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2022年12月 可再生能源引领绿色创新与开放共享发展中国未来发电：北京郊区风力发电 WWF/Fred Dufour32中国未来发电：可再生能源引领绿色创新与开放共享发展前言 2一、全球共同的绿色低碳未来电力 4(一)高比例可再生能源发展前景6(二)全方位的转型行动与创新81.可再生能源城市82.社区能源103.电动汽车V2G（VEHICLE-TO-GRID）124.虚拟电厂145.绿色电力消费156.电网互联互通和市场融合177.电转氢技术P2X（POWER TO X）19二、中国未来电力的愿景与场景 20(一)中国未来电力发展的战略考量221.经济和社会发展需要更高品质的现代能源和电力服务222.生态文明建设和绿色发展23(二)中国2050年可再生能源电力情景241.未来能源和电力发展情景242.一次能源总体趋势与特征26(三)开放融合多元共享的未来电力场景29(四)落实中国未来电力愿景的重点政策与实施路线的展望301.大力开发风电光伏等新能源电力，助推能源供给侧结构性改革302.以终端部门的电气化需求引导能源生产持续优化303.实施绿色电力转型的重点驱动政策31三、绿色创新与开放共享发展 32(一)全方位协调融合开发利用可再生能源的新格局341.构建网格化、立体式资源勘查和集成规划体系342.统筹推进各类可再生能源开发利用新模式新场景343.推动可再生能源融入生产生活生态空间35(二)从智能电网到能源互联网351.电力系统的根本性转变352.各主体应如何参与37(三)开放融合电力市场 381.进一步完善统一电力市场体系功能，构建多元竞争市场格局382.提高跨区跨省电力交易市场化程度，逐步构建区域和全国统一电力市场 383.构建适应新能源发展参与市场交易的电力市场机制，激励主动消纳可再生能源 39(四)有序推进绿氢的生产应用391.绿氢是未来的主要发展方向392.未来绿氢将逐渐具备经济性403.不断提升绿氢生产消费占比40(五)企业的更多选择和角色411.以绿电消费推动构建绿色供应链412.就近开发利用新能源413.智慧企业参与灵活需求响应41(六)绿色能源让城市更美好421.在城市市政运营中大力推广绿色能源422.在城市范围大力推广绿色能源42(七)人人可成为能源的生产者和消费者441.人人成为绿色电力和促进绿色转型的生产者442.人人成为绿色电力的消费者46目录 CONTENTS2015 年第 21 届联合国气候变化大会通过巴黎协定，提出把全球平均气温较工业化前水平升高控制在 2之内，并为把升温控制在 1.5之内而努力。加快绿色低碳能源转型、共同努力实现全球碳中和成为国际社会普遍共识。截至 2021 年年底，全球已有136个国家和地区提出了“碳中和”承诺，覆盖了全球88%的二氧化碳排放、90%的 GDP 和 85%的人口。2020 年 9 月 22 日，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上向国际社会作出碳达峰、碳中和的郑重承诺，中国将力争 2030 年前达到二氧化碳排放峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和。2021 年发布的中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要提出，展望 2035 年，中国将基本实现社会主义现代化，广泛形成绿色生产生活方式，碳排放达峰后稳中有降，生态环境根本好转，美丽中国建设目标基本实现，推动 2050 年把中国建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国。中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见要求，完整准确全面贯彻新发展理念，坚持系统观念，以经济社会发展全面绿色转型为引领，以能源绿色低碳发展为关键，加快形成节约资源和保护环境的产业结构、生产方式、生活方式、空间格局；到 2060 年，绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳安全高效的能源体系全面建立，非化石能源消费比重达到 80%以上，碳中和目标顺利实现。