2020年10月14日-16日，2020北京國際風能大會暨展覽會（CWP 2020）在北京新國展隆重召開。作為全球風電行業(yè)年度最大的盛會之一，這場由百余名演講嘉賓和數(shù)千名國內(nèi)外參會代表共同參與的風能盛會，再次登陸北京，本屆大會以“引領綠色復蘇，構筑更好未來”為主題，聚焦中國能源革命的未來。能見App全程直播本次大會。
國家氣候中心高級工程師王陽出席大會并發(fā)表題為《中國高比例風光電力系統(tǒng)與碳中和》的主旨演講。他表示，到2050年如果風電裝機25億，光伏26.7億，按照全國小時級別的電量互動平衡來說，不需要儲能和需求側(cè)響應，僅靠風光可以提供67%的電力電量需求，同時使棄風棄光率低于8%，如果高比例風光電力系統(tǒng)實現(xiàn)，可以證明中國有能力實現(xiàn)1.5度溫控目標和碳中和目標。
以下為發(fā)言實錄：
王陽：各位領導，各位嘉賓，大家好，我是來自國家氣候中心的王陽，今天給大家分享的題目是中國高比例風光電力系統(tǒng)與碳中和，前面一些專家和領導都提到了習主席在75屆聯(lián)合國大會上的鄭重宣告，中國的2030年前，二氧化碳達峰，努力爭取2060年實現(xiàn)碳中和目標，實現(xiàn)這個碳中和，實際上就意味著我們能源體系要進行快速的轉(zhuǎn)型，剛才王所也提到了相關的一些研究成果，能源體系的快速轉(zhuǎn)型實際上就是咱們綠色電力，就是風電和光伏在其中要起到重大的作用，根據(jù)2019年可再生能源的報告，過去十年光伏發(fā)電、陸上風電度電成本接連下降，為能源轉(zhuǎn)型奠定了堅實的基礎。
我是氣象局研究風電和光伏預報的一個科研工作者，我們知道新能源具有一個經(jīng)濟性和波動性的特征，對我們的電網(wǎng)安全帶來很大的影響，但是從資源本身來說，風能和太陽能具有時空的互補特征，因為在一天24小時以內(nèi)，太陽能只有白天的時候可以用于光伏發(fā)電，凌晨和晚上的風通常比白天的風大一些，所以在一天24小時以內(nèi)，風能和太陽能有一個日內(nèi)的互補，在季節(jié)上太陽能是夏季和秋季比較豐富的，對風能來說它是冬季和春季比較豐富，所以在季節(jié)尺度上也有一個互補關系。對于不同的空間上來說，對于風能來說，比如說內(nèi)蒙的風比較大，華北或者是平原風比較小，空間上也有一個互補的關系。我們能不能利用風能和太陽能的互補性的特征，來解決它的間歇性和波動性的特征，這是我們搞資源的人一直在研究的一個課題，當然也有很多氣象學的一些專家對這個問題給出了一個答案，比如說連接更大區(qū)域的風電廠和光伏，優(yōu)化風電和光伏的組合方式，可以提高耦合發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性，這些已經(jīng)有大量的成果發(fā)表證實了這樣的觀點。
今天我的報告的科學問題，第一點說明風能太陽能資源稟賦能否支持中國電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，對于這個問題很多專家對我們有質(zhì)疑，在高比例可再生能源情景下，我們做了一個模擬系統(tǒng)實驗，假設全國范圍內(nèi)僅考慮瘋癲和光伏的電力供給，為什么做這樣一個假設呢？我們基于以下兩個方面理由，一個是國家可再生能源法要求風電、光伏優(yōu)先入網(wǎng)，第二點是風電光伏邊際成本幾乎為零，模型約束條件就是風電光伏技術開發(fā)大于等于零，小于等于最大可裝機容量，目標求解函數(shù)是風光耦合以后發(fā)電量與電力負荷之間的偏差最小，這可能太學術了，換成大白話來說，能夠最大程度滿足電力負荷，同時要求它的棄風棄光量最小。我們研究了一個基礎數(shù)據(jù)的支撐是氣象局國家氣候中心研制的高時空分辨率數(shù)據(jù)庫，基于這個數(shù)據(jù)庫算出風電發(fā)電的圖譜和光伏發(fā)電的圖譜。
