海南清洁能源岛电力部门转型路径.pdf

1 海南清洁能源岛 电力部门转型路径 2020年10月 2 目录目录 1.执行摘要.5 1.1 情景方法与电力系统建模.6 1.2 主要结果与分析.6 1.3 作为能源改革试点的海南.9 1.4 区域背景下的海南能源改革.9 缩写.10 2.相关背景简介.11 2.1 海南省社会经济发展概况.11 2.2 海南省能源发展概况.11 2.3 海南省能源发展前景：海南清洁能源岛.11 2.4 海南省能源发展面临的挑战.12 3.海南未来能源发展的可选路径.13 3.1 使用燃气、可再生能源及核能作为清洁能源.13 3.2 地区电力需求侧管理.13 3.3 绿色能源省际交易.13 4.长期能源情景.14 4.1 长期能源情景的作用.14 4.2 CREO情景和建模的作用.14 4.3 从国家到省级的建模比例调整.15 5.长期能源情景建模.16 5.1 EDO情景分析概论.16 5.2 核心假设.16 5.3 情景设置.18 5.4 核心情景.19 5.5 敏感性因素.19 6.长期能源情景结果.21 6.1 常规发展（BAU）情景.21 3 6.2 清洁能源岛（CEI）情景.24 6.3 敏感性分析.31 7.结论.34 8.附件1：建模假设和方法.36 8.1 以CREO 2019为起点.36 8.2 将CREO情景应用于海南省和南网覆盖区.36 8.3 CREO情景的核心理念.37 8.4 在EDO中对电力和区域供热部门建模.39 8.5 EDO中的地理拓扑.41 8.6 电网数据和假设.41 8.7 电力需求预测.44 8.8 发电.46 8.9 燃料成本.50 8.10 技术目录.52 4 鸣谢 此出版物由丹麦能源署和丹麦能源咨询公司 Ea Energy Analyses联合制作。联系信息 Giulia De Zotti 丹麦能源署 gidzens.dk 图片来源 封面照片由Colourbox提供 5 1.执行摘要执行摘要 海南省由海南岛及中国南海的其他岛屿构成。海南省经济发展迅速，人口高速增长，因此海南省的能源需求也增长迅猛。预计到2035年，海南的电力需求可能会增长三倍。目前，海南省电力主要依赖煤炭和核能等非可再生能源。2019年5月，中国政府发布了国家生态文明试验区（海南）实施方案1，计划在2030年之前在海南省建成一个清洁能源发展的示范区。海南省清洁能源的发展与中国建设清洁、低碳、安全、高效的现代能源体系的总体战略2密不可分，它既是构建生态文明的部分内容，也与中国正在进行的电力市场改革息息相关。中国国家可再生能源中心（CNREC）每年都会发布一份中国可再生能源展望（CREO）报告，报告基于全面的能源体系建模，详细阐述中国能源体系的主要发展情景，对中国的清洁能源转型进行了专门分析。本报告采用CREO的建模工具和情景，分析了在2030年之前实现海南清洁能源发展目标的可行途径，报告解决的主要问题如下：海南的电力部门如何转型并为实现清洁能源岛政策目标做出贡献？以及最低成本的方法是什么？有哪些替代方案？分析表明鉴于海南清洁能源岛（CEI）政策会对更大范围的能源体系产生切实的影响，所以必须与周边省份进行政策协调和市场设计协调。1 “中共中央办公厅 国务院办公厅印发国家生态文明试验区（海南）实施方案,”新华社,2019年5月12日，访问链接 http:/ https:/ 可以通过减少电力输出，增加可再生能源发电，去除发电构成中的煤炭，落实清洁能源发展路径。o 与常规发展相比，清洁能源发展路径的年度成本仅提高2%。o 风电和太阳能发电是取代煤炭发电的最低成本路径。关于未来步骤的主要建议：o 结合更大范围的区域背景，执行本地电力系统分析。o 进行全面且系统化的分析，确保有效的平衡资源以及具有成本效益的能源转型。o 分析如何通过电力市场改革，有效协调支持CEI目标的政策机制。o 深化能源系统研究，争取2025年之前实现非化石能源占海南一次能源消费比重50%的短期目标。6 1.1 情景方法与电力系统建模 本报告使用中国国家可再生能源中心（CNREC）的电力和区域供热优化模型（EDO）进行了分析，通过模型找出在满足清洁能源目标和国家政策限制的前提下，对现有及规划发电和输电容量的最优成本投资方案。本报告以2019年中国可再生能源展望（CREO）作为研究的基础，并使用了CREO中关于既有政策情景的关键假设和数据。