不同場(chǎng)景下新能源發(fā)展規(guī)模與制約因素分析綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u4577不同場(chǎng)景下新能源發(fā)展規(guī)模與制約因素分析綜述 1125301.1模型邊界條件 1182931.1.1形態(tài)格局邊界 1222671.1.2初始邊界條件 2257731.1.3安全性邊界 398501.1.4經(jīng)濟(jì)性邊界 43441.1.5環(huán)保性邊界 6115511.2區(qū)域互聯(lián)場(chǎng)景 7238361.2.1基礎(chǔ)場(chǎng)景 7148151.2.2海上風(fēng)電核電大發(fā)展場(chǎng)景 1323911.3廣域互聯(lián)場(chǎng)景 1896901.3.1未來(lái)電網(wǎng)格局分析 18151001.3.2基礎(chǔ)場(chǎng)景 19228531.3.3海上風(fēng)電核電大發(fā)展場(chǎng)景 25195381.4比選結(jié)論 29模型邊界條件形態(tài)格局邊界基于目前電網(wǎng)形態(tài)，增強(qiáng)部分區(qū)域連接的形態(tài)格局稱為區(qū)域互聯(lián)形態(tài)格局。本章分析均基于此形態(tài)格局展開。在該格局中將形成東部區(qū)域互聯(lián)同步電網(wǎng)主網(wǎng)架和多個(gè)其他區(qū)域電網(wǎng)異步互聯(lián)的形態(tài)，新能源消納主要通過(guò)挖掘區(qū)域內(nèi)部電源支撐能力來(lái)實(shí)現(xiàn)，部分依靠遠(yuǎn)距離跨區(qū)輸送實(shí)現(xiàn)。在仿真模型中，將華中，華東，華北地區(qū)建模為“三華聯(lián)網(wǎng)”的同步運(yùn)行的東部主網(wǎng)架。在上層規(guī)劃階段中各區(qū)域主要依據(jù)自身的擴(kuò)容速率和成本約束獨(dú)立規(guī)劃，而在下層模擬運(yùn)行階段中，對(duì)華中、華北、華東三個(gè)區(qū)域按照同步互聯(lián)建立電力電量平衡關(guān)系和設(shè)置相關(guān)約束條件，而與其他區(qū)域間按照直流異步互聯(lián)的交換功率范圍考慮電力電量平衡和設(shè)置相關(guān)約束條件，進(jìn)行典型日模擬運(yùn)行仿真。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s11區(qū)域互聯(lián)形態(tài)格局示意圖初始邊界條件圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s122020年地區(qū)初始裝機(jī)容量結(jié)合結(jié)合國(guó)網(wǎng)能源研究院張寧等在2018年開展的面向2050年的中國(guó)電力發(fā)展展望研究，以及單葆國(guó)等在2015年開展的中國(guó)“十三五”及中長(zhǎng)期電力需求研究結(jié)果，可得各地區(qū)初始裝機(jī)容量約束，如圖4.2所示。安全性邊界安全性邊界主要考慮以下約束：①系統(tǒng)備用容量約束；備用總?cè)萘扛鶕?jù)系統(tǒng)可靠性分析來(lái)確定，一般為電力系統(tǒng)最高負(fù)荷的25%~30%。隨著電力系統(tǒng)容量的逐步擴(kuò)大和可靠性管理的加強(qiáng)，這一比例將會(huì)有所降低。②新能源裝機(jī)最大滲透率約束③機(jī)組調(diào)峰能力約束④地區(qū)功率平衡約束具體參數(shù)如表4.1-4.2所示。表STYLEREF1\s4.SEQ表\*ARABIC\s11基礎(chǔ)場(chǎng)景規(guī)劃階段安全性參數(shù)階段2020-20302030-20402040-2050系統(tǒng)備用容量系數(shù)0.20.20.2新能源最大裝機(jī)滲透率0.50.80.9火電最低運(yùn)行比例Ktp0.020.0120.003水電最低運(yùn)行比例Khp0.20.120.06火電最大利用率Rt0.840.920.95水電最大利用率Rh0.650.790.75風(fēng)電最大利用率Rw0.50.370.39光伏最大利用率Rv0.70.940.94核電固定發(fā)電比例Knp0.80.850.85線路利用率0.60.60.8火電直流外送最低調(diào)峰系數(shù)0.20.20.2表STYLEREF1\s4.SEQ表\*ARABIC\s12基礎(chǔ)場(chǎng)景運(yùn)行階段安全性參數(shù)爬坡能力系數(shù)2020-20302030-20402040-2050火電0.120.020.04水電0.150.050.05抽水蓄能111虛擬電廠0.70.70.7經(jīng)濟(jì)性邊界①電源擴(kuò)建速率約束，本約束主要受到技術(shù)發(fā)展水平、政策、自然等因素限制。②線路擴(kuò)容速率約束，該因素直接影響大規(guī)模新能源發(fā)電外送能力，對(duì)系統(tǒng)整體能消納的新能源電量有較大影響。因此將該條因素列為重要制約因素進(jìn)一步分析。③擴(kuò)容成本約束，該因素受各機(jī)組設(shè)備制造技術(shù)及科學(xué)技術(shù)發(fā)展程度的影響，對(duì)系統(tǒng)建設(shè)成本，運(yùn)營(yíng)成本有著重要影響。具體參數(shù)如表4.3-4.7所示。