电力部门碳减排技术经济管理

电力部门碳减排技术经济管理碳达峰碳中和系列教材《碳减排技术经济管理》配套课件第一节电力生产供应概述第二节电力系统关键技术第三节电力部门发展现状第四节电力部门碳减排技术经济管理措施第五节电力部门碳减排技术经济管理方法2第一节电力生产供应概述2“源”主要指可控且连续出力的大电源（煤电、水电、核电等）发电厂、站

，通过各种设备做功形式将一次能源转换成电能

，然后通过升压接入“网”即电网。输电网通过升压变电站、高压/超高压输电线路将发电厂与变电所连接起来

，完成电能传输。配电网通过配电所、配电线路、变压器等从输电网接受电能

，逐级降压分配给用户即各个负荷端，传统电力系统由“源网荷”组成电力系统简介即“荷”。电力系统示意图3新型电力系统由“源网储荷”组成“源网荷储”新型电力系统示意图

4新型电力系统u源源互补u源网协调u网荷互动u网储互动与传统电力系统相比

，

新型电力系统的

“新”主要表现为以下几个方面:传统电力系统与新型电力系统5第二节电力系统关键技术6u发电技术火力发电、

核能发电、

水力发电、

风力发电、

太阳能发电、

生物质能发电、

地热能发电u碳捕集、

封存与利用技术u储能技术电力系统关键技术7火力发电是指通过燃烧化石燃料（煤、油、天然气或其他碳氢化合物）

，将所得到的热能转换为机械能再转换为电能的过程。u优点：技术成熟、成本低廉、机组出力稳定可控、相较于其他发电方式建设周期短等u缺点：火力发电的燃料主要是化石能源

，在发电过程中会产生大量尘粒、二氧化硫等有害物质和二氧化碳排放发电技术：

火力发电汽轮机发电示意图燃煤发电站8技术进步u

随着蒸汽压力和温度参数逐步提高

，煤电机组由亚临界向超临界、超超临界技术不断发展进步，煤电机组发电效率明显提高

，供电煤耗明显降低

，粉尘、

SOx、

NOx、

COx等的排放量也会随着煤

耗的降低而相应降低u循环流化床是新一代高效、低污染清洁燃烧技术

，优点有:低温燃烧方式，

因此氮氧化物排放远低于煤粉炉

，并可实现燃烧中直接脱硫,脱硫效率高且技术设备简单、经济；燃料适应性广且燃烧效

率高u整体煤气化联合循环发电系统是将洁净的煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统,既

有高发电效率又有环保性能,是一种有发展前景的洁净煤发电技术发电技术：

火力发电9u2020年

，我国发电总装机容量达22亿千瓦，其中火力发电机组装机容量12亿千瓦

，

占

全国总装机容量的57%u从电源结构看

，

2011-2020年我国传统化

石能源发电装机比重持续下降

，

2020年火

力发电装机比重较2011年下降了16%2011-2020年全国总装机容量和火电机组装机容量

资料来源:历年《中国电力年鉴》

;

国家统计局发电技术：

火力发电10核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。u优点：不使用化石燃料、不会造成空气污染和产生大量的CO2排放、核燃料能量密度高、所用

燃料体积小、运输和储存便利、

出力稳定可控等u缺点：核反应堆会产生大量的放射性物质

，一旦出现核泄漏事故

，将对生态环境和人体健康造成巨大危害发电技术：

核能发电核电站

112020年世界各国核能发电现状资料来源:

IEA.

Electricity

Information

2021u利用核能发电的主要国家有美国、

中国、

法国、

俄罗斯等u2020年中国在运行核电站53座

，

核能发电量占比4.9%发电技术：

核能发电12水力发电是指利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处

，将势能转换成水轮机之动能

，再借水

轮机推动发电机产生电能。u优点：对环境污染较小、能够控制洪水泛滥、提供灌溉用水、改善河流航运、推动发展旅游业等u缺点：需要高昂的前期投入和较长的建设周期

，且大坝水库的修建会对周边水生生态系统造成不可逆的影响；水力发电能力还会受到降雨、汛期来水等自然因素影响发电技术：

水力发电水力发电站

13u水力发电基础设施建成后发电小时数较高、

发电运行成本较小

，是目前经济最成熟、

世界最

主要的可再生能源发电技术

，

但随着资源不断

开发

，成本具有上升趋势u2020年全球平均水力发电装机成本约为1870

美元/千瓦2010-2020年全球水力发电装机成本资料来源:

