海南清洁能源岛：电力部门转型路径.pdf

1 海南清洁能源岛 电力部门转型路径 2020年 10月 2 目录 1. 执行摘要 . 5 1.1 情景方法与电力系统建模 . 6 1.2 主要结果与分析 . 6 1.3 作为能源改革试点的海南 . 9 1.4 区域背景下的海南能源改革 . 9 缩写 . 10 2. 相关背景简介 . 11 2.1 海南省社会经济发展概况 . 11 2.2 海南省能源发展概况 . 11 2.3 海南省能源发展前景：海南清洁能源岛 . 11 2.4 海南省能源发展面临的挑战 . 12 3. 海南未来能源发展的可选路径 . 13 3.1 使用燃气、可再生能源及核能作为清洁能源 . 13 3.2 地区电力需求侧管理 . 13 3.3 绿色能源省际交易 . 13 4. 长期能源情景 . 14 4.1 长期能源情景的作用 . 14 4.2 CREO情景和建模的作用 . 14 4.3 从国家到省级的建模比例调整 . 15 5. 长期能源情景建模 . 16 5.1 EDO情景分析概论 . 16 5.2 核心假设 . 16 5.3 情景设置 . 18 5.4 核心情景 . 19 5.5 敏感性因素 . 19 6. 长期能源 情景结果 . 21 6.1 常规 发展（ BAU）情景 . 21 3 6.2 清洁能源岛（ CEI）情景 . 24 6.3 敏感性分析 . 31 7. 结论 . 34 8. 附件 1：建模假设和方法 . 36 8.1 以 CREO 2019为起点 . 36 8.2 将 CREO情景应用于海南省和南网覆盖区 . 36 8.3 CREO情景 的核心理念 . 37 8.4 在 EDO中对电力和区域供热部门建模 . 39 8.5 EDO中的地理拓扑 . 41 8.6 电网数据和假设 . 41 8.7 电力需求预测 . 44 8.8 发电 . 46 8.9 燃料成本 . 50 8.10 技术目录 . 52 4 鸣谢 此出版物由丹麦能源署和丹麦能源咨询公司 Ea Energy Analyses联合 制作。 联系信息 Giulia De Zotti 丹麦能源署 gidzens.dk 图片来源 封面照片由 Colourbox提供 5 1. 执行摘要 海南省由海南岛及中国南海的其他岛屿构成。海南 省 经济 发展迅速， 人口高速增长，因此 海南 省 的 能源需 求也增长迅猛。 预计 到 2035年， 海南的 电力需求可能会增长三倍。目前 ，海南 省电力 主要依赖煤炭和 核能 等 非可 再生能源。 2019年 5月，中国政府发布了国家生态文明试验区（海南）实施方案 1，计划在 2030年之前 在海南省 建 成一个清洁能源发展的示范区。 海南 省 清洁能源 的 发展与中国建设清洁 、 低碳、安全 、 高效的现代能源体系的总体战略 2密不可分， 它 既 是构建生态文明的 部分内容 ， 也 与中国正在进行的电力市场改革息息相关。中国国家可再生能源中心 （ CNREC）每年 都 会发布 一份 中国可再生能源展望（ CREO）报告， 报告 基于全面的能源体系建模，详 细阐述中国能源体系的主要发展情景，对中国的清洁能源转型进行了 专门 分析。 本 报告 采用 CREO的建模工具和情景，分析了在 2030年之前实现海南清洁能源发展目标的可行途径 ，报告 解决的主要问题如下 ： 海南的 电力部 门如何 转型 并为实现清洁能源岛政策目标做出贡献？ 以及 最低成本的方法是什么？有哪些替代方案？ 分析表明鉴于海南清洁能源岛（ CEI）政策会对更大范围的能源体系产生切实的影响，所以必须与周 边省份进行政策协调和市场设计协调。 1 “中共中央办公厅 国务院办公厅印发国家生态文明试验区（海南） 实施方案 ,” 新华社 , 2019年 5月 12日，访问链接 2 “中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年 (2016-2020)规划 纲要 ,” 中华人民共和国 , 2016年 3月 16日 , 访问链接 分析的主要发现： o 可以通过减少电力输出，增加可再生能源发电，去除发电构成中的煤炭，落实清洁能源发展路径。 o 与 常规 发展相比，清洁能源发展路径的年度成本仅提高 2%。 o 风电和太阳能发电是取代煤炭发电 的 最低成本路径。 关于未来步骤的主要建议： o 结合更大范围 的区域背景，执行本地电力系统分析。 