抽水蓄能可能會發(fā)揮越來越重要的作用。如圖18所示，德 國已經(jīng)使用少量抽水蓄能來滿足在早晨光伏出力較低時快 速增高的用電需求，并在下午晚些時候彌補(bǔ)光伏發(fā)電的迅 速下降。

電池價格的大幅下跌（在過去10年里下降了85%）使電池儲 能成為了一種經(jīng)濟(jì)性越來越高的選擇，一些美國電網(wǎng)紛紛 取消了與燃?xì)庹{(diào)峰電廠的合約，轉(zhuǎn)而支持可再生能源發(fā)電 加電池儲能的方案�？紤]到成本的進(jìn)一步下降（圖19），電 池的使用將會在2030年前持續(xù)擴(kuò)大，并在此后隨著非水可 再生能源比例升高而迅速增長。

需求側(cè)管理在平衡可再生能源供應(yīng)和電力需求的短時偏差 方面也具有巨大潛力，如果部署得當(dāng)，將是最具經(jīng)濟(jì)性的 靈活性資源。在一天的時間尺度內(nèi)，主要存在三類需求側(cè) 資源：

住宅供暖電氣化后，可通過智能溫控或微型儲能技術(shù)實(shí) 現(xiàn)該部分負(fù)荷調(diào)節(jié)。

電動汽車可以通過調(diào)節(jié)充電時間，或作為儲能資源向電 網(wǎng)供電來實(shí)現(xiàn)巨大需求調(diào)節(jié)潛力。如果2050年全球使 用中的電動汽車數(shù)量達(dá)到15億輛，每輛車配備50kWh電 池，這將能夠提供750億千瓦時儲能容量，即使在全球年 耗電量從當(dāng)前的27萬億千瓦時增長到90萬億千瓦時的情 況下，也相當(dāng)于全球日用電量的30%。

此外，工商業(yè)需求響應(yīng)也潛力巨大，在分鐘級、小時級和 日間進(jìn)行調(diào)節(jié)有望得到提高，包括零售制冷系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)環(huán) 境控制電解鋁和電解水制氫等其他新興應(yīng)用領(lǐng)域。

要釋放這些潛力的關(guān)鍵在于更細(xì)致的分時電價機(jī)制�？紤]到多種選項(xiàng)的存在，即便非水可再生能源比例上升到遠(yuǎn)高于 50%的水平，并最終達(dá)到80%或更高，越來越多的人也相信日 內(nèi)平衡挑戰(zhàn)能夠通過低成本手段來解決。

（2）季節(jié)性供需平衡 季節(jié)性平衡指的是在數(shù)周或數(shù)月時間范圍內(nèi)的電力平衡供需 需求。這一需求又可細(xì)分為兩個類別，即：

可預(yù)測的長期不平衡，這來源于季節(jié)性需求的大幅變化與 供應(yīng)能力變化不匹配。以未來的英國電力系統(tǒng)為例，住宅供 暖電氣化可能導(dǎo)致冬季需求峰值比夏季水平高80%。幸運(yùn) 的是與之相匹配，英國冬季的風(fēng)力資源（英國最豐富的可再 生能源資源）也遠(yuǎn)比夏季豐富。但在其他國家，冬季可能存 在更高的用電需求，但風(fēng)力發(fā)電量的增加并不足以彌補(bǔ)光 伏發(fā)電量的季節(jié)性減少。

更加難以預(yù)測的每周波動。即使系統(tǒng)供給和需求的季節(jié)性 變化正好一致，但天氣的變化仍然可能造成每周出力出現(xiàn) 明顯波動。如果歐洲西北部地區(qū)出現(xiàn)反氣旋天氣，常常會造 成冬季風(fēng)電供應(yīng)出現(xiàn)數(shù)日的驟減（極端情況下甚至?xí)�延續(xù) 數(shù)周），而這將成為英國未來最大的供需平衡挑戰(zhàn)。