电力转型是实现能源低碳转型和碳中和的核心任务，必须坚持创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念，构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统。中国未来发电报告总结了全球高比例可再生能源发展情景，特别是可再生能源发电引领的各类电力系统转型行动和创新，展望了可再生能源引领的中国未来电力发展情景，重点描绘了可再生能源电力驱动的全方位融合开发利用格局、从智能电网到能源互联网、开放融合电力市场、有序推进绿氢的生产应用、城市绿色能源应用、企业的更多选择和角色、人人成为生产消费者等未来电力发展场景，通过构建和描绘未来绿色创新开放共享的场景，促进各部门和各类主体共同参与未来电力转型，共同努力推动实现碳中和。前 言54中国未来发电：可再生能源引领绿色创新与开放共享发展一、全球共同的绿色低碳未来电力在气候变化的现实威胁下，全球正在掀起一场减碳浪潮，以化石能源为主的能源结构正逐步向以风能、太阳能等可再生能源为主的能源结构转型，并以电力作为最重要的能源载体支撑经济生产与社会生活。作为实现碳中和的重要途径，构建高比例可再生能源电力系统已越来越成为全球共同趋势。76中国未来发电：可再生能源引领绿色创新与开放共享发展进入本世纪以来，全球可再生能源发展迅速，特别是风电光伏等新能源成本持续下降、装机规模快速增加，推动可再生能源电力进入高比例发展阶段。截至到 2021 年底，丹麦风电光伏发电量比重超过 51%，位居世界第一；德国、西班牙、葡萄牙、英国、爱尔兰等国的风光发电量比重也达到 30%左右。中国风电光伏发电量比重也历史性地超过 10%，使得全部可再生能源发电量在全国发电量的比重达到 30%。可再生电力在碳中和中的作用。国际能源署的净零排放路径中，2050 年全球能源需求将比目前低 8%左右，但全球总发电量需要达到目前的 2.5 倍以上，电力将占能源消费总量近 50%，近90%的发电来自可再生能源，风能和光伏发电合计占近 70%。国际可再生能源署的世界能源转型展望报告同样表明，电力占终端能源消费总量的比例从 2018 年的 21%增加至 2050年的 50%以上，届时全球可再生能源发电装机将接近 300 亿千瓦，占电力总装机的 92%，可再生能源发电量超过 70 万亿千瓦时，占全部发电量的 90%。各国家地区都将全面发展各类可再生能源发电，风电和光伏将在各地区成为主要电源。(一)高比例可再生能源发展前景图1-1 全球可再生能源发电发展趋势图1-1 全球可再生能源发电发展趋势来源：International Renewable Energy Agency.World Energy Transitions Outlook 1.5oC Pathway图1-3全球电力装机及发电量展望来源：International Renewable Energy Agency.World Energy Transitions Outlook 1.5oC Pathway城市拥有全球 55%的人口并且还在不断增长，同时还直接或间接贡献了全球 80%以上的 GDP。城市对直接支持可再生能源的承诺正在增加。到 2020 年底，总共有 1300 多个城市制定了可再生能源目标和/或政策，覆盖人口超过 10 亿人（占世界城市人口的 25%）；仅 2020 年一年就约有 260 城市设定新目标或通过新政策。其中，包括 72 个国家/地区的 830 多个城市至少在一个部门（电力、供暖和制冷和/或交通）设定了可再生能源目标，其中超过 600 个城市设定了在市政或者全市范围内未来实现 100%可再生能源的目标，主要通过扩大绿色电力消费来实现。到 2020 年，约 800 个城市承诺未来要实现净零排放，巴黎、伦敦、纽约、东京、悉尼、墨尔本、维也纳、温哥华等，都明确要在 2030-2050 年间实现城市净零碳排放。为实现这些目标，城市政府以身作则，扩大公共建筑用电中可再生能源的发电（主要是太阳能光伏）和购电比例。约800个市政府实施了监管政策、财政激励措施以及间接支持政策，城市层面的政策组合正在迅速扩展到电力部门之外。98中国未来发电：可再生能源引领绿色创新与开放共享发展随着新能源发电的快速发展，将引领电力系统、能源系统、经济社会系统变革，城市、社区、企业都需要在引领城市能源电力低碳转型、全面推广绿色电力消费、建设分布式可再生能源发电、共建绿色电力收益方面发挥关键作用。(二)全方位的转型行动与创新图1-4 2020年前设定了100%可再生能源目标的城市分布数据来源：REN21,Renewables in Cities 2021 Global Status Report.1.