o 进行全面且系统化的分析，确保有效的平衡资源以及具有成本效益的能源转型。 o 分析如何通过电力市场改革，有效协调支持 CEI目标的政策机制。 o 深化能源系统研究，争取 2025年之前实现非化石能源占海南一次能源消费比重 50%的短期目标。 6 1.1 情景方法 与 电力系统建模 本报告 使用中国国家可再生能源中心（ CNREC）的电力和区域供热优化模型（ EDO） 进行了分析 ， 通过模 型找出在满足 清洁能源目标 和 国家 政策限制 的 前提下，对 现有 及规划发电和输电容量的 最优 成本投资 方案 。 本报告以 2019年中国可再生能源展望（ CREO） 作 为 研究的基础 ， 并使用了 CREO中 关于 既有政策情景的 关键假设和数据。 本报告重点 分析了 如下两种 核心情景： o 常规 发展（ BAU）： 在 维持现行政策情况下 ， 能源体系的 在未来的变化趋势 。 o 清洁能源岛（ CEI）：基于海南在 2030年之前减少燃煤发电量、增加低碳能源技术的计划，设 定 相关变量条件 。 在 CEI情景下，还提出了三 种 不同的 变化情况 ， 分别是 通过提高天然气发电、核能发电或输电容量，实现 既定 目标的 可能 路径。 图 1-1：情景和敏感性概览 。 1.2 主要结果与分析 在 BAU情景下，核电装机 量不断提高 。 到 2030年，核电在 海南发电构成中的占比 将达到 51%， 风电和太阳 能发电在发电构成中占比分别为 11%和 17%。 由于 核电装机 的提升 ， 海南省与广东省间 平均输电流向 也将逆转： 截至 2020年 ， 广东省仍需 为 海南省输送电力 。 而到 2030年 ， 海南省预计将向广东省 净输出 4.3太瓦时 电力 。 图 1-2：海南 2020及 2030年的发电构成， BAU和 CEI情景的比较。 7 2030 海南 CEI目标是在 BAU情景下，将 2030年的可再生能源占比从 36%提高到 44%。 与 BAU情景不同， CEI情景的目标是在 2030年完全 淘汰 煤电。通过提高风电和 光伏 发电量取代煤 电 ， 同时 减少电力 外送 。 模型 结果中 ， 核电比重的提高就是 由于 电力 净输出量的下降 导致 海南 省 总发电量 有所 降低 。 CEI情景 未 分析 新增 水电 ， 因此 在 两种情景 中 水电的 比重 和发电量是一样的。 图 1-3： CEI目标对 2030年海南年度发电量及输出量（太瓦时）和年度系统成本（百万元）的影响。 CEI情景与 BAU情 景的比较。 注：正数代表 CEI情景下相对于 BAU情景更高的发电量和更低的输出量。 8 2030到 2035年 期间 ， 为 实现海南清洁能源目标 ，需在电力部门投入 附加成本大约为每年 4亿元。按每吨二 氧化碳减排分摊 计 算 ， 2030年 的 附加成本 大约为 50-60元 /吨 ，该数值相对较低 。附加成本来源于太阳能发电 装机、电池 储能 和 电力传输的 附加投资。 到 2030年， BAU情景下海南清洁和低碳能源体系中电力部门的年度二氧化碳排放量为 700万吨，而在 CEI情 景下，此排放量下降到 130万吨。 2020到 2030年 期间 ， CEI情景下 减排比例为 91%， 而 在 BAU情景下，此比例 为 36%。 BAU情景下，海南电力部门的碳排放量减少 36%，而 CEI情景下的目标是相对 2020年减少 100%。 图 1-4： BAU和 CEI情景下海南电力部门的 CO2排 放 量，百万吨。 所有敏感性情景都会改变海南的发电构成和输出 /输入平衡。在分析中，天然气使用量及输电装机提高之 后，从海南输出到广东的可再生能源发电量 ， 及中国南方电网在海南之外的可再生能源发电量 都 会发生变化。 在 利用更多核 电 的情景下，海南的可再生能源发电被核电所替代。任何该等替代都不影响 CO2排放，不论是 在中国南方电网区域还是在海南 省内部 。 图 1-5： CEI目标对海南年发电量和输入量的影响， 2030年 CEI和敏感性与 BAU情景的比较，太瓦时 。 注：正数代表 CEI情景下相对于 BAU情景的更高发电量 /输入量。 此处，输入的正数代表从海南到广东输出量的下降。 9 此分析表明在满足减少 煤炭消耗 目标的可选路径中，风 电 和太阳能发电提供了最低成本的路径。天然气 不 仅价格 昂贵 、 依赖 进口，且 仍会产生 碳排放。核 电 清洁没有碳排放，但有价格标签。 