北極星碳管家網訊:我國新能源在“十三五”時期發(fā)展成效顯著，到“十四五”時期增長潛力依舊巨大，將成為我國新增能源供給的主要力量。本文分析了新能源在國土空間、并網消納、技術創(chuàng)新、系統(tǒng)成本等方面的問題與挑戰(zhàn)，研究了新能源在開發(fā)布局、存儲消納、創(chuàng)新研發(fā)、市場機制等方面的發(fā)展趨勢，通過新能源的大規(guī)模發(fā)展實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標。
習近平總書記在第75屆聯(lián)合國大會上宣布，我國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標。能源活動是我國二氧化碳的主要排放源，接近總排放量的50%。為實現(xiàn)“雙碳”目標，“十四五”時期我國應持續(xù)推動能源供給革命，準確把握“雙碳”背景下新能源（本文主要指風力發(fā)電及光伏發(fā)電）的發(fā)展瓶頸與趨勢，理順發(fā)展體制機制，為新能源大規(guī)模發(fā)展創(chuàng)造空間。
一、研究背景
自2006年《可再生能源法》頒布實施以來，新能源開發(fā)利用規(guī)模顯著擴大。根據(jù)國家能源局統(tǒng)計數(shù)字，2006年我國新能源裝機220萬千瓦，占全球比例不到3%，2020年我國新能源裝機超過5.3億千瓦，占全球比例為37%，高居世界第一。我國在新能源領域產業(yè)規(guī)模全球領先，根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，光伏產業(yè)鏈中多晶硅、硅片、電池片和組件等主要環(huán)節(jié)在2020年全球市場平均占有率達到70%以上；風電整機國產品牌在全球前15名風機整機制造企業(yè)中占據(jù)10席。
為最終實現(xiàn)碳中和，我國將在2030年實現(xiàn)非化石能源占一次能源消費比重達到25%的目標，預計屆時新能源裝機將達到14~16億千瓦，新能源電力占總發(fā)電量比例達到約26%，比2020年提升約17個百分點；在未來10年，新能源年均新增裝機需要達到1億千瓦左右，成為新增能源供應的主要形式，并加快構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。
二、新能源大規(guī)模發(fā)展存在瓶頸
在新能源規(guī)模化發(fā)展的背景下，如何解決國土空間、并網消納、技術創(chuàng)新、系統(tǒng)成本等方面的問題與挑戰(zhàn)，是實現(xiàn)“雙碳”目標的關鍵因素。
（一）國土空間利用現(xiàn)狀和規(guī)劃體系難以支撐新能源大規(guī)模發(fā)展
與其他發(fā)電形式相比，新能源發(fā)電能量密度低，單位裝機容量用地需求較大。然而，新能源規(guī)劃與國土空間規(guī)劃未能有效銜接，土地利用現(xiàn)狀和地類性質不一致，各地方出臺的土地、林草等法律政策未充分結合實際保護現(xiàn)狀，“一刀切”限制了新能源項目利用土地資源。
西部地區(qū)風光資源豐富，人均土地面積較大，通過合理規(guī)劃，適合開發(fā)建設風光大基地。但西部地區(qū)自然環(huán)境較為脆弱，部分地區(qū)承載多種生態(tài)保護功能，新能源項目無法在該類區(qū)域落地。以內蒙古自治區(qū)為例，全區(qū)總面積118萬平方公里，草原面積76萬平方公里，其中80%為基本草原，也是我國北方面積最大、種類最全的生態(tài)功能區(qū)。因此，西部地區(qū)需要在生態(tài)保護和新能源開發(fā)中尋找平衡點，打破各部門各自為政的情況。
中東部地區(qū)用電負荷大，人均土地面積較小，適合開發(fā)中小型新能源基地及分散式接入項目。風光發(fā)電項目建設過程中對山體、林地擾動較大，運營期會對周邊居民產生噪聲、光影閃爍等影響。此外，光伏發(fā)電占地面積較大，單位土地產值較低，經濟發(fā)達地區(qū)政府開發(fā)意愿不強。浙江、福建等東部省區(qū)從自身發(fā)展階段出發(fā)，積極推進人居生態(tài)環(huán)境保護，修復環(huán)境質量，維護優(yōu)質耕地，出臺了一系列土地、林地使用政策，客觀上限制了新能源項目的開發(fā)。
