我國能源低碳低成本轉(zhuǎn)型現(xiàn)實路徑與中小型風機發(fā)展機遇郭金東中國科學(xué)院電工研究所中國可再生能源學(xué)會綜合系統(tǒng)專委會2025年10月21日中國科學(xué)院電工研究所INSTITUTEOFELECTRICALENGINEERING,CHINESEACADEMYOF

SCIENCES一

、我國能源轉(zhuǎn)型主要挑戰(zhàn)二

、我國能源轉(zhuǎn)型現(xiàn)實路徑三

、中小型風機發(fā)展機遇四

、單位與合作事項介紹IEECAS2IEECAS3IEECAS發(fā)

電：

44%

工

業(yè)：

42%我國二氧化碳排放的約90%和化石能源使用有關(guān)我國CO2氣體排放現(xiàn)狀（2020年），

單位：億噸86%基于2020年能源統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)估算4捕集

存儲

轉(zhuǎn)化利用化學(xué)品/材料IEECAS多行業(yè)耦合技術(shù)綠電綠氫替代

、原料替代

、流程再造及系統(tǒng)集成原料替代低碳水泥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)綠氫綠電資源循環(huán)綠電替代短流程氫冶金綠氫/儲能氫/電/熱固碳端消費端工業(yè)低碳變革性工藝產(chǎn)能端碳捕集利用及增匯低碳零碳能源碳匯化學(xué)品/材料風光電

生物質(zhì)低碳靈活發(fā)電Al/Cu/Zn/PbΓ制氫儲氫再生鋼低碳水泥熱電耦合鋼鐵建材有色化工封存5

富煤少油

、貧氣化石能源仍占主體地位，

對外依存度高

。2021年我國：

煤炭消費29.3億噸標準煤，

占能源消費總量56%，

占世界煤炭消費總量53.8%

原油消費總量6.8億噸，

占能源消費總量18.5%，

對外依存度高達72%

。

天然氣消費總量3690億立方米，

占能源消費總量8.9%，

對外依存度44.3%2021年我國能源消費結(jié)構(gòu)我國原油產(chǎn)量

、消費量和對外依存度變化圖數(shù)據(jù)來源：

國家統(tǒng)計局IEECAS6u碳排放占比約90%的化石能源體系轉(zhuǎn)化為低零碳的可再生能源體系u保障能源安全u快速減碳u技術(shù)可行，

經(jīng)濟性最優(yōu)能源革命

巨大機遇u技術(shù)產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)

，IEECAS7總體挑戰(zhàn)可再生能源的波動

、間歇和不穩(wěn)定性如何保障能源安全供應(yīng)n風光作為主導(dǎo)能源，其裝機容量是負荷的5~7倍，如何構(gòu)建能源體系現(xiàn)有化石能源

、大電網(wǎng)的巨量沉沒成本CO2排放量（億噸

）140120100806040200鍋爐煤

焦煤

石油

天然氣

水泥2002

2006

2010

2014

2018

2022天然氣3.6%石油2.6%煤炭

93.8%2079億噸IEECAS減碳壓力煤炭碳排放占比超60%，

碳排放量大能源轉(zhuǎn)型風光波動性強，

需要巨量調(diào)節(jié)資源能源安全煤炭是我國主要的一次能源儲備光伏（陰雨）光伏（晴朗）風電（微風）風電（大風）劇烈波動0:00

8:0016:00

0:00數(shù)據(jù)來源：

中科院工熱所80006000400020000陰雨發(fā)電量僅為晴朗的10%已探明煤炭儲量約數(shù)據(jù)來源：Carbon

Brief我國一次能源儲量數(shù)據(jù)來源：懷柔國家實驗室nn8n資源取之不盡用之不竭

，產(chǎn)業(yè)

、技術(shù)都端在自己手里

，領(lǐng)先世界n平時和緊急情況下哪種能源體系更安全？

大一統(tǒng)

、集中為主的能源體系

分層

、分區(qū)域構(gòu)建源網(wǎng)荷一體

、冷熱電聯(lián)供可再生能源系統(tǒng)

