2025北京国际风能大会暨展览会(CWP2025)：我国能源低碳低成本转型现实路径与中小型风机发展机遇

我国能源低碳低成本转型现实路径与中小型风机发展机遇郭金东中国科学院电工研究所中国可再生能源学会综合系统专委会2025年10月21日中国科学院电工研究所INSTITUTEOFELECTRICALENGINEERING,CHINESEACADEMYOF

SCIENCES一

、我国能源转型主要挑战二

、我国能源转型现实路径三

、中小型风机发展机遇四

、单位与合作事项介绍IEECAS2IEECAS3IEECAS发

电：

44%

工

业：

42%我国二氧化碳排放的约90%和化石能源使用有关我国CO2气体排放现状（2020年），

单位：亿吨86%基于2020年能源统计年鉴数据估算4捕集

存储

转化利用化学品/材料IEECAS多行业耦合技术绿电绿氢替代

、原料替代

、流程再造及系统集成原料替代低碳水泥产品结构绿氢绿电资源循环绿电替代短流程氢冶金绿氢/储能氢/电/热固碳端消费端工业低碳变革性工艺产能端碳捕集利用及增汇低碳零碳能源碳汇化学品/材料风光电

生物质低碳灵活发电Al/Cu/Zn/PbΓ制氢储氢再生钢低碳水泥热电耦合钢铁建材有色化工封存5

富煤少油

、贫气化石能源仍占主体地位，

对外依存度高

。2021年我国：

煤炭消费29.3亿吨标准煤，

占能源消费总量56%，

占世界煤炭消费总量53.8%

原油消费总量6.8亿吨，

占能源消费总量18.5%，

对外依存度高达72%

。

天然气消费总量3690亿立方米，

占能源消费总量8.9%，

对外依存度44.3%2021年我国能源消费结构我国原油产量

、消费量和对外依存度变化图数据来源：

国家统计局IEECAS6u碳排放占比约90%的化石能源体系转化为低零碳的可再生能源体系u保障能源安全u快速减碳u技术可行，

经济性最优能源革命

巨大机遇u技术产业引领

，IEECAS7总体挑战可再生能源的波动

、间歇和不稳定性如何保障能源安全供应n风光作为主导能源，其装机容量是负荷的5~7倍，如何构建能源体系现有化石能源

、大电网的巨量沉没成本CO2排放量（亿吨

）140120100806040200锅炉煤

焦煤

石油

天然气

水泥2002

2006

2010

2014

2018

2022天然气3.6%石油2.6%煤炭

93.8%2079亿吨IEECAS减碳压力煤炭碳排放占比超60%，

碳排放量大能源转型风光波动性强，

需要巨量调节资源能源安全煤炭是我国主要的一次能源储备光伏（阴雨）光伏（晴朗）风电（微风）风电（大风）剧烈波动0:00

8:0016:00

0:00数据来源：

中科院工热所80006000400020000阴雨发电量仅为晴朗的10%已探明煤炭储量约数据来源：Carbon

Brief我国一次能源储量数据来源：怀柔国家实验室nn8n资源取之不尽用之不竭

，产业

、技术都端在自己手里

，领先世界n平时和紧急情况下哪种能源体系更安全？

大一统

、集中为主的能源体系

分层

、分区域构建源网荷一体

、冷热电联供可再生能源系统

，就地消纳

、就近协同，IEECASERI：

中国高比例可再生能源情景：

2050年IRENA：《全球能源转型：

2050路线图》远距离输送调剂的能源体系9我国有丰富的可再生能源资源潜力n风光资源丰富

技术可开发量超过1400亿千瓦，

已开发量仅1.3%

可开发资源量的9%即130亿千瓦就满足能源需求n风光产业规模和技术全球领先

全球80%以上的光伏组件，

60%的风电装备产自

中国n风光已成为最便宜能源

风电

、光伏发电成本已下降至0.1元/kWh左右从资源

、技术

、经济性

、产业发展等方面来看，

利用风光等可再生能源完全可以满足中IEECAS国未来能源需求！

风光度电成本趋势0.30889%0.034光伏发电Solar2010年

2021年0.178资源

、需求及已有装机容量对比陆上风电

海上风电OnshoreWind

OffshoreWind0.350.30.250.20.150.10.0500.08290.02856%0.079IRENA《RENEWABLE

POWER

GENERATION

COSTS

IN

2021》IRENA:LCOE($/kWh)66%10我国风电光伏发展现状n

截至2024年，

风电装机约5.21亿kW，

占总装机15.52%；

发电量9970亿千瓦时，

占比9.88%；

海上风电迅猛发展

。n

陆/海风电LOCE：

0.18和0.25-0.33元n

截至2024年，

光伏装机约8.9亿kW，

占总装机

26.57%；

发电量8390亿千瓦时，

占比8.32%

。n

集中/分布式光伏LCOE：

0.157和0.163(1500h)n

值得记录的两个历史性时刻：☆2024年7月底12.06亿kW！

提前6年兑现承诺！

2024年6月底118亿kW！

历史性超过煤电！光伏累计装机万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我国风电装机容量2017-2024我国光伏装机容量60000500004000030000200005206844134风电累计装机万kW365441636711一