表STYLEREF1\s4.SEQ表\*ARABIC\s13基礎(chǔ)場(chǎng)景規(guī)劃階段經(jīng)濟(jì)性參數(shù)階段203020402050線路擴(kuò)容速率(萬(wàn)kW/十年)0.8*10^40.8*10^40.9*10^4線路擴(kuò)容成本(元/km/萬(wàn)kW)2.065*10^42.065*10^42.065*10^4表STYLEREF1\s4.SEQ表\*ARABIC\s14基礎(chǔ)場(chǎng)景規(guī)劃階段機(jī)組擴(kuò)容成本參數(shù)(10^3元/kW)階段203020402050火電擴(kuò)容成本CT6.3227.0938.17水電擴(kuò)容成本CH4.514.323.98光伏擴(kuò)容成本CS5.7054.7243.743風(fēng)電擴(kuò)容成本CW4.763.522.41核電擴(kuò)容成本CN7.16.916.32抽水蓄能擴(kuò)容成本CPS6.454.423.5虛擬電廠擴(kuò)容成本CES7.7465.8144.76表STYLEREF1\s4.SEQ表\*ARABIC\s15基礎(chǔ)場(chǎng)景規(guī)劃階段機(jī)組和儲(chǔ)能擴(kuò)容速率參數(shù)(萬(wàn)kW/十年)階段203020402050火電擴(kuò)容速率oT48050-120-17500水電擴(kuò)容速率oH8000110300風(fēng)電擴(kuò)容速率oW421002000038150光伏擴(kuò)容速率oS63850100050160050核電擴(kuò)容速率oN8000165500抽水蓄能擴(kuò)容速率oPS800030000虛擬電廠擴(kuò)容速率oES800040001950表STYLEREF1\s4.SEQ表\*ARABIC\s16基礎(chǔ)場(chǎng)景規(guī)劃階段特殊擴(kuò)容速率參數(shù)(萬(wàn)kW/十年)階段203020402050西北水電擴(kuò)容速率Skrxb1545551.9332.3東北水電擴(kuò)容速率Skrdb710107.164.3華北水電擴(kuò)容速率Skrhb92533.620.1西南光伏擴(kuò)容速率Gkrxn18805715.77768.9東北光伏擴(kuò)容速率Gkrdb4506713.88835西南風(fēng)電擴(kuò)容速率Fkrxn30962626.93313.5西北抽水蓄能擴(kuò)容速率Ckrxb38.245.40表STYLEREF1\s4.SEQ表\*ARABIC\s17基礎(chǔ)場(chǎng)景運(yùn)行階段經(jīng)濟(jì)性參數(shù)2030運(yùn)行成本(*10^4元)調(diào)峰成本（元）火電0.34430水電0.42234340核電0.74524630風(fēng)電0.5041/光伏0.3784/抽水蓄能0.322100虛擬電廠0.3151002040運(yùn)行成本(*10^4元)調(diào)峰成本（元）火電0.37884470水電0.41864320核電0.72684580風(fēng)電0.4340/光伏0.2550/抽水蓄能0.3178100虛擬電廠0.1671002050運(yùn)行成本(*10^4元)調(diào)峰成本（元）火電0.45764520水電0.41654300核電0.70594530風(fēng)電0.3741/光伏0.1865/抽水蓄能0.315100虛擬電廠0.112100環(huán)保性邊界①碳排放總量約束，該約束影響新能源發(fā)電量占比，是新能源發(fā)展的重要?jiǎng)恿χ?，將該約束列為重要制約因素進(jìn)一步分析。②機(jī)組運(yùn)行環(huán)境成本，即為機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中排放的其他污染物的貨幣化治理成本，也是影響新能源電量占比的重要因素。根據(jù)現(xiàn)有研究確定的邊界參數(shù)如表4.8-4.9所示。表STYLEREF1\s4.SEQ表\*ARABIC\s18環(huán)保性相關(guān)參數(shù)階段203020402050碳排放Cpf（噸）0.62*100.55*100.37*10噸碳上限Csx(噸/一年)39.7574*10^831.6834*10^820.9637*10^8表STYLEREF1\s4.SEQ表\*ARABIC\s19運(yùn)行階段環(huán)保性參數(shù)環(huán)境成本(*10^4元)203020402050火電0.06280.08370.0955水電0.0350.05020.0613核電0.00320.00410.0045抽水蓄能0.0370.05910.0628虛擬電廠0.03710.04340.0503本節(jié)所述的各項(xiàng)邊界參數(shù)均是基礎(chǔ)場(chǎng)景下的參數(shù)，其他場(chǎng)景下的參數(shù)根據(jù)不同場(chǎng)景條件在基礎(chǔ)場(chǎng)景基礎(chǔ)上進(jìn)行微調(diào)，具體將在各場(chǎng)景說(shuō)明中敘述。區(qū)域互聯(lián)場(chǎng)景基于區(qū)域互聯(lián)形態(tài)格局，本節(jié)對(duì)兩種不同場(chǎng)景下新能源發(fā)展規(guī)模與制約因素進(jìn)行仿真分析。第一組為不考慮其他可能因素的基礎(chǔ)場(chǎng)景，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為區(qū)域互聯(lián)結(jié)構(gòu)，參數(shù)取用常規(guī)參數(shù)。第二組為考慮海上風(fēng)電核電技術(shù)大發(fā)展場(chǎng)景，該場(chǎng)景下核電政策進(jìn)一步放開并且沿海地區(qū)風(fēng)電高速發(fā)展，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為區(qū)域互聯(lián)結(jié)構(gòu)，對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。