全球能源包容公正韧性转型  
——方案与实践  
全球能源互联网发展合作组织  
序ꢀ 言  
序ꢀ 言  
2023 年是落实《巴黎协定》的关键节点,联合国召开的气候雄心峰会呼吁全球  
加快清洁发展,扩大公正转型,促进气候韧性。在全球应对气候变化大背景下,  
各国积极推动能源绿色低碳转型、提升减排雄心。全球已有超过 150 个国家提  
出了碳中和目标,清洁能源发展方兴未艾。同时全球能源绿色低碳转型面临新  
挑战,地缘冲突和极端天气加剧导致能源安全保供问题突出,化石能源和相关  
用能行业面临产业发展转型及就业结构调整,能源可持续发展面临诸多挑战。  
应对挑战,能源系统以更加包容、公正和韧性的方式转型是大势所趋。  
实现包容、公正和韧性“三大转型关键是构建清洁主导、电为中心、互联互  
通、多能协同、智慧高效的现代能源体系,实质上就是全球能源互联网。全球  
能源互联网是以清洁能源为主体、以坚强智能电网为平台、多种能源互补互济、  
源网荷储协调互动、电与其他能源融合转换的新型电力系统。构建全球能源互  
联网,能够加快推进能源生产清洁主导、能源配置广域互联、能源消费高效清  
洁,为实现能源“三大转型”提供基础平台和公共载体。  
报告秉承绿色、低碳、可持续发展理念,提出全球能源互联网促进能源包容、  
公正和韧性转型的思路和方案。依托全球能源互联网平台和载体,以“三大协  
同”促进能源“三大转型即以清洁能源与化石能源协同、能源与产业协同、  
能源与气象协同促进能源包容、公正和韧性转型,构建安全、经济、智慧、绿  
色、开放的现代能源体系,实现可持续发展目标。  
报告分为 7 章。第 1 章介绍全球能源转型与实现碳中和面临的新形势、新挑战;  
第 2 章阐述全球能源互联网促进全球能源包容、公正和韧性转型的思路、方向  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
和科学机理;第 3 章剖析全球能源互联网实现全球碳中和目标下的能源转型格  
局;第 4 章提出清洁能源与化石能源协同促进能源包容转型;第 5 章提出能源  
与产业协同促进能源公正转型;第 6 章提出能源与气象协同促进能源韧性转型;  
第 7 章是主要结论。  
报告基于全球能源互联网碳中和方案,提出的全球能源转型方案具有创新性、  
系统性、科学性和可操作性,对于统筹推进全球能源包容、公正、韧性转型,  
加快全球能源绿色低碳转型、应对气候变化、实现人类可持续发展具有重要意  
义。全球能源互联网发展合作组织愿与社会各界一道,携手共促全球能源包容  
公正韧性转型,为实现《巴黎协定》温控目标和联合国可持续发展目标不懈ꢀ  
努力!  
目ꢀ 录  
目ꢀ 录  
序言  
全球能源转型的新形势与新挑战  
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001  
002  
004  
1
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1.1ꢀ 全球能源发展形势  
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1.2ꢀ 能源转型过程中面临的新挑战  
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全球能源包容公正韧性转型的思路  
006  
2
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2.1ꢀ 能源包容公正韧性转型  
007  
007  
008  
010  
010  
011  
012  
013  
013  
016  
016  
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2.1.1ꢀ 包容、公正与韧性概念  
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2.1.2ꢀ 能源包容公正韧性转型的内涵  
2.2ꢀ 全球能源互联网促进能源包容公正韧性转型  
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2.2.1ꢀ 全球能源互联网理念  
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2.2.2ꢀ 能源包容公正韧性转型的方向  
2.2.3ꢀ 能源包容公正韧性转型的原则  
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2.3ꢀ 全球能源互联网综合评估模型框架  
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2.3.1ꢀ 能源系统优化模型  
2.3.2ꢀ 电力系统仿真模型  
2.3.3ꢀ 综合效益评估模型  
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全球能源互联网碳中和实现路径  
018  
3
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3.1ꢀ 全球碳中和实现路径  
019  
019  
021  
.....................................................................................  
3.1.1ꢀ 全社会碳中和路径  
..........................................................................................  
3.1.2ꢀ 分行业减排路径  
I
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
..................................................  
3.2ꢀ ꢀ 风光水火储”多能互补的能源生产体系  
025  
025  
026  
027  
028  
031  
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032  
034  
034  
035  
036  
040  
041  
041  
043  
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3.2.1ꢀ 能源供应充足安全  
3.2.2ꢀ 化石能源协同转型  
3.2.3ꢀ 能源生产清洁主导  
3.2.4 “风光水火储”多能互补  
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3.3ꢀ ꢀ 电氢冷热气”互通互济的能源消费体系  
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.....................................................................................  
.......................................................................  
3.3.1ꢀ 电为中心加速形成  
3.3.2ꢀ 绿氢促进深度脱碳  
3.3.3ꢀ 能源消费高效清洁  
3.3.4ꢀ “电氢冷热气”互通互济  
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3.4ꢀ 多网融合互联互通的能源配置体系  
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...........................................................  
3.4.1ꢀ 电力配置系统  
3.4.2ꢀ 绿氢配置系统  
3.5ꢀ 以零碳能源为基础的产业和经济体系  
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3.5.1ꢀ 零碳产业体系  
3.5.2ꢀ 零碳经济发展  
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清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
044  
4
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4.1ꢀ 加快清洁能源开发  
045  
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4.1.1ꢀ 清洁能源基地化开发  
4.1.2ꢀ 清洁能源分布式开发  
045  
060  
063  
063  
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067  
070  
071  
072  
072  
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4.2ꢀ 化石能源转型发展  
4.2.1ꢀ 灵活性改造  
4.2.2ꢀ 高效清洁利用  
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4.2.3ꢀ 低碳化利用  
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4.2.4ꢀ 碳捕集利用与封存  
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..................................................................................................  
4.2.5ꢀ 情景比较  
4.3ꢀ 灵活性资源体系建设  
4.3.1ꢀ 新型储能发展  
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II  
目ꢀ 录  
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4.3.2ꢀ 虚拟电厂  
078  
081  
084  
084  
088  
092  
4.3.3ꢀ 电 - 氢协同发展  
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4.4ꢀ 新型电气化深入推进  
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4.4.1ꢀ 工业领域  
4.4.2ꢀ 交通领域  
4.4.3ꢀ 建筑领域  
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能源与产业协同促进公正转型  
093  
5
6
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5.1ꢀ 新兴产业发展  
5.1.1ꢀ 新能源产业蓬勃发展  
5.1.2ꢀ 能源与信息产业加速融合  
094  
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094  
096  
098  
099  
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102  
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108  
111  
114  
114  
115  
118  
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5.1.3ꢀ 节能环保产业快速增长  
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5.2ꢀ 传统产业转型升级  
5.2.1ꢀ 高载能产业转型升级  
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5.2.2ꢀ 绿氢产业促进化工产业绿色转型  
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.................................................................  
5.2.3ꢀ 区域产业转型升级  
5.3ꢀ 互联互通促进区域发展与减排协同  
5.3.1ꢀ 全球电网互联发展与展望  
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5.3.2ꢀ 区域发展与减排协同  
.......................................................................................................  
..........................................................................................  
5.4ꢀ 保障社会公平正义  
5.4.1ꢀ 增强能源经济性  
5.4.2ꢀ 提升能源可及性  
..........................................................................................  
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5.4.3ꢀ 增加体面就业  
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能源与气象协同促进韧性转型  
121  
......................................................................  
..............................................  
6.1ꢀ 气候变化对能源电力系统的影响  
122  
122  
124  
6.1.1ꢀ 能源电力系统的气候韧性影响评估  
...................................  
6.1.2ꢀ 提升能源电力系统气候韧性的机理框架  
III  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
..................................................................................................  
....................................................................  
6.2ꢀ 能源与气象协同发展  
126  
126  
134  
137  
141  
6.2.1ꢀ 建设气候适应型电力系统  
6.2.2ꢀ 建设气候适应型能源系统  
....................................................................  
...............................................................  
6.2.3ꢀ 促进能源气象融合技术发展  
....................................................................  
6.2.4ꢀ 建立完善政策与市场机制  
......................................................................................................................................................  