，就地消納

、就近協(xié)同，IEECASERI：

中國高比例可再生能源情景：

2050年IRENA：《全球能源轉(zhuǎn)型：

2050路線圖》遠距離輸送調(diào)劑的能源體系9我國有豐富的可再生能源資源潛力n風光資源豐富

技術(shù)可開發(fā)量超過1400億千瓦，

已開發(fā)量僅1.3%

可開發(fā)資源量的9%即130億千瓦就滿足能源需求n風光產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術(shù)全球領(lǐng)先

全球80%以上的光伏組件，

60%的風電裝備產(chǎn)自

中國n風光已成為最便宜能源

風電

、光伏發(fā)電成本已下降至0.1元/kWh左右從資源

、技術(shù)

、經(jīng)濟性

、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面來看，

利用風光等可再生能源完全可以滿足中IEECAS國未來能源需求！

風光度電成本趨勢0.30889%0.034光伏發(fā)電Solar2010年

2021年0.178資源

、需求及已有裝機容量對比陸上風電

海上風電OnshoreWind

OffshoreWind0.350.30.250.20.150.10.0500.08290.02856%0.079IRENA《RENEWABLE

POWER

GENERATION

COSTS

IN

2021》IRENA:LCOE($/kWh)66%10我國風電光伏發(fā)展現(xiàn)狀n

截至2024年，

風電裝機約5.21億kW，

占總裝機15.52%；

發(fā)電量9970億千瓦時，

占比9.88%；

海上風電迅猛發(fā)展

。n

陸/海風電LOCE：

0.18和0.25-0.33元n

截至2024年，

光伏裝機約8.9億kW，

占總裝機

26.57%；

發(fā)電量8390億千瓦時，

占比8.32%

。n

集中/分布式光伏LCOE：

0.157和0.163(1500h)n

值得記錄的兩個歷史性時刻：☆2024年7月底12.06億kW！

提前6年兌現(xiàn)承諾！

2024年6月底118億kW！

歷史性超過煤電！光伏累計裝機萬kW2017年2018年

2019年

2020年

2021年

2022年

2023年

2024年IEECAS1000002017年2018年2019年

2020年

2021年

2022年

2023年

2024年3284828153230051824610000090000800007000060000500004000030000200001000002017-2024我國風電裝機容量2017-2024我國光伏裝機容量60000500004000030000200005206844134風電累計裝機萬kW365441636711一

、我國能源轉(zhuǎn)型主要挑戰(zhàn)二

、我國能源轉(zhuǎn)型現(xiàn)實路徑三

、中小型風機發(fā)展機遇四

、單位與合作事項介紹IEECAS123/13世界能源電力發(fā)展趨勢：

由可再生能源主導(dǎo)14

139個國家規(guī)劃2050年前實現(xiàn)100%可再生能源，

冰島

、挪威等10個國家電力已經(jīng)97.5%～100%來自可再生能源

數(shù)百個100%可再生能源城市，

40個城市實現(xiàn)了100%可再生能源電力供應(yīng)

RE100：

100%利用可再生能源公司（微軟

、蘋果等）IEECAS蘋果：

我們已實現(xiàn)100%可再生能源供電法蘭克福100%可再生能源能流圖15。。。。。。

n

化石能源為主+CCUS+核能+可再生能源n

可再生能源為主+化石能源（

CCUS）

為輔+核能n

100%可再生能源+氫能n

可再生能源+儲能，

光伏+儲能，

風電+儲能IEECASn16IEECAS17l2019年2月，

國際可再生能源署發(fā)布報告對可再生能源整合的創(chuàng)新格局進行了廣泛而詳細的分析，

并對創(chuàng)新解決方案的許多實例進行了繪圖和分類l整合可再生能源，

靈活性是關(guān)鍵IEECAS18u30項關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，

分屬四個維度：

支撐技術(shù)，

商業(yè)模式，

市場設(shè)計和系統(tǒng)運行u超過200個真實案例u整合上述30項技術(shù)創(chuàng)新，提出11項解決方案u8步創(chuàng)新計劃促進電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型IEECAS19IEECAS20IEECAS21IEECAS解決方案靈活性潛力與技術(shù)成本相比