本报告重点分析了如下两种核心情景：o 常规发展（BAU）：在维持现行政策情况下，能源体系的在未来的变化趋势。o 清洁能源岛（CEI）：基于海南在2030年之前减少燃煤发电量、增加低碳能源技术的计划，设定相关变量条件。在CEI情景下，还提出了三种不同的变化情况，分别是通过提高天然气发电、核能发电或输电容量，实现既定目标的可能路径。图1-1：情景和敏感性概览。1.2 主要结果与分析 在BAU情景下，核电装机量不断提高。到2030年，核电在海南发电构成中的占比将达到51%，风电和太阳能发电在发电构成中占比分别为11%和17%。由于核电装机的提升，海南省与广东省间平均输电流向也将逆转：截至2020年，广东省仍需为海南省输送电力。而到2030年，海南省预计将向广东省净输出4.3太瓦时电力。图1-2：海南2020及2030年的发电构成，BAU和CEI情景的比较。7 2030 海南CEI目标是在BAU情景下，将2030年的可再生能源占比从36%提高到44%。与BAU情景不同，CEI情景的目标是在2030年完全淘汰煤电。通过提高风电和光伏发电量取代煤电，同时减少电力外送。模型结果中，核电比重的提高就是由于电力净输出量的下降导致海南省总发电量有所降低。CEI情景未分析新增水电，因此在两种情景中水电的比重和发电量是一样的。图1-3：CEI目标对2030年海南年度发电量及输出量（太瓦时）和年度系统成本（百万元）的影响。CEI情景与BAU情景的比较。注：正数代表CEI情景下相对于BAU情景更高的发电量和更低的输出量。8 2030到2035年期间，为实现海南清洁能源目标，需在电力部门投入附加成本大约为每年4亿元。按每吨二氧化碳减排分摊计算，2030年的附加成本大约为50-60元/吨，该数值相对较低。附加成本来源于太阳能发电装机、电池储能和电力传输的附加投资。到2030年，BAU情景下海南清洁和低碳能源体系中电力部门的年度二氧化碳排放量为700万吨，而在CEI情景下，此排放量下降到130万吨。2020到2030年期间，CEI情景下减排比例为91%，而在BAU情景下，此比例为36%。BAU情景下，海南电力部门的碳排放量减少36%，而CEI情景下的目标是相对2020年减少100%。图1-4：BAU和CEI情景下海南电力部门的CO2排放量，百万吨。所有敏感性情景都会改变海南的发电构成和输出/输入平衡。在分析中，天然气使用量及输电装机提高之后，从海南输出到广东的可再生能源发电量，及中国南方电网在海南之外的可再生能源发电量都会发生变化。在利用更多核电的情景下，海南的可再生能源发电被核电所替代。任何该等替代都不影响CO2排放，不论是在中国南方电网区域还是在海南省内部。图1-5：CEI目标对海南年发电量和输入量的影响，2030年CEI和敏感性与BAU情景的比较，太瓦时。注：正数代表CEI情景下相对于BAU情景的更高发电量/输入量。此处，输入的正数代表从海南到广东输出量的下降。9 此分析表明在满足减少煤炭消耗目标的可选路径中，风电和太阳能发电提供了最低成本的路径。天然气不仅价格昂贵、依赖进口，且仍会产生碳排放。核电清洁没有碳排放，但有价格标签。海南岛与中国大陆之间的电力输送也是重要的路径之一，但存在输电线路过度建设的隐患，所以必须在未来对此进行追踪分析，同时该路径无法确保输入的电力是零碳排放的。图1-6：实现海南清洁能源岛的可选路径。图片简单标示了每一种技术路径在一些考量因素上的表现。符号代表“优势”与“劣势”或者介于两者之间。1.3 作为能源改革试点的海南 尽管能源需求预期会有所增长，但前述分析表明，海南有丰富的可再生能源可用于发电，例如风能和太阳能。通过利用这些丰富的天然资源，可再生能源在海南能源构成中的比重有望提高。海南作为中国能源革命的试点地区，将为中国未来的能源改革提供宝贵的参考经验与规划范本。1.4 区域背景下的海南能源改革 随着海南省发电构成趋向使用更多的清洁能源，在评估政策措施时，还必须考虑相邻区域的发电构成。在CEI情景下，海南的煤炭用量的降低会被大陆侧的发电量抵消，在短期内该因素尤为显著。鉴于海南的CEI路径是净正值，因此在针对海南岛设定的限制与区域性电力交易系统及可再生能源电力消耗之间，必须有政策衔接。这反映了海南能源综合改革方案中的各项政策的优先级，并强调构筑一个统一、开放、有序竞争的市场。