主要结论  
144  
145  
146  
146  
147  
7
.................................................................  
.................................................................  
.................................................................  
................................................  
7.1ꢀ 全球能源互联网促进能源包容转型  
7.2ꢀ 全球能源互联网促进能源公正转型  
7.3ꢀ 全球能源互联网促进能源韧性转型  
7.4ꢀ 全球能源互联网促进能源转型的综合效益  
IV  
全球能源转型的  
新形势与新挑战  
1
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
全球能源体系处于广泛而深刻的变革当中,能源安全性、经济性、可持  
续性“三要素”呈现复杂交织的新格局 A。全球绿色转型呈稳中有进的  
总体态势,同时能源转型面临新形势,需秉持包容、公正和韧性原则推  
进能源转型,才能更好应对能源安全、经济转型、气候变化等新挑战。  
1.1ꢀ 全球能源发展形势  
能源投资快速增长。在后疫情时代,能源投资受地缘政治冲突、全球产业链供  
应链脱钩断链、大宗商品价格上涨等多重因素影响呈波动态势。近年来,能源  
领域投资恢复全面增长态势,其中电力行业增长最快。2022 年全球能源投资达  
2.4 万亿美元,同比增长 8%B。其中,全球清洁能源 C投资约 1.4 万亿美元,增  
速达 12%。电力部门投资接近 1 万亿美元,可再生能源发电、电网和储能占电  
力部门投资的 80% 以上。能效提升及终端部门投资超过 6000 亿美元,其中电  
动车投资约 1000 亿美元。电网投资约 3000 亿美元。  
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图 1.1ꢀ 2017—2022 年全球清洁能源投资  
资料来源:辛保安等双碳”目标下“能源三要素”再思考,中国电机工程学报,2022,42(93117-3125。  
资料来源:国际能源署,世界能源投资报告 2021,2021。  
A
B
C
本报告中清洁能源统一指非化石能源,下同。  
002  
1ꢀ 全球能源转型的新形势与新挑战  
全球能源供需紧张。俄乌冲突爆发后,全球能源价格大幅上涨、能源市场紧平  
衡状态加剧,能源安全受到空前关注,欧洲多国重启煤电。布伦特原油期货创  
下新高;荷兰 TTF 天然气期货价格快速上涨,达到近 10 年高位;欧盟在北美、  
中东、非洲等地区寻找新的油气供应来源,同时发布 REPowerꢀEU 能源计划;  
英国发布能源安全战略,提出加快发展核能、风能、太阳能和氢能。  
绿色低碳转型方向明确。在《巴黎协定》框架下,各国不断提升国家自主贡献减  
排力度,制定碳中和目标,以能源清洁转型落实减排要求。迄今全球超过 150  
个国家提出了碳中和目标,这一范围覆盖了全球 88% 的二氧化碳排放、90%  
的 GDP 和 85% 的人口。当前全球清洁能源发展远超预期,可再生能源装机比  
例不断上升,2022 年,全球新增可再生能源发电装机容量约 3.2 亿千瓦,累计  
达 33.8 亿千瓦,可再生能源发电量达到 8.34 万亿千瓦时。  
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图 1.2ꢀ 全球新增可再生能源装机容量  
绿色低碳技术高度活跃。全球绿色低碳技术创新进入密集活跃期,清洁高效可  
持续的能源技术已成为新一轮科技革命和产业革命的标志性技术。化石能源清  
洁化、清洁能源规模化、多种能源综合化、终端能源再电气化等趋势加速演进,  
风电、太阳能发电技术不断进步,新型储能技术比如压缩空气储能、锂离子电  
池、液流电池以及氢储能等应用前景广阔,氢燃料电池等技术有望突破,数字  
技术与能源技术深度融合,碳捕集技术开始商用。  
003  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
1.2ꢀ 能源转型过程中面临的新挑战  
在全球发展新形势下,能源绿色低碳转型面临能源安全保供压力大、高碳产业  
转型难度高、极端天气影响加剧等全新挑战。  
新能源快速增长带来能源保供新挑战。随着各国清洁能源占比逐步提升,电气  
化水平不断提高,能源供应保障的重心和责任主体将逐步向电力系统转移。当  
前全球清洁能源发展远超预期,可再生能源装机比例不断上升,2021 年全球可  
再生能源发电装机量占电源装机总量的 38%,全球可再生能源发电量占总发电  
量 28%。在能源低碳转型新阶段,能源供应主体由化石能源拓展到以可再生能  
源为主的清洁能源。未来电力系统具有“双高、双峰”典型特征,而新能源“大  
装机小出力征明显,发靠天吃饭性突出,对电力平衡支撑能力不足,  
给电网安全运行带来挑战。  
能源产业转型矛盾突出。绿色低碳发展意味着较大规模的转型升级,给能源行  
业及高耗能产业带来严峻挑战,相关的产业结构调整带来的产能缩减、就业减  
少等问题可能带来地区发展不平衡,转型带来的就业结构转变将进一步导致  
失业加剧。研究表明,煤炭行业每减少一个就业岗位,会导致上下游行业减少  
1.08就业岗A。全球能源转型进程将导致化石燃料行业的工作岗位数量从当  
前 1260 万个锐减到 2050 年的 310 万个,其中约 80% 的工作岗位与石油、天  
然气和煤炭开采相关 B。  
资料来源:北京大学能源研究院,走向公正转型的未来:中国绿色转型对就业的影响,2023。  
资料来源:PaiꢀS,ꢀEmmerlingꢀJ,ꢀDrouetꢀL,ꢀetꢀal.,ꢀMeetingꢀWell-Belowꢀ2℃ꢀTargetꢀWouldꢀIncreaseꢀEnergyꢀ  
SectorꢀJobsꢀGlobally.ꢀOneꢀEarth,ꢀ2021,ꢀ4(7):ꢀ1026-1036.  
A
B
004  
1ꢀ 全球能源转型的新形势与新挑战  
极端天气加大能源系统风险。随着新能源大规模快速发展,气候变化和极端天  
气成为影响能源系统运行安全的新要素,电力电量平衡、系统运行稳定、电力  
调控管理等面临新的挑战。可再生能源波动性、随机性、不可控性等特点成为  
电力系统安全运行、可靠供应的突出问题。极端天气发生频次和强度持续升高  
导致电力系统的气候敏感性迅速上升。1965 年至今全球共发生 191 次大停电  
事故,其88都与异常天气或气象要素变化有A。极端天气事件发生频率提  
高、波及范围变大,新型电力系统源、网、荷、储基础设施都更易受天气气候  
影响,加剧能源系统安全稳定运行面临的挑战。  
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๜֑⩪ᕰ⁖᪥  
图 1.3ꢀ 1965—2022 年大停电总次数与极端天气诱发的大停电次数  
新形势下科技和产业变革、地缘冲突、极端天气等因素将对能源转型  
的安全性、经济性和可持续性产生重大影响,新形势要求能源转型更  
加注重包容、公正和韧性协同发展。  
资料来源:全球能源互联网发展合作组织,全球能源互联网报告 2023,北京:中国电力出版社,2023。  
A
005  
全球能源包容公正  
韧性转型的思路  
2
2ꢀ 全球能源包容公正韧性转型的思路  
各国在落实碳中和目标、推动能源电力零碳转型的过程中,需要结合  
发展阶段和国情特点因地制宜推进能源转型,统筹兼顾化石能源转型  
与清洁能源发展,积极应对新旧产业转变与就业结构调整,应对气候  
变化和极端天气带来的新风险,破解能源电力零碳转型过程中的新ꢀ  
挑战。  
2.1ꢀ 能源包容公正韧性转型  
2.1.1ꢀ 包容、公正与韧性概念  
各国对能源转型过程中的包容转型、公正转型和韧性转型的关注由来已久,不  
同国际机构的定义各有侧重。  
ꢀ 社会包容  
1
联合国经济和社会事务UNꢀDESA社会包容定义是通过增加机会、  
获取资源、保障发言权和尊重权利,为因年龄、性别、残疾、种族、族裔、出  
身、宗教、经济或其他地位而处于不利地位的人提供社会服务,改善各类人群  
更好地参与社会的过程。因此,社会包容既是一个过程,也是一个目标 A。  
ꢀ 公正转型  
2
2015 年,联合国气候变化框架公约(UNFCCC)将公正转型的理念正式纳  
入《巴黎协定强调应对气候变化过程中应优先考虑就业问题。各个国际机构  
对公正转型提出了各自的定义,但有三个共同点:一是聚焦实现碳中和、低碳  
经济及绿色发展目标。二是秉持以人为本、就业优先的原则,强调公正转型意  
资料来源:UNꢀDESA,ꢀLeavingꢀNoꢀOneꢀBehind:ꢀTheꢀImperativeꢀofꢀInclusiveꢀDevelopmentꢀReportꢀonꢀ  
theꢀWorldꢀSocialꢀSituationꢀ2016,ꢀ2016.  