解決方案靈活性潛力與非技術(shù)挑戰(zhàn)相比22n

我國風光發(fā)電量1.46萬億千瓦時，

約占全社會用電量的17.8%

。n

我國近幾年煤炭使用量還在增加，

風光消納困難，

為什么？n

德國和英國的風光發(fā)電量占比分別超過了58.6%和30%

。德國棄電率4.38%！IEECAS23n配電網(wǎng)支撐10%左右的農(nóng)戶農(nóng)村安裝光伏，

電網(wǎng)壓力大n要把每個戶用系統(tǒng)可觀

、可測

、可控

、可調(diào)能做到嗎？經(jīng)濟代價多大，起多大作用？n農(nóng)村屋頂光伏潛力巨大，

當?shù)責o法消納的電力一次輸送到更高電壓電網(wǎng)和更大范圍，

能擴大多少分布式光伏裝機？n有更科學(xué)經(jīng)濟的方案嗎？IEECAS24n風光主導(dǎo)能源n多能互補

、源網(wǎng)荷一體n綠電綠熱綠氫聯(lián)合驅(qū)動n多場景綜合應(yīng)用n化石能源作為原料非能源利用，

綠氫實現(xiàn)可再生能源系統(tǒng)的跨季節(jié)調(diào)節(jié)IEECAS我國未來能源體系架構(gòu)25公共電網(wǎng)風/光電源（源側(cè)配儲）電通過電網(wǎng)整合源荷匹配電力市場化交易區(qū)域可再生能源綜合系統(tǒng)-多能互補/冷熱電氣/源網(wǎng)荷一體公共電網(wǎng)

公共熱網(wǎng)

公共氣網(wǎng)整體協(xié)同雙向互動通過優(yōu)化整合本地電源側(cè)

、電網(wǎng)側(cè)

、負荷側(cè)資源，

以先進技術(shù)突破和體制機制創(chuàng)新為支撐，

探索構(gòu)建源網(wǎng)荷儲高度融合的新型電力系統(tǒng)發(fā)展路徑

。多能互補/冷熱電氣/源網(wǎng)荷一體“

源網(wǎng)荷儲一體化

”綜合能源系統(tǒng)儲電風/光多

能互補區(qū)域電網(wǎng)國家發(fā)改委/能源局《關(guān)于推進電力源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補發(fā)展的指導(dǎo)意見》

(發(fā)改能源規(guī)〔

2021〕

280號)圍繞低碳經(jīng)濟用能，

源荷互動，

綜合能源一體化！電力負荷冷熱負荷用氣負荷其他供熱方式電制冷熱P2X(氫氨醇)圍繞電網(wǎng)，

就電論電，

無法實現(xiàn)真正一體化！儲熱區(qū)域熱網(wǎng)儲氣區(qū)域氣網(wǎng)充分靈

活

性

挖

掘電力負荷<

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

---->26靈活性調(diào)節(jié)資源容量調(diào)節(jié)范圍支撐風光裝機功率煤電靈活性調(diào)節(jié)30-100%20億千瓦煤電+儲熱深度靈活性改造0-100%40億千瓦煤電改造為不用煤的儲熱電池-100%~+100%80億千瓦煤電深度靈活性改造+儲熱+抽蓄-100%~+100%100億千瓦0.750.480.210.05煤電深度調(diào)峰

抽水蓄能燃氣輪機新型儲能n煤電滿發(fā)從4300小時減少到800小時，減碳80%以上，減小的電量可支撐風

、光20億千瓦新增裝機。n煤電靈活性改造與抽蓄

、燃氣輪機

、新型儲能技術(shù)路線相比，技術(shù)成本最低n充分利用已有煤電裝機進行靈活性改造+儲熱+抽蓄：

可支撐風光裝機100億千瓦IEECAS煤電支撐風光裝機粗略測算表靈活性調(diào)節(jié)成本對比27u能源轉(zhuǎn)型路徑和發(fā)展路線圖u多能源互補

、冷熱電聯(lián)供的源網(wǎng)荷一體化能源規(guī)劃及發(fā)展路徑；u可再生能源為主的能源架構(gòu)體系及模塊化技術(shù)；u可再生能源和化石能源系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)；u能源和其它領(lǐng)域融合技術(shù)