10 缩写缩写 BAU 常规发展 CEI 清洁能源岛 CNREC 中国国家可再生能源中心 CREAM 中国可再生能源分析模型 CREO 中国可再生能源展望 CSG 中国南方电网 DEA 丹麦能源署 EPPEI 电力规划设计总院 ERI 能源研究所 ETS 碳排放交易体系 EV 电动汽车 FYP 五年规划 NDC 国家自主贡献 NDRC 国家发展和改革委员会 PV 太阳能光伏 RE 可再生能源 TSO 输电系统运营商 V2G 车辆与电网互联 11 2.相关背景简介相关背景简介 2.1 海南省社会经济发展概况 海南省由中国南海的岛屿构成。陆地面积3.54万平方公里。海南省的人口稳定增长。2019年，海南常驻人口达到945万（其中59%为城镇人口），相比前一年增加了14万。预计到2030年，海南的人口将达到1248万。海南省气候温暖，是一个海滨沙滩为主要特色的旅游胜地。2018年4月起，海南省成为多项重要改革任务的试点区域，未来以现代服务业和海洋经济、推动旅游业、改善农业为主要发展方向。这些改革推动了海南经济的增速。根据海南省经济和社会发展“十三五规划”（FYP），预计到2020年底，海南GDP的年平均增速将达到8.5%，相比2010年增长一倍以上。在“十四五规划”（2021-2025）中，海南的GDP预计将以12%的年平均增速快速增长。2.2 海南省能源发展概况 海南海南省省经济和人口经济和人口的的不断增长，对能源需求产生了巨大影响。不断增长，对能源需求产生了巨大影响。2018年，海南的能源消费总量为2200万吨标准煤当量，相比前一年增长了4%，人均能源消费量为2.4吨标准煤当量。电力消费量为32.7太瓦时，从2015年到2018年的年平均增长率为6.4%。2035年，海南省的电力消费总量预计将达到105太瓦时，而2026年到2025年之间的电力消费总量的年增长率将达到5.2%3。本研究报告基于电力规划设计总院（EPPEI）的分析，假设海南的电力需求更加平稳。假设2030年的年电力需求为58太瓦时，2035年为72太瓦时，2020到2035年之间的年平均增长率为4.2%。海南的能源需求逐年上升。目前海南目前海南省省主要依赖主要依赖煤电煤电和核电。和核电。2018年，海南省的装机容量为9,130兆瓦，相比2015年增加了35%。该省装机容量的构成为：38%煤电，14%核电，13%太阳能光伏发电，9%水电和8%天然气发电。2018年，海南省的能源生产总量为406万吨标准煤当量，相比前一年增长了5.8%。原油和天然气的产量分别为43万和13万吨标准煤当量左右，水电和风电的总生产量为350万吨标准煤当量。2.3 海南省能源发展前景：海南清洁能源岛 海南省为该省的能源发展提出了一系列具有挑战性的规划，即在2030年成为清洁能能源岛（CEI），优先发展低碳技术，减少对煤炭的依赖性。2018年4月，政府文件关于支持海南全面深化改革开放的指导意见提出支持海南进行全面能源改革，集中关注电力和供气的体制改革。3“海南能源发展现状,”中国南方电网,2019年,研讨会讲座,北京。12 规划推动了海南省清洁、低碳、安全及高效能源体系的发展。2019年3月，海南省发布了清洁能源汽车发展规划（2019-2030）公布了实现全清洁能源汽车的官方目标，即自2030年起全面禁止销售燃油汽车，提高电动汽车数量4。2019年5月，政府文件国家生态文明试验区（海南）实施方案5提出建设清洁能源发展示范区、增加可再生能源发电量、利用需求响应提高能源效率。2020年7月，海南能源综合改革方案正式颁布6，方案除了提出一些相关措施外，还设定了以下各项目标：到2025年，清洁能源占一次能源消费比重达50%左右；到2035年，基本实现清洁、低碳、安全、高效的能源体系转型。2.4 海南省能源发展面临的挑战 为了建成清洁能源岛，应对不断增加的能源需求，海南必须解决能源体系中经济和运营方面的种种问题。海南省需要巩固能源基础设施建设。海南省的供电可靠性相对较低，用户年平均断电时长为15.7小时。海南省能源供应成本高昂。目前，海南省的供电成本仅次于上海，在全国排名第二。而清洁能源转型有可能进一步拉高能源消费成本，从而限制海南的经济和工业发展。海南省尚未建立成熟的能源市场机制。2018年11月，海南省发起首次电力交易项目，但只有4家发电厂和11个电力用户参与。电力市场的参与者不多，难以实现有效的竞争。海南省需要加快电能替代的步伐。海南省提出了加速推广绿色汽车以及节能环保型汽车的计划，到2030年全面禁售燃油汽车。为了实现这一具有挑战性的目标，电动汽车的发展以及配套基础设施的建造亟待增速。海南还未建立峰值负荷调节辅助服务的成本补偿机制。