A
007  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
味着以对所有相关人员尽可能公平的方式实现绿色经济,创造体面的工作机会,  
不让任何人掉队。三是强调绿色就业与更广泛的经济社会目标之间的联系,包  
括消除贫困、经济发展、社会治理等可持续发展目标。  
表 2.1 国际组织提出的公正转型概念及内涵 A  
机构  
概念与内涵  
联合国气候变化框架公约  
(UNFCCC)  
应对气候变化过程中应优先考虑就业问题,需要帮助发展中国家缔约方减轻能源  
转型对当地就业市场的负面影响。  
国际劳工组织  
(ILO)  
公正转型意味着以对所有相关人员尽可能公平和包容的方式实现绿色经济,创造  
体面的工作机会,不让任何人掉队。  
联合国环境保护署  
(UNEP)  
公正的转型应该确保向低碳经济的转变是一个公正、可持续、合理的过程。  
在国家或区域范围内,公正转型是一个整个经济范围的进程,制定计划、政策和  
投资,以实现所有就业机会都是绿色和体面的、净排放为零、消除贫困、社区得  
到改善的未来,经济蓬勃发展且富有韧性。  
国际工会联合会  
(ITUC)  
ꢀ 韧性发展  
3
政府间气候变化专门委员会(IPCC)对“气候韧性发展路径”的定义是通过  
加强可持续发展、消除贫困和减少不平等现象,在不断变化的气候中促进公平、  
提升对气候变化的适应和抗御力。气候韧性发展能够通过大幅减排从而实现《巴  
黎协定》温控目标,并提高深度社会转型所需的道德、公平和可行性,保障所有  
人实现理想和宜居的未来。  
2.1.2ꢀ 能源包容公正韧性转型的内涵  
结合国际机构和学界对包容、公正、韧性概念的阐释,本报告面向能源电力零  
碳转型,提出能源包容转型、公正转型、韧性转型的内涵。  
能源包容转型是指以系统、开放方式推动能源转型,融合多种能源、发展模式  
和技术方案,加快全球清洁发展。  
资料来源:北京大学能源研究院,联合国开发计划署,走向公正转型的未来:中国绿色转型对就业的影响,  
2023。  
A
008  
2ꢀ 全球能源包容公正韧性转型的思路  
能源公正转型是指以平等、共赢原则推动能源转型,协调能源与产业、就业和  
社会治理,让人人享有可持续能源。  
能源韧性转型是指以创新、安全理念推动能源转型,统筹能源系统与气候环境  
等自然系统,提升基础设施抗灾能力。  
能源包容、公正、韧性转型三者之间的内在联系:  
能源包容转型是前提。构建以清洁能源为主的新型能源体系和新型电力系统,  
关键是保障能源安全,核心是促进清洁能源与化石能源协同发展,确保能源转  
型过程中能源安全和能源减排的辩证统一。因此能源包容转型是能源公正和韧  
性转型的重要前提。  
能源公正转型是根本。能源公正转型的原则是以人为本,本质是化石能源及相  
关的产业和就业实现公正转型,促进化石产业以及建立在化石能源基础上的经  
济和社会既能维持稳定发展,又能在发展过程中实现清洁转型。因此能源公正  
转型是能源包容和韧性转型的根本目的。  
清洁能源与化石能源包容发展  
有助于提升能源系统气候韧性  
清洁能源与化石能源包容发展  
更好促进能源系统公正转型  
公正  
充裕性  
灵活性  
可靠性  
多能互补  
互联互通  
高效互动  
以人为本  
协调发展  
普惠可及  
能源系统韧性提升有利于  
清洁能源更好更快发展  
能源公正转型有助于提升社会  
公平,促进能源可持续发展  
图 2.1ꢀ 能源包容公正韧性转型的内涵与内在联系  
009  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
能源韧性转型是基础。构建气候适应型能源系统,提升能源系统韧性,不仅有  
助于增强能源安全,同时有助于确保能源可持续发展。因此能源韧性转型是能  
源包容和公正转型的物理基础。  
2.2ꢀ 全球能源互联网促进能源包容公正韧性转型  
能源包容公正韧性转型是保障能源绿色低碳转型、实现全社会碳中和的根本,  
核心是构建清洁能源主导的新型能源体系和新型电力系统,关键是构建全球能  
源互联网。  
2.2.1ꢀ 全球能源互联网理念  
能源转型是以保障能源供应为前提,以绿色低碳可持续为目标,统筹发展与减  
排、安全与转型,推动清洁能源“增”与化石能源“减”协同优化,产供储销用  
高效互动、风光水火储多能互补、电氢冷热气融合互济的现代能源体系,即全  
球能源互联网。  
全球能源互联网是清洁主导、电为中心、互联互通、多能协同、智慧高效的新  
型能源体系,是清洁能源大规模开发、广域配置、高效利用、灵活转化、可靠  
供应的基础平台和重要载体,核心是以清洁能源为主体、以坚强智能电网为平  
台、多种能源互补互济、源网荷储协调互动、电与其他能源融合转换的新型电  
力系统,具有清洁主导、电为中心、互联互通、多能协同、安全高效、智慧灵  
活等主要特征,标志着能源结构更低碳、能源供应更安全、能源利用更高效、  
各方协作更有力、技术创新更活跃、国际合作更深入。  
构建全球能源互联网,将统筹生产、消费、配置各环节,推动能源体系实现三  
大转变,即能源生产向清洁主导转变、能源配置向广域互联转变、能源消费向  
高效清洁转变,从而有效保障能源安全,提升能源经济性,促进能源可持续发  
展,实现全球能源包容、公正、韧性转型。  
010  
2ꢀ 全球能源包容公正韧性转型的思路  
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图 2.2ꢀ 全球能源互联网理论框架体系  
2.2.2ꢀ 能源包容公正韧性转型的方向  
全球能源互联网促进能源包容、公正和韧性转型的大方向是,依托全球能源  
互联网平台和载体,以“三大协同”促进能源“三大转型即以清洁能源与  
化石能源协同、能源与产业协同、能源与气象协同促进能源包容、公正和韧性  
转型,构建安全、经济、智慧、绿色、开放的现代能源体系,实现可持续发展ꢀ  
目标。  
具体而言,一是通过清洁能源与化石能源协同,发挥化石能源安全保供与灵  
活调节作用,提速清洁转型进程。二是通过能源与产业协同,以全球能源互  
联网为平台实现产业更新升级、区域协调发展、改善就业民生。三是通过加快  
能源与气象协同,加快能源与气象技术融合与突破,建设气候适应型能源电力ꢀ  
系统。  
011  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
全球碳中和  
目标  
包容转型  
公正转型  
韧性转型  
清洁能源与化石能源协同  
能源与产业协同  
产业转型升级  
区域协调发展  
带动体面就业  
提升能源可及性  
能源与气象协同  
气候适应型电力系统  
气候适应型能源系统  
能源气象融合技术发展  
完善政策与市场机制  
能源  
系统  
转型  
清洁能源开发  
化石能源转型发展  
灵活性资源体系建设  
新型电气化建设  
全球能源互联网方案  
“风光水火储”多能互补的能源生产体系  
“电氢冷热气”互通互济的能源消费体系  
以零碳能源为基础的产业和经济体系  
方案  
理念  
多网融合互联互通的能源配置体系  
全球能源互联网  
配置平台化  
创新融合化  
生产清洁化  
消费电气化  
业态数字化  
图 2.3ꢀ 全球能源互联网促进能源包容公正韧性转型的思路  
2.2.3ꢀ 能源包容公正韧性转型的原则  
能源包容公正韧性转型需要遵循三个原则。  
一是统筹能源安全与能源转型。安全是发展的基础和前提。发达国家和发展中  
国家所处的发展阶段不同,能源安全的内涵和要求不一样。发展中国家能源供  
需缺口大,保障能源供给安全是首要任务。发达国家需要率先实现能源电力部  
门净零排放,保障各种极端条件下能源安全稳定是重大挑战。在全球落实碳中  
和目标的要求下,在推动能源清洁低碳转型的过程中,要统筹协调好能源安全  
保供和能源清洁发展的关系,坚持先立后破,发挥好化石能源在能源保供中的  
兜底保障和战略备用功能,更好支撑清洁能源发展。  
012  