。IEECAS28u全場景分析

區(qū)域：

西部

、中東部

、邊遠農(nóng)牧區(qū)

集中

、分布式

陸上

、海上

電網(wǎng)支撐

、自給自足

電網(wǎng)末端

、無大電網(wǎng)

、邊遠海島u區(qū)域分布和發(fā)展模式研究

分區(qū)域：

西部

、中東部

、邊遠

能源開發(fā)

、利用

、運行多模式研究IEECASEnergyIsland無大電網(wǎng)或電網(wǎng)末端（100%可再生能源綜合供能）NoGridorGrid

terminal（100%REIntegratedENergy

Supply）邊遠海島RemoteIsland西部West中東部MiddleEast邊遠農(nóng)牧區(qū)RemoteRuralArea光伏、風電、供熱、生物質(zhì)

Solar

WindHeatBiomass多能互補multi-energycomplementary海上風電、海上光伏Offshore

Wind

&Solar風光牧場MarineRanch

With

Wind

&Solar能源島通過大電網(wǎng)供能Power

Grid電網(wǎng)支撐的自發(fā)自用Self-powerGeneration

Self-powerConsumption

Supported

by

power

grid完全自給自足Provide

forOneself分布式Distributed海上風光OffshoreWind

&Solar與高載能耦合本地消納LocalConsumptionCoupled

WithHighEnergyIndustries縣域100%可再生能源CountyLevel100%RE外送ELectricity

Delivering全場景FullScenarios大基地Large

base典型場景分類29

大基地遠距離外送和在負荷附近就近開發(fā)可再生能源系統(tǒng)的成本孰高孰低n園區(qū)

、建筑等典型場景可再生能源綜合系統(tǒng)

利用分布式可再生能源解決園區(qū)

、建筑的冷熱電用能需求，

實現(xiàn)區(qū)域100%可再生能源供能

鋼鐵工藝流程電熱氫耦合運行與協(xié)同控制n縣域100%可再生能源系統(tǒng)

建設(shè)冷熱電聯(lián)供的100%可再生能源系統(tǒng)，

零碳，

更經(jīng)濟n鄉(xiāng)村振興邊遠農(nóng)牧區(qū)IEECASn可再生能源和高載能產(chǎn)業(yè)結(jié)合

高比例可再生能源多能互補及源網(wǎng)荷儲一體化④源/荷/儲系統(tǒng)平衡設(shè)計獨立運行多源主動構(gòu)網(wǎng)系統(tǒng)靈活性互動電/熱/氫n大規(guī)模外送基地(西部和海上）

可再生能源和節(jié)能建筑結(jié)合解決用電

、取暖

、炊事等用能需求典型應(yīng)用場景研究鋼鐵生產(chǎn)負荷①資源評估/預(yù)測經(jīng)濟性配比!

②全流程靈活性典型場景：

可再生能源與鋼鐵行業(yè)耦合應(yīng)用電網(wǎng)/

③能源平衡經(jīng)濟調(diào)度供給預(yù)測源/儲荷30IEECAS基于可再生能源的算電協(xié)同互動模式《算力-電力-熱力協(xié)同數(shù)據(jù)中心綜合能源技術(shù)發(fā)展白皮書》（2024）3110000P算力電價

元/kWh年用電費

萬元二氧化碳排放萬噸現(xiàn)狀1.092387112.4530%綠電替代0.838183528.7260綠電替代0.631138194.98100%綠電替代0.3576650數(shù)據(jù)中心行業(yè)綠電替代助力降低運行成本n針對某1萬P算例，

年用電量按2.19億kWh估算，

當前電價1.09元/kWh

。n三步走：

30%綠電替代--60%綠電替代--100%綠電替代電費節(jié)約萬元

碳減排收益1246747374

16206100525519IEECAS2000015000100005000030%綠電替代60綠電替代100%綠電替代32面向構(gòu)建新型能源體系的可再生能源發(fā)展路徑及前沿關(guān)鍵技術(shù)戰(zhàn)略研究風/光/氫/儲/核聚變等