海南岛 与 中国 大陆 之间 的 电力输送也是重要的路径之一 ，但 存在输电线路过度建设的隐患 ， 所以 必须 在未来对此 进行 追踪 分析， 同 时该路径 无法确保 输入 的 电力 是零碳排放的 。 图 1-6：实现海南清洁能源岛的可选路径。 图片简单标示了每一种技术路径在 一些考量因素上 的表现。符号代表 “优势 ”与 “劣势 ”或者介于两者之间 。 1.3 作为能源改革 试点 的海南 尽管能源需求预期会有所增长，但 前述 分析表明 ， 海南有丰富的可再生能源可用于发电， 例 如风能和太阳 能 。 通过利用 这些 丰富的 天然资源 ，可再生能源在海南能源构成中的 比重 有 望 提高。 海南 作为中国能源革命 的试点地区，将为中国未来 的能源改革 提供宝贵的参考经验与规划范本。 1.4 区域背景下的海南 能源 改革 随着海南 省 发电构成 趋向使用更多的 清洁 能源 ，在评估政策措施时，还必须考虑 相邻 区域的 发电构成 。 在 CEI情景下，海南的煤炭用量 的降低会 被大陆侧的发电量抵消，在短期内 该因素尤为显著 。鉴于海南的 CEI路 径是净正值，因此在针对海南岛设定的限制与区域性电力交易系统及可再生能源电力消耗之间，必须有政策 衔接。这反映了 海南能源综合改革方案 中的 各项政策的优先级 ， 并 强调 构筑 一个统一、开放、有序竞争 的市场。 10 缩写 BAU 常规发展 CEI 清洁能源岛 CNREC 中国国家可再生能源中心 CREAM 中国可再生能源分析模型 CREO 中国可再生能源展望 CSG 中国南方电网 DEA 丹麦能源署 EPPEI 电力规划设计总院 ERI 能源研究所 ETS 碳排放交易体系 EV 电动汽车 FYP 五年规划 NDC 国家自主贡献 NDRC 国家发展和改革委员会 PV 太阳能光伏 RE 可再生能源 TSO 输电系统运营商 V2G 车辆 与 电网 互联 11 2. 相关背景简介 2.1 海南 省 社会经济发展概况 海南省由中国南海的岛屿构成。陆地面积 3.54万平方公里。 海南省的人口稳定增长。 2019年，海南常驻人口达到 945万（其中 59%为城镇人口） ， 相比前一年增加了 14万。预计到 2030年，海南的人口将达到 1248万。 海南 省 气候温暖，是一 个海滨沙滩为主要特色的 旅游胜地。 2018年 4月 起 ，海南 省成为 多项重要改革任务 的试点区域 ， 未来以 现代服务业和海洋经济 、 推动旅游业 、 改善农业 为主要发展方向 。 这些改革推动了海南经济的 增速 。根据 海南省经济和社会发展 “十三五规划 ”（ FYP） ，预计到 2020年 底，海南 GDP的年平均增速将达到 8.5%，相比 2010年增长一倍以上。在 “十四五规划 ”（ 2021-2025）中，海南 的 GDP预计将以 12%的年平均增速快速增长。 2.2 海南 省 能源发展 概况 海南 省 经济和人口 的 不断增长，对能源需求产生了巨大影响。 2018年，海南的能源消费总量为 2200万吨 标准煤当量，相比前一年增 长了 4%，人均能源消费量为 2.4吨标准煤当量。电力消费量为 32.7太 瓦时，从 2015年到 2018年的年平均增长率为 6.4%。 2035年，海南省的电力消费总量预计将达到 105太瓦时，而 2026年 到 2025年之间的电力消费总量的年增长率将达到 5.2%3。 本研究报告 基于电力规划设计总院（ EPPEI）的分析， 假设海南的电力需求更加平稳。假设 2030年的年电力需求为 58太瓦时， 2035年为 72太瓦时 ， 2020到 2035年 之间的年平均增长率为 4.2%。 海南的能源需求逐年上升。 目前海南 省 主要依赖 煤电 和核电。 2018年，海南 省 的装机容量为 9,130兆瓦，相比 2015年增加了 35%。 该 省 装机容量的构成为： 38%煤电， 14%核电， 13%太阳能光伏发电， 9%水电 和 8%天然气发电。 2018年，海南 省的能源生产总量为 406万吨标准煤当量，相比前一年增长了 5.8%。原油和天然气的产量分别为 43万和 13万 吨标准煤当量左右，水电和风电的总生产量为 350万吨标准煤当量。 2.3 海南 省 能源发展前景：海南清洁能源岛 海南 省为该省的能源 发展 提出了一系列具有挑战性的规划 ，即在 2030年成为清洁能能源岛（ CEI），优先 发展低碳技术，减少对煤 炭的依赖性。 