2ꢀ 全球能源包容公正韧性转型的思路  
二是统筹能源与产业、就业与区域协同发展。尽管各国发展阶段不同,能源转  
型路径不同,但都面临各自的挑战。只有国际社会共同努力,全方位加强合作,  
才能更好更快地推动转型。需要发挥各国资源、技术、市场等互补优势,加强  
基础设施、低碳技术、绿色产业合作,推动全球清洁能源开发,以电网为载体  
加速能源设施联通,实现各国传统产业和新兴产业动能转换,加速绿色体面就  
业取代传统化石能源就业,促进区域经济社会能源协调发展,为能源清洁转型  
提供坚实保障。  
三是统筹能源减缓与适应气候变化。各国需要坚持共同但有区别的责任原则、  
公平原则和各自能力原则,全面履行《联合国气候变化框架公约》及其《巴  
黎协定推动建立公平合理、合作共赢的气候治理体系。当前国际气候治理  
“重”减缓而“轻”适应,需要统筹协调能源电力减缓和适应气候变化,在能源  
电力规划运行过程中更加重视应对气候风险,共同走绿色、低碳、可持续发展ꢀ  
道路。  
2.3ꢀ 全球能源互联网综合评估模型框架  
全球能源 - 经济 - 气候综合评估模型用于研究全球能源电力转型、气候变化影  
响评估、经济社会可持续发展。全球能源互联网发展合作组织与国际应用系统  
分析研究所(IIASA)等机构共同开展全球能源互联网碳中和研究,形成了集能  
源系统优化、电力系统仿真、经济社会预测、气候变化影响、综合效益分析的  
全球气候变化综合评估平台,用于量化评估全球能源转型的路径、技术、成本、  
效益等。  
2.3.1ꢀ 能源系统优化模型  
能源系统优化模型(MESSAGE)包括能源需求预测模型、能源技术模型、能  
源系统优化模型。  
013  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
014  
2ꢀ 全球能源包容公正韧性转型的思路  
ꢀ 能源需求预测模型  
1
能源需求模块用于对工业、交通、建筑等终端部门用能需求的预测。为了研究  
未来终端部门用能电气化发展规律,并与 MESSAGE 模型的终端用能需求相衔  
接,能源需求预测模块分别利用 S 型曲线方法对工业部门和交通部门的人均工  
业用能和陆路交通用能进行了预测,采用核最小均方法对建筑部门用能进行预  
测,对未来三大终端部门的用能变化进行了展望。  
ꢀ 能源技术模型  
2
全球清洁能源资源评估模型(GREAN清洁能源大规模开发利用需要科学准  
确的资源量化评估。全球能源互联网发展合作组织提出了一套定义明确,系统、  
全面、可操作的算法,构建了清洁能源资源评价体系和精细化数字评估模型,  
在建立健全全球清洁能源资源数据库的基础上,实现全球视角下水能、风能和  
太阳能理论蕴藏量、技术可开发量、经济可开发量的系统测算与量化评估,形  
成了全球清洁能源开发评估平台,有效提升了全球清洁能源资源评估的准确度  
与时效性,为相关国家和地区清洁能源的大规模开发利用提供了重要支撑。  
能源技术模型。零碳负碳技术的创新和进步对实现全社会碳减排具有决定性作  
用,包括清洁替代、电能替代、能源互联、大规模储能、氢能及电制燃料原材  
料、碳捕集利用及封存、数字智能技术等 7 大领域 30 余类关键技术。合作组织  
在调研应用现状、典型工程的基础上,紧密结合碳中和实现路径,基于技术成  
熟度评估方法和多元线性回归 + 人工神经网络的成本预测方法,提出技术发展  
趋势、重点研发方向,研判经济性趋势。  
ꢀ 能源系统优化模型  
3
能源系统优化模型(MESSAGE)对全球能源系统进行全局优化,以满足供能  
需求和成本最小为目标,以气候变化、资源潜力、能源供需平衡、生产能力和  
能源系统存量变化为约束条件,综合考虑资源开采、中间转换、终端用能各个  
环节,优选工业、交通、建筑部门用能技术效率和成本参数,构建跨国、跨洲  
电力贸易的格局,形成满足气候变化等约束条件的全能源系统技术组合方案。  
015  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
2.3.2ꢀ 电力系统仿真模型  
合作组织构建了涵盖全球经济、人口、能源、电力等多维度指标的全球能源互  
联网综合数据库,以实现绿色清洁方式满足能源需求为目标,统筹考虑经济、  
社会、资源和环境等因素,开发全球能源互联网规划模型。  
ꢀ 电力需求预测模型  
1
需求预测模型主要包括能源服务需求、终端能源需求、一次能源需求三部分。  
统筹考虑人口和经济增长、资源禀赋、产业发展和结构调整、技术创新和能效  
提升、能源转型和电能替代、环境和气候变化约束,以及各国能源电力规划,  
不同地区、国家发展阶段的差异性等因素,采用“自上而下”和“自下而上”相  
结合的方法,综合考虑经济社会发展、技术进步、效率提升、能源政策等因素  
对能源需求的影响,对全球、各洲及各国能源需求、电力需求进行分析预测。  
ꢀ 电源装机规划模型  
2
电源装机规划模型主要以规划期内包括建设成本、运行维护成本和燃料成本等  
全社会总成本最低为目标,以能源政策、环境约束、能源资源、电力电量平衡  
等为约束条件,求解得到规划水平年装机规模、各类装机构成、开发时序、碳  
排放等。  
2.3.3ꢀ 综合效益评估模型  
ꢀ 气候影响评估模型  
1
气候影响评估模型用于评估气候变化引起的各种直接、间接损失和系统影响。  
通过连接北京气候中心简化地球系统模型(BCC_SESM)和 MESSAGE 综  
合评估模型,利用排放、气候和经济社会情景数据,研究全球分部门气候损失,  
包括气象灾害、农业、林业、水资源、能源消耗等市场部门以及生态系统、海  
平面上升、人类健康等非市场部门。  
016  
2ꢀ 全球能源包容公正韧性转型的思路  
ꢀ 综合效益评估模型  
2
综合效益分析是基于能源转型结果和减排成效对全球经济、社会、环境、健康  
的综合影响评估。  
采用可计算一般均衡经济模型(CGE开展全球碳中和方  
经济社会  
案在政策机制、产业结构、国际贸易、民生就业等方面产生  
方面  
的综合效益研究。  
采用温室气体 - 空气污染相互作用和协同模型(GAINS)计  
环境健康  
算得出全球碳中和方案的污染物减排效益,进而计算得出健  
方面  
康效益。  
017  
全球能源互联网  
碳中和实现路径  
3
3ꢀ 全球能源互联网碳中和实现路径  
全球能源互联网是清洁主导、电为中心、互联互通、多能融合的现代  
能源体系,将推动能源生产向清洁主导转变、能源配置向广域互联转  
变、能源消费向高效清洁转变。通过构建“风光水火储”多能互补的  
能源生产体系电氢冷热气”互通互济的能源消费体系、多网融合  
互联互通的能源配置体系和以零碳能源为基础的产业和经济体系,全  
球能源互联网在实现全球碳中和目标过程中更好促进能源电力行业和  
全社会各行业实现包容、公正、韧性转型。  
3.1ꢀ 全球碳中和实现路径  
全社会总体分尽早达峰、快速减排、全面中和三阶段实现碳中和目标,能源生  
产、能源使用(包括工业、交通、建筑部门工业过程、农林土地利用、废弃  
物处理、碳移除等领域 A依据不同减排特点形成各自减排路径,共同构成全球碳  
中和实现路径。  
3.1.1ꢀ 全社会碳中和路径  
第一阶段为尽早达峰。全社会碳排放达峰关键是能源排放尽早达峰并将峰值控  
制在合理水平,核心是控制化石能源消费达峰,重点是控制煤电规模和布局优  
化,新增能源需求主要由清洁能源满足。这一阶段碳减排的核心在于清洁能源  
增长速度和发展规模,通过建设全球能源互联网,实现清洁能源优化配置,加  
速能源系统脱碳。各国进一步强化自主减排贡献(NDCs)目标,2030 年前实  
现全社会碳达峰,二氧化碳排放峰值控制在 445 亿吨左右。能源活动二氧化碳  
排放峰值为 360 亿吨,全球碳捕集示范项目逐渐投入使用。  
第二阶段为快速减排。关键是能源系统转型和全面建成全球能源互联网,推动  
能源电力部门和全社会排放快速下降。到 2050 年,能源活动碳排放降至 92 亿  
《IPCC 国家温室气体清单指南》将温室气体排放分为能源、工业过程和产品使用、农业、林业和其他土地利  
