實現技術突破。為了解決多元化利用場景下環節考慮不全面的問題，本文提出了計及新能源發電、電力系統的靈活調節與安全穩定運行、多能耦合轉換、存儲運輸與終端利用等環節的全鏈條技術經濟評價模型，有助于理清各環節之間的協同關系，為中遠期電力系統低碳化發展路徑的技術經濟性評估與比選提供量化分析工具。該模型的重點構成部分是低碳電力的平準化度電成本LCOLE(levelizedcostoflow-carbonelectricity)計算模型和P2X終端產品的平準化成本LCOPP(levelizedcostofP2Xproduct)計算模型。

乍化石能源C火電］風能I人陽能I乍化石能源C火電］風能I人陽能I水能I生物質能碳捕用廚電料圖2新能源多元化利用方式的全鏈條技術經濟評價模型示意圖Fig,2Schematicdiagramofthewhole-chaintecheconomicevaluationmodelforthediversifiedutilizationofnewenergy電力近中期低碳發展的量化分析近中期中國新能源呈“倍增”式發展，各類電源之間呈現多元化發展態勢。“十四五”期間，新能源規模快速提升，年均增長1.0億~1.2億kW。2025年，新能源裝機規模達到11億kW左右，占比35%左右。在“十五五”初期，煤電裝機規模達到峰值，為12億~13億kW；新能源裝機規模進一步提升，2030年裝機容量達到17億kW左右，占比達到約44%。h.2億k\V”占20.0%4.5IZ,kWT占14.5%Lh.2億k\V”占20.0%4.5IZ,kWT占14.5%L3.9億kW、Ji'12,6%12*6億kW占40.7%IA億kW*占4.4%0.7心止W.占23%■煤電;■氣電；■核電;■水電：■陸上風電：■光伏發電；■光熱發電；■海上鳳電；生物質及艮他;?抽水暮能O.SfckW,0-5fckW.占占3%’0.3億kW.占0.7%―卜9.9'ZkW；占25.2%12.5fckW,占31.7%2.0■煤電：■氣電丫H■核電；■水電*■陸上鳳電；■光伏發電1■光熱發電；■海上鳳.電：牛.物質以其他:■抽水蓄能0.7fckW,0.3億艸占L0%占24%0.6億kW,圖32025年、2030年中國電源裝機結構Fig.3StructureofpowerinstalledcapacityinChinain2025and2030電力系統碳排放達峰后穩中有降。從總量來看，有望在2025年或稍后達峰峰值控制在45億t以內，2035年降至34億t左右。從碳排放強度來看，未來中國度電二氧化碳排放持續下降，2025年下降至約460g/(kW?h),2035年降至280g/(kW?h)左右。

年份OU5)04O5年份OU5)04O5os-O5O5O5O54433221117=加蠱奉OW7?羅蘭.蘭圜罡笛"ouBffi圖4電力系統礦排放隨時間的演變趨勢Fig.4ThevariationofCO?emissionofpowersystemswithtime電力遠期低碳發展的路徑探討隨著新能源裝機規模的擴大，其出力波動范圍和波動速率也將迅速增大，電力系統的靈活調節能力與安全穩定運行將成為制約新能源大規模發展的關鍵因素。圍繞高比例新能源消納問題，提出以下3種路徑探討未來電力低碳發展情景。常規路徑下，新能源主要通過轉化為電力進行利用。為了提升系統對新能源的消納能力，在電源側激發多元電源的協同調節潛能；在電網側廣泛部署有功、無功補償裝置，提升系統電壓和頻率的穩定性，實現更加靈活優化的運行方式；在負荷側推動需求響應常態化；在儲能側擴大儲能裝機規模并引導其參與系統調節。在電-氫協同路徑下，充分發揮制氫負荷的靈活性，通過離網、并網等方式大規模部署電制氫設施，在源側和網側實時跟蹤新能源波動性出力，有效解決高比例新能源下電力系統的靈活調節問題。隨著電制氫技術的成熟以及規模化生產的實現，“綠氫”的經濟性逐步增強，2060年成本下降至約7.2元/kg,預計2030—2040年時期綠氫的熱當量成本有望與油氣大致相當。電-氫-碳協同路徑下，在發揮電制氫靈活調節性能的基礎上，通過在煤電機組加裝ecus,—方面為系統保留了轉動慣量，另一方面，ecus捕獲的二氧化碳可與綠氫反應制取甲烷或甲醇，可以在終端替代進口油氣，大幅降低中國能源對外依存度。從經濟性的角度來看，預計2030年前后中國加裝ecus的度電增量成本在0.2元/(kW?h)左右，基本與新能源并網的度電系統成本持平。總體來看，3種路徑各有千秋，未來電力系統低碳發展應當是多種路徑融合發展的結果。電力系統不斷提升自身對高比例新能源的消納能力，同時充分發揮電制氫的調節作用，并積極探索電制甲醇等P2X技術路線，共同支撐新能源的大規模發展。表］電力系統低碳轉型路徑對比Table1Comparisonoflow-carbonizationtransitionpathwaysforthepowersystem名稱憂勢常現踣蒔近職最具可上世昜于統—規劃和t弗調運行；卷展面臨的不確宦性相對較小靈活性資源挖潛難麼大；妥全梯定運行面希若雅；新能源岌展規儻受隔電-氮協同產出的氫氣、氧氣可以創適收益；潞低了乘統全鏈罷消斟成本規模化推廣應用依厭于氫氣倚運技術和成電電-氫-碳協同煤電的高效零碳利用.埋抑轉動慣呈：產出的甲慌、甲酵可以創造收益.隆低了系統全鏈條消納威本；替■代進口油氣.驛低對外依存度規模化應用于推廣螢眼于ecus技術賽破柏甲烷、甲醇的應用場果研究結論本文針對電力系統近中期和遠期的低碳發展問題，差異化地構建了電力低碳發展量化分析模型和新能源多元化利用方式的全鏈條技術經濟評價模型，并提出了依靠電力系統自身、電-