兩組仿真均以2020年為起點(diǎn)，以2020年初始裝機(jī)容量為初始邊界條件基礎(chǔ)場(chǎng)景（1）新能源消納情況分析根據(jù)仿真結(jié)果中得出的模型下層春夏秋冬四個(gè)典型日的實(shí)際運(yùn)行情況，計(jì)算得出基礎(chǔ)場(chǎng)景下各階段各類型發(fā)電方式發(fā)電量。由圖4.3可以看出，新能源裝機(jī)占比和新能源發(fā)電量逐年升高，且非化石能源裝機(jī)與非化石能源發(fā)電量也逐年升高。2020-2030年階段，新能源裝機(jī)占比增幅約為24.25%，新能源裝機(jī)增速較高，但是其實(shí)際上網(wǎng)電量受實(shí)際各類制約因素限制，無(wú)法高速增長(zhǎng)。在該時(shí)期裝機(jī)容量快速增長(zhǎng)，同時(shí)制約關(guān)系影響越發(fā)明顯。2030-2040年階段，新能源裝機(jī)占比增幅約為9.7%，新能源發(fā)電量占比增幅為3.26%，新能源裝機(jī)占比與發(fā)電量占比增幅逐漸相近，這一結(jié)果得益于一些制約因素逐漸緩解。2040-2050年階段，新能源裝機(jī)占比增幅約為14.82%，新能源發(fā)電量占比增幅為9.52%。在這一階段中，由于新能源并網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，同時(shí)火電結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，靈活性有所提高，儲(chǔ)能規(guī)模也不斷擴(kuò)大，新能源消納能力顯著提高，制約因素影響力進(jìn)一步減小。通過(guò)分析年碳排放量數(shù)據(jù)可知，2030，2040和2050年三個(gè)階段碳排放量分別為39.757，34.408，17.860億噸/年。2030-2040年階段碳排放量降低約5.349億噸/年，2040-2050年階段降低約16.548億噸/年。顯然，由于2040-2050年新能源裝機(jī)占比顯著提高，新能源消納能力的提升有效促進(jìn)了碳排放量降低，十分有利于環(huán)境保護(hù)。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s13基礎(chǔ)場(chǎng)景下各階段發(fā)電量與裝機(jī)占比（2）各類機(jī)組規(guī)劃結(jié)果分析①各類電源裝機(jī)占比分析圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s14基礎(chǔ)場(chǎng)景各階段全國(guó)裝機(jī)占比由仿真結(jié)果整理數(shù)據(jù)得圖4.4所示。預(yù)計(jì)在2050年時(shí)，火電裝機(jī)共10.65億kW，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容的16.54%，較2020年占比下降40.05%，裝機(jī)減少1.76億kW；水電裝機(jī)共5.45億kW，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容量的8.47%；風(fēng)電裝機(jī)共12.08億kW，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容量的18.76%；光電裝機(jī)共34.11億kW，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容量的52.98%；核電裝機(jī)共2.10億kW，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容量的3.26%。在未來(lái)三十年間，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電高速發(fā)展，合計(jì)占比從2020年的20.2%增加到2050年的71.74%。新能源發(fā)電的飛速發(fā)展導(dǎo)致了未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的徹底改變。2020年時(shí)化石能源為能源結(jié)構(gòu)的主體，占比為56.59%。2040年時(shí)光伏發(fā)電已經(jīng)取代火電成為裝機(jī)占比最高的發(fā)電類型，占比已經(jīng)達(dá)到39.10%。到2050年時(shí)，新能源裝機(jī)的不斷增長(zhǎng)促使非化石能源裝機(jī)占比達(dá)到83.46%?；痣娧b機(jī)容量在未來(lái)三十年間從2020年最初始的56.59%不斷下降至16.54%，以平均每十年下降13.35%的速度快速減少，這一結(jié)果基本符合國(guó)家政策對(duì)火電發(fā)展的引導(dǎo)。由于國(guó)家政策對(duì)碳排放和各類污染物排放限制越發(fā)嚴(yán)格，同時(shí)對(duì)新能源發(fā)電的優(yōu)惠鼓勵(lì)政策不斷促進(jìn)了新能源裝機(jī)容量增長(zhǎng)，使得火電機(jī)組在電力系統(tǒng)中的地位從系統(tǒng)主要的發(fā)電、供能方式，向半支撐、半能源供應(yīng)，到2050年后主要作為負(fù)荷支撐、新能源支撐的功能性電源轉(zhuǎn)變。水電在自然資源與地理?xiàng)l件限制下，雖具有環(huán)保優(yōu)勢(shì)，但其裝機(jī)占比逐年下降，在能源結(jié)構(gòu)中占比從2020年21.18%，到2050年降低至8.47%左右。