IRENA(2021)发电技术：

水力发电14u2020年各类可再生能源发电量中

，

水力发电占比17%

，是继煤炭和天然气之后的第三大

电力来源u水力发电是我国主要的可再生能源发电方式，

2020年我国水力发电量为12140亿千瓦时；2020年我国水力发电新增设备容量为1323万

千瓦

，

水电装机容量多年来稳居世界第一2011-2020年世界主要国家水力发电装机容量

资料来源:

IRENA(2021)发电技术：

水力发电15风力发电的流程是利用风力带动风车叶片旋转

，再通过增速机将旋转的速度提升

，来促使发电机发电，从而实现将风能转换为机械能再转换为电能。u优点：不需要燃烧化石能源

，不产生污染物和CO2排放

，风没有枯竭期

，风力发电机组体积较小，可以广泛放置在岛屿、沿海等风力较大地区等u缺点：

噪声污染、视觉污染、

占用大片土地、风力发电受天气变化影响大、

出力不稳定不可控、需

要额外的系统整合成本等海上风力发电发电技术：

风力发电陆上风力发电16全球陆上风力发电装机成本仍然较高

，

而海上风力发电装机成本是其两倍以上2010-2020年全球海上风力发电装机成本

资料来源:

IRENA(2021)2010-2020年全球陆上风力发电装机成本资料来源:

IRENA(2021)发电技术：

风力发电17u2020年全球风电发电累计装机容量已达743吉瓦

，利用风力发电的主要国家有中国、

美

国、

印度、

俄罗斯等u2020年我国风力发电新增装机容量7167万

千瓦

，

其中海上风电新增并网装机容量306

万千瓦2011-2020年世界主要国家风力发电装机容

量

资料来源:

IRENA(2021)发电技术：

风力发电18太阳能发电根据能量转换过程不同可以分为太阳能光发

电和太阳能热发电。

已实现产业化应用的主要是太阳能

光伏发电。u优点：无枯竭危险、无环境污染、不受资源分布地

域的限制、可在用电处就近发电等u缺点：太阳照射的能量分布密度小

，即要占用巨大

面积

，获得的能源与四季、昼夜及阴晴等气象条件

有关

，提供的电力不稳定太阳能发电示意图发电技术：

太阳能发电太阳能热发电太阳能光发电192010年以来

，

全球太阳能光伏发电装机成本逐年降低

，

随着太阳能电池等技术不断进步,未来光伏发电成本有望进一步降低发电技术：

太阳能发电2010-2020年全球太阳能聚光发电装机成本资料来源:

IRENA(2021)2010-2020年全球太阳能光伏发电装机成本资料来源:

IRENA(2021)202011-2020年世界主要国家太阳能发电装机容量资料来源:

IRENA(2021)u太阳能光伏发电发展迅速

，

2020年全球太阳能光伏新增装机容量138吉瓦

，

太阳

能光热发电新增装机容量129兆瓦u中国、

美国、

印度、

俄罗斯、

日本是最主要的太阳能发电国家发电技术：

太阳能发电21生物质能发电主要利用农业、

林业和工业废弃物及城市垃圾为原料

，

采取直接燃烧或气化等方式发电

，包

括直接燃烧发电、

气化发电、

垃圾焚烧发电、

垃圾填

埋气发电、

沼气发电等。u优点：

可再生、

低污染、

分布广泛、

蕴藏量巨大等u缺点

：存在农林废弃物收集和运输成本高等问题,生

物质能发电方式发展缓慢发电技术：

生物质能发电黑龙江肇东市生物质热电联产示范项目222010-2020年全球生物质能发电装机成本资料来源:

IRENA(2021)2020年全球生物质能发电的装机成本高达2543美元/千瓦发电技术：

生物质能发电23u在中国、

印度等人口众多的国家

，

生物质具有极大的能源供应潜力

，

2020年全球生

物质能发电装机容量达到127吉瓦

，

约占

全球可再生能源装机总容量的3.8%u我国生物质能发展迅速

，

2020年生物质能

发电新增装机容量542万千瓦

，

累计生物

质能发电装机容量达1869万千瓦2011-2020年世界主要国家生物质能发电装机容量资料来源:

IRENA(2021)发电技术：

生物质能发电24地热能发电是把地下热能转换为机械能

，然后再将机械能转换为电能的能量转换过程。u优点：

可再生、

低污染、

总量丰富u缺点：

资金投入大、

受地域限制发电技术：

地热能发电252010-2020年全球地热能发电装机成本资料来源:

IRENA(2021)地热能发电装机成本较高

，

2019年全球地热能发电装机成本为3916美元/千瓦发电技术：

地热能发电262011-2020年世界主要国家地热能发电装机容量

资料来源:

IRENA(2021)u地热能发电在我国应用较少

，近十年来我国地热能发电装机容量一直保持在26兆瓦u美国是世界上地热能发电利用最广泛的国家，

2020年美国地热能发电装机总量高达2587兆瓦，发电技术：

地热能发电位居世界首位27•通过碳捕集技术

，将能源产业及工业过程产生的CO2分离出来进行捕集、压缩•通过管道输送等方式将CO2输送至封存点

，注入陆地或海下深层地质构造中

，与大气隔绝封存起来

，或进行应用•

CCUS是一种减少温室气体排放及利用的技术

，是解决全球气候变化问题的重要手段之一碳捕集、利用与封存（

carbon

capture,

utilization

and

storage,

CCUS）碳捕集、

利用与封存技术我国首个百万吨级CCUS项目

齐鲁石化-胜利油田CCUS项目28CCUS过程包括四个步骤u捕集：从燃煤烟气中分离或捕集CO2，并将其压缩成液体或超临界状态u

运输：将捕集的CO2通过管道、船舶、铁路、公路或其他方式运输到储存点或利用点u封存：将压缩后的CO2注入地下储层体进行地质封存

，并进二氧化碳驱油过程示意图行监测

，其目的是保证封存有效

，可储存在地下达数千年u

利用：主要有物理利用、化学利用和生物利用等碳捕集、

利用与封存技术29CCUS技术路线图根据在燃料转化过程中捕集CO2的位置不同

，

电厂CO2捕集的技术主要分为燃烧前捕集、

燃烧后捕集和氧燃料燃烧捕集三种技术碳捕集、

利用与封存技术30储能作为新增的灵活性调节资源,不仅可提高常规发电和输

电的效率、

安全性和经济性,也是实现可再生能源平滑波

动、

调峰调频,满足可再生能源大规模接入的重要手段

与世界其他国家和地区相比,我国储能与新能源装机容量的比例,即“储新比”,明显偏低,2020年我国的储新比约为6.7%,而我国以外其他国家和地区的储新比平均为15.8%。