關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展研究

風電

、光伏

、光熱

、生物質(zhì)

、地熱

能

、氫能

、儲能

、核聚變專項技術(shù)

專項技術(shù)特性對能源系統(tǒng)技術(shù)的影

響及作用

專項技術(shù)的前沿熱點和關(guān)鍵技術(shù)

綜合系統(tǒng)技術(shù)及典型應(yīng)用場景研究

多能互補電熱氫聯(lián)供源網(wǎng)荷一體技

術(shù)

典型場景應(yīng)用技術(shù)（高載能/縣域/

邊遠農(nóng)牧區(qū)）能源架構(gòu)及發(fā)展路線圖

能源種類在不同時間階段的作用

、

定位和權(quán)重分析

不同能源種類裝機

、消費占比

能源轉(zhuǎn)型的優(yōu)選路徑和可再生能源

發(fā)展路線圖測試/實證及研究平臺

等公共支撐技術(shù)研究

設(shè)計仿真平臺/能源系統(tǒng)大模型

可再生能源綜合系統(tǒng)及關(guān)鍵設(shè)備測試與實證

生態(tài)環(huán)境

、氣象等影響研究平臺通用技術(shù)在能源系統(tǒng)的創(chuàng)新應(yīng)用研究

新材料/人工智能/移動通信/云計算

/物聯(lián)網(wǎng)/大數(shù)據(jù)對能源技術(shù)發(fā)展的

影響

研究其與能源系統(tǒng)結(jié)合技術(shù)IEECAS3361.0%

3.3%45.8%12.0%

4.4%63.1%39.9%31.3%13.8%

21.7IEECAS中國俄羅斯巴西2.4%美國德國印度英國

.7%燃煤發(fā)電燃氣發(fā)電油電核電風電

光伏發(fā)電

水電生物質(zhì)其他349.7%4.5%5.7%10.5%

3.0%73.4%38.4%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%16.5%6.2%19.9%2.7%24.6%3.8%

5.1%4.3%1.6%4.8%0..42%14.7%16.9%9.4%8.6%

2060年

一次能源供應(yīng)總量115.2艾焦

終端能源消費總量98.9艾焦

風/光

主導(dǎo)能源-122億kW

100%清潔電力

100%綠氫

氫能在消費端占比顯著增加IEECAS35一

、我國能源轉(zhuǎn)型主要挑戰(zhàn)二

、我國能源轉(zhuǎn)型現(xiàn)實路徑三

、中小型風機發(fā)展機遇四

、單位與合作事項介紹IEECAS36中小型風機技術(shù)趨勢

高效低風速技術(shù)創(chuàng)新

智能控制與數(shù)字化技術(shù)

新材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新

高效低成本運維技術(shù)

分布式風光儲一體化技術(shù)IEECAS37中小型風機的發(fā)展機遇n發(fā)電應(yīng)用

工商業(yè)分布式

邊遠農(nóng)牧區(qū)

海島電力供應(yīng)n非電利用

分布式制熱

、制氫

、動能直接利用等n中小型綜合能源系統(tǒng)

以風光為主的可再生能源綜合系統(tǒng)IEECAS38一

、我國能源轉(zhuǎn)型主要挑戰(zhàn)二

、我國能源轉(zhuǎn)型現(xiàn)實路徑三

、中小型風機發(fā)展機遇四

、單位與合作事項介紹IEECAS392018年，

正式成為院能源領(lǐng)域唯一特色所2015年，

成為首批特色所建設(shè)試點單位1999年以來，

發(fā)展新能源與先進電力技術(shù)1978年，

發(fā)展電工電能新技術(shù)1958年，

因三峽工程籌建，

1963年正式成立1954年，

中科院機電研究所中國科學(xué)院唯一以電氣工程為主要學(xué)科方向的研究所

。于1958年開始籌建，在我國能源與電氣工程科技領(lǐng)域具有重要地位

。東方紅衛(wèi)星用磁滯電動機，

1970年世界上首臺采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)的70萬千瓦水輪發(fā)電機在我國三峽工程中成功應(yīng)用

，2011年IEECAS因國家重大需求建所，

服務(wù)國民經(jīng)濟主戰(zhàn)場！1952年，

中科院長春綜合研究所1949年，

東北科學(xué)研究所機電所學(xué)委會成員楊昌琪（前排右二）

和韓朔（后排右三），

1955蘇聯(lián)科學(xué)院專家來電工所講學(xué)，

1960發(fā)展歷程40使命定位?