②各區(qū)域裝機(jī)容量分析下面對(duì)各區(qū)域具體裝機(jī)容量進(jìn)行分析。各階段全國(guó)七個(gè)區(qū)域不同電源裝機(jī)容量仿真結(jié)果如圖4.5所示。由圖表可以看出，自2030年起火電裝機(jī)容量逐年小幅下降，這主要是因?yàn)樾履茉囱b機(jī)大幅增長(zhǎng)仍需要火電機(jī)組的支撐，以保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性。華中，華東，西南地區(qū)水資源仍有可開發(fā)存量且水電機(jī)組無(wú)污染零排放，所以在2030-2040階段水電裝機(jī)容量仍有增長(zhǎng)，但是到2050年時(shí)水能資源基本開發(fā)完畢，水電裝機(jī)額容量增長(zhǎng)停滯。光伏發(fā)電裝機(jī)容量在各地區(qū)都快速增長(zhǎng)，其中西南地區(qū)與東北地區(qū)因自然資源和環(huán)境限制漲幅較小。在2050年時(shí)各地區(qū)主要發(fā)電方式都已轉(zhuǎn)變?yōu)楣夥l(fā)電。這一趨勢(shì)符合國(guó)家積極鼓勵(lì)光伏發(fā)電的政策。風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量也出現(xiàn)逐年增長(zhǎng)的勢(shì)態(tài)，在未來(lái)三十年中，風(fēng)電技術(shù)不斷發(fā)展，風(fēng)電裝機(jī)容量也將不斷增大。核電由于其特殊性受其他發(fā)電方式影響較小，由圖看出核電均有一定漲幅但漲幅不大。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s15基礎(chǔ)場(chǎng)景各階段各區(qū)域裝機(jī)容量③總體電量占比由仿真結(jié)果可得圖4.6。2030年時(shí)，全國(guó)火電發(fā)電量共計(jì)6.412萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總電量56.53%；水電發(fā)電量共計(jì)1.26萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總電量11.11%；風(fēng)電發(fā)電量共計(jì)1.995萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總電量17.58%；光電發(fā)電量共計(jì)1.026萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總電量9.06%；核電發(fā)電量共計(jì)0.65kW·h，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總電量5.71%。到2040年時(shí)，全國(guó)火電發(fā)電量共計(jì)6.313萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總電量48.19%；水電發(fā)電量共計(jì)1.34萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總電量10.20%；風(fēng)電發(fā)電量共計(jì)1.581萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總電量12.06%；光電發(fā)電量共計(jì)2.331萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總電量17.8%；核電發(fā)電量共計(jì)1.5kW·h，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總電量11.75%。到2050年時(shí)，全國(guó)火電發(fā)電量共計(jì)4.827萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總電量33.33%；水電發(fā)電量共計(jì)2.42萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總電量16.69%；風(fēng)電發(fā)電量共計(jì)2.163萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總電量14.94%；光電發(fā)電量共計(jì)3.536萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總電量24.42%；核電發(fā)電量共計(jì)1.5kW·h，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總電量10.63%。采用區(qū)域互聯(lián)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)場(chǎng)景下，光伏發(fā)電發(fā)電量占比每十年平均增幅為7.68%，光伏發(fā)電裝機(jī)占比每十年平均增幅為21.89%，光伏發(fā)電量與裝機(jī)量均高速增長(zhǎng)，符合全國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)的發(fā)展方向。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s16基礎(chǔ)場(chǎng)景各階段各類電源發(fā)電量占比海上風(fēng)電核電大發(fā)展場(chǎng)景考慮到未來(lái)我國(guó)核電技術(shù)將逐漸成熟，且國(guó)內(nèi)廠商核電設(shè)備制造水平顯著提升，核電在未來(lái)三十年中將迎來(lái)更大的發(fā)展機(jī)遇。