用、废弃物、其他。其中能源碳排放是指所有领域以获取能源为目的的温室气体排放,工业过程碳排放主要  
指因生产工艺而产生的温室气体(如水泥生产。  
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019  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
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图 3.1ꢀ 全社会碳中和路径三阶段  
吨,相比碳排放峰值下降约 75%。大规模应用碳捕集技术并发展林业碳汇,主  
要发达国家率先实现碳中和。  
第三阶段为全面中和。关键是加快化石能源存量替代,2060 年前实现全社会  
碳中和。到 2060 年,能源活动碳排放降至 38 亿吨,相比碳排放峰值下降约  
90%;工业过程二氧化碳排放降至 20 亿吨;低碳零碳技术移除二氧化碳 35 亿  
吨,加上农林土地利用碳汇提供负排放 38 亿吨,2060 年前全球实现全社会碳  
中和。全球能源互联网碳中和实现路径累积碳排放满足全球碳排放空间要求,  
确保全球温升控制在《巴黎协定》温控目标之内。  
表 3.1 全社会分行业减排路径  
单位:亿吨二氧化碳  
2021 年  
343.7  
34.0  
2025 年  
355.4  
36.0  
2050 年  
2060 年  
37.5  
能源活动  
工业过程  
91.8  
28.0  
-32.0  
1.5  
20.0  
农林土地利用部门(AFOLU)  
废弃物处理  
54.0  
50.0  
-38.0  
1.0  
2.5  
2.8  
碳移除(CCUS、BECCS 和 DAC)  
全社会碳排放  
-0.6  
-2.0  
-22.8  
66.5  
-35.0  
-14.5  
433.6  
442.2  
020  
3ꢀ 全球能源互联网碳中和实现路径  
3.1.2ꢀ 分行业减排路径  
能源生产与能源使用是减排量最大的部门,占全部减排量的三分之二左右。相  
比达峰年,2060 年全社会各行业碳减排量达到 459 亿吨,其中能源生产减排  
145.3 亿吨,主要依靠电力部门的清洁能源快速发展;能源使用可分为工业、  
交通、建筑三大领域,共减排 176.2 亿吨,主要依靠电能替代大幅减少化石能  
源燃烧及绿氢在工业和交通部门的深度脱碳;碳移除技术(CCUS、BECCS、  
DAC)减排约 32.5 亿吨,主要包括捕集电力部门、工业领域化石能源燃烧及氢  
能、生物质液体燃料生产过程中的碳排放,是推动能源领域提供负排放的关键  
技术;农林土地利用减排达到 85 亿吨,主要依赖土地利用变化碳排放本身逐年  
减少及森林碳汇的增汇作用,为能源领域提供负排放,促进实现全社会二氧化  
碳排放净零;工业过程减排量约 18 亿吨,主要是二氧化碳排放增量与碳捕集基  
本抵消;废弃物减排量约 2 亿吨。  
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图 3.2ꢀ 全球分行业减排进程展望  
021  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
ꢀ 能源生产部门减排  
1
能源生产部门通过严控能源消费总量和降低能源强度、加快实施清洁能源替代  
行动、建设全球能源互联网等举措,实现 2030 年前碳排放达峰,2050 年碳排  
放降至 25.4 亿吨,2060 年前实现净零排放。电力生产是脱碳速度最快、脱碳  
规模最大的能源生产部门。2030 年前电力生产碳排放达到峰值,2050 年碳排  
放降至 21.3 亿吨,2060 年前实现净零排放。电力系统在碳中和进程中累计贡  
献将超过 80%,除自身减排外,电力还能够推动能源消费电能替代,助力能源  
消费减排。电制氢产生的氢能可应用于化工、冶金、航空等难以直接电气化的  
领域,实现深度电能替代。  
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图 3.3ꢀ 全球能源生产减排路线图  
ꢀ 工业领域减排  
2
工业领域通过推进产业结构高端化、加快能源消耗低碳化、促进资源利用循环  
化、推动生产过程清洁化、建立绿色制造支撑体系等举措实现 2030 年前碳排放  
达峰,2050 年、2060 年分别降至约 14 亿吨、2 亿吨。  
022  
3ꢀ 全球能源互联网碳中和实现路径  
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图 3.4ꢀ 全球工业领域减排路线图  
ꢀ 交通领域减排  
3
交通领域通过推动电能替代与绿色燃料替代、提升能源利用效率、优化交通运  
输结构、发展新技术与出行模式等举措,实现 2030 年前碳排放达峰,2050 年、  
2060 年碳排放分别降至约 22 亿吨、6 亿吨。  
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图 3.5ꢀ 全球交通领域减排路线图  
023  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
ꢀ 建筑领域减排  
4
建筑领域通过实施深度电能替代、提升能源利用效率、建立绿色消费标准等举  
措,推动建筑领域二氧化碳排放逐渐下降,2050 年、2060 年碳排放分别降至  
约 8 亿吨、2 亿吨。  
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图 3.6ꢀ 全球建筑领域减排路线图  
ꢀ 农林土地利用领域减排  
5
通过改善农田和畜牧业管理、加强生态系统、增加林业碳汇、增强土壤固碳能  
力等举措,实现碳源到碳汇的重大转变,2035 年左右农林土地利用领域实现  
二氧化碳净零排放,2050 年、2060 年二氧化碳净负排放量分别为 32 亿吨ꢀ  
38 亿吨。  
024  
3ꢀ 全球能源互联网碳中和实现路径  
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图 3.7ꢀ 全球农林土地利用领域净零路线图  
3.2ꢀ ꢀ 风光水火储”多能互补的能源生产体系  
建设全球能源互联网,促进实现碳中和目标,将加快推动能源系统绿色低碳转  
型,能源生产需要由化石能源主导向清洁能源主导风光水火储”多能互补的  
能源生产体系转变,重点是清洁能源大规模开发、大范围配置和高效率使用。  
未来清洁零碳能源供应系统将呈现能源供应充足安全、化石能源协同转型、能  
源生产清洁主导风光水火储”多能互补四个特征。  
3.2.1ꢀ 能源供应充足安全  
一次能源生产满足经济社会发展需要。2022 年全球一次能源生产总量为 206  
亿吨标准煤 A,2030 年全球一次能源生产总量达到峰值,约 229 亿吨标准煤,  
2050 年、2060 年全球一次能源生产总量分别降至 193 亿吨标准煤、190 亿吨  
标准煤(热当量法人均能源消费量均超过 1.9 吨标准煤,确保能源供应充足  
和能源安全。能源供应将实现深度清洁替代,水、风、光等清洁能源与储能协  
同开发,推动清洁电能全球消纳。据测算,全球清洁能源的资源超过 100 万亿  
千瓦,若仅开发其中 5%,就可以满足全球能源需求。  
资料来源:英国能源研究院,世界能源统计年鉴 2023,2023。  
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025  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
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图 3.8ꢀ 全球一次能源消费总量及结构预测  
3.2.2ꢀ 化石能源协同转型  