、我国能源转型主要挑战二

、我国能源转型现实路径三

、中小型风机发展机遇四

、单位与合作事项介绍IEECAS123/13世界能源电力发展趋势：

由可再生能源主导14

139个国家规划2050年前实现100%可再生能源，

冰岛

、挪威等10个国家电力已经97.5%～100%来自可再生能源

数百个100%可再生能源城市，

40个城市实现了100%可再生能源电力供应

RE100：

100%利用可再生能源公司（微软

、苹果等）IEECAS苹果：

我们已实现100%可再生能源供电法兰克福100%可再生能源能流图15。。。。。。

n

化石能源为主+CCUS+核能+可再生能源n

可再生能源为主+化石能源（

CCUS）

为辅+核能n

100%可再生能源+氢能n

可再生能源+储能，

光伏+储能，

风电+储能IEECASn16IEECAS17l2019年2月，

国际可再生能源署发布报告对可再生能源整合的创新格局进行了广泛而详细的分析，

并对创新解决方案的许多实例进行了绘图和分类l整合可再生能源，

灵活性是关键IEECAS18u30项关键技术创新，

分属四个维度：

支撑技术，

商业模式，

市场设计和系统运行u超过200个真实案例u整合上述30项技术创新，提出11项解决方案u8步创新计划促进电力系统转型IEECAS19IEECAS20IEECAS21IEECAS解决方案灵活性潜力与技术成本相比

解决方案灵活性潜力与非技术挑战相比22n

我国风光发电量1.46万亿千瓦时，

约占全社会用电量的17.8%

。n

我国近几年煤炭使用量还在增加，

风光消纳困难，

为什么？n

德国和英国的风光发电量占比分别超过了58.6%和30%

。德国弃电率4.38%！IEECAS23n配电网支撑10%左右的农户农村安装光伏，

电网压力大n要把每个户用系统可观

、可测

、可控

、可调能做到吗？经济代价多大，起多大作用？n农村屋顶光伏潜力巨大，

当地无法消纳的电力一次输送到更高电压电网和更大范围，

能扩大多少分布式光伏装机？n有更科学经济的方案吗？IEECAS24n风光主导能源n多能互补

、源网荷一体n绿电绿热绿氢联合驱动n多场景综合应用n化石能源作为原料非能源利用，

绿氢实现可再生能源系统的跨季节调节IEECAS我国未来能源体系架构25公共电网风/光电源（源侧配储）电通过电网整合源荷匹配电力市场化交易区域可再生能源综合系统-多能互补/冷热电气/源网荷一体公共电网

公共热网

公共气网整体协同双向互动通过优化整合本地电源侧

、电网侧

、负荷侧资源，

以先进技术突破和体制机制创新为支撑，

探索构建源网荷储高度融合的新型电力系统发展路径

。多能互补/冷热电气/源网荷一体“

源网荷储一体化

”综合能源系统储电风/光多

能互补区域电网国家发改委/能源局《关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》

(发改能源规〔

2021〕

280号)围绕低碳经济用能，

源荷互动，

综合能源一体化！电力负荷冷热负荷用气负荷其他供热方式电制冷热P2X(氢氨醇)围绕电网，

就电论电，

无法实现真正一体化！储热区域热网储气区域气网充分灵

活

性

挖

掘电力负荷<

-

-

-

-

-

-

-

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-

---->26灵活性调节资源容量调节范围支撑风光装机功率煤电灵活性调节30-100%20亿千瓦煤电+储热深度灵活性改造0-100%40亿千瓦煤电改造为不用煤的储热电池-100%~+100%80亿千瓦煤电深度灵活性改造+储热+抽蓄-100%~+100%100亿千瓦0.750.480.210.05煤电深度调峰