與此同時(shí)，海上風(fēng)電也將進(jìn)入進(jìn)一步規(guī)?；_發(fā)，發(fā)展速度將進(jìn)一步提高。因此，本節(jié)基于基礎(chǔ)場(chǎng)景，考慮海上風(fēng)電規(guī)?；箝_發(fā)和核電政策進(jìn)一步放開，調(diào)整與這兩種發(fā)電方式有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行仿真，將風(fēng)電裝機(jī)擴(kuò)容速率上限調(diào)整為基礎(chǔ)場(chǎng)景的1.4倍，核電裝機(jī)擴(kuò)容速率上限調(diào)整為基礎(chǔ)場(chǎng)景的2倍；將風(fēng)電機(jī)組擴(kuò)容成本下調(diào)為基礎(chǔ)場(chǎng)景的95%，核電機(jī)組擴(kuò)容成本下調(diào)為基礎(chǔ)場(chǎng)景的85%。（1）新能源消納情況分析由仿真結(jié)果得，2030，2040和2050年三個(gè)階段碳排放量分別為37.403，26.687，11.303億噸/年。與基礎(chǔ)場(chǎng)景相比，分別下降2.354，7.721，6.557億噸/年。說(shuō)明風(fēng)電核電的大發(fā)展能有效減少碳排放量，促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型。各階段新能源裝機(jī)占比與基礎(chǔ)場(chǎng)景相比分別增加1.05%，2.18%，1.92%，新能源電量占比與基礎(chǔ)場(chǎng)景相比分別增加4.29%，3.26%，5.59%。由此結(jié)果可得，新能源裝機(jī)占比增量不大，但新能源電量占比有更明顯的增加，說(shuō)明該場(chǎng)景下新能源消納電量有效提升。顯然，由于新能源電量占比明顯增加，非化石能源電量占比也明顯增加，2050年時(shí)占比較基礎(chǔ)場(chǎng)景已經(jīng)增加了11.73%。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s17電源結(jié)構(gòu)突破場(chǎng)景下各階段發(fā)電量與裝機(jī)占比（2）各類機(jī)組規(guī)劃結(jié)果分析①各類電源裝機(jī)占比分析根據(jù)仿真結(jié)果，各階段各類電源占比如圖4.8所示。到2050年，全國(guó)火電裝機(jī)共計(jì)11.69億kW，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容量的16.51%；水電裝機(jī)共計(jì)5.11億kW，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容量的7.22%；風(fēng)電裝機(jī)共計(jì)16.08億kW，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容量的22.72%；光電裝機(jī)共計(jì)34.11億kW，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容量的48.17%；核電裝機(jī)共計(jì)3.81億kW，占全國(guó)發(fā)電機(jī)組總裝機(jī)容量的5.39%。在海上風(fēng)電核電大發(fā)展的場(chǎng)景下，風(fēng)電到2050年時(shí)占比達(dá)到了48.17%。火電與水電裝機(jī)占比不斷減少，但2050年時(shí)仍然共占比23.73%，且實(shí)際裝機(jī)容量大于基礎(chǔ)場(chǎng)景。這是因?yàn)轱L(fēng)電的特殊性導(dǎo)致其機(jī)組出力具有波動(dòng)性和間歇性，為保證電力供需平衡，風(fēng)電大發(fā)展場(chǎng)景下仍然需要相應(yīng)的常規(guī)機(jī)組作為調(diào)峰電源。此外，考慮電力系統(tǒng)穩(wěn)定性要求，仍需要保留一定容量的常規(guī)電源。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s18電源結(jié)構(gòu)突破場(chǎng)景下各階段全國(guó)裝機(jī)占比②各區(qū)域裝機(jī)容量分析各地區(qū)各發(fā)電方式的裝機(jī)容量如圖4.9所示。與圖4.5進(jìn)行對(duì)比，顯然各區(qū)域風(fēng)電裝機(jī)遠(yuǎn)高于基礎(chǔ)場(chǎng)景。同時(shí)，2050年華北、華東、西北地區(qū)火電裝機(jī)明顯高于基礎(chǔ)場(chǎng)景，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了前一部分的結(jié)論，大量風(fēng)電裝機(jī)的投入需要足夠多的傳統(tǒng)電源支撐。只有當(dāng)風(fēng)電技術(shù)提升帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)性能與其不穩(wěn)定性帶來(lái)的安全成本平衡時(shí)，風(fēng)電才有可能占據(jù)發(fā)電方式中的主要地位。