可再生能源城市图1-5 全球城市可再生能源政策一览数据来源：REN21,Renewables in Cities 2021 Global Status Report.城市案例 1：德国慕尼黑（310 平方公里，145 万人口）市政府为慕尼黑市政公司设立目标，致力于在 2025 年使绿色电力发电量满足全市年用电需求，在 2040 年成为第一个区域供热系统完全由可再生能源（主要来源于地热能）供给的德国城市。慕尼黑市气候保护方案计划从能源、建筑、供暖、工业、交通五个方面分别制定方案措施及支持政策。在电力领域，慕尼黑市政公司（SWM）拟大幅提高可再生能源发电量，倾向于在慕尼黑市及其周边，新增水电站、光伏电站、陆上和海上风电场、生物质热电联产厂等发电设施。截至 2021 年底，SWM 在慕尼黑及其周边地区运营着约 60座可再生能源发电厂，2022 年绿电发电量已达到约 63 亿千瓦时，满足该市 90%的电力需求，并有望在 2025年实现由绿色电力完全满足电力需求的目标。城市案例 2：美国佛罗里达州奥兰多市（295 平方公里，28 万人口）2020 年，奥兰多公用事业委员会(OUC)开始制定其电力综合资源计划，目标是到 2050 年实现 100%可再生能源发电。光伏将是新能源的主要来源，并将投资储能和其他相关技术，以确保电力的可靠性。OUC 在使城市能够获得可负担的太阳能方面发挥着重要作用，2017 年以来通过长期购电协议从垃圾填埋场社区太阳能电站购买绿电，建设两个新的太阳能光伏发电场共同为 3 万户家庭供电。奥兰多还拥有超过 1 兆瓦的漂浮式太阳能光伏发电项目，持续研究漂浮式光伏发电的性能和可扩展性。2020 年，奥兰多市在其国际机场的水面区域安装新的漂浮式光伏，展示了这种独特的太阳能应用。同时政府还在城市内安装了几座“太阳能雕塑”和“太阳能树”发电，向公众宣传太阳能。专栏1 城市案例1110中国未来发电：可再生能源引领绿色创新与开放共享发展图1-6 德国可再生能源法案下的投资增长和社区能源数量增长情况比较数据来源：Kahla et al.,Development and State of Community Energy Companies and Energy Cooperatives in Germany,2017.“社区能源”的产生主要源于可再生能源的分布式特点，随着技术的成熟和单体项目规模的提升，可再生能源可供应远超过一个家庭的用能，可再生能源的利用逐渐向“隔墙售电”“社区共享电力”转变。在能源低碳转型的背景下，随着可再生能源补贴等政策为可再生能源开发提供了稳定的收入来源，可再生能源在为社区供能的同时也可以实现投资和增加本地就业的作用，社区能源应运而生。欧盟的 JCR 报告Energy communities:an overview of energy and social innovation提出了“能源社区”的定义：社区能源是指促进民众在整个能源系统中参与的集体能源行动，家庭、个人和企业共同投资于与能源有关的资产的开发和运营。“社区能源”为民众积极参与能源相关的事务提供了新的机会，而民众的积极参与也使能源的开发和应用方式发生了巨大的转变。根据 REN21 统计，2020 年社区能源规模出现了大幅的增长。其中，欧盟和美国的社区能源规模正在快速扩大，且成为了促进社会绿色消费和可再生能源开发利用的很重要的一种形式（见图 1-6）。欧洲的人人享有清洁能源一揽子计划当中要求欧盟各个成员国需要提供社区能源项目的法律释义并制定支持性法律。根据预测，到 2030 年，欧盟的社区能源将拥有全部装机容量中17的风电和 21的太阳能1。美国的社区能源的主要是社区太阳能(Community solar），截至 2021 年 6 月，全美 41 个州和华盛顿特区开展了社区太阳能项目，累计装机达到 3400 万千瓦，全美共有 19 个州和华盛顿特区针对社区太阳能项目提供了政策和规划支持。预计未来 5 年，美国的社区太阳能新增装机将超过 4300 万千瓦。地方政府的低碳发展目标和相关支持政策在发展社区能源上发挥着重要的作用，尤其是提供直接补贴或投融资支持、支持自产自用的计量模式以及以社区光伏为代表的各种形式的可再生能源共享机制和所有权设计等。社区能源的集体特征使它有别于“简单”的产消者模式。由于社区能源安排取决于当地居民的集体决策，这扩大了普通民众在能源系统转型和系统构建的参与度。