随着可再生能源发电比例的提高和煤电的逐步退出,储能将迎来巨大的发展机遇。可再生能源发电具有间歇

性,

电力系统对于平滑输

出、调峰调频等电力辅助服务的需求明显增长电力消费方式单一,

煤电、

燃机供给足

以应对电网稳定调

节需求风光发

电时代传统能

源时代储能技术31

储能即能量的存储,指通过特定的装置或物理介质将能量存储起来以便在需

要时利用

根据能量存储方式的不同,储能可以分为机械储能、

电磁储能、

电化学储能、储能技术分类与原理储能分类示意图

32热储能和化学储能五大类抽水蓄能

目前最成熟的大规模储能方式

基本原理：

电网低谷时利用过剩电力,将作为液态能量媒体的水从低标高的

水库抽到高标高的水库,电网峰荷时高标高水库中的水回流到下水库推动水

轮发电机发电飞轮储能

利用高速旋转体所具有的动能进行能量存储,通过控制飞轮转速实现电能与

动能的转换机械储能33压缩空气储能

一种基于燃气轮机发展而产生的储能技术,以压缩空气的方式储存能量

储能时段：

压缩空气储能系统利用风/光电或低谷电能带动压缩机,将电能转

化为空气压力能,随后高压空气被密封存储于报废的矿井、

岩洞、

废弃的油

井或者人造的储气罐中

释能时段：

通过放出高压空气推动膨胀机,将存储的空气压力能再次转化为

机械能或者电能机械储能34超导储能

利用超导体的电阻为零特性制成的储存电能的装置

不仅可以在超导体电感线圈内无损耗地储存电能,还可以通过电力电子换流器

与外部系统快速交换有功和无功功率,用于提高电力系统稳定性、

改善供电品

质超级电容器

又叫双电层电容器、

电化学电容器,是一种介于传统电容器和充电电池之间的

新型储能装置,既具有电容器快速充放电的特性,同时又具有电池的储能特性电磁储能35电化学储能

各种二次电池,如锂离子电池、

铅酸电池、

钠硫电池和液流电池等

多数在技术上比较成熟,近年来成为关注的重点,并有许多实际应用热储能

热储能有许多不同的技术,如熔融盐储能,其可进一步分为显热储能和潜热储

能等

热储能系统中,热能被储存在隔热容器的媒质中,以后需要时可以转化回电能,

也可直接利用而不再转化回电能电化学储能、

热储能36化学储能

化学储能主要是指利用氢或合成天然气作为二次能源的载体

通过电解水将水分解为氢气和氧气

，

可直接用氢作为能量的载体

将氢与二氧化碳反应成为合成天然气(甲烷),以合成天然气作为另一种二次能

量载体其它新兴储能技术

包含钠离子电池、

液态金属电池、

多价金属离子电池、

水系电池等化学储能、

其它新兴储能技术37•

适用场景范围

飞轮储能与超级电容器主要应用于工业生产中对电压波动较为敏感的精密制

造与通信、

数据中心等行业

抽水蓄能主要应用于大电网的输配电环节

化学储能则更多运用于风、

光发电等波动较大的可再生能源发电侧、

中小型

智能变电站和用电侧

氢储能更适宜季节性调峰各类储能技术比较38•时间尺度

抽水蓄能、

压缩空气储能、

燃料电池、

电化学储能等更适合小时级调峰

超级电容器等则更适合秒级调频需求•

技术成熟度

抽水蓄能应用最为成熟

储热技术也已处于规模化应用阶段,

目前我国火电灵活性改造大部分采取储

热技术

锂离子电池储能近年得到了飞速应用

压缩空气储能以及液流电池也逐渐迎来了商业化应用各类储能技术比较39储能技术应用场景丰富,主要分为电源侧、

电网侧和用户侧三类u电源侧对储能的需求场景类型较多,包括可再生能源并网、

电力调峰、

系统

调频等u电网侧储能主要用于缓解电网阻塞、

延缓输配电扩容升级等u用户侧储能主要用于电力自发自用、

峰谷价差套利、

容量电费管理和提高电

能质量等在实际应用中,储能的某一功能应用并不局限于单一应用场景,以平滑输出、

跟

踪出力计划为例,可同时应用于电源侧、

电网侧和用户侧多场景下储能应用40类型时长需求应用场景技术种类发展阶段长时储能容量型≥4小时削峰填谷、