第二點我們在進行風電和光伏技術開發(fā)的時候，要進行限制因子的剔除，比如拿到這些圖譜以后，有很多技術性、政策性、經(jīng)濟性的限制因子，在這些區(qū)域進行開發(fā)，第一點通過數(shù)值的模擬和GIS的空間分析，給出得到了中國陸地不同高度程的中國風電的技術開發(fā)量，還有中國近海離岸不同距離、不同水深的技術開發(fā)量以及中國陸地光伏的技術開發(fā)量，但這個技術開發(fā)量是在目前這種技術水平下得到的。一個關鍵結(jié)論回答了很多行業(yè)外的一些質(zhì)疑，我們中國的風電和光伏技術開發(fā)量是沒有天花板，就是目前風電和光伏的裝機分別是2億多一點，風電技術可發(fā)量目前是從140米以上的高度來說是大于50億，就是僅僅開發(fā)了不到5%，對于光伏來說是456億，這個數(shù)字比剛才王所說的1200多億那個數(shù)字保守一點，但無論怎么比，光伏的開發(fā)只達到了千分之五以下。
在電力負荷方面，我們想看2050年風光在電力系統(tǒng)中的占比，所以我們根據(jù)國家可再生能源中心2016年有一個電力負荷的增長系數(shù)，拿到了是2017年全國各省逐小時電力負荷，得到2050年全國逐小時電力負荷的曲線。先在每一個省上進行空間求解，這張圖給出全國各省風電光伏發(fā)電量，占總發(fā)電量的滲透率，全國平均看是51.5%，對于新疆、西藏、青海、甘肅、內(nèi)蒙都是在80%以上，但是對于上海、江蘇、浙江是低于50%，為什么有這樣一個結(jié)果？就是這些省份的電力負荷是比較大的，但是新能源可裝機量相對西北是比較小的，風光資源越好，其風光滲透率越高，另外從風電和光伏的發(fā)電量的比值來看，這張圖顯示了風力發(fā)電量占這個結(jié)構中的比例越高，風光的滲透率越高，這也意味著與光伏發(fā)電量相比，對于提高風光滲透率的作用是更為顯著的。
為什么這么說？因為我們負荷是24小時，但是光伏只有6到8個小時時間的供給，所以其他時間的供給都必須靠風電進行支撐。另外一個點我們得到靈活的區(qū)域電力市場交換，可以提高風光的滲透率，第一個結(jié)果我們是在每個省上進行一個空間求解，第二個是在區(qū)域電網(wǎng)尺度，比如華北電網(wǎng)、東北電網(wǎng)的尺度，允許不同省份之間進行電力交換，這樣全國平均的風光滲透率就提高到了67%，在67%情景下，2050年全國風電裝機需要25億千瓦，光伏需要裝26.7億千瓦，新能源棄電率7.22%。
第四個區(qū)域電力能夠促使新能源開發(fā)向資源稟賦好的區(qū)域集中，比如我們想滿足北京市的電力供給如果全靠風電，需要裝很多的風機和光伏，但是如果進行區(qū)域的電力市場交換，新能源開發(fā)可以往內(nèi)蒙進行集中，內(nèi)蒙風資源和光資源的稟賦是非常好的，這一點提示我們在制定產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的時候，一定要從區(qū)域全國一盤棋的角度來進行考慮，而不能說各省去制定各省新能源的發(fā)展規(guī)劃或者發(fā)展路徑。
第五點如果我們建成67%的高比例風光電力系統(tǒng)，意味著中國有能力實現(xiàn)1.5度的溫控目標和碳中和目標，這個研究結(jié)果與國內(nèi)一些頂級的研究機構，比如說國家應對氣候變化特別代表解主任領銜清華氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院的結(jié)果，以及能源所中國煤控項目1.5度課題，發(fā)表在自然通訊雜志上一些結(jié)果進行了比對，我們的結(jié)果跟他們是非常接近，而且風光的發(fā)電量也是大于2050年清潔能源的發(fā)電量的。最后結(jié)果顯示，2050年風光發(fā)電是11.1萬億度，其中風電是7.6萬億度，光伏3.5萬億度，從綠色電力發(fā)展量上來說，風電發(fā)電量是光伏2.17倍，就意味著風電對于實現(xiàn)碳中和的作用比光伏更大一點的。
最后得出我們的關鍵結(jié)論，第一點是中國風電和光伏技術開發(fā)量沒有天花板，這是對行業(yè)公開宣布的一個亮點。第二點到2050年，如果風電裝機25億，光伏26.7億，按照全國小時級別的電量互動平衡來說，我們不需要儲能和需求側(cè)響應，僅靠風光可以提供67%的電力電量需求，同時使棄風棄光率比率不到8%，如果高比例風光電力系統(tǒng)實現(xiàn)，可以證明中國有能力實現(xiàn)1.5度溫控目標和碳中和目標，謝謝大家。
（根據(jù)速記整理，未經(jīng)本人審核）