因为核电所占比重较高，海南必须建造峰值负荷调节发电机和输电线路，以满足产生的峰值负荷资源短缺，包括抽水蓄能、天然气发电以及与大陆连接的海底电缆。但目前海南省对于此种峰值负荷调节资源仍然缺少收回相关投资的有效机制。为了建成清洁能源岛，应对不断增加的能源需求，海南省必须解决能源体系中经济和运营方面的种种问题。4“Briefing-Hainans Clean Energy Vehicle Development Plan,”国际清洁运输理事会,2019年4月,访问链接 https:/theicct.org/sites/default/files/publications/Hainan_Clean_Energy_Vehicle_Dev_20190426.pdf。5“中共中央办公厅 国务院办公厅印发国家生态文明试验区（海南）实施方案,”新华社,2019年5月12日,访问链接 http:/ https:/ 3.海南未来能源发展的可选路径海南未来能源发展的可选路径 对各种机遇及可选的解决方案进行完备的研究，是海南省建设清洁、低碳、安全、高效的能源体系的必行之举。3.1 使用燃气、可再生能源及核能作为清洁能源 海南省拥有一定油、气资源储备，这些资源主要位于中国南海。根据已公布的信息，海南已探明的石油地质储量大约为163亿吨，天然气大约为32万亿立方米，天然气水合物大约为643亿吨油当量。海南省可再生能源资源禀赋。风电方面，海南省海上风电的技术潜力预计约为4250兆瓦，陆上风电约为1300兆瓦，利用这些风能资源需要638平方千米的面积。在太阳能方面，海南省属于太阳能资源富饶或者中等富饶区，理论装机容量为25250兆瓦。海南省也拥有丰富的生物质能、潮汐能和地热能。此外，海南省水电资源的理论储备量为1039兆瓦。目前，因为其环境影响以及需在沿海地区部署等原因，有声音表示可再生能源项目可能会影响旅游业。可采取推广生态旅游、进行环境影响评价等举措降低这一不利影响。海南可能进一步扩大核电装机。两个新建的核反应堆将于2025和2026年开始运营。但是，中国铀资源相对有限7，中国在铀方面对外国的依赖性预计比石油更高，因此过度依赖核电会影响中国的能源独立性。此外，在进一步讨论海南的核电发展时，应考虑环境影响和投资成本。3.2 地区电力需求侧管理 除了开发能源产生的潜力之外，海南也可对能源消耗进行优化。随着数字化和智能电网的引入，可以调整能源需求、适应具有间歇性的可再生能源发电，并支持具有成本效益和环境可持续性的电力供需平衡。例如，可以为大型工业负荷和居民住宅用户装配智能电表，提高其能源消费意识。使用独立控制器追踪动态电价，在经济方便时安排消费，确保使用舒适度。此外，随着海南电动汽车数量的不断增长，如果电池的动态充/放电得以落实，那么停放状态的车辆将提供客观的电力灵活性。3.3 绿色能源省际交易 利用跨省联网线路也是海南省能源改革可选途径之一。海南已接入输电系统运营商（TSO）中国南方电网（CSG），与广东、云南、贵州和广西彼此连接。通过海底电缆，海南的电力系统与广东电网连接。云南省可利用的水电资源排名中国第三，水力发电可向海南省输出。利用跨省联网线路开发具有成本效益的绿色能源，可支持海南省实现其绿色能源目标。但云南和广东之间的传输能力不足，没有充分的政策框架支持，难以实现运作良好的省际市场，所以云南的水电目前正受到严重限电的影响（31.2太瓦时，即2016年水电发电量的13.7%）。这些条件限制了邻近省份之间的电力交易。7 Xing Wanli,Chen Shan,“The Forecast of Demand and Supply Plan of Chinas Uranium Resources to 2030,”第六届信息、环境、能源与应用国际会议论文集,2017年3月,访问链接 https:/dl.acm.org/doi/pdf/10.1145/3070617.3070639。14 4.长期能源情景长期能源情景 4.1 长期能源情景的作用 能源体系情景描述了关于未来的可能假设以及相应的路径，是帮助决策者应对不确定性，制定长远规划的有效工具。除了描述可能的未来与路径的共性之外，它还将能源情景分成三个类别：预测、探索和预期。预测情景旨在基于现状以及观察到的趋势，描述可能的未来。要描述维持现有政策状态下（也称为“常规发展”（BAU）情景）能源体系的预期演变时，经常使用预测能源情景。