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s19電源結(jié)構(gòu)突破場(chǎng)景下各階段各區(qū)域裝機(jī)容量④總體電量占比根據(jù)仿真結(jié)果，2030年火電發(fā)電量共計(jì)6.093萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)總發(fā)電量的53.50%；水電發(fā)電量共計(jì)0.74萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)總發(fā)電量的6.48%；風(fēng)電發(fā)電量共計(jì)2.532萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)總發(fā)電量的22.23%；光伏發(fā)電量共計(jì)0.991萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)總發(fā)電量的8.70%；核電發(fā)電量共計(jì)1.03萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)總發(fā)電量的9.09%。2040年火電發(fā)電量共計(jì)4.987萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)總發(fā)電量的37.89%；水電發(fā)電量共計(jì)1.008萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)總發(fā)電量的7.66%；風(fēng)電發(fā)電量共計(jì)2.324萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)總發(fā)電量的17.66%；光伏發(fā)電量共計(jì)2.04萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)總發(fā)電量的15.50%；核電發(fā)電量共計(jì)2.801萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)總發(fā)電量的21.29%。2050年火電發(fā)電量共計(jì)3.125萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)總發(fā)電量的21.48%；水電發(fā)電量共計(jì)2.074萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)總發(fā)電量的14.26%；風(fēng)電發(fā)電量共計(jì)3.465萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)總發(fā)電量的23.82%；光伏發(fā)電量共計(jì)3.08萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)總發(fā)電量的21.20%；核電發(fā)電量共計(jì)2.80萬(wàn)億kW·h，占全國(guó)總發(fā)電量19.25%。與基礎(chǔ)場(chǎng)景相比，各階段核電實(shí)際上網(wǎng)電量顯著提升，符合未來(lái)核電技術(shù)發(fā)展后核電政策逐步放開的趨勢(shì)。2040年和2050年時(shí)風(fēng)電發(fā)電量也明顯增加，符合該場(chǎng)景下風(fēng)電逐漸大規(guī)模開發(fā)的設(shè)定。各階段火電，水電發(fā)電量雖相對(duì)下降，但仍占據(jù)重要地位，以支撐電力系統(tǒng)穩(wěn)定。到2050年時(shí)，火電發(fā)電量占比顯著下降，僅占21.48%，而新能源發(fā)電量占45.02%，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了由火電機(jī)組占主導(dǎo)向新能源機(jī)組占主導(dǎo)地位的轉(zhuǎn)變，未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型與變革在該場(chǎng)景下更為明顯。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s110電源結(jié)構(gòu)突破場(chǎng)景下各階段全國(guó)發(fā)電量占比廣域互聯(lián)場(chǎng)景本節(jié)基于本章前2節(jié)建立的電網(wǎng)規(guī)模演化等效分析模型，針對(duì)電網(wǎng)形態(tài)格局對(duì)于新能源消納占比的影響，考慮未來(lái)電網(wǎng)進(jìn)一步擴(kuò)大互聯(lián)范圍，即在廣域電網(wǎng)互聯(lián)形態(tài)格局下，2020-2050年各階段電網(wǎng)規(guī)模，包括各區(qū)域各類型機(jī)組裝機(jī)容量、新能源消納和各類型機(jī)組發(fā)電量等結(jié)果。并在此基礎(chǔ)上與傳統(tǒng)區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)格局進(jìn)行對(duì)比分析，比選分析電網(wǎng)合理格局。未來(lái)電網(wǎng)格局分析21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)攻克了特高壓交直流輸電技術(shù)，有效解決了我國(guó)一次能源供給與需求呈逆向分布的困境，促進(jìn)新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)。目前已成功投運(yùn)了連接華中與華北電網(wǎng)的特高壓交流輸電工程和連接華東與華中電網(wǎng)的兩大特高壓直流輸電工程，顯著提高跨區(qū)電網(wǎng)輸電能力?