社区能源使参与者意识到他们的权利和责任，可以更好的平衡当地居民在项目开发中的利益分配，降低开发和投资风险，有效促进当地经济发展，提供安全且负担得起的能源，并促进社区的凝聚力2。2.社区能源“社区能源”为民众积极参与能源相关的事务提供了新的机会，而民众的积极参与也使能源的开发和应用方式发生了巨大的转变。在业主自由模式的基础上，当社区/村镇拥有共有的土地、屋顶等资源时，通过社区成员参股或集体共有资金投资的方式投资开发分布式发电项目，获取电量或售出电量获得的收益按对应比例分配给社区成员或进行集体受益的二次投资。例如：丹麦的 Hvide Sande 镇通过集体经济组织筹资建设 3 台 3 兆瓦风机用于当地港口扩建、增加就业以及增加地方社会福利，三台风机在 30 年周期内，每年收益 21 万欧元，400 户当地居民获得入股的收益。故此类商业模式也被称为Hvide Sande模式，此项目也因此在2013年获得欧洲太阳能奖。可再生能源合作社（Renewable Energy Cooperatives,REScoops），是最常见的“社区能源”的组织形式，在欧盟许多国家都有一些运营较为成熟的合作社。可再生能源合作社拥有能源基础设施或能源基础设施的部分股权，部分合作社只作为可再生能源的出售方通过出售全部能源生产量获得收益并对参与者分红，而部分合作社则首先满足当地居民的直接能源需求，其后将多余的能源出售获得收益并分红。合作社主要投资方式受到各个国家可再生能源项目开发的政策限制，例如西班牙 2010 年之前不允许合作社在电力市场中出售电力，以及德国以“社区能源”的方式主导开发的风能项目较少，也是因为项目组织按照出资比例而不是按照自然人数量主张权利。社区代表的董事会组织是另外一种社区直接参与投资的重要的组织方式，通过社区发展信托、社区福利公司或社区福利协会等形式投资和运营“社区能源”项目。和合作社的方式最大的不同点在于其投资和拥有的能源基础设施的收入不是直接向参与投资的居民分红，而是返回社区用于社区的发展和设施建设。其他的组织类型还包括居民直接参与政府项目投资并获得股份、通过公司伙伴关系（Public-Private Partnership）的方式通过入股为项目提供资金、以及注册私人公司等形式。案例 1：德国 Wildpoldsried 村分布式可再生能源应用案例Wildpoldsried 村人口 2600 人，从 1997 年开始开发分布式可再生能源，主要目的是通过可再生能源发电获得稳定收益以在不增加村庄债务的同时建设新的体育馆、剧院、老年人中心等。村庄编写了Wildpoldsried 村创新引领发展战略 指导村庄未来发展。目前，Wildpoldsried村已累计投资3000万欧元以上，建成5MW的光伏（其中 190 个户用光伏共计 3.3MW、9 个公共建筑屋顶光伏共计 1.9 兆瓦）、12MW 的风电（其中最早的 2 座风机由集体创立的公司和州政府赠款筹建，其后的风机均由当地村民个人入股的方式投资）、3 个小型水电站，以及5 个沼气池为基础的生物质综合应用，建成区域供热网络，除生物质制热外还有 2100 平米的太阳能供热，实现了全村热力的自给自足，而发电量是全村用电量的 5 倍以上，相当于每年全村节省了 33 万吨石油的消耗，每年获得收益超过 700 万欧元。专栏2 社区共有（COMMUNITY SHARE）模式专栏3 高比例可再生能源乡村和社区案例1.EU commission staff working document,impact assessment of“Proposal for a directive of the EU parliament andof the Council on the promotion of the use of energy from renewable sources”,2020.OL2.Aura Caramizaru,Andres Uihlein,Energy communities:an overview of energy and social innovation,2020,EUJRC science for policy report.OL1312中国未来发电：可再生能源引领绿色创新与开放共享发展3.Neil Simcock,et al.,Cultures of Community Energy:International case studies,2016.4.V2G Hub：https:/www.v2g- 2：丹麦 Hvide Sande 社区风电商业模式为了鼓励社区参与风电项目的开发，自 2008 年起，丹麦法律规定大型风电开发项目必须提供 20%及以上的社区投资/入股分红比例。