2018年 4月，政府文件 关于支持海南全面深化改革开放的指导意见 提出支持海南进行全面能源改革，集中关注电 力和供 气的体 制 改革。 3 “海南能源发展现状 ,” 中国南方电网 , 2019年 , 研讨会讲座 , 北京。 12 规划推动了海南省清洁、低碳、安全及高效能源体系的发展。 2019年 3月，海南省发布了清洁能源汽车 发展规划（ 2019-2030） 公布了实现全清洁能源汽车的官方目标，即自 2030年起全面禁止销售燃油汽 车，提高电动汽车数量 4。 2019年 5月，政府文件国家生态文明试验区（海南）实施方案 5提出建设清洁能 源发展示范区 、 增加可再生能源发电量 、 利用需求响应提高能源效率。 2020年 7月， 海南能源综合改革方案 正式颁布 6， 方案除了提出一些相关 措施外，还设定 了 以下 各项 目 标：到 2025年，清洁能源占一次能源消费比重达 50%左右；到 2035年，基本实现清洁 、 低碳、安全 、 高效的 能源体系转型。 2.4 海南 省 能源发展 面临 的挑战 为了建成清洁能源岛，应对不断增加的能源需求，海南必须 解决 能源体系 中 经济 和 运营方面的 种种问题 。 海南 省 需要 巩固 能源基础设施 建设 。海南 省 的供电 可靠 性相对较低，用户年平均断电时长为 15.7小时。 海南 省 能源供应成本 高昂 。目前，海南 省 的供电成本 仅次于上海， 在全国排名第二。 而 清洁能源转型 有 可能进一步拉高能源消费成本， 从而 限制海南的经济和工业发展。 海南 省 尚未建立成熟的能源市场机制。 2018年 11月，海南 省发起首次 电力交易 项目 ， 但 只有 4家发电厂和 11个电力用户参与。电力市场的参与者不多，难以实现有效的竞争。 海南 省 需要加快电能替代的 步伐 。海南 省 提出了加速推广绿色汽车以及节能环保型汽车的计划，到 2030 年全面禁售燃油汽车。为了实现 这一具有挑战性的目标 ，电动汽车的 发展 以及配套基础设施的建造 亟待增速 。 海南还 未 建立峰值负荷调节辅助服务的成本补偿机制。因为核电 所占 比重 较 高，海南必须建造 峰值负荷 调节发电 机和输电线路，以满足产生的峰值负荷资源短缺，包括抽水蓄能、天然气发电以及与大陆连接的海 底电缆。但 目前海南省对于 此种峰值负荷调节资源仍然缺少收回相关投资的有效机制。 为了建成清洁能源岛，应对不断增加的能源需求， 海南省必须解决能源体系中经济和运营方面的种种问 题。 4 “Briefing - Hainans Clean Energy Vehicle Development Plan,” 国际清洁运输理事会 , 2019年 4月 , 访问链接 theicct/sites/default/files/publications/Hainan_Clean_Energy_Vehicle_Dev_20190426.pdf。 5 “中共中央办公厅 国务院办公厅印发国家生态文明试验 区（海南）实施方案 ,” 新华社 , 2019年 5月 12日 , 访问链接 6 “推进海南全面深化改革开放领导小组办公室印发海南能源综合改革方案 ,” 国家发展和改革委员会 , 2020年 8月 14日 , 访问链接 13 3. 海南未来能源发展的可选路径 对各种机遇及可选 的解决方案 进行完备的研究 ， 是海南省 建设 清洁 、 低碳 、 安全 、 高效的能源体系 的必 行之举 。 3.1 使用 燃气、可再生能源及核能 作为 清洁能源 海南 省拥有一定 油、气资源 储备 ，这些资源主要位于 中国南海。 根据已公布的信息， 海南已探明的石油 地质储量大约为 163亿吨，天然气大约为 32万亿立方米，天然气水合物大约为 643亿吨油当量。 海南省可再生能源 资源禀赋 。风电方面，海南省海上风电的技术潜力预计约为 4250兆瓦，陆上风电约为 1300兆瓦，利用这些风能资源需要 638平方 千米 的面积。在太阳能方面，海南省属于太阳能资源富饶或者中 等富饶区，理论装机容量为 25250兆瓦。海南省也拥有丰富的生物质能、潮汐能和地热能。此外，海南省水 电资源的理论储备量为 1039兆瓦。目前，因为其环境影响以及需在沿海地区部署等原因， 有 声音 表示 可再生 能源项目可能会影响旅游业。 可采取 推广生态旅游 、 进行环境影响评价 等举措降低这一不利影响。 海 南可能进一步扩大核 电 装机。