抽水蓄能燃气轮机新型储能n煤电满发从4300小时减少到800小时，减碳80%以上，减小的电量可支撑风

、光20亿千瓦新增装机。n煤电灵活性改造与抽蓄

、燃气轮机

、新型储能技术路线相比，技术成本最低n充分利用已有煤电装机进行灵活性改造+储热+抽蓄：

可支撑风光装机100亿千瓦IEECAS煤电支撑风光装机粗略测算表灵活性调节成本对比27u能源转型路径和发展路线图u多能源互补

、冷热电联供的源网荷一体化能源规划及发展路径；u可再生能源为主的能源架构体系及模块化技术；u可再生能源和化石能源系统协同技术；u能源和其它领域融合技术

。IEECAS28u全场景分析

区域：

西部

、中东部

、边远农牧区

集中

、分布式

陆上

、海上

电网支撑

、自给自足

电网末端

、无大电网

、边远海岛u区域分布和发展模式研究

分区域：

西部

、中东部

、边远

能源开发

、利用

、运行多模式研究IEECASEnergyIsland无大电网或电网末端（100%可再生能源综合供能）NoGridorGrid

terminal（100%REIntegratedENergy

Supply）边远海岛RemoteIsland西部West中东部MiddleEast边远农牧区RemoteRuralArea光伏、风电、供热、生物质

Solar

WindHeatBiomass多能互补multi-energycomplementary海上风电、海上光伏Offshore

Wind

&Solar风光牧场MarineRanch

With

Wind

&Solar能源岛通过大电网供能Power

Grid电网支撑的自发自用Self-powerGeneration

Self-powerConsumption

Supported

by

power

grid完全自给自足Provide

forOneself分布式Distributed海上风光OffshoreWind

&Solar与高载能耦合本地消纳LocalConsumptionCoupled

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

Delivering全场景FullScenarios大基地Large

base典型场景分类29

大基地远距离外送和在负荷附近就近开发可再生能源系统的成本孰高孰低n园区

、建筑等典型场景可再生能源综合系统

利用分布式可再生能源解决园区

、建筑的冷热电用能需求，

实现区域100%可再生能源供能

钢铁工艺流程电热氢耦合运行与协同控制n县域100%可再生能源系统

建设冷热电联供的100%可再生能源系统，

零碳，

更经济n乡村振兴边远农牧区IEECASn可再生能源和高载能产业结合

高比例可再生能源多能互补及源网荷储一体化④源/荷/储系统平衡设计独立运行多源主动构网系统灵活性互动电/热/氢n大规模外送基地(西部和海上）

可再生能源和节能建筑结合解决用电

、取暖

、炊事等用能需求典型应用场景研究钢铁生产负荷①资源评估/预测经济性配比!

②全流程灵活性典型场景：

可再生能源与钢铁行业耦合应用电网/

③能源平衡经济调度供给预测源/储荷30IEECAS基于可再生能源的算电协同互动模式《算力-电力-热力协同数据中心综合能源技术发展白皮书》（2024）3110000P算力电价

元/kWh年用电费

万元二氧化碳排放万吨现状1.092387112.4530%绿电替代0.838183528.7260绿电替代0.631138194.98100%绿电替代0.3576650数据中心行业绿电替代助力降低运行成本n针对某1万P算例，

年用电量按2.19亿kWh估算，

当前电价1.09元/kWh

。n三步走：

30%绿电替代--60%绿电替代--100%绿电替代电费节约万元

碳减排收益1246747374

16206100525519IEECAS2000015000100005000030%绿电替代60绿电替代100%绿电替代32面向构建新型能源体系的可再生能源发展路径及前沿关键技术战略研究风/光/氢/储/核聚变等