沿海地區(qū)風能資源較好，適宜規(guī)模化開發(fā)海上風電，但海上風電場區(qū)及電纜走廊與漁業(yè)養(yǎng)殖區(qū)、主航道、動物保護區(qū)、軍事敏感區(qū)等存在較大范圍重疊情況，導致規(guī)劃調整頻繁，增加了場區(qū)離岸距離，在增加投資成本的同時縮減了開發(fā)規(guī)模。
（二）新能源發(fā)電的固有波動性帶來消納困難和系統(tǒng)穩(wěn)定性問題
新能源發(fā)電出力具有波動性、間歇性的特點，與用電負荷變化趨勢差異顯著，功率預測難度較大。由于缺乏相應的市場回報機制，電力系統(tǒng)中靈活性電源的比例偏低；受煤電產能調控、電網安全約束等因素影響，部分跨區(qū)輸電通道利用率不高；我國電力負荷曲線尖峰化特征明顯，5%峰荷持續(xù)時間不超過48小時[1]。一系列因素造成電力實時平衡的難度加大，影響新能源電力的消納。
隨著新能源大規(guī)模發(fā)展，電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出高比例可再生能源、高比例電力電子設備的“雙高”特征。從電氣特性看，電力系統(tǒng)等值轉動慣量大幅度降低，系統(tǒng)抗擾動能力大幅削弱；從故障特性看，故障從局部向全局形成連鎖反應沖擊，新的故障形態(tài)、擾動形式已經出現(xiàn)；從穩(wěn)定特性看，系統(tǒng)穩(wěn)定形態(tài)愈發(fā)復雜，易出現(xiàn)系統(tǒng)無功不足、電壓失穩(wěn)、頻率越限等問題[2]。
（三）新能源發(fā)電設備及技術快速更新迭代，國內企業(yè)技術研發(fā)實力不足
經過15年左右的發(fā)展，新能源行業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大，技術快速更新迭代，國內企業(yè)技術積累較為豐富，設備可靠性和能量轉換效率處于世界領先水平。在光伏領域，我國通過技術引進、消化吸收、集成創(chuàng)新，實現(xiàn)技術和生產線的升級迭代，多次刷新并保持著商業(yè)化晶硅電池轉換效率的世界紀錄，經國家光伏質檢中心測試，單晶PERC電池（Passivated Emitterand Rear Cell）達到24%的轉換效率。我國風電整機已形成達到國際先進水平的雙饋、直驅、半直驅多條成熟技術路線，低風速風機技術處于國際領先水平，推出了10兆瓦級海上風電機組。
在“雙碳”進程中，科技創(chuàng)新將成為新能源產業(yè)高質量發(fā)展的根本動力，而國內對基礎理論研究不充分，企業(yè)研發(fā)實力及動力不足，新能源產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展存在隱憂，主要表現(xiàn)在以下方面：國內高校在基礎理論研究領域落后于企業(yè)發(fā)展需求，研究路線主要依賴國外熱點，原創(chuàng)技術探索較少，產學研轉化通路不暢；專利數(shù)量較多，但大多數(shù)是產業(yè)應用的專利技術，而基礎創(chuàng)新的關鍵專利仍被國外掌握；國內對關鍵技術的知識產權保護尚不完善，執(zhí)行體系不健全，技術與人才流失現(xiàn)象嚴重，影響了企業(yè)創(chuàng)新研發(fā)的積極性，2020年新能源企業(yè)研發(fā)投入比僅為約3%。在新能源大規(guī)模發(fā)展的背景下，企業(yè)以擴大產能及搶占市場份額為優(yōu)先發(fā)展方向，會出現(xiàn)產業(yè)整體規(guī)模持續(xù)擴大，但能量轉換效率提升緩慢，設備可靠性下降的情況。
（四）新能源發(fā)電系統(tǒng)性綜合成本進一步增加
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