煤油气相继达峰并减退。2022 年全球化石能源消费总量约 168.5 亿吨,预计  
2025 年达到峰值,约 177 亿吨标准煤。达峰后快速下降,到 2050 年、2060  
年化石能源消费总量分别降至 57 亿吨标准煤、28 亿吨标准煤左右。其中煤炭  
消费总量已进入平台期并开始逐渐下降,2050 年、2060 年煤炭消费分别降至  
11.2 亿吨标准煤、5.7 亿吨标准煤;石油消费总量 2025 年达峰,峰值约 49 亿  
吨,达峰后石油消费快速下降,2050 年、2060 年石油消费分别降至 14.5 亿  
吨、7.6 亿吨;天然气消费总量 2030 年前后达到峰值,约 4.1 万亿立方米,  
2050 年、2060 年天然气消费分别降至 1.9 万亿立方米、0.9 万亿立方米。  
化石能源发电稳妥转型。近中期,煤电装机将在一定程度上增加,到 2035 年,  
煤电将在 2021 年 22.1 亿千瓦的装机水平基础上增加 12%,年均增长不到 1%,  
达到 24.8 亿千瓦,2035 年后,煤电转型进程加快,年均退出速度约 3%,到  
2050 年装机降至 15.8 亿千瓦。气电主要作为调峰电源,未来装机先增后降,  
2035 年装机容量将在 2021 年 18.2 亿千瓦的基础上增至 22.8 亿千瓦,2050  
年降至 21 亿千瓦。未来化石能源发电主要发挥安全保供、灵活调节和应急备用  
026  
3ꢀ 全球能源互联网碳中和实现路径  
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图 3.9ꢀ 全球化石能源退出路径和里程碑  
保障作用,利用小时数和发电量都将大幅下降。到 2035 年、2050 年,煤电发  
电量将从 2021 年 9.5 万亿千瓦时基础上降至 7.3 万亿千瓦时、3.4 万亿千瓦时,  
气电发电量将从 2021 年 6.3 万亿千瓦时基础上降至 5.6 万亿千瓦时、4.8 万亿  
千瓦时。  
3.2.3ꢀ 能源生产清洁主导  
清洁能源逐步成为主导能源。能源供应将加速深度清洁替代,水、风、光等清  
洁能源与储能协同开发,推动清洁能源快速成为主导能源。2040 年左右,清  
洁能源超过化石能源成为能源供应主体。2050 年清洁能源占一次能源比重为  
70%(热当量法其中水能占比 7%,核能占比 9%,生物质能占比 18%,  
风、光等其他可再生能源占比 36%。2060 年清洁能源占一次能源比重为 85%  
(热当量法其中水能占比 7%,核能占比 10%,生物质能占比 21%,风、光  
等其他可再生能源占比 47%。清洁能源发电量占比逐步提升,从 2021 年的  
38.8% 提高到 2035 年的 73.5%,2050 年进一步提升至 90.5%。  
027  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
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图 3.10ꢀ 2050 年全球一次能源结构与电源装机结构预测ꢀ  
(左:一次能源结构,右:电源装机结构)  
3.2.4 “风光水火储”多能互补  
电力生产形成“风光水火储”多能互补格局。当前电力生产以火电为主,2021  
年煤电、气电等火电装机占比超过一半,达到 55%,风电、太阳能、常规水电  
占比分别为 10%、10%、15%。未来,火电将从“电量型”向“容量型”转变,  
装机占比不断下降,主要发挥安全保供、灵活调节和应急备用保障作用,发电  
设备利用小时数大幅下降,发电量不断减少。2035 年、2050 年全球电源总装  
机容量将从 2021 年 79 亿千瓦的基础上分别增加到 205 亿、373 亿千瓦,火  
电装机占比分别降至 24% 和 10%。随着风光水等清洁能源和储能的协同发展,  
其装机不断提升,2035 年、2050 年清洁能源发电装机占比分别提升至 76%、  
90%。2050 年抽水蓄能、电化学储能装机分别达到 7.4 亿千瓦、30.3 亿千  
瓦。保留一定的化石电源装机作为应急电源,在极端天气条件下能够保证供电ꢀ  
安全。  
028  
3ꢀ 全球能源互联网碳中和实现路径  
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图 3.11ꢀ 全球电源装机容量及结构预测  
专栏 3.1  
中国国家风光储输示范工程  
中国国家风光储输示范工程由国家电网公司投资建设,是世界上规模最  
大的集风电、光伏、储能及智能输电四位一体的新能源综合利用示范工  
程。该示范工程以风光发电控制和储能系统集成技术为重点,通过联  
合运行优化调度,实现新能源发电的平滑输出、计划跟踪、削峰填谷和  
调频等控制目标,为解决大规模新能源集中开发、集成应用的难题提供  
了方案。自投运以来,累计上网电量已经超百亿千瓦时。示范工程分为  
两期。一期工程建设 9.85 万千瓦风电、4 万千瓦光伏、2 万千瓦储能和  
220 kV能变电站,201112投产;二期工程建35千瓦风电、  
6 万千瓦光伏于 2013 年、2014 年相继投产,5 万千瓦智慧型风电装备于  
2021 年底投产,0.3 万千瓦梯次利用储能及 1 万千瓦虚拟同步机储能于  
2018 年投产;剩余部分储能等正在积极推进。  
029  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
工程规划建设风电 50 万千瓦、光伏 10 万千瓦、储能 7 万千瓦,接入张  
北 1000 kV 特高压变电站,通过张雄特高压送出。工程应用 8 种类型风  
机共 186 台,总装机容量 50 万千瓦;工程应用 5 种类型、5 种跟踪方  
式以及固定式光伏,总装机 10 万千瓦。工程应用磷酸铁锂、液流电池、  
铅酸电池、钛酸锂电池、梯次利用电池、储能虚拟同步机等多种储能系  
统,已建成一期储能,总容量 2 万千瓦 /8.35 万千瓦时,以及部分二期  
储能,容量 1.3 万千瓦 /1.23 万千瓦时。  
该项目是目前世界上已投产项目中规模最大的风、光、储、输示范工程  
项目。在风电、光伏、储能方面,分别是中国最大源网友好型风电厂、  
中国最大的多类型并网光伏电站、世界上最大的多类型化学储能电站。  
在输电方面,项目首创风光储输联合发电控制和调度模式,研制了风  
机、光伏、电站储能三种类型的新能源虚拟同步机,填补了虚拟同步机  
技术在大电网应用的空白,引领新能源向着可调可控的方向发展。  
图 1 中国国家风光储输示范工程 A  
资料来源:中国电力报,风光尽览 储绿未来——冀北电力打造清洁能源开发利用“新高地”纪实,https://  
www.cpnn.com.cn/news/nytt/202210/t20221011_1558757.html。  
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030  
3ꢀ 全球能源互联网碳中和实现路径  
3.3ꢀ ꢀ 电氢冷热气”互通互济的能源消费体系  
全球能源互联网推动终端能源消费电气化,形成电为中心电氢冷热气”互通  
互济的能源消费体系。清洁能源电解水制氢(绿氢)将逐渐具有经济竞争力,促  
进终端能源使用脱碳,逐渐形成电为中心、电氢冷热气协同、可再生能源直接  
利用及合成燃料为辅的能源消费格局。未来清洁高效能源消费系统将呈现电为  
中心加速形成、绿氢促进深度脱碳、能源消费高效清洁电氢冷热气”互通互  
济四个特征。  
3.3.1ꢀ 电为中心加速形成  
能源消费形成电力为中心的用能格局。2020 年,全球终端能源消费总量为 137  
亿吨标准煤,人口和经济增长、能效提升等因素综合作用,推动全球终端能源  
消费先升后降。2035 年终端能源消费总量达峰,峰值约 167 亿吨标准煤,全  
球用电量约 50 万亿千瓦时,电气化水平(含制氢用电)达到 34%。2050 年终  
端能源消费总量降至 151 亿吨标准煤,电能是清洁、高效的二次能源,通过加  