关键技术发展研究

风电

、光伏

、光热

、生物质

、地热

能

、氢能

、储能

、核聚变专项技术

专项技术特性对能源系统技术的影

响及作用

专项技术的前沿热点和关键技术

综合系统技术及典型应用场景研究

多能互补电热氢联供源网荷一体技

术

典型场景应用技术（高载能/县域/

边远农牧区）能源架构及发展路线图

能源种类在不同时间阶段的作用

、

定位和权重分析

不同能源种类装机

、消费占比

能源转型的优选路径和可再生能源

发展路线图测试/实证及研究平台

等公共支撑技术研究

设计仿真平台/能源系统大模型

可再生能源综合系统及关键设备测试与实证

生态环境

、气象等影响研究平台通用技术在能源系统的创新应用研究

新材料/人工智能/移动通信/云计算

/物联网/大数据对能源技术发展的

影响

研究其与能源系统结合技术IEECAS3361.0%

3.3%45.8%12.0%

4.4%63.1%39.9%31.3%13.8%

21.7IEECAS中国俄罗斯巴西2.4%美国德国印度英国

.7%燃煤发电燃气发电油电核电风电

光伏发电

水电生物质其他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

一次能源供应总量115.2艾焦

终端能源消费总量98.9艾焦

风/光

主导能源-122亿kW

100%清洁电力

100%绿氢

氢能在消费端占比显著增加IEECAS35一

、我国能源转型主要挑战二

、我国能源转型现实路径三

、中小型风机发展机遇四

、单位与合作事项介绍IEECAS36中小型风机技术趋势

高效低风速技术创新

智能控制与数字化技术

新材料与结构设计创新

高效低成本运维技术

分布式风光储一体化技术IEECAS37中小型风机的发展机遇n发电应用

工商业分布式

边远农牧区

海岛电力供应n非电利用

分布式制热

、制氢

、动能直接利用等n中小型综合能源系统

以风光为主的可再生能源综合系统IEECAS38一

、我国能源转型主要挑战二

、我国能源转型现实路径三

、中小型风机发展机遇四

、单位与合作事项介绍IEECAS392018年，

正式成为院能源领域唯一特色所2015年，

成为首批特色所建设试点单位1999年以来，

发展新能源与先进电力技术1978年，

发展电工电能新技术1958年，

因三峡工程筹建，

1963年正式成立1954年，

中科院机电研究所中国科学院唯一以电气工程为主要学科方向的研究所

。于1958年开始筹建，在我国能源与电气工程科技领域具有重要地位

。东方红卫星用磁滞电动机，

1970年世界上首台采用蒸发冷却技术的70万千瓦水轮发电机在我国三峡工程中成功应用

，2011年IEECAS因国家重大需求建所，

服务国民经济主战场！1952年，

中科院长春综合研究所1949年，

东北科学研究所机电所学委会成员杨昌琪（前排右二）

和韩朔（后排右三），

1955苏联科学院专家来电工所讲学，

1960发展历程40使命定位•

定位于电能生产

、输配

、高效利用与检测领域战略高新技术和电气科学前沿交叉研究

。•

在促进我国能源体系转型中发挥不可替代的骨干作用，

成为我国电能及相关领域创新的战略性中坚力量和国际同行中有重要影响的研究机构

。IEECAS可再生能源发电技术实验室电力设备新技术实验室电力电子与电能变换技术实验室电网科学技术实验室电工研究所多学科交叉研究中心生物电磁学与电磁探测技术实验室

超导与新材料应用研究实验室

实验室设置41IEECAS5研究部1中心,职工约130人,研究生67人致力于可再生能源及其综合利用应用基础研究

、工程技术研究42IEECAS2011年世界首座

、海拔最高14MW级水/光/储互补微电网示范（青海玉树）2021年世界首个±30kV/5MW光伏直流升压汇集接入实证平台（云南大理）2022年国内首个100%可再生能源供能项目技术示范（河北张家口）2017年亚洲首座1MW太阳能槽式热发电站及热电联供系统（延庆）2005年国内首座高压并网光伏电站（西藏羊八井）2012年亚洲首座MW级塔式太阳能热发电实验电站（延庆）2004年国内首座MW级并网光伏电站（深圳）2016年国内首台磁流体波浪能海试样机43定位：

多种能源协同开发利用的平台

、智库

、桥梁与纽带指导思想：

以实现全社会

、能源系统总体的最大价值为出发点，

从系统和全局的高度科学分析解决问题愿景：

构建以可再生能源为主体的新型能源系统专业方向1.分布式可再生能源及微网2.

区域综合能源系统3.

多能互补能源系统4.可再生能源综合系统5.

可再生能源+秘书处中国科学院电工研究所可再生能源综合系统研究部45IEECAS李鹏副主任

李卫东副主任

刘纯副主任

鲁宗相副主任

孟克其劳副主任毕天姝副主任

崔青汝副主任

高雁鸣副主任

胡书举副主任刘永前秘书长许洪华主任服务内容

单位会员服务：

技术咨询

、定制培训

、技术推广

学术交流（组织大型学术活动12次—专题研讨6次，

年会3次，

沙龙3次，

策划中3次）u中国可再生能源综合系统学术大会

(第四届,

10月,

常州)u专题研讨会

(1.清洁能岛低碳发展,

海口,

4.26;

2新型能源体系,

北京,

7.11)u主题沙龙

：行业

、产业痛点

、热点

(源网荷储、绿电直供…

…)

专业培训：

高端定制系列培训（已落实6期，

在策划2期，新型能源系统、源网荷储）