定位于電能生產(chǎn)

、輸配

、高效利用與檢測領(lǐng)域戰(zhàn)略高新技術(shù)和電氣科學(xué)前沿交叉研究

。?

在促進我國能源體系轉(zhuǎn)型中發(fā)揮不可替代的骨干作用，

成為我國電能及相關(guān)領(lǐng)域創(chuàng)新的戰(zhàn)略性中堅力量和國際同行中有重要影響的研究機構(gòu)

。IEECAS可再生能源發(fā)電技術(shù)實驗室電力設(shè)備新技術(shù)實驗室電力電子與電能變換技術(shù)實驗室電網(wǎng)科學(xué)技術(shù)實驗室電工研究所多學(xué)科交叉研究中心生物電磁學(xué)與電磁探測技術(shù)實驗室

超導(dǎo)與新材料應(yīng)用研究實驗室

實驗室設(shè)置41IEECAS5研究部1中心,職工約130人,研究生67人致力于可再生能源及其綜合利用應(yīng)用基礎(chǔ)研究

、工程技術(shù)研究42IEECAS2011年世界首座

、海拔最高14MW級水/光/儲互補微電網(wǎng)示范（青海玉樹）2021年世界首個±30kV/5MW光伏直流升壓匯集接入實證平臺（云南大理）2022年國內(nèi)首個100%可再生能源供能項目技術(shù)示范（河北張家口）2017年亞洲首座1MW太陽能槽式熱發(fā)電站及熱電聯(lián)供系統(tǒng)（延慶）2005年國內(nèi)首座高壓并網(wǎng)光伏電站（西藏羊八井）2012年亞洲首座MW級塔式太陽能熱發(fā)電實驗電站（延慶）2004年國內(nèi)首座MW級并網(wǎng)光伏電站（深圳）2016年國內(nèi)首臺磁流體波浪能海試樣機43定位：

多種能源協(xié)同開發(fā)利用的平臺

、智庫

、橋梁與紐帶指導(dǎo)思想：

以實現(xiàn)全社會

、能源系統(tǒng)總體的最大價值為出發(fā)點，

從系統(tǒng)和全局的高度科學(xué)分析解決問題愿景：

構(gòu)建以可再生能源為主體的新型能源系統(tǒng)專業(yè)方向1.分布式可再生能源及微網(wǎng)2.

區(qū)域綜合能源系統(tǒng)3.

多能互補能源系統(tǒng)4.可再生能源綜合系統(tǒng)5.

可再生能源+秘書處中國科學(xué)院電工研究所可再生能源綜合系統(tǒng)研究部45IEECAS李鵬副主任

李衛(wèi)東副主任

劉純副主任

魯宗相副主任

孟克其勞副主任畢天姝副主任

崔青汝副主任

高雁鳴副主任

胡書舉副主任劉永前秘書長許洪華主任服務(wù)內(nèi)容

單位會員服務(wù)：

技術(shù)咨詢

、定制培訓(xùn)

、技術(shù)推廣

學(xué)術(shù)交流（組織大型學(xué)術(shù)活動12次—專題研討6次，

年會3次，

沙龍3次，

策劃中3次）u中國可再生能源綜合系統(tǒng)學(xué)術(shù)大會

(第四屆,

10月,

常州)u專題研討會

(1.清潔能島低碳發(fā)展,

?？?

4.26;

2新型能源體系,

北京,

7.11)u主題沙龍

：行業(yè)

、產(chǎn)業(yè)痛點

、熱點

(源網(wǎng)荷儲、綠電直供…

…)

專業(yè)培訓(xùn)：

高端定制系列培訓(xùn)（已落實6期，

在策劃2期，新型能源系統(tǒng)、源網(wǎng)荷儲）