离网储能等抽水蓄能

、

压缩空

气储能、

储热蓄冷、

氢储能、

钠硫电池、

液流电池

、

钠离子

电池、

铅炭电池等•抽水蓄能和压缩空气储能处

于商业应用成熟阶段•铅炭电池、

储热蓄冷等已进

入商业推广阶段•液流电池、

钠离子电池等已

进入示范应用阶段•氢储能处于开发阶段多场景下储能应用41类型时长需求应用场景技术种类发展阶段短时储能能量型1~2小时复合功能

，

独立储能

电站、

电网侧储能、

调峰调频和紧急备用

等多重功能磷酸铁锂电池等商业应用成熟阶段功率型≤30分钟辅

助

A

GC

调

频

、

平

滑间歇性电源功率波

动超导储能

、

飞轮储

能

、

超级电容器

、

钛酸锂电池

、

三元

锂电池等•

超

导

储

能

、

飞

轮

储

能

、

超级电容处于

开发阶段•

钛

酸

锂

电

池

、

三

元

锂电池处于商业应

用成熟阶段备用型≥15分钟通讯基站和数据中心

等场景作为不间断电

源提供紧急电力铅酸电池

、

梯级利

用电池

、

飞轮储能

等•

铅

酸

电

池

处

于

商

业

应用阶段•

梯

级

利

用

处

于

示

范

应用阶段多场景下储能应用机械储能抽水蓄能和压缩空气储能是目前应用最广泛的长时储能技术1)抽水蓄能

抽水蓄能是最为成熟、

现有规模最大的储能技术,具有技术成熟、

运行成本

低、寿命长、

容量大、

效率高等优点

但也存在响应慢、

受地理条件限制、

建设周期长等缺点长时储能发展现状与方向432)压缩空气储能u压缩空气储能容量功率范围广、

环境友好,但效率低、

响应慢、

受地形地质

条件限制u压缩空气储能之前受制于储能效率较低、

电量损耗成本较高,但是随着技术

进步,大型电站投资储能效率已经上升至70%~75%,

略低于抽水蓄能电站,

已经具备了大规模商业化应用的条件u与当前应用最为广泛的抽水蓄能以及磷酸铁锂电池比较,压缩空气储能的度

电成本依然要略高于抽水蓄能,但是远低于磷酸铁锂,投资周期较抽水蓄能

短,且单体投资规模限制小综合来看,压缩空气储能在能效得到提升后,有望成为抽水蓄能在大规模储能

电站领域的重要补充长时储能发展现状与方向44电化学储能电化学储能不受地理条件限制,响应更加迅速,且建设周期较短,是长时储能的

重要发展方向,其中钠离子电池、

液流电池是未来主要发展方向,铅炭电池也具备一些发展潜力1)钠离子电池u钠离子电池较锂离子电池而言,原材料丰富,且成本降低约20%,但电池能

量密度较低,产业链配套尚不完善,

因此发展趋势主要集中在能量密度提升

以及通过产业链建设降低成本两个方面u安全性上,钠离子电池内阻较大,短路时瞬时放热量较锂离子电池少,温升较

低,在安全性方面具备先天优势,但钠离子电池电解液易燃、

负极处钠枝晶

生长易导致短路等问题依旧存在,

因此需要在负极材料、

电解质环节入手进

一步提高安全性长时储能发展现状与方向452)液流电池u液流电池未来主要发展方向为全钒液流电池和锌溴液流电池,两者原材料易

得且易回收,

已经进入示范应用阶段u全钒液流电池活性物质单一,扩展性较高,可突破锂离子电池在储能时长方

面的限制,且循环寿命可长达20年,容量规模易调节。

但成本是制约全钒液

流电池发展的核心原因,未来可通过技术和商业模式创新两个方面降低成本u锌溴液流电池相较于全钒液流电池,能量密度更高,

电解液体积更小,

电极和

隔膜材料均为塑料,溴化锌电解液价格低廉易得,

电极各材料均可回收利用,

对环境友好。

但锌溴液流电池在国内起步较晚,

目前产业化处于初期阶段。

解决锌枝晶导致的单体电池短路问题及产业化是未来锌溴液流电池发展的

重点长时储能发展现状与方向463)铅炭电池u铅炭电池是一种电容型铅酸电池,是从传统的铅酸电池演进出来的技术u铅炭电池同时具有铅酸电池和电容器的特点,既发挥了超级电容器瞬间大容