两个新建的核反应堆将于 2025和 2026年开始运营。但是，中国铀资源 相 对有限 7，中国在铀方面对外国的依赖性预计比石油更高，因此过度依赖核 电 会影响中国的能源独立性。此外， 在进一步讨论海南的核电发展时，应考虑环境影响和投资成本。 3.2 地区电力 需求侧管理 除了 开发 能源产生的潜力之外，海南 也可对 能源消耗 进行优化 。随着数字化和智能电网的引入， 可以调 整 能源需求 、 适应 具有 间歇性的可再生能源 发电， 并 支持具有成本效益和环境可持续性的 电力 供需 平衡。 例 如，可以为 大型工业负荷 和居民住宅用户装配 智能电表，提高其能源消费意识。 使用独立 控制器追踪动态电 价，在经济方便时安排消费， 确保使用 舒适度。此外，随着海南电动汽车数量的不断增长，如果电池的动态 充 /放电得以落实，那么停放状态的车辆 将提供客观的电力灵活性 。 3.3 绿色能源省际交易 利用跨 省 联网线路也是海南省 能源改革可选途径之一 。海南已接入输电系统运营商（ TSO）中国南方电网 （ CSG），与广东、云南、贵州和广西彼此连接 。通过海底电缆， 海南的电力系统与广东电网连 接。 云南 省 可利用的水电资源排名中国第三， 水力发电可向 海南省 输出 。利用跨 省 联网 线路开发具有成本效 益的绿色能源，可支持海南 省 实现其绿色能源目标。但云南和广东之间的传输能力不足，没有充分的政策框 架 支持 ，难以实现运作良好的省际市场，所以云南的水电目前正受到严重限电的影响（ 31.2太瓦时，即 2016 年水电发电量的 13.7%）。这些条件限制了邻近省份之间的电力 交易 。 7 Xing Wanli, Chen Shan, “The Forecast of Demand and Supply Plan of Chinas Uranium Resources to 2030,” 第六届信息、环 境、能源 与应用国际会议论文 集 , 2017年 3月 , 访问链接 dl.acm/doi/pdf/10.1145/3070617.3070639。 14 4. 长期能源情景 4.1 长期能源情景的作用 能源体系情景描述了关于未来的可能假设以及相应的路径，是帮助决策者 应对不确定性， 制 定 长远规划 的有效工具。 除了描述可能的未来与 路径的共性之外，它还将能源情景分成三个类别：预测、探索和预期。 预测情景旨在基于现状以及观察到的趋势，描述可能的未来。要描述维持现有政策状态下（也称为 “常规 发展 ”（ BAU）情景）能源体系的预期演变时，经常使用预测能源情景。 探索情景不仅是考虑现状，还旨在基于不同假设，通常是基于对不同驱动因素的定性评价，探索可能的 不确定未来。比如，探索可能采取的不同政策措施在能源体系演变过程中产生的影响及其气候影响。 预期情景（也称为 “标准 ”情景）正好相反：先确定未来的最终愿景，再倒推 找出可能将现状与未来 愿景连 接起来的路径。 采用此种方式，无法确认今天做出的具体决策会产生怎样的影响，而是提供信息说明需要做 出哪些决定才能实现特定的未来状态。在能源领域，最典型的用途之一就是确认需要哪些措施才能实现特定 的目标，例如，如何将全球气温上升限制在 1.5以下。 长期能源规划模型的目标主要是为未来能源体系的战略、运营和政治决策提供支持。通过此种方式，可 以分析现有政策的影响、预计引进新政策的影响或者创设实现具体目标的新政策。 4.2 CREO情景和建模的 作用 国家发展和改革委员会（ NDRC）下辖的能源研究 所（ ERI）自 2011年起，开发了 一套中国背景下的 能源体 系情景工具和情景方法，并通过多份报告，公布了中国情景分析的结果，包括中国可再生能源展望 （ CREO）年度报告。 CREO的方法聚焦于开发两种主要情景：预测既有政策情景，表述坚决落实已宣布政策的影响；和预期低 于 2度情景，展示中国实现生态文明远大目标的路径以及中国在履行巴黎协定过程中可能发挥的作用。 情景的设计目的是实现以下目的： o 就不同能源部门未来的发展提供一致性、逻辑框架，包括不同部门之间的相互关系。 o 提供明确、可量化的长期愿景。介绍此愿景中能源 体系的构成及其背后的 推理。 o 清晰描述现状、趋势、市场和政策方向，并将此投映到未来。 国家情景是阐明中国顺利完成清洁 、 低碳、安全 、 高效的能源体系转型及现代社会主义经济开发的设置。 更具体地说，就是确定了三个总体目标： o 确保 成本 合理的能源供应，支持中国的可持续经济发展。