目前，80%的风电场具有社区风电性质，Hvide Sande 的社区风电具有较强的代表性。在Hvide Sande的旅游协会支持下，2012年Hvide Sande社区基金会组织建设了3台3兆瓦风机的社区风电项目，总投资约 1220 万欧元，其中 80%的股份由社区基金会拥有，20%由当地 400 个合作投资社区居民拥有。偿还银行贷款后的发电收益用于当地港口扩建，项目同时实现了增加就业以及当地居民的收益的效益。社区风电的模式增强了当地居民参与的积极性，最终促成了项目的落地。Hvide Sande港通过社区风电的收益实施了改扩建，具备了风电母港的功能，港口自身的收益可达 480 万丹麦克朗/年3，同时也吸引了海上风电叶片、塔筒等相关配套产业的入驻。案例 3：西班牙的大型区域合作社支持城市可再生能源发展西班牙于 2019 年提出社区能源的法律释义，即集体性的自发自用，允许人口稠密地区的公民通过投资家附近和邻近建筑物的太阳能光伏装置成为“异地产消者”，造福于更广泛的社区。城市居民通过几个大型区域合作社参与社区能源项目，包括 Som Energia（67,800 名成员）和 GOIENER（10,000 多名成员）等实现了社区能源的开发与采购。西班牙的巴塞罗那、加的斯、赫罗纳、马德里、潘普洛纳、圣塞巴斯蒂安、瓦伦西亚和巴利亚多利德等市政府也率先开展了社区能源项目。案例 4：美国科罗拉多州丹佛市的社区太阳能花园项目2020 年 4 月，丹佛市利用科罗拉多州地方事务部授予的 100 万美元赠款资助可再生和清洁能源项目，通过市政物业对市内的公共建筑屋顶、停车场和空地安装太阳能发电项目进行统一的托管管理，并将项目产生的 20%的电力提供给低收入居民，以减轻其能源支出负担。同时，项目还将支持劳动力培训计划，保证 10%的项目的工作岗位供给。项目除了利用州政府的赠款外也接受第三方的融资，第三方投资人可参与项目的运营，并通过售出电力获得收益。随着风光等波动性新能源和电动汽车等用户侧新型负荷的发展，两者对电力系统的运行带来新的挑战，也带来了新的机遇。凭借不断进步的电池技术和庞大的车辆规模，可灵活充放电的电动汽车能够为电力系统提供极具性价比的灵活性调节资源，极大弥补电力系统灵活性资源不足的制约，辅以合理的电力市场机制，将提升电力系统对波动性可再生能源的消纳能力。截至 2021 年 8 月，全球有 88 项 V2G 试点示范项目，主要集中在欧洲（56 项）、北美地区（20 项），项目主要目的为技术验证（78 个项目的首要目标为验证 V2G 项目技术可行性），2020年起开启的 3 个项目已推进到商业可行性验证阶段4。虽然电动汽车与电网协同仍为新鲜事物，但从国际案例看，电动汽车与电网协同可应用于局部配网优化到全网应用，覆盖了几乎所有可能的应用场景。车网协同试点显示了潜在的巨大效益：一是利用为电网提供服务的收益，降低电动汽车全生命周期的成本，提升电动汽车推广的规模；二是在保障电网系统安全、稳定运行的前提下，利用电动汽车作为电网资源，减少电网、电源和固定式储能设施的投资。3.电动汽车V2G（Vehicle-to-Grid）2016 年日产与丹麦技术大学等多个机构开展了时间最久且成功验证商业模式的 V2G 项目（PARKER 项目），利用 10 台包括日产聆风在内的多个品牌电动汽车以及 43 台支持 V2G 功能的充电桩，在丹麦多个区域电力市场持续提供接近 5 年的全天候调频服务。项目覆盖多车型车队以验证 V2G 技术的跨车型兼容性。丹麦 PARKER 试点证明了即使私人电动汽车搭载的电量仅有 24 千瓦时、30 千瓦时、40 千瓦时，也具备在满足日间出行的前提下，在夜间停车充电时提供调频辅助服务的能力。技术可行性方面，调动私家车提供调频辅助服务是各种应用中挑战较大的应用场景：负荷集成商需要准确预测多个车辆聚合后能够提供的调节容量，系统须支持车-桩-网间高响应度且高频通信，以满足调频的严苛要求，并避免电动汽车调频带来本地配电变压器过载等安全问题。车网协同智能软件平台是破解这些问题的关键手段。Parker 电动汽车负荷集成商开发的智能平台利用大数据分析与预测电动汽车提供的最优调频容量，在确保不影响用户出行的基础上，保证配电变压器不过载。同时，平台也能根据可再生能源电力出力特点和电力市场价格变化，提出合理市场报价。