隨著非水可再生能源比例上升到“零碳投資情境”所示的28% 水平，以上兩種季節(jié)性挑戰(zhàn)仍可通過現(xiàn)有火電廠的靈活使用 來輕松解決。甚至在可再生能源比例較低的電力系統(tǒng)中，這些 季節(jié)性挑戰(zhàn)常常比日內(nèi)挑戰(zhàn)更易于管理，因?yàn)樗鼈儾粫�出現(xiàn)下 午晚些時候因光伏發(fā)電供給下降（即使在光照水平中等情況 下）造成的需求量激增的情況。燃煤電廠可以通過調(diào)節(jié)運(yùn)行水 平來滿足不同季節(jié)、月或周的需求變化，甚至在需求過低時關(guān) 閉部分電廠，這比日內(nèi)調(diào)頻調(diào)峰的問題更容易解決。

然而，在更長時間范圍，隨著非水可再生能源比例達(dá)到比圖2 所示的28%甚至更高，季節(jié)性平衡挑戰(zhàn)將更艱巨，成本也會更 高。不過，在那之前，系統(tǒng)就已經(jīng)出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可行的解決方案， 具體包括：

使用火電廠滿足季節(jié)性變化，但運(yùn)行小時數(shù)保持較低水平。 如果這些電廠通過提供的容量和峰荷時期的電量得到補(bǔ) 償，這也是經(jīng)濟(jì)可行的。要實(shí)現(xiàn)完全零碳電力系統(tǒng)，長期來 看這些資產(chǎn)還需要配備碳捕捉與封存設(shè)施。

燃?xì)鈾C(jī)組改造后可以燃燒氫能（或投資改造此類機(jī)組），而 這部分氫能可以利用低價的過�？稍偕�能源通過電解技術(shù) 生產(chǎn)。

抽水蓄能可以滿足多日時間尺度的靈活性需求，例如1-3天 的供應(yīng)短缺。

季節(jié)性/周的靈活性管理。與日內(nèi)不同，這種管理不會過多 關(guān)注住宅供暖或電動汽車充電轉(zhuǎn)移帶來的潛力，而是更關(guān) 注如何讓檢修停機(jī)與工業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃相匹配以及根據(jù)預(yù)測的 季節(jié)性供需及電價變化來優(yōu)化利用率。

（3）總系統(tǒng)成本估算 在某些情況下，應(yīng)用上述靈活性選項(xiàng)將會導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行成本 的增加。但是這些額外的成本也將很大程度被低成本的零碳 電力所抵消。

根據(jù)可再生能源資源分布的不同，各地電力系統(tǒng)的具體構(gòu)成 將有很大的差別。在能源轉(zhuǎn)型委員會的研究中（圖20），針對 不同資源稟賦和氣候特點(diǎn)的地區(qū)，對2035年建立幾乎完全使 用可再生能源的電力系統(tǒng)的成本進(jìn)行了測算。結(jié)果顯示，大部 分系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)約每千瓦時0.35-0.4元水平的總發(fā)電成本。但 在一些空間資源有限的國家，較高的發(fā)電成本會將總成本提 高至每千瓦時0.56元；而在資源有利地區(qū)，豐富的風(fēng)能和太陽 能資源、低廉的發(fā)電成本和有限的季節(jié)性靈活性需求會使總 成本降低至每千瓦時0.22元。在多數(shù)國家，這些成本都會比繼 續(xù)主要依賴于煤炭或天然氣的電力系統(tǒng)的成本更低。

因此，各國可以致力于更快地增加可再生能源和其他零碳發(fā) 電技術(shù)，相信在長期來看，系統(tǒng)總成本造成的影響將微不足 道，而減排的潛力則是巨大的。