到 2050年，实现 30000美元（依据 2005年的美元）人均 GDP的经济目标 ； o 保障能源环境，通过临时解决方案以及根本性解决方案，解决 PM2.5空气污染问题，满足世界 卫生组织设定的 PM2.5排放标准； o 保障低能源气候影响，以落实中国对巴黎协定的 承诺，延续低碳发展路 径至 21世纪末，为 15 全 球温升低于 2并争取低于 1.5的目标做出贡献。 因此， CREO情景是适合 研究 区域及 各省绿色能源未来发展 的适当框架。 4.3 从国家到省级的 建模 比例 调整 在地区分析中，可应用国家 层面的 CREO情景作为更详细的 地区 分析的框架及边界条件。此种情况下，边 界条件包括进出焦点地区的电力流动，以及该地区对满足国家政策目标及情景中能源转型战略所设定边界的 贡献。聚焦于小区域 时 ， 我们 可以为本地模型模拟增添更多细节，执行更多变体，对结果的阐释也更加容易。 在不同的模拟中，焦点地区和周边体系之间的相互依赖是稳定 的。 国家情景为地区深度分析提供锚点。 使用 2019年国家 层面的 CREO情景结果作为起点，设置边界条件，作为此项研究中 南网 地区性分析的输入 数据。这些边界条件可能包括： 1）与深度分析地区以外的邻近区域的交易动态； 2）深度分析地区在满足国 家战略或要求中所分配的份额。 CREO情景中落实的国家战略或要求在深度分析中依然有效。在 CREO情景中，确定焦点地区以外的体系对 要求的贡献。之后，在深度模拟中采用此种贡献，将国家要求转变为应用于焦点地区的本地要求。 通过限制地理范围、降低计算复杂性，地区深度模拟具有提高 计算速度和 /或提升细节级别的优势：提高 模拟的时间分辨率 ，或者更具细粒度地呈现电力体系。地区深度建模非常适合要求很多模拟变体的分析。 在本 研究 中 ， 南网 情景在 CREO既有政策情景中 是固定的。 预运行 涵盖中国大陆的 全部地区 。使用此模拟 的结果设定 南网 及其邻近区域之间电力传输的边界条件。 南网 电力系统的边界条件由进出外部地区的输电以及对国家政策的外部贡献构成。使用预运行结果中的 输入及输出量作为 固定的传输状况 。表 4-1展示了南网 地区的 电力 年净输出额。 表 4-1： 南网 地区到中国其他地区的 电力 年净输出额 ， 太瓦时 。 输出 自 输 入 至 2020 2025 2030 2035 云南 四川 13 13 8 12 浙江 10 10 5 8 贵州 湖南 33 40 36 33 广东 湖北 25 12 1 0.3 湖南 3 20 4 4 总计 85 95 54 57 16 5. 长期能源情景建模 5.1 EDO情景分析概论 该报告 使用中国国家可再生能源中心（ CNREC）的电力和区域供热优化模型（ EDO）进行了分析。 EDO是 中国可再生能源分析模型（ CREAM）的重要组成部分， 能够解释 如何满足 并 平衡电力和区域供热需求（源于 CREAM最终使用模型）。 EDO是基于 Balmorel模型 8一种模拟电力体系和市场的开源经济 /技术局部均衡模型。模型 能够 解决线 性规划问题 ， 优化电力和区域供热一体化系统。它综合了扩容模型、机组组合及经济调度模型。 同时优化 了 投资、机组组合和调度。 模型优化了现有及规划中发电机组的发电。此模型也能够考虑到对发电和输电容量的追加投资以及对现 有发电技术的翻修。 基本上，模型通过总成本（包括资本、运营和维护以及燃料成本）最低化，为电力和区域供热部门找出 成本最优的解决方案， 并 满足解决方案的 预设 约束条件，比如必须实现 的具体目标或政策。 电力和区域供热部门的成本最优解决方案 5.2 核心假设 本报告 应 用 CREO 2019情景作为框架和边界条件，并结合 2035年之前 南网 的覆盖范围对海南 省 进行分析。 接下来的 15年内，即从现在到 2035年，中国将进入工业化和城镇化的中后期。中国将拥有世界最大的制造业、 服务业、城市群以及中高收入人群。中国的经济增长模式正在经历重大变革，要结合其他国家政策重点设计 海南的清洁能源岛发展道路。 CREO 2019的既有政策情景是此项研究的起点。 既有政策情景表述的是 贯彻 落实已宣布的政策 既 有 政策情景假设全面 贯彻 落实 “十三五规划 ”和中国共产党十九大报告中表述的能源部门及相关政策。第 一要务是努力打造清洁 、 低碳、安全 、 高效的能源供应。