快电气化推动清洁电能全球消纳,全球用电量增至 82 万亿千瓦时,电气化水平  
(含制氢用电)达到 63%,氢能占比近 10%。  
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图 3.12ꢀ 全球终端能源消费总量及结构预测  
031  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
传统用电、直接电能替代、间接电能替代和电的“非能利用”推动终端用能快  
速脱碳。传统用电是指已实现电气化、需要大范围普及的领域,如电照明、电  
炊事等家用电器。当前照明等已经基本实现电气化,预计 2050 年照明用电规模  
7 万亿 ~8 万亿千瓦时,占总用电量的比重下降至 10% 左右。直接电能替代是  
指具备电气化、但需要技术进步提高经济性的领域,如电窑炉、电炉冶金、电  
动汽车、电蒸汽锅炉、电磁炉等。电制热(冷)技术和以电动汽车为主的电力  
拖动技术带来的电能替代有望成为近中期用电需求的主要增长点。预计 2050 年  
电力拖动用电规模 30 万亿 ~35 万亿千瓦时,占总用电量的比例下降至 40% 左  
右,仍将是规模最大的用电负荷。电制热(冷)预计 2050 年用电规模 15 万亿  
~19 万亿千瓦时,占总用电量的 20% 左右。间接电能替代指目前难以直接实现  
电气化的领域,如航空、航海、化工、高端制热等,包括电制氢在内的电制燃  
料技术是这些领域实现脱碳的关键;电的非能利用指电制原材料技术,即利用  
清洁电力将二氧化碳、水、氮气等转化为甲烷、甲醇、氨,不仅可以作为燃料  
用于能源系统,还可以作为化工原料与现有的化工生产系统深入融合,生产出  
各种人类生活必需的物资材料。电化学技术,特别是以电制氢为代表的电制材  
料、原材料(P2X)带来的间接电能替代和电的非能利用将进一步扩展用电领  
域,具有巨大的发展潜力,预计 2050 年用电规模 10 万亿 ~20 万亿千瓦时,占  
比 20% 左右。信息用电预计用电规模 7 万亿 ~9 万亿千瓦时,占总用电量的比  
例在 10% 左右。  
3.3.2ꢀ 绿氢促进深度脱碳  
氢能是终端可以直接利用的高效能源,并且可以通过清洁能源制备,将在能源  
清洁转型过程中发挥重要作用。氢能在能源消费转型中主要发挥深度脱碳、灵  
活储能、提供原材料三大功能。  
实现深度脱碳。航空、航海、工业高品质热、化工、冶金等领域难以直接应用  
电能实现脱碳,通过清洁电力制备氢气,可以间接实现这些领域的电气化。氢  
在清洁能源和难以直接用电的终端用能领域之间发挥了关键的纽带作用。预  
计到 2050 年,全球绿氢需求量将达到 3.6 亿吨,终端用氢占能源消费比重约  
10%。  
032  
3ꢀ 全球能源互联网碳中和实现路径  
图 3.13ꢀ 氢能的纽带作用示意图  
提供全时间尺度的灵活调节。电制氢是一种柔性负荷,可响应电力系统秒级、  
分钟级、小时级功率调整的要求,发挥一般短时储能的作用。同时,氢及其衍  
生的合成燃料除终端直接用能外,富余部分进行长期存储,在电力出现缺口时  
通过燃料电池或燃气轮机等发电设备重新转化为电,相比直接储电更易实现大  
规模长期储能。2050 年全球制氢用电量预计将占全社会用电量的 20%,约  
6000 万吨氢可作为周、月长周期储能,应对电力系统更长时间尺度下供需平衡  
问题,也是电力系统应对极端天气事件的重要保障。电制氢技术可与清洁能源  
发电和谐共生,有力支持清洁能源的发展。  
提供工业原材料。除了作为能源外,氢还是重要的工业原材料,广泛应用于化  
工、石化、电子、冶金等领域。以电制氢为基础的电制燃料、原材料(P2X)  
技术是实现这些行业减碳的重要途经。P2X 技术以水、二氧化碳、氮气等为原  
料,清洁电能为驱动力,生产出甲烷、甲醇、乙烯、苯等化工产品,同时实现  
碳的固化和有效利用,进一步推动全社会深度脱碳。氢不仅是联结能源生产和  
能源消费领域的纽带,更可帮助实现能源系统与社会生产的深度融合,绿氢是  
这一“能源 - 物质转换体系”的中心环节,预计 2050 年用于提供工业原材料  
的氢约 7000 万吨。  
033  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
3.3.3ꢀ 能源消费高效清洁  
能源消费效率不断提高。节能提效是“第一能源推动能源转型、实现碳中  
和,提高用能效率、从源头减少碳排放是重中之重。通过采用新技术、新工艺、  
新标准,推进工业、建筑、交通、居民生活等重点领域能效不断提升,能源消  
费向清洁化、电气化、减量化发展。通过开展低碳节能生产和改造,倡导全社  
会节,全民节约意识不断提升,逐步形成低碳绿色生产生活方式。2030 年能源  
强度从 2020 年的 2.2 吨标准煤 / 万美元下降到 1.9 吨标准煤 / 万美元(2020  
年不变价2050 年、2060 年能源强度将进一步在 2030 年水平基础上下降  
50%、65%。人均能源消费强度也将逐步下降,2050 年、2060 年人均能源消  
费量将分别从当前的 2.6 吨标准煤 /(人·年)下降到 2.0 吨标准煤 /(人·、  
1.9 吨标准煤 /(人·在节能提效、充分利用电能等高效能源的共同作用下,  
到 2060 年人均可使用的能源服务较现有水平大大提升,利用更少的能源满足了  
更大的能源服务需求。  
3.3.4ꢀ “电氢冷热气”互通互济  
能源使用将形成“电氢冷热气”互通互济格局。以电为中心电氢冷热气”  
等多能互补、灵活转换是潮流趋势,高度电气化将成为未来经济社会的显著特  
征,并发挥日益重要的作用。清洁能源电解水制氢(绿氢)将逐渐具有经济竞  
争力,促进终端能源使用脱碳,逐渐形成电为中心、电与氢冷热气协同、可再  
生能源直接利用及合成燃料为辅的能源消费格局。预计 2035 年,全社会电气化  
率(含制氢用电)约 34%,氢能占终端能源比重约 2%,天然气占比约 19%。  
到 2050 年,全社会电气化率(含制氢用电)提升至 63%,氢能占比提升至约  
10%,天然气占比降至 8% 左右。  
工业领域,随着全球经济发展、能效提升和电能替代不断推进,工业领域(不含  
非能利用)用能先升后降。预计 2025 年,电能成为工业用能占比最大的能源品  
种,占比约三分之一,天然气占比超过五分之一。到 2050 年,工业电气化率进  
一步提高,达到 57%,天然气占比小幅上升,氢能在工业中逐步推广运用,占  
比约 10%。到 2060 年,工业电气化率近 60%,天然气占比降至 4%,氢能占  
比进一步提高。  
034  
3ꢀ 全球能源互联网碳中和实现路径  
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图 3.14ꢀ 终端各用能领域消费格局  
建筑领域,随着全球城镇化发展,建筑领域能源消费呈现先增后降的趋势。预  
计 2025 年建筑能源消费仍以电为主,电气化率占比约 40%。随着城镇化水  
平进一步发展,建筑部门电制冷、电制热需求将会持续提升,预计 2050 年、  
2060 年,建筑领域电气化率分别提升至 68%、75%。随着电能替代的不断推  
进,天然气在建筑领域的利用先升后降。  
交通领域,未来将逐步由以燃油为主转向以电氢为主的用能结构,电能替代、  
生物质能替代、氢能替代、能效提升等推动交通领域用能结构更加多元。预计  
2025 年,交通领域电气化水平超过 3%,氢能和生物燃料占比分别达到 1% 和  
4%;2050 年电气化水平将接近 40%,氢能和生物燃料占比分别提升至 13%  
和 20%,2060 年电气化水平超过 45%,氢能和生物燃料占比分别提升至 18%  
和 27%。  
3.4ꢀ 多网融合互联互通的能源配置体系  
全球能源互联网碳中和实现路径通过建设以特高压电网为骨干网架、各级电网  
融合协调发展的全球能源配置平台,促进清洁能源大规模开发和消纳,加快电  
网智能互动发展,实现多能互补和优化配置。随着人们对清洁低碳可持续发展  