在上文描述的全球背景下，每個國家發(fā)電結(jié)構(gòu)和負(fù)荷特性不 同，面臨的具體挑戰(zhàn)也不同。在中國，用能特性并沒有造成很 大的挑戰(zhàn)，但中國能源稟賦和發(fā)電結(jié)構(gòu)的兩個明顯特點(diǎn)會帶 來一些挑戰(zhàn)：一是對于煤電的依賴很高，而非天然氣；二是水 電靈活性不足。但是，這些挑戰(zhàn)是可以解決的。

對標(biāo)其他國家，中國的非水可再生能源滲透率也可以輕松達(dá) 到28%的目標(biāo)（圖2所示），并且不需要新建任何燃煤電廠。參 考其他國家的經(jīng)驗(yàn)，即使中國實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)脫碳且非水可再生 能源比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過50%，其長期系統(tǒng)總成本很可能會低于當(dāng) 前以化石燃料為主的系統(tǒng)。

（1）中國當(dāng)前和2030年的用電需求形態(tài) 相較于一些非水可再生能源滲透率已經(jīng)達(dá)到20%-35%的國 家，中國的日負(fù)荷和季節(jié)性負(fù)荷特性都相對穩(wěn)定，并不會顯著 增加供需平衡的難度。

圖21列出了甘肅、湖南和廣東三省的典型日負(fù)荷曲線。以甘肅 為例，用電需求中大部分來自工業(yè)負(fù)荷（78%），因此負(fù)荷曲線 比較平緩。但在湖南和廣東，由于商業(yè)辦公和住宅用電需求比 例更高，它們的負(fù)荷曲線與圖17和圖18所示的情況更相似。用 電需求通常在午夜最低，上午7點(diǎn)至10點(diǎn)左右迅速上升，傍晚 迅速下降。

然而，即使在這些省份，總體最大負(fù)荷與最小負(fù)荷的比值也低 于一些發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體。以英國為例，冬季和夏季典型日最大負(fù) 荷與最小負(fù)荷之比均約為1.71，而該比值在廣東和湖南則分別 只有1.57和1.5。

中國不同省份之間的季節(jié)性負(fù)荷特性也存在顯著差異 （圖22）。在某個典型的北方省份，季節(jié)性變化并不明顯。但 南方省份通常會出現(xiàn)因空調(diào)負(fù)荷造成的夏季用電高峰，而中部 和東部省份經(jīng)常同時出現(xiàn)夏季空調(diào)和冬季供暖的雙高峰。南 方省份夏季高峰月份的用電需求比冬季用電需求平均高出約 30%，其負(fù)荷曲線形狀與加利福尼亞州相似（圖23）。但東部/ 中部省份的變化則會更大一些。

中國地域范圍廣闊且有包含多種氣候帶，因此相較于單個省 份，全國整體的負(fù)荷特性則更為平緩。如圖24所示為全國的季 節(jié)性負(fù)荷特性，8月的全國用電峰值與5月和10月的全國用電 低谷差約30%。

隨著電氣化進(jìn)程的推進(jìn)，中國的負(fù)荷特性也將隨著時間的推 移而發(fā)生變化�；�于對2030年用電需求增長的預(yù)測，商業(yè)和住宅建筑的用電比例將不斷上升（主要受供暖、空調(diào)和計(jì)算機(jī) 設(shè)備的影響），這可能會在一定程度上增大日負(fù)荷、季節(jié)性負(fù) 荷的變化。但在一些有著更高非水可再生能源發(fā)展目標(biāo)的國 家，也面臨著季節(jié)性負(fù)荷波動更大的問題。例如，英國計(jì)劃實(shí) 現(xiàn)大部分住宅供暖的電氣化，同時其夏季空調(diào)需求量卻很有 限， 那么到2050年，冬季與夏季平均日用電量的比例將從現(xiàn)在的1.5:1上升到1.7:1。

因此，相比于其他同樣在進(jìn)行電力系統(tǒng)清潔轉(zhuǎn)型的國家，中國 的負(fù)荷特性并不會造成系統(tǒng)平衡中明顯的困難和挑戰(zhàn)。

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