量充电的优点,也发挥了铅酸电池的比能量优势,且拥有非常好的充放电性

能u由于加了碳材料,

阻止了负极硫酸盐化现象,改善了过去电池失效的一个因

素,

电池寿命有所延长u在经过几年的快速发展后目前趋于沉寂,但其安全性高、

回收率高的特点使

其在场地要求不高、

有较长的充放电工作周期等场合仍然是有竞争力的储

能技术长时储能发展现状与方向47热储能

熔融盐储热是热储能中可作为长时储能发展的一种技术路线

熔融盐储热通过加热熔盐完成储能,应用场景包括光热发电、

清洁供热供汽、

火电灵活性改造

熔融盐储热具有储能规模大、

时间长、

寿命长、

环保安全等优点

但仍有一定的局限性,存在成本较高、

能量利用率低、

熔盐具有腐蚀性等缺点长时储能发展现状与方向48氢储能u可再生能源发电制氢是未来氢储能发展的主要方向,可应用于新型电力系统

“源、

网、荷”各环节,实现电氢耦合发展u电源侧

：利用可再生能源绿色制氢技术,将风能、

太阳能等可再生能源电力清洁

高效地转换为氢能,推动氢能在电源侧与可再生能源耦合,促进大规模可再生能

源消纳u电网侧：

氢储能可积极参与电网调峰调频辅助服务,提高电力系统安全性、

可靠

性、

灵活性,

由于具有储能容量大、

储存时间长、

清洁无污染等优点,能够在电

化学储能不适用的场景发挥优势,在大容量长周期调节的场景中,氢储能在经济

性上更具有竞争力,

能够实现跨地域和跨季节的能源优化配置长时储能发展现状与方向49氢储能u用户侧：

氢能作为灵活高效的二次能源,在能源消费端可以利用电解槽和燃料电

池,通过电氢转换,实现电力、

供热、

燃料等多种能源网络的互联互补和协同优化,

推动分布式能源发展,提升终端能源利用效率u但目前氢能在新型电力系统中的应用仍面临诸多挑战,如电氢耦合关键技术有待

突破,

电解水制氢成本有待下降,需加强固态储氢和有机溶液储氢等技术的研发,

降低输氢成本,提高输氢便利性长时储能发展现状与方向50短时储能中,应用最广泛的是锂离子电池,

已经进入商业化成熟期•

锂离子电池环境污染小、

充放电效率高、

循环寿命长、

循环特性好、

能量

密度高•

但过充和过放不耐受、

温度敏感、

成组寿命待提高、

价格高,在产业链各环

节存在的技术、

成本与安全问题待解决除锂离子电池等电化学储能电池外,超导储能、

飞轮储能、

超级电容器常用于满足电力系统的短时储能需求短时储能发展现状与方向51原材料环节

我国锂资源品位较低,开采成本高,主要使用离子交换吸附、

膜分离方法提锂,未来将向高性能吸附分离材料研发及工业流程的简化方向发展。正极材料环节

磷酸铁锂正极由于成本较低,安全性和循环使用寿命更高,

在储

能领域应用广泛;但其能量密度较低,未来可通过补锂逐渐提升能量密度。

实

施补锂技术后,磷酸铁锂电池的能量密度预计可提升20%左右,循环寿命也将

有所延长。负极材料环节

人造石墨材料由于低电化学电势、

循环性能好、

廉价等优点,

已成为主流,但存在比容量较低的缺点。

硅材料的质量比容量是碳材料的10

倍,未来技术方向是将碳材料引入硅中形成硅碳负极。锂电池产业链各环节问题与发展方向52隔膜环节

由于湿法隔膜生产厚度薄、

强度和能量密度高,磷酸铁锂电池有从干法隔膜向湿法隔膜转换的趋势。

为提高隔膜热稳定性,在湿法隔膜上使用陶

瓷涂覆将成为未来方向。电解质环节

六氟磷酸锂是目前的主要电解质材料。

新型电解液LiFSI

溶解温

度热稳定性较好,有望成为新型替代材料。

同时,固态或半固态电解质或是未

来发展的重要方向。

但固态电池产业链配套与目前现有的锂离子电池兼容性

很小,若要实现规模化生产,在技术、

产业链配套建设上还需要更多的时间。锂电池产业链各环节问题与发展方向53超导储能技术u适用于平抑短时功率波动,解决电网暂态频率稳定性问题,虽处于开发阶段,但

具有较大的发展前景u超导储能带材零电阻、

电流密度高、

无须能量转换、

无任何电化学反应和机

械磨损,

因此具有效率高、

功率密度高、

响应速度快、

循环次数无限等优点。u要实现超导储能在可再生能源领域的商业应用,

除了超导带材制造工艺有待提

高,制造成本亟须降低外,还需要突破以下核心关键技术:高效率、

宽功率运行

范围大功率变流技术,大容量高温超导磁体技术,低温高压绝缘技术,超导储能

系统在线监测与优化控制技术,高效制冷技术其它短时储能技术发展现状与方向54飞轮储能u具有功率密度高、

不受充放电次数的限制、

绿色无污染等特点u相较于电化学储能技术

，

主要优势在于支持高频次充放电、

使用寿命长、

安

全性高

，

劣势在于储电量低、

度电成本高、

功耗高u国内飞轮储能行业体还处于发展的早期阶段,绝大部分企业尚不具备规模化的

生产能力,绝大部分产品还处于原型机或样机研制实验阶段u飞轮储能是针对性比较强的技术,发挥其优势需要一些应用场景支撑

，在电力

系统中飞轮储能最适合的场景是一次调频

，

该领域需求逐渐增长u更高转速、

更高功率密度、

更低损耗、

更长寿命的高速磁悬浮飞轮系统是飞

轮储能技术未来的发展方向其它短时储能技术发展现状与方向55超级电容器u超级电容器行业国内起步较晚,与国外先进水平差距较大u相较于传统电容器与电池,超级电容器具有充电时间短、