；谖磥?lái)新能源高速發(fā)展并大規(guī)模接入電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)專家學(xué)者研究提出我國(guó)電網(wǎng)未來(lái)發(fā)展模式除了區(qū)域互聯(lián)形態(tài)格局以外，還存在通過(guò)建設(shè)特高壓交流聯(lián)絡(luò)線，擴(kuò)大電網(wǎng)互聯(lián)范圍提升電網(wǎng)互濟(jì)能力的廣域電網(wǎng)互聯(lián)形態(tài)格局。在現(xiàn)有電網(wǎng)形態(tài)格局基礎(chǔ)上大幅度增強(qiáng)互聯(lián)水平的電網(wǎng)形態(tài)格局稱為廣域互聯(lián)形態(tài)格局，作為支撐新能源消納形態(tài)格局的另一個(gè)選項(xiàng)進(jìn)行分析。結(jié)構(gòu)示意如圖4.11所示。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s111廣域互聯(lián)形態(tài)格局示意圖這一形態(tài)格局的主要特點(diǎn)在于：區(qū)域之間的聯(lián)系進(jìn)一步加強(qiáng)，擁有強(qiáng)互聯(lián)互濟(jì)能力的大區(qū)同步電網(wǎng)數(shù)量進(jìn)一步提高。從全國(guó)范圍內(nèi)看，七個(gè)區(qū)域電網(wǎng)被進(jìn)一步整合為2個(gè)同步運(yùn)行的大區(qū)同步電網(wǎng)和2個(gè)區(qū)域同步電網(wǎng)，之間通過(guò)直流異步互聯(lián)。在仿真建模和規(guī)劃計(jì)算中體現(xiàn)為：將華中、華東、華北地區(qū)建模為同步運(yùn)行的統(tǒng)一東部大區(qū)電網(wǎng)，將西南與西北地區(qū)建模為統(tǒng)一的西部大區(qū)電網(wǎng)。在上層規(guī)劃階段中各個(gè)區(qū)域根據(jù)自身發(fā)展水平、資源限制等約束條件，并考慮跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線建設(shè)情況進(jìn)行裝機(jī)容量規(guī)劃；在下層運(yùn)行階段中，東部大區(qū)、西部大區(qū)與東北、南網(wǎng)共四個(gè)區(qū)域間按照直流異步互聯(lián)交換功率范圍考慮電力電量平衡和設(shè)置相關(guān)約束條件，進(jìn)行典型日模擬運(yùn)行仿真。區(qū)域互聯(lián)格局與廣域互聯(lián)格局在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別在于：在區(qū)域互聯(lián)格局基礎(chǔ)上，廣域互聯(lián)格局進(jìn)一步將西北-西南電網(wǎng)整合為西部大區(qū)電網(wǎng)，與華北-華中-華東組成的東部大區(qū)協(xié)同，從而改變了支撐新能源消納的電網(wǎng)靈活性資源互濟(jì)范圍。本節(jié)將基于所提出的電網(wǎng)運(yùn)行模型，對(duì)以上兩種未來(lái)可能的電網(wǎng)形態(tài)格局進(jìn)行分析，比選更有利于新能源消納的合理形態(tài)格局。基礎(chǔ)場(chǎng)景（1）新能源消納情況分析在基礎(chǔ)場(chǎng)景下，采用廣域互聯(lián)形態(tài)格局，仿真得出各階段各類型發(fā)電方式發(fā)電量如圖4.12所示：圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s112廣域互聯(lián)基礎(chǔ)場(chǎng)景下各階段發(fā)電量與裝機(jī)占比顯然，新能源裝機(jī)與非化石能源裝機(jī)占比逐年增高，同時(shí)新能源發(fā)電量與非化石能源發(fā)電量占比也逐年增高，這一趨勢(shì)與區(qū)域互聯(lián)形態(tài)格局的基礎(chǔ)場(chǎng)景相似。新能源發(fā)電量占比在各階段分別為26.65%，30.49%，39.65%，而各階段碳排放量分別為39.757億噸/年，33.855億噸/年，17.780億噸/年，可見清潔能源發(fā)電量的逐漸提升十分有利于碳減排，符合未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展方向。各類機(jī)組規(guī)劃容量分析①各電源類型裝機(jī)占比分析由仿真結(jié)果得各電源類型裝機(jī)占比如圖4.13所示。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s113廣域互聯(lián)基礎(chǔ)場(chǎng)景下各階段全國(guó)裝機(jī)占比火電裝機(jī)占比由2020時(shí)的54.82%縮減到2050年時(shí)的16.50%，不再占據(jù)主導(dǎo)地位，而新能源裝機(jī)占比從2020年時(shí)的18.90%增加到71.89%，符合國(guó)家相關(guān)政策對(duì)環(huán)境經(jīng)濟(jì)的要求，且與區(qū)域互聯(lián)形態(tài)結(jié)構(gòu)下基礎(chǔ)場(chǎng)景相比新能源裝機(jī)占比增幅更大。說(shuō)明廣域互聯(lián)形態(tài)結(jié)構(gòu)更有利于新能源大規(guī)模投入。水電裝機(jī)占比在2030年時(shí)顯著減小至14.06，并且之后仍有略微縮小的趨勢(shì)，這是由于有限的水能資源在2030年時(shí)基本可以開發(fā)完畢。核電裝機(jī)由于其特別的安全性和對(duì)設(shè)備制造技術(shù)的高要求，受其他類型裝機(jī)影響不大，到2050年時(shí)占比為3.26%。圖4.14為各類型電源總裝機(jī)容量變化趨勢(shì)。光伏發(fā)電增幅明顯。