探索情景不仅是考虑现状，还旨在基于不同假设，通常是基于对不同驱动因素的定性评价，探索可能的不确定未来。比如，探索可能采取的不同政策措施在能源体系演变过程中产生的影响及其气候影响。预期情景（也称为“标准”情景）正好相反：先确定未来的最终愿景，再倒推找出可能将现状与未来愿景连接起来的路径。采用此种方式，无法确认今天做出的具体决策会产生怎样的影响，而是提供信息说明需要做出哪些决定才能实现特定的未来状态。在能源领域，最典型的用途之一就是确认需要哪些措施才能实现特定的目标，例如，如何将全球气温上升限制在1.5以下。长期能源规划模型的目标主要是为未来能源体系的战略、运营和政治决策提供支持。通过此种方式，可以分析现有政策的影响、预计引进新政策的影响或者创设实现具体目标的新政策。4.2 CREO情景和建模的作用 国家发展和改革委员会（NDRC）下辖的能源研究所（ERI）自2011年起，开发了一套中国背景下的能源体系情景工具和情景方法，并通过多份报告，公布了中国情景分析的结果，包括中国可再生能源展望（CREO）年度报告。CREO的方法聚焦于开发两种主要情景：预测既有政策情景，表述坚决落实已宣布政策的影响；和预期低于2度情景，展示中国实现生态文明远大目标的路径以及中国在履行巴黎协定过程中可能发挥的作用。情景的设计目的是实现以下目的：o 就不同能源部门未来的发展提供一致性、逻辑框架，包括不同部门之间的相互关系。o 提供明确、可量化的长期愿景。介绍此愿景中能源体系的构成及其背后的推理。o 清晰描述现状、趋势、市场和政策方向，并将此投映到未来。国家情景是阐明中国顺利完成清洁、低碳、安全、高效的能源体系转型及现代社会主义经济开发的设置。更具体地说，就是确定了三个总体目标：o 确保成本合理的能源供应，支持中国的可持续经济发展。到2050年，实现30000美元（依据2005年的美元）人均GDP的经济目标；o 保障能源环境，通过临时解决方案以及根本性解决方案，解决PM2.5空气污染问题，满足世界卫生组织设定的PM2.5排放标准；o 保障低能源气候影响，以落实中国对巴黎协定的承诺，延续低碳发展路径至21世纪末，为15 全球温升低于2并争取低于1.5的目标做出贡献。因此，CREO情景是适合研究区域及各省绿色能源未来发展的适当框架。4.3 从国家到省级的建模比例调整 在地区分析中，可应用国家层面的CREO情景作为更详细的地区分析的框架及边界条件。此种情况下，边界条件包括进出焦点地区的电力流动，以及该地区对满足国家政策目标及情景中能源转型战略所设定边界的贡献。聚焦于小区域时，我们可以为本地模型模拟增添更多细节，执行更多变体，对结果的阐释也更加容易。在不同的模拟中，焦点地区和周边体系之间的相互依赖是稳定的。国家情景为地区深度分析提供锚点。使用2019年国家层面的CREO情景结果作为起点，设置边界条件，作为此项研究中南网地区性分析的输入数据。这些边界条件可能包括：1）与深度分析地区以外的邻近区域的交易动态；2）深度分析地区在满足国家战略或要求中所分配的份额。CREO情景中落实的国家战略或要求在深度分析中依然有效。在CREO情景中，确定焦点地区以外的体系对要求的贡献。之后，在深度模拟中采用此种贡献，将国家要求转变为应用于焦点地区的本地要求。通过限制地理范围、降低计算复杂性，地区深度模拟具有提高计算速度和/或提升细节级别的优势：提高模拟的时间分辨率，或者更具细粒度地呈现电力体系。地区深度建模非常适合要求很多模拟变体的分析。在本研究中，南网情景在CREO既有政策情景中是固定的。预运行涵盖中国大陆的全部地区。使用此模拟的结果设定南网及其邻近区域之间电力传输的边界条件。南网电力系统的边界条件由进出外部地区的输电以及对国家政策的外部贡献构成。使用预运行结果中的输入及输出量作为固定的传输状况。表4-1展示了南网地区的电力年净输出额。表4-1：南网地区到中国其他地区的电力年净输出额，太瓦时。输出输出自自 输输入入至至 2020 2025 2030 2035 云南云南 四川四川 13 13 8 12 浙江浙江 10 10 5 8 贵州贵州 湖南湖南 33 40 36 33 广东广东 湖北湖北 25 12 1 0.3 湖南湖南 3 20 4 4 总计总计 85 95 54 57 16 5.长期能源情景建模长期能源情景建模 5.1 EDO情景分析概论 该报告使用中国国家可再生能源中心（CNREC）的电力和区域供热优化模型（EDO）进行了分析。