此外，随着电力市场出清，智能平台能够在制定参与调频的时段实时读取本地电网频率，发送本地智能平台处理，输送指令到充电桩侧执行调频。经济性方面，在电力市场化水平较高的北欧电力市场，电动汽车在个别调频场景下的收益非常可观，五年最高收益可达到每车 3500 欧元。考虑到参与调频市场充放电量相对较少，且利用“谷时”零售电价充电，项目已具有显著经济性。PARKER 试点也证明私家电动车以 V2G 方式参与调频对电池衰减的影响有限。试点 5 年后，参与调频及日常出行的三元锂动力电池的容量仅比正常出行使用后的容量少 1-2%。特别是 V2G 参与调频充放电深度较浅时，电池衰减影响较小，项目整体经济性较高。专栏4 V2G案例图1-7 丹麦PARKER项目试验方案来源：PARKER Project Final Report.https:/parker- 2017年12月14日Tesla储能的频率响应来源：曾辉,孙峰,邵宝珠,葛维春,葛延峰,许天宁.澳大利亚100 MW储能运行分析及对中国的启示图1-9 提出碳中和目标的典型跨国公司虚拟电厂（Virtual Power Plants,VPP）是指通过分布式能源管理系统将配电网中分散的清洁能源、可控负荷、储能系统聚合成一个特殊电厂参与电力系统运行，从而协调电力系统中各类分布式发电、电力用户及储能资源，提升供电经济性和可靠性。随着物联网、区块链、人工智能等新兴技术在电力系统中逐步得到推广应用，虚拟电厂的运行维护、信息交互、市场交易、控制策略等都将不断完善，并深度融入电力系统运行。目前国际上已有一些虚拟电厂（VPP）的相关应用案例。例如，作为欧洲最大的综合服务商之一，比利时的 Restore 公司利用发电（热电联产、光伏和风能）、储能、灵活负荷（工业、商业和住宅），为企业提供本地分布式能源综合消纳方案。REstore 已经开发出多种解决方案，为比利时电力平衡市场提供服务。2018 年以来，REstore 在比利时国家公园旁边的一座旧煤矿推出了 3.2 万千瓦的 Terhills 虚拟发电厂，安装了由 140 个电池组成的 1.82 万千瓦特斯拉 Powerpack 存储系统。这个电池项目的独特之处在于其包含的灵活性资源组合，包括：微型发电、工业负载和家用锅炉等家用电器。Terhills 项目为比利时系统运营商提供备用和频率调节。该虚拟电厂在支持电网系统服务的同时，减少了增加化石燃料、高碳发电的需求。澳大利亚政府为解决南澳电网日益增长的新能源占比和逐年减少的系统转动惯量之间的矛盾，向全球公开招标大规模储能电池项目，希望通过储能技术解决系统稳定问题。2017 年以来，特斯拉（Tesla）为美国南加州爱迪生公司（SCE）位于 Mira Roma 的变电站安装了 20MW/80MWh 锂电池储能系统。2017年 12 月 14 日凌晨 01:58:59，维多利亚州电网 LoyYangA3 机组跳闸，直至 01:59:19 造成 560MW 功率缺失，同时维多利亚州电网频率跌至 49.8Hz，频率跌至 49.8Hz 的 140ms 后，距离 LoyYang 机组 1000 公里的南澳 Tesla 储能系统快速反应，01:50:23 向电网注入 7.3MW 有功功率。在 Tesla 储能动作 4 秒后，位于昆士兰州已签署调频辅助服务合约的 Gladstone 电厂1 号机组才开始向电网注入有功功率。02:05:00 系统频率恢复至 50Hz。图 1-8 为 12 月 14 日系统频率和储能出力情况，可见储能出力在频率下跌后立即做出反应并输出有功功率持续至02:03:00，证明了储能系统的快速调节能力。随着巴黎协定的达成和全球金融投资领域对绿色增长趋势共识的形成，为增强企业产品竞争力和彰显企业社会责任和绿色形象，许多行业龙头企业和知名跨国公司日益重视其生产运营、产品和供应链的绿色低碳化，且纷纷制定了企业自身和延伸至供应链的碳中和目标。而可再生能源电力作为目前边际降碳成本较低且市场可及性较高的降碳方式得到了各个企业的青睐，全球低碳发展趋势使企业绿电采购成为可再生能源发展的重要推动力。在低碳发展趋势引领下，世界上加入国际科学碳目标倡议（Science Based Targets initiative，SBTi）、100%可再生能源电力倡议（RE100）、可再生能源采购者联盟（REBA）等公益项目的企业数量大幅增加，许多知名跨国企业制定了颇具雄心的碳中和目标，并对其供应链企业也提出了相应要求（见图1-9）；38%的财富 500 强企业制定了 2030 年的碳减排目标，超过 50%的财富 500 强企业为实现自身碳减排目标，开始积极采购绿电。