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s114廣域互聯(lián)基礎(chǔ)場(chǎng)景電網(wǎng)演化各類電源裝機(jī)總量②各區(qū)域裝機(jī)容量分析在基礎(chǔ)場(chǎng)景下，各階段各類電源裝機(jī)如圖4.15所示：圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s115廣域互聯(lián)基礎(chǔ)場(chǎng)景下各階段各地區(qū)裝機(jī)容量到2050年時(shí)，除東北，西南地區(qū)受自然環(huán)境因素制約，其余地區(qū)光伏發(fā)電都已成為最主要的發(fā)電方式。風(fēng)電裝機(jī)容量在各地區(qū)也都有所上升，在西北，東北，華中等風(fēng)力資源充足的地區(qū)增長(zhǎng)猶為明顯。火電裝機(jī)在各地區(qū)都由小幅縮減或持平往年的趨勢(shì)。③總體電量占比基于仿真結(jié)果，計(jì)算各場(chǎng)景下各類型電源裝機(jī)占比如圖4.16所示。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s116廣域互聯(lián)基礎(chǔ)場(chǎng)景各階段全國(guó)發(fā)電量占比在廣域聯(lián)網(wǎng)形態(tài)結(jié)構(gòu)下，光電發(fā)電量占比每十年平均增幅為7.855%，光電裝機(jī)占比每十年平均增幅為22.32%，二者均有較高增速，而火電發(fā)電量到2050年時(shí)占比為33.18%,占比明顯減少，這有利于能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，符合國(guó)家政策。（3）區(qū)域互聯(lián)與廣域互聯(lián)演化結(jié)果對(duì)比在基礎(chǔ)場(chǎng)景下，采用廣域互聯(lián)同步電網(wǎng)格局，與采用區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)格局相比較，在2020-2050各規(guī)劃階段電網(wǎng)規(guī)模仿真結(jié)果對(duì)比如下：圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s117“區(qū)域互聯(lián)”與“廣域互聯(lián)”基礎(chǔ)場(chǎng)景對(duì)比兩種不同電網(wǎng)格局下，在電網(wǎng)演化各階段的碳排放量對(duì)比如下：圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s118“區(qū)域互聯(lián)”與“廣域互聯(lián)”基礎(chǔ)場(chǎng)景碳排放對(duì)比對(duì)比兩種電網(wǎng)形態(tài)結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果，廣域互聯(lián)場(chǎng)景下碳排放較少于區(qū)域互聯(lián)場(chǎng)景，新能源裝機(jī)占比與新能源發(fā)電量占比均略高于區(qū)域互聯(lián)場(chǎng)景，說(shuō)明廣域互聯(lián)形態(tài)格局增強(qiáng)了區(qū)域互聯(lián)互濟(jì)，更利于實(shí)現(xiàn)新能源優(yōu)化配置與消納。海上風(fēng)電核電大發(fā)展場(chǎng)景（1）新能源消納情況分析在海上風(fēng)電與核電大發(fā)展場(chǎng)景下，采用廣域電網(wǎng)互聯(lián)形態(tài)格局，各階段發(fā)電量與裝機(jī)占比如圖4.19所示：圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s119廣域互聯(lián)電源結(jié)構(gòu)突破場(chǎng)景下各階段發(fā)電量與裝機(jī)占比由上述計(jì)算結(jié)果可知，該場(chǎng)景下，新能源裝機(jī)與非化石能源占比逐年增高，同時(shí)新能源發(fā)電量與非化石能源發(fā)電量占比也逐年增高。2030年新能源上網(wǎng)電量占全國(guó)電量29.90%，2040年為34.24%，2050年為45.72%。隨著清潔能源發(fā)電量占比逐漸提升，碳排放總量由37.402億噸/年降低至2050年的11.134億噸/年。（2）各類機(jī)組規(guī)劃容量分析①各電源類型裝機(jī)占比分析由仿真結(jié)果得各電源類型裝機(jī)占比如圖4.20所示。圖STYLEREF1\s4.SEQ圖\*ARABIC\s120廣域互聯(lián)電源結(jié)構(gòu)突破場(chǎng)景電網(wǎng)演化各類電源裝機(jī)占比在廣域互聯(lián)電源結(jié)構(gòu)下火電占比由2020年的56.59%降至2050年的16.01%。風(fēng)光可再生能源由2020的20.20%增長(zhǎng)到2050年的71.31%.水電在2020年之后占比減少，2050年時(shí)僅占7.27%。海上風(fēng)電核電大發(fā)展場(chǎng)景下，核電裝機(jī)占比隨著政策的放開在2040年前穩(wěn)步增長(zhǎng)，達(dá)到7.51%。2040年后基本保持在7%左右；而風(fēng)電裝機(jī)占比在2030年時(shí)迅速增長(zhǎng)到22.80%，之后也一直穩(wěn)定保持在22%左右。圖4.21為各類型電源總裝機(jī)容量變化趨勢(shì)。2050年光伏裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)34.11億kW。圖STYLEREF1\