EDO是中国可再生能源分析模型（CREAM）的重要组成部分，能够解释如何满足并平衡电力和区域供热需求（源于CREAM最终使用模型）。EDO是基于Balmorel模型8一种模拟电力体系和市场的开源经济/技术局部均衡模型。模型能够解决线性规划问题，优化电力和区域供热一体化系统。它综合了扩容模型、机组组合及经济调度模型。同时优化了投资、机组组合和调度。模型优化了现有及规划中发电机组的发电。此模型也能够考虑到对发电和输电容量的追加投资以及对现有发电技术的翻修。基本上，模型通过总成本（包括资本、运营和维护以及燃料成本）最低化，为电力和区域供热部门找出成本最优的解决方案，并满足解决方案的预设约束条件，比如必须实现的具体目标或政策。电力和区域供热部门的成本最优解决方案 5.2 核心假设 本报告应用CREO 2019情景作为框架和边界条件，并结合2035年之前南网的覆盖范围对海南省进行分析。接下来的15年内，即从现在到2035年，中国将进入工业化和城镇化的中后期。中国将拥有世界最大的制造业、服务业、城市群以及中高收入人群。中国的经济增长模式正在经历重大变革，要结合其他国家政策重点设计海南的清洁能源岛发展道路。CREO 2019的既有政策情景是此项研究的起点。既有政策情景表述的是贯彻落实已宣布的政策 既有政策情景假设全面贯彻落实“十三五规划”和中国共产党十九大报告中表述的能源部门及相关政策。第一要务是努力打造清洁、低碳、安全、高效的能源供应。情景也包括在2030年之前实现碳排放达峰的国家自主贡献（NDC）气候目标、蓝天保卫战计划的影响、能源生产和消费革命战略的方面以及国家排放交易方案。8“Balmorel,”Balmorel能源系统模型,于2020年访问链接 。17 关于CREO 2019情景的更多细节，参考附录8.1-8.3中的相关内容和CREO 2019报告。电力需求预测 中国大陆的电力需求预测是基于CREO 2019既有政策情景执行的需求侧建模。在此预测中，电力需求到2020年将达到7700太瓦时，到2035年将达到11900太瓦时，到2050年将达到13200太瓦时，而电气化水平将达到54%。其中包括电网损失和发电的自消耗。整个社会的电力需求由外部提供的最终用途电力需求（基于LEAP模型）加上电网损失、发电的自消耗（包括储能损失）以及电转热的内源消费构成。最终用途的电力需求如表5-1所示。基于EPPEI的输入数据，结合CREO 2019地区需求分布，更新海南的电力需求。表5-1：电力需求预测（不包括电网损失和发电的自消费），太瓦时。中国大陆中国大陆 中国南方电网中国南方电网 海南 云南 广西 贵州 广东 2018 6010 29 147 150 130 555 2020 6796 41 169 170 154 617 2025 8469 47 214 222 195 743 2030 9822 61 251 2714 231 833 2035 10762 75 277 306 256 890 省际传输限制 为了模拟电力系统中发电装机的经济调度，模型考虑了电力系统中最重要的传输限制。此种限制为南网覆盖范围下5个省份之间的传输限制。传输限制代表可在不同地区之间流动的最大电量，以容量定义，单位为吉瓦。在模型中，到2020年不同省份之间的传输限制如表5-2所示，单位为吉瓦。表5-2：模型中包含的传输限制（为从“行”所代表地区到“列”所代表地区的容量），2020年，吉瓦。输入地区输入地区 输出地区输出地区 广东广东 广西广西 贵州贵州 海南海南 云南云南 广东广东-14.4 7.4 1.2 25.3 广西广西 14.4-8.0-3.8 贵州贵州 7.4 8.0-海南海南 1.2-云南云南 25.3 3.8-南网区域内省际传输容量的很大一部分属于国家重点项目，包括云南到广东的直流连接。其中包括2009年完工的云南-广州线路、2013年完工的糯扎渡-广东线路以及2017年完工的云南-广东西北部（深圳）线路均为800千伏的特高压直流线路。比较CREO情景与当前容量（南网），更新海南-广东联网线路容量。18 图5-1：中国南方电网的特高压基础设施9。5.3 情景设置 使用此分析中的情景设置量化海南的CEI目标在近期及中期未来对海南省和南网地区的影响。CEI情景呈现了CEI目标在电力部门的具体内容，并将CEI情景与未设定绿色能源目标的参考情景或者BAU情景进行比较。通过呈现各种路径下的CEI情景，进一步量化经过优化的核心CEI情景，其中关注的路径主要为天然气、核能和输电互联。