情景也包括在 2030年之前实现碳排放达峰的国家自 主贡献（ NDC）气候目标、蓝天保卫战计划的影响、能源生产和消费革命战略的方面以及国家排放交易方案。 8 “Balmorel,” Balmorel能源系统模型 , 于 2020年访问链接 。 17 关于 CREO 2019情景的更多细节，参考 附录 8.1-8.3中的相关内容 和 CREO 2019报告。 电力需求预测 中国大陆的电力需求预测是 基于 CREO 2019既有政策情景执行的需求侧建模。在此预测中，电力需求 到 2020年 将达到 7700太瓦时，到 2035年将达到 11900太瓦时，到 2050年将达到 13200太瓦时，而电气化水平将达 到 54%。其中包括电网损失和发电的自 消耗 。 整个社会的电力需求由外部提供的最终用途电力需求（基于 LEAP模型）加上电网损失、发电的自 消耗 （包括 储 能损失）以及电转热的内源消费构成。最终用途的电力需求如表 5-1所示。 基于 EPPEI的输入数据，结合 CREO 2019地区需求分布，更 新海南的电力需求。 表 5-1：电力需求预测（不包括电网损失和发电的自消费），太瓦时。 中国大陆 中国南方电网 海南 云南 广西 贵州 广东 2018 6010 29 147 150 130 555 2020 6796 41 169 170 154 617 2025 8469 47 214 222 195 743 2030 9822 61 251 2714 231 833 2035 10762 75 277 306 256 890 省际传输限制 为了模拟电力系统中发电装机的经济调度，模型 考虑了电力系统中最重要的传输限制。此种限制 为 南网 覆盖范围下 5个省份之间的传输限制。传输限制代表可在不同地区之间流动的最大电量，以容量定义，单位 为 吉 瓦。在模型中，到 2020年不同省份之间的传输限制如表 5-2所示，单位为 吉 瓦。 表 5-2：模型中包含的传输限制（ 为 从 “行 ”所代表地区 到 “列 ”所代表地区 的容量）， 2020年， 吉瓦。 输入地区 输出地区 广东 广西 贵州 海南 云南 广东 - 14.4 7.4 1.2 25.3 广西 14.4 - 8.0 - 3.8 贵州 7.4 8.0 - - - 海南 1.2 - - - - 云南 25.3 3.8 - - - 南网 区域内省际传输容量的很大一部分 属于 国家重点项目，包括云南到广东的直流连接。其中包括 2009 年完工的云南 -广州线路、 2013年完工的糯扎渡 -广东线路以及 2017年完工的云南 -广东西北部（深圳）线路 均为 800千伏的特高压直流线路。比较 CREO情景与当前容量（ 南网 ），更新海南 -广东联网线路容量。 18 图 5-1：中国南方电网的特高压基础设施 9。 5.3 情景设置 使用此分析中的情景设置量化海南的 CEI目标在近期及中期未来对海南省和 南网地区 的影 响。 CEI情景呈现 了 CEI目标 在 电力部门 的 具体内容 ， 并将 CEI情景与未设定 绿色能源 目标的参考情景或者 BAU情景进行比较。 通过呈现 各种路径下 的 CEI情景 ， 进一步量化经过优化的核心 CEI情景， 其中关注的路径主要为 天然气、核能 和输电互联。 图 5-2：分析中的情景概览 。 研究关注的 地理区域 此 报告关注 地理区域 是 南网 的覆盖范围，因为 研究南网 覆盖范围足以呈现海南的发展情况以及海南 CEI政 策可能与周边省份产生的相关交互和反馈。缩小地理范围（与中国大陆的建模相比）可以提高时间分辨率 （即减少时间聚合），提高分析结果的精确 性。 为了呈现 南网 与中国其他地方的交互作用，在中国大陆范围内完成试运行（见章节 4.3的描述）。在核心 情景中，使用此模拟的结果设定 南网 及其邻近区域之间电力传输的边界条件等。 9 Peter Fairley, “为什么中国南 方要拆分自己的电网 ,” IEEE, 2016年 , 访问链接 spectrum.ieee/energy/the-smarter-grid/why- southern-china-broke-up-its-power-grid。 19 时间范围和分辨率 该模型 针对近期和中期未来模拟，模拟年份为： 2020、 2025、 2030和 2035，对应于三个五年规划。今年， 即 2020年，是 “十 三五规划 ”期限的最后一年，也是分析的开端。