截至 2021 年 3 月底，已有 1300 余家成员企业加入 SBTi，总市值超过 20 万亿美元。70%以上的企业集中在高度国际化产业，如机电设备、化工等。世界 500 强企业中超过20%已加入 SBTi。对于企业绿电采购的需求的提升，政府的政策目标持续发挥关键和积极的作用，同时投资机构的投资倾向和经济社会的减碳氛围也使企业将可再生能源利用作为其承担社会责任的重要表现形式。另外，可再生能源利用的低成本和低风险也促使企业的需求大幅增加。绿电采购需求也随着供应链管控的企业内部政策和一些国家的供应链法的制定由各个行业的龙头企业向其供应链企业外溢。4.虚拟电厂5.绿色电力消费1716中国未来发电：可再生能源引领绿色创新与开放共享发展根据 RE100 的统计，其成员平均实现 100%绿电消费的时间为2028 年，全部成员的绿电消费占比达到了 41%，超过 75%的成员承诺了 2030 年之前实现 100%的绿电消费。企业可以通过多种方式获取绿电，包括自发自用（现场或异地）、通过公用事业公司的绿电采购套餐进行采购、从可再生能源发电企业购买环境属性证书、以及越来越多的与可再生能源发电企业签订长期购电协议（PPA）。从 RE100 会员获取绿电的方式来看，最主要的仍是通过购买环境属性证书来完成，但越来越多的企业通过 PPA 的方式来采购绿电，PPA 形式的绿电采购规模从 2015 年的 3.3%增长至 2019 年的 26%。根据彭博新能源财经（BNEF）统计，尽管受到新冠疫情的影响，2020 年全球企业绿电采购规模同比仍增长了 18%。北美占新增企业采购容量的大部分，亚马逊是领先的企业绿电采购商。非电领域的可再生能源应用也逐渐进入企业采购的视野，尤其是在钢铁、水泥和化工等能源密集型的行业，相关的需求正在增长，对于氢燃料的关注度也大幅提升。一些传统制造企业不但积极采购绿色电力，还加大技术创新，深度参与电力需求响应、推动建立新型电力系统。例如，德国是制造业大国，政府和企业高度重视工业部门参与电力需求响应。2014 年以来，德国 Trimet 公司对电解铝电解槽进行了技术改造，当电力供需和市场价格发生变化，电解槽自动调整电流和控制，调整幅度可以达到额定电流的 25%，时长最长达到 48 小时，同时保证电解槽的平稳运行。Trimet 公司的电解槽储能，实质是电解铝负荷参与电网调峰，通过升高或降低电解槽电流强度，维持电网供需平衡，是一种虚拟储能。在新能源发电量高于电网正常用电量时，提高电解槽电流强度，消纳多余电量；在电网供电量匮乏时，降低电解槽电流强度，少用电来保障德国电网的稳定。自 2014 年开始，这一模式已经向电网提供了将近千次调峰服务。降低电解槽电流可获得德国电网的政策补贴，消纳多余电量时电价较低，能出现零电价甚至负电价。在该机制下，电解铝企业参与电网调峰的积极性很高，在维护电网稳定的同时，通过电网对企业的补偿和低电价电量的使用，增加了企业的经济效益，实现了电解铝企业和电网公司的双赢。图1-10 RE100分区域会员数量（绿）以及绿电消费量（橙）的比较数据来源：RE100 2021 Annual Disclosure Report.图1-11 2020年欧洲MR覆盖范围资料来源：All NEMO Committee随着越来越多国家和地区进入高比例可再生能源发展阶段，波动性新能源对电力系统运行和电力市场价格的影响越来越显著。通过更大规模电网互联互通和电力市场融合促进新能源发展成为普遍趋势，欧洲在这个方面走在了世界前列。欧洲电力传输网络系统运营商（ENTSO-E）成立于 2008 年，由35 个成员国的 42 个输电网络运营商（TSO）组成，包括欧洲大陆、北欧、波罗的海、英国、爱尔兰五个同步电网区域，以及北非等与欧洲大陆同步的区域、冰岛等独立的电网系统。欧盟和 ENTSO-E 自 2011 年致力于提升欧洲电力系统集成度和建设欧洲内部统一的电力市场，以实现欧洲国家之间电力传输能力的提升，更有效和低成本的配置资源和提升欧洲各个电网之间的互济能力，积极消除欧洲国家间的电力贸易壁垒，最终建立一个更具有竞争性的、以用户为中心的、灵活的和不歧视的欧洲电力市场，同时将具有自然垄断属性的系统运行与市场和竞争解绑。欧洲电力市场耦合指的不是在单一市场中竞价并开展统筹调度，而是采用同样的算法确定电力市场的电价和电力流。