使用寿命长、

温度特

性好、

节约能源和绿色环保等特点u自诞生以来,超级电容器在新能源汽车、

智能电网、

风力发电、

太阳能、

轨道

交通、

运动控制、

军用设备、

电力储能等众多领域有着巨大的应用前景,

已经

成为各国重点研发项目u随着下游应用场景的不断扩展,对超级电容器的需求也在不断增长超级电容器

技术仍需不断突破,未来将向低成本、

高能量密度、

高功率密度、

低维护成本、

长使用寿命方向发展,将会开拓更多的纯电池替代领域其它短时储能技术发展现状与方向56第三节电力部门发展现状57u全球电力部门发展概况u典型国家电力部门发展概况u中国电力部门发展概况电力部门发展现状58u为应对气候变化

，全球正朝着快速电气化方向发展

，推动电力需求大幅增加u

随着世界范围内化石能源发电量逐渐降低

，

电力碳排放与发电量逐渐脱钩

，发电产生的二氧化碳

排放增速逐渐减缓1990-2019年世界电力部门CO2排放情况全球电力部门发展概况资料来源:

IEA数据平台,

https://www.iea.org/data-and-statistics

591990-2019年世界各区域发电量u2020年低碳电力占总发电量的比例增加至39%

，其中水力发电仍是最大的可再生能源主体

，水力发电量占比达16%，核能发电量占比达10%

2020年全球发电构成全球电力部门发展概况资料来源:

IEA数据平台,

https://www.iea.org/data-and-statistics60u挪威已经实现净零排放u丹麦定于2027年u奥地利定于2030年u美国、加拿大和新西兰定于2035年u德国目标为2045年u中国定于2060年前实现全国碳中和

，

其中电力行业需率先达成零排目标至2021年底

，有21个国家计划在2040年前逐步完成煤电淘汰

，如

：德国承诺力争2030年前、

最迟2038年淘汰

煤电；

加拿大承诺在2030年内逐步淘汰传统煤电；

英国承诺到2025年逐步淘汰所有煤电。

加拿大和英国建立

“弃用煤炭发电联盟”

，截至2021年12月

，有48个国家政府、

48个地方州政府和69个组织加入。典型国家电力部门发展概况61u得益于页岩气革命和可再生能源政策支持,美国电力行业从依赖燃煤发电转向了成本大幅下降

的页岩气和可再生能源发电

，

2008年美国煤电发电量在总发电量中占比约50%

，

2020年降至

20%

，预计煤电和核电站将继续关闭u

2020年天然气发电占比高达41%,可再生能源发电占比也增加至20%美国电力部门发展概况资料来源:

IEA数据平台,

https://www.iea.org/data-and-statistics2020年典型国家电力结构美国某天然气电站62u英国在脱碳方面处于全球领先地位

，英国为碳交易市场设置碳价下限值以促进煤制气转变

，

同时对海上风

电和太阳能光伏进行创纪录的投资

，使其电力结构大

幅转型u天然气发电量占比为36%

；核电发电量占比为16%，

将进一步退役；煤电发电量占比下降至2%

，比2010

年降低95%

，预期2030年

，风能和太阳能发电量占

比将达到50%以上1990-2020年典型国家可再生能源发电量占比资料来源:

IEA数据平台,https://

www.iea.org/data-and-statistics英国电力部门发展概况632010-2021年中国人均用电量及增量电力需求总量增加

电力需求结构变化中国电力部门发展概况资料来源:

国家统计局,

http://www.stats.gov.cn2014-2021年中国全社会用电量情况642015-2021年中国发电技术规模趋势资料来源:

国家统计局,

http://www.stats.gov.cn中国电力部门发展概况电力供应规模扩大65中国电力部门发展概况煤电机组的煤炭强度在逐年优化传统化石能源发电比重持续下降资料来源:

国家统计局,

http://www.stats.gov.cn电力供应结构变化2011-2021年中国火电机组供电煤耗2015-2021年中国发电量结构66•

抽水蓄能的累计装机规模占比首次低于90%,比上年同期下降4.

1个百分点，

新型储能累计装机规模为25.4GW,

同比增长67.7%,其中锂离子电池占据主

导地位,市场份额超过90%•

美国、

中国和欧洲引领全球储能市场的发展,在新增装机方面,三者合计占全

球市场的80%,其中美国占34%,中国占24%,欧洲占22%67•

截至2021年底,全球已投运储能项目累计装机规模209.4GW,同比增长9%2021年全球储能市场累计装机规模占比（资料来源：CNESA,

2022）全球电力储能装机规模•

截至2021年底,

中国已投运储能项目累计装机规模46.