图5-2：分析中的情景概览。研究关注的地理区域 此报告关注地理区域是南网的覆盖范围，因为研究南网覆盖范围足以呈现海南的发展情况以及海南CEI政策可能与周边省份产生的相关交互和反馈。缩小地理范围（与中国大陆的建模相比）可以提高时间分辨率（即减少时间聚合），提高分析结果的精确性。为了呈现南网与中国其他地方的交互作用，在中国大陆范围内完成试运行（见章节4.3的描述）。在核心情景中，使用此模拟的结果设定南网及其邻近区域之间电力传输的边界条件等。9 Peter Fairley,“为什么中国南方要拆分自己的电网,”IEEE,2016年,访问链接 https:/spectrum.ieee.org/energy/the-smarter-grid/why-southern-china-broke-up-its-power-grid。19 时间范围和分辨率 该模型针对近期和中期未来模拟，模拟年份为：2020、2025、2030和2035，对应于三个五年规划。今年，即2020年，是“十三五规划”期限的最后一年，也是分析的开端。目前，关于“十四五规划”（2021-2025）要素的审议仍在进行中。因此在此分析的背景下，2025年可完成的成果是2030年之前发展路径的重要试金石。2030年是下一个关键里程碑，也是CEI目标的目标年。2030也是实现20%非化石能源的中期能源转型目标的年份，以及中国根据官方政策应该实现碳排放达峰的前一年。它也是中国能源生产和消费革命战略的终止年份，此战略还设定了非化石能源发电量占比50%的目标。2035年是实现2050年（2049年）目标即建成“富强民主和谐美丽的社会主义现代化强国”的半程标志，中国预计在2035年之前实现社会主义现代化。5.4 核心情景 本报告分析描述了两种主要情景，研究并预测在不同情景下海南省按照政府文件国家生态文明试验区实施方案的政府文件（2019年5月）中的要求，加速绿色能源转型，在2030年前建设清洁能源岛的结果。1.BAU：BAU情景说明的是在现行政策之外，不采取任何行动减少海南污染性燃料消费所带来的未来状况。此种情景可视作CREO 2019中的既有政策情景，其焦点地理范围仅限于南网覆盖范围。2.CEI：CEI情景减少了海南在2030年之前的耗煤量，且到2030年，不再允许使用任何煤炭。2020年（允许的耗煤量与BAU情景下的水平相同：112.5皮焦耳）到2030年之间，耗煤量呈现下降之势。海南省耗煤量的下降以及由此造成的燃煤发电量的下降不应被化石燃料发电量的输入所取代。为了防止其他南网覆盖地区化石燃料发电量的抵消性增长，限制煤炭、天然气和核能的消费量不得超过BAU情景中的水平，即不允许海南省通过进口化石燃料发电来实现其目标。两种核心情景：清洁能源岛情景和作为参考的BAU情景。两种情景有相同的边界条件，呈现南网与周边地区之间的传输。这种设置在能源体系演变的背景下，为比较海南省可采取的两种合理路径以及实现目标的总系统成本提供了一个框架。5.5 敏感性因素 海南省耗煤量的下降会造成发电赤字，这种赤字可通过四种方式补偿：1)提高可再生能源发电量，2)提高气电发电量，3)提高核电发电量，以及 4)提高电力输入量或者减少输出量（从其他南网覆盖区域）。主要的CEI情景论证了基于最低成本的优化方式，但可能受到其他政策限制的影响。为了更彻底地研究替代选择及其彼此之间的平衡，需要执行敏感性分析。三种替代情景突出了替代路径。20 在敏感性分析中，通过外部容量增加，将其中三种变体与CEI情景进行直接比较：o CEI-燃气：燃气：650兆瓦附加燃气发电容量于2030年并网。o CEI-核核能：能：650兆瓦附加核电容量于2030年并网。o CEI输入：输入：输出到广东的650兆瓦附加输电容量于2030年并网。21 6.长期能源情景结果长期能源情景结果 6.1 常规发展（BAU）情景 常规发展（BAU）情景本质上是描述未来电力系统能源转型路径的一种预测方法，而CREO2019中的既定政策情景则为这一部分研究提供了宝贵的基础信息。在CREO2019中我们可以看到，无论是中国贯彻落实既定政策的决心和行动，还是过去和今后几十年间可再生能源成本的不断下降，都为中国能源革命铺平了前进的道路。煤电在电力系统内的主导地位正逐渐让位于快速发展的风电、太阳能发电、气电和核电。南网覆盖区域发电结构向清洁能源转型 在南网发电结构中，煤电所占比重低于全国平均水平，而核电、水电和气电占比相对较高。