目前，关于 “十四五规划 ”（ 2021-2025）要素 的审议仍在进行中。因此在此分析的背景下， 2025年 可完成的成果 是 2030年之前发展路径的重要试金石。 2030年是下一个关键里程碑，也是 CEI目标的目标年。 2030也是实现 20%非化石能源 的 中期能源转型目标 的年份，以及中国根据官方政策应该实现碳排放达峰的前一年。它也是中国能源生产和消费革命战略的终止 年份，此战略还设定了非化石能源发电量占比 50%的目标。 2035年是实现 2050年（ 2049年）目标 即建成 “富强民主和 谐美丽的社会主义现代化强国 ”的半程标志，中国 预计 在 2035年之前实现社会主义现代化。 5.4 核心情景 本报告 分析描述了两种主要情景 ，研究 并预测在不同情景下 海南 省 按照政府文件国家生态文明试验区 实施方案的政府文件（ 2019年 5月） 中的要求 ， 加速绿色能源转型， 在 2030年 前建设清洁能源岛 的 结果 。 1. BAU： BAU情景说明的是在 现行 政策之外，不采取任何行动减少海南污染性燃料消费所带来的未来 状 况 。此种情景可视作 CREO 2019中的既有政策情景，其焦点地理范围仅限于 南网 覆盖范围。 2. CEI： CEI情景减少了海南在 2030年之前的耗煤量， 且 到 2030年，不再允许使用任何煤炭。 2020年（允 许的耗煤量与 BAU情景下的水平相同： 112.5皮焦耳）到 2030年之间，耗煤量呈现下降之势。 海南 省 耗煤量的下降以及由此造成的燃煤发电量的下降不应被化石燃料发电量的输入所取代。为了防止 其他 南网 覆盖地区化石燃料发电量的抵消性增长，限制煤炭、天然气和核能的消费量不得超过 BAU情景中的 水平 ，即 不允许海南 省 通过进口化石燃料发电来实现其目标。 两种核心情景 ： 清洁能源岛 情景和作为参考的 BAU情景 。 两种情景有相同的边界条件 ，呈现 南网 与周边地区之间的传输。这种设置在能源体系演变的背景下，为 比较海南 省 可采取的两种合理路径以及实现目标的总系统成本提供了一个框架。 5.5 敏感 性 因素 海南省耗煤量的下降会造成发电赤字，这种赤字可通过四种方式补偿： 1) 提高可再生能源发电量， 2) 提高气 电 发电量， 3) 提高核 电 发电量，以及 4) 提高电力输入量或者减少输出量（从其他 南网 覆盖区域）。 主要的 CEI情景论证了基于 最低 成本的优化方式，但可能受到其他政策限制的影响。为了更彻底地 研究 替 代选择及其彼此之间的平衡， 需 要执行敏感性分析。 三种替代情景突出了替代路径。 20 在敏感性分析中，通过外部容量增加，将其中三种变体与 CEI情景进行直接比较： o CEI-燃气： 650兆瓦附加燃气发电容量于 2030年 并网 。 o CEI-核 能： 650兆瓦附加核电容量于 2030年 并网 。 o CEI输入： 输出到广东的 650兆瓦附加输电容量于 2030年 并网 。 21 6. 长期能源情景结果 6.1 常规 发展 （ BAU） 情景 常规发展（ BAU）情景本质上是描述未来电力系统能源转型路径的一种预测方法，而 CREO2019中的既定 政策情景则为这一部分研究提供了宝贵的基础信息。在 CREO2019中我们可以看到，无论是中国贯彻落实既 定政策的决心和行动，还是过去和今后几十年间可再生能源成本的不断下降，都为中国能源革命铺平了前进 的道路。煤电在电力系统内的主导地位正逐渐让位于 快速发展的风电、太阳能发电、气电和核电。 南网覆盖区域发电结构向清洁能源转型 在南网发电结构中，煤电所占比重低于全国平均水平，而核电、水电和气电占比相对较高。整个南网地 区用电量仅占全国总量 的约 17%，但广东、广西和海南的核电容量在全国核电总量中占比高达 39%；广西、 贵州和云南三省，水电在发电结构中占比很高；整个南网地区气电比重达 21%，高于全国均值。 图 6-1： 常规发展（ BAU）情景下南网地区 目标年份电力生产 预测 10。 注：负值表示蓄能过程中的电能损耗。 南网地区增长的电力需求主要由波动性可再生能源供给 。 气电和核电将取代煤电成为主流热电发电模式。 从常规发展（ BAU）情景的结果可以看出未来 15年内，即 2020-2035年间，南网地区 增长的电力需求主要 由新增的风电和太阳能发电供给，这也从一个侧面反映了整个中国能源转型的趋势。由于核电装机容量的增 加受外部