1GW,

占全球市场总规

模的22%,

同比增长30%•

抽水蓄能的累计装机规模最大,

占比86.3%

。

在各类新型储能技术中,锂离子

电池的累计装机规模最大,

占到近90%,主要由于2020年后国家及地方出台了

鼓励可再生能源发电侧配置储能的政策,

同时锂电技术商用已经成熟,成本较

低,成为电厂配置储能的主要选择

682021年中国储能市场累计装机规模占比（资料来源：CNESA,

2022）中国电力储能装机规模第四节电力部门碳减排技术经济管理措施69u煤电升级改造u可再生能源推广u储能配套应用u电力可靠性管理u市场机制建设电力部门碳减排技术经济管理措施7071碳减排技术经济管理措施百万千瓦级超超临界煤电l

汽轮机通流改造l

冷端余热深度利用改造l

煤电机组能量梯级利用l

高温亚临界综合升级改造l

降低最小出力锅炉l

缩短启停时间l

快速升降负荷l

热电解耦和锅炉燃料可变l

纯凝机组采暖供热改造l

优化运行已投产热电联产机组l

现有燃煤发电机组替代供热l

加快淘汰落后产能l

合理转为应急备用l

快速升降负荷煤电改造升级灵活性改造淘汰关停供热改造节煤降耗030204017201

资金金融扶持l

可再生能源电价附加补助

，2023年总计74亿元l

贷款展期、续贷或调整还款l

支持补贴确权贷款73l

可再生能源电力消纳保障l

市场购买可再生能源电力消纳量l

认购可再生能源绿色电力证书l

智能光伏示范企业、示范项目l

光伏制造行业规范公告l

2022年41项风电标准可再生能源推广02机制激励03规范引导74l

依托微电网、增量配网等配置新型储能支撑分

布式供能系统l

对工业、通信、互联网等用电大户提供定制化

用能服务l

不间断电源、充换电设施等分散式储能l

调峰、调频、黑启动等提升电网运行稳定性l

建设储能延缓输变电设施投资l

提升极端情况下系统应急保障力l

风光水火储一体化促进外送消纳l

配合海上风电、荒漠风电光伏基地开发l

提升新能源并网友好性和容量支撑力储能配套应用电源侧新能源+储能应用用户侧储能应用电网侧储能应用030102l

可用系数、等效可用系数、非计划停用次数、强迫停运率、等效强迫停运率输变l

平均停电频度、停电规模、电平均停电持续时间l

电力线路巡检、设备状态

监测、核心组部件溯源管

理l

配置应急电源、关键设备

信息报送管理l

机组可靠性评估、水情自动测报系统、设备分级、动态风险评估l

应急电源容量规模电力系统电力可靠性管理发电供电用户管理指标管理手段75营造良好市场环境

，

合理疏导成本

，

激励投资

，

实现能源资源配置市场机制建设76l政府机构：设定市场准入门槛

，交易价格限额

，交易方式；l

国家可再生能源信息管理中心：

向符合条件的发电商发放绿证

，建设和运行认购平台

，全面

监管绿电交易l发电商：通过绿证交易中心销售所获绿证l

自愿购买者（企业和个人）

：购买绿证完成可再生能源电力消纳考核、实现可持续发展要求、

服务企业宣传国家对发电企业每1000度非水可再生能源上网电量颁发的具有唯一标识代码的电子证书可再生能源绿色电力证书（绿证）77第五节电力部门碳减排技术经济管理方法78u电力需求预测u碳减排技术路径优化方法电力部门碳减排技术经济管理方法79电力系统碳减排管理

•

全系

•,

、

、经调原，配

发厂

电排

电组

停用

修

按济度则分各电发安发机起备检•监测收集全系统主要运行信息，运行

情况，

保证

安全

经济

运行预测电

力需求统需

求预

测

，

编制

预计

需求

曲线制电任务、

运行方

式和计划进行安

全监控

和分析•

发生系统性事故时及时采取

措施

，恢复系统正常状态指挥操

作和处

理事故80•

极端天气、供

暖制冷需求•

电网升级、家电普及•

技术进步、能源效率•

生产需求、

生产效率•

用能行为、用能时间经济发展、

人均收入产业结构

调整工业化、

智能化老龄化、

城镇化电力需求预测需求影响因素

气候条件

81•系统行为与内在机制因

果关系、

反馈回路、

结构方程及关键参数以电力需求为因变量，寻找影响因素自变量；面板模型、

协整分析、向量自回归等电力发展速度与国民经济发展速度