整个南网地区用电量仅占全国总量的约17%，但广东、广西和海南的核电容量在全国核电总量中占比高达39%；广西、贵州和云南三省，水电在发电结构中占比很高；整个南网地区气电比重达21%，高于全国均值。图6-1：常规发展（BAU）情景下南网地区目标年份电力生产预测10。注：负值表示蓄能过程中的电能损耗。南网地区增长的电力需求主要由波动性可再生能源供给。气电和核电将取代煤电成为主流热电发电模式。从常规发展（BAU）情景的结果可以看出未来15年内，即2020-2035年间，南网地区增长的电力需求主要由新增的风电和太阳能发电供给，这也从一个侧面反映了整个中国能源转型的趋势。由于核电装机容量的增加受外部因素影响较大，因此核电并不是一种成本最优的转型路径（核电敏感性分析详见6.3章节）。风电、太阳能发电、核电以及稳步增长的气电预计在2030年前取代44%的煤电。10 蓄能代表由亏损造成的负年度发电量。22 图6-2：常规发展（BAU）情景下2030年南网发电结构示意图。到2030年，南网发电结构中可再生能源占比近60%。根据图6-2中的分类方法，水电所占比重最大为27%；风电和太阳能发电（分别为18%和12%）合计占比30%；气电与煤电比重接近，分别为14%和15%；核电增长至12%。海南省发电结构趋向可再生能源与核电各占一半 常规发展（BAU）情景对于海南省发电结构的预测表明，到2035年持续扩张的核电规模，使核电发电量增长至目前的3.7倍；风电发电量快速增长，从2020年1.7太瓦时，到2030年7.6太瓦时，直至2035年16.8太瓦时；同样地，太阳能发电量快速增长，从2020年3.0太瓦时，到2030年12.1太瓦时，直至2035年17.9太瓦时。常规发展（BAU）情景预测在2030年，风电和太阳能发电在海南省发电结构中占比分别为11%和17%。近期内，核电将成为海南省首要发电电源。到2035年，风电和太阳能发电合计占比将与核电持平。2020年海南省可再生能源和非水可再生能源发电量占比分别为29%和20%。国家能源局文件各省级行政区域2020年可再生能源电力消纳责任权重的通知中对海南省提出了4项指标：对于可再生能源在总用电量中的最低消纳责任权重为13.5%，激励性消纳责任权重为14.9%；对于非水可再生能源电力，最低消纳责任权重为6.5%，激励性消纳责任权重为7.2%。23 图6-3：常规发展（BAU）情景下海南省目标年份发电预测。常规发展（BAU）情景下，2030年煤电发电量仅为8太瓦时。因此，海南电力部门需要采取措施来推进本省电力生产清洁化。海南省电力外送前景展望 海南电网通过4条海底电缆与南网主网联结。由于海南省整体发电成本高于广东省，这4条电缆目前主要用于广东省至海南省的送电。计划于2025年完成的一系列核电项目将逆转目前的电力流向。此项模拟中，在考虑了CREO2019内关于海南省未来电力负荷增长的因素后，海南广东省际电力输送方向依然能够出现逆转，由2020年净输入10.0太瓦时，转变为2025年净输出1.4太瓦时。表6-1：常规发展（BAU）情景下海南广东省际电力输送在目标年份的预测值，太瓦时。2020 2025 2030 2035 输入输入 10.0 1.5 0.8 1.9 输出输出 0.0 2.9 5.1 5.2 净输出净输出-10.0 1.4 4.3 3.2 到了2030年，快速增长的核电、风电和太阳能装机使海南省向广东省净输出电力达到4.3太瓦时。而在2030-2035年时间区间内，海南省向广东省净输出电力的下降主要是由于核电装机增速放缓，尽管在这一时期波动性可再生能源发电仍在加速增长。同时，2030-2035年间海南广东联网上电力输送量继续提高。目前（2020年）广东省向海南省单向输送电力这一情况，将因省际电力市场化交易机制的引入和不断完善，转为两省双向输送电力，这有利于在南网区域内更高效地配置波动性可再生能源和在电力结构占比中不断提高的核电。24 海南省和整个南网覆盖区域发电环节二氧化碳排放量显著下降 常规发展（BAU）情景也对未来电力部门的二氧化碳排放情况做出了预测。在“十四五”和“十五五”期间，海南省的碳排放量分别下降8%及31%，在10年间完成“清洁能源岛规划”中完全消除电力部门碳排放目标的36%。表6-2：常规发展（BAU）情景下南网覆盖区域和海南省每5年二氧化碳减排预测。2020 2025 2030 2035 南网南网覆盖区域覆盖区域 百万吨百万吨