早在 2006 年，欧洲跨境耦合的日前电力现货市场启动；2014年在欧洲西北部地区 17 个电力交易机构和电网运营商的共同支持下，以 Euphemia 算法（Pan-European Hybrid Electricity Market Integration Algorithm）为基础的区域电价耦合（PCR，Price Coupling of Regions）机制正式上线运行，随着欧洲中部和南部更多的国家加入，PCR逐步升级为多区域电价耦合（MRC，Multi-Regional Coupling）机制；2018 年，跨境耦合的日内电力市场也成功上线运行。截至 2020 年底，MRC 已经覆盖了欧洲 19 个国家、85%的年用电量，下一步将与东欧 4 国（匈牙利、斯洛伐克、捷克和罗马尼亚）的算法机制进行融合。基于统一的电力市场和耦合的电力系统，欧洲的“2030 年可再生能源发电量占比达到 50%以上”的可再生能源目标，可以直接纳入电力市场设计当中。除此之外，市场设计还要求市场需要为储能和需求侧提供相应的价格激励，以提升系统的灵活性。6.电网互联互通和市场融合1918中国未来发电：可再生能源引领绿色创新与开放共享发展以德国为例，目前德国已与周边 7 个国家实现联网，年输出电量约为 600-700亿千瓦时，年输入量为 200-400 亿千瓦时，与大部分国家均有双向的电量传输，为可再生能源在更大范围内的高效消纳提供保障。通过电网的互联和日内市场的应用，欧洲各地的可再生能源发电的波动性可以在更大的范围内进行平滑，北欧的大型水电、工业需求响应以及其他类型的系统灵活性可以进行跨国的调用，而可再生能源发电较多的国家可将多余的可再生能源电力送至其他国家消纳。德国的能源转型很好地利用了欧洲的整体资源，并主导和推动这一进程。北欧电力市场的良好运行已初步证明跨越国界发展可再生能源可带来更高的系统效率和更低的系统成本。图 1-12 2021年11月12日某时刻Nord Pool日前市场的系统电价和区域电价资料来源：Norl Pool图1-13 欧洲各国电量传输情况资料来源：ENTSO-E图1-14 福岛电制氢设施及周边产业环节来源：TOSHIBA FH2R Project电转氢技术将富余的可再生能源转化为化学能，运用于电力系统中有望实现富余可再生能源的大规模消纳。氢在交通、发电以及化工领域具有广阔应用前景，发展面向可再生能源的 P2X技术是提升高比例可再生能源利用效率的一条重要途径。IEA研究表明当前正是发挥氢能在清洁、安全和经济的未来能源中潜力的关键时刻，尤其是扩大氢能的技术规模、降低成本的重要时机。日本政府 2017 年制定的氢基本战略号召开展包括大规模制氢、长时间氢储藏和在燃料电池动力、电网负荷调整（基于需求响应）、功率波动大的可再生能源发电入网等多方面应用的研究。由日本国立的新能源产业技术综合开发机构（NEDO）牵头，东芝能源系统、东北电力、岩谷产业三家企业联合于 2018年开始在福岛县浪江町棚盐工业区建造氢能研究场，2020 年 2月末完成施工，3 月 7 日开始运行。该设施在 18 万平方米场地内铺设了 20 兆瓦太阳能发电装置，接入 10 兆瓦电解水制氢装置，设计生产能力每小时 1200 标准立方米氢气。开始运行期间能够年产 200 吨氢气，生产过程中二氧化碳净排放为零。生产的氢气预计主要以压缩罐车和气瓶组的形式供应福岛县和东京都市场。氢产量和储存量将根据对市场需求的研判进行。氢产量还将适应电力系统负荷调整的需要进行调节，以满足用电供需平衡的要求，最终不使用蓄电池而通过利用电能-氢能之间的转化实现电网负荷调整达到供需平衡。具体实施中，东芝能源系统负责项目协调及氢能系统，东北电力负责电力系统及相关控制系统，岩谷产业负责氢的需求预测系统和氢的储存、供给。7.电转氢技术P2X（Power to X）2120中国未来发电：可再生能源引领绿色创新与开放共享发展二、中国未来电力的愿景与场景2322中国未来发电：可再生能源引领绿色创新与开放共享发展(一)中国未来电力发展的战略考量(1).经济转向中高速增长，中国步入高收入国家行列经过改革开放以来四十年的经济快速发展，2020 年中国人均GDP 达到 10504 美元，正处于由中高收入向高收入阶段迈进的关键时期。从国际经验看，高速增长经济体在进入中高收入阶段后，都经历过经济明显减速和换挡的过程，且绝大部分国家的经济减速都发生在中等收入阶段。中国潜在经济增长率将趋于下降，中国经济处于从高速增长向高质量发展的转换期。考虑到 2035 年基本实现现代化的目标，预计“十四五”期间 GDP 增速将保持在 6%左右；2026-2030 年，GDP 增速下调至5.6%；