认识的不断提高和氢能全产业链的技术进步,氢能在能源转型中的价值日益凸  
显,未来将形成就地制备利用与大范围优化相结合的格局。  
035  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
3.4.1ꢀ 电力配置系统  
全球能源互联网碳中和实现路径依托广域坚强骨干网架,构建电为中心、互  
联互通、广域互联的能源配置平台。基础设施互联互通是促进各国资源共享  
与优势互补、推动能源清洁转型的重要基础。全球能源互联网依托特高压和智  
能电网等先进技术构建全球电力大通道,能源配置由局部平衡向跨区跨国全  
球配置转变,实现多能源跨区外送、跨时区互补、跨季节互济,推动能源生  
产国际化、配置国际化、贸易国际化发展。基于资源禀赋、能源电力需求和  
气候环境治理需要,在各国骨干网架和跨国联网基础上,进一步加强洲际联  
网,2050 年,全球建成全球能源互联网骨干网架,形成清洁能源全球开发、配  
置和使用新格局,承载跨区、跨洲电力流 6.6 亿千瓦,其中跨洲电力流达到ꢀ  
1.1 亿千瓦。  
能源配置向广域互联转变,电力配置总体上从当前的局部平衡向跨国跨洲、全  
球化配置转变。统筹考虑各洲资源禀赋和需求分布、多能互补和大范围互济、  
本地开发和远距离受电,总体按照国内互联、洲内互联、全球互联有序推进。  
预计到 2035 年,按照先易后难的次序,基本实现各大洲洲内电网互联和亚欧非  
跨洲联网。跨国互联电网快速发展,实现各国不同区域、不同季节、不同时段、  
不同类型电力资源的互补共济,提高能源系统效率和经济性。预计到 2050 年,  
建成亚欧非和美洲主要联网通道,各洲、各国电网实现互联互通,跨洲间的多  
类型电力资源互补、利用时差的跨洲电力互济效益更加显著,全球能源互联网  
全面建成,成为全球清洁能源优化配置平台。  
电网将呈现出以大电网为主导、多种电网形态相融并存的格局。交直流混联大  
电网依然是能源资源优化配置的主导力量,同时微电网、分布式能源、局部直  
流电网将快速发展,与大电网互通互济、协调运行,支撑清洁能源高效开发利  
用和各类负荷友好接入。电网的枢纽平台作用进一步凸显,有效支撑各种清洁  
能源开发利用,实现各类能源设施便捷接入即插即用。  
配电网不断升级完善,提升能源利用智能化水平和效率。随着智能电网、智慧  
城市和综合能源服务战略的加快实施,分布式电源和电动汽车、用户侧储能等  
大量应用,配电网正在由传统的无源网络向双向有源网络演化,功能和形态将  
036  
3ꢀ 全球能源互联网碳中和实现路径  
037  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
发生显著变化,对安全性、可靠性、适应性的要求越来越高。未来配电网、局  
域电网、小微电网和虚拟电厂等将在全球范围快速发展。随着配电网逐步完善  
升级,各种灵活适用配电形式的推广,全球电力可及性将进一步提升,无电人  
口问题得到解决。建设智能配电网,发展智能楼宇、智能家居等,将有效促进  
能源在供需两侧灵活互动、高效使用,提升终端能源系统的综合效率。  
专栏 3.2  
中国能源互联网发展与展望  
基于能源资源开发和电力消费格局,中国将加快构建以特高压电网为骨  
干网架,各级电网协调发展的坚强智能电网,着力提高电网安全水平和  
运行效率,实现更大范围资源优化配置,促进清洁能源大规模开发和高  
效利用,以互联互通支撑能源生产、使用各环节碳减排,为经济社会发  
展和人民美好生活提供安全、优质、可持续的电力供应。以充足、可靠  
的清洁电力促进区域发展,保证碳中和目标的实现。  
中国电力需求和资源禀赋的逆向分布决定了“西电东送”和“北电南  
供”全国电力流格局。2030 年,中国跨区跨省电力流将达到 4.6 亿千瓦。  
其中,跨区电力流 3.4 亿千瓦,包括西北外送 1.33 亿千瓦,西南(含  
云南)外送 1.13 亿千瓦,华北蒙西、山西外送 6400 万千瓦,东北外送  
1500 万千瓦等。跨省电力流 1.2 亿千瓦,包括华北蒙西、山西外送 7000  
万千瓦,西南四川送重庆 600 万千瓦等。2050 年,中国跨区跨省电力流  
将达到约 8.1 亿千瓦,跨区电力流 6.1 亿千瓦,其中,西北地区外送 2.88  
亿千瓦,西南(含云南)外送 1.57 亿千瓦,华北外送 9200 万千瓦,东  
北外送 2700 万千瓦。跨省电力流 2 亿千瓦,主要包括华北蒙西、山西、  
河北坝上外送 9000 万千瓦,满足京津冀鲁等华北负荷中心地区的用电  
需求,西南四川送重庆 3000 万千瓦等。2060 年,中国跨区跨省电力流  
将进一步扩大,达到 8.3 亿千瓦,跨区电力流 6.2 亿千瓦,其中,西北、  
西南(含云南)和东北外送电力规模与 2050 年一致,华北外送 1 亿千  
瓦,内蒙阿拉善、乌兰察布和鄂尔多斯等大型风电基地进一步增加外送  
规模,跨省电力流 2.1 亿千瓦。  
038  
3ꢀ 全球能源互联网碳中和实现路径  
图 1 2060 年中国跨国跨区跨省电力流示意图  
中国国内电网互联将以构建东、西部同步电网为重点,通过构建特高压  
骨干网架促进清洁能源大规模开发和高效消纳,形成“西电东送、北电  
南供、多能互补、跨国互联”的电网总体格局。2030 年,重点加快特高  
压骨干通道建设,统筹推进能源基地外送特高压直流通道和特高压交流  
主网架建设,提升通道利用效率和跨区跨省电力交换能力,提高电网安  
全运行水平和抵御严重故障的能力,初步形成东部“九横五纵西部  
“三横两纵”的东、西部两大同步电网格局。2050 年,全面建成坚强可  
靠的东部、西部同步电网。2060 年,进一步加强提升东部、西部同步电  
网,资源配置能力大幅增强。  
039  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
3.4.2ꢀ 绿氢配置系统  
绿电绿氢开发同源、应用互补,绿氢配置形成就地制备利用与大范围优化相结  
合的格局。绿氢来自绿电,属于“三次能源氢能也可以通过燃料电池或燃氢  
轮机进行发电,相比其他能源,氢更容易实现与电的双向转化,相互耦合形成  
电为中心的综合能源体系。绿氢是终端能源消费的重要补充,能够在航空、航  
海、冶金等电能难以直接替代的领域实现深度电能替代。未来加快全球绿电制  
氢基地开发布局,绿氢配置形成“就地制备利用与大范围优化相结合”的格局。  
图 3.16ꢀ 远期全球绿氢供需及输送规模示意图  
结合不同输送和应用场景,氢能储运形式多样化发展。有高压气氢、液氢、载  
氢化合物等不同储氢方式,适用于各类场景的输氢方式多种多样。长管拖车和  
槽罐车安排灵活,是中短距离公路氢气运输的主要方式,适合于小规模氢的就  
近配送。纯氢管道投资高,但运量规模大,运营成本低、能耗小,是实现氢气  
大规模长距离运输的重要方式。利用现有天然气管网掺氢混输可大大降低输氢  
设备投资,是短期内实现氢气远距离输送的发展趋势。未来航运输氢一般用于  
超长距离运输,且制氢和用氢地点宜距离港口较近,需要配套氢转换、气化等  
基础设施。  
040  
3ꢀ 全球能源互联网碳中和实现路径  
输电代输氢是实现氢的大规模、长距离运输的重要方式,具有技术成熟、经济  
性好的优势。除直接输氢外,利用电网送电,然后在用氢中心就地制氢,也是  
未来实现氢能输送的重要方式。输电代输氢技术成熟,相比其他直接输氢技术,  
输电技术已有多年成熟的建设和运行经验。根据输送距离和容量的不同,可以  
选择 330ꢀkV、500ꢀkV 交流,±500ꢀkV、±800ꢀkV、±1100ꢀkV 直流等技术。  
输电代输氢经济性好,在输送距离 2000 千米的情况下,±800ꢀkV 特高压直  
流工程与百亿立方米级管道的输氢能力相当,输电成本约 0.06 元 / 千瓦时,低  
于管道输氢成本 0.096 元 / 千瓦时。预计到 2060 年,各区域间跨区输氢总量  
3500 万吨(约占绿氢需求的 47%其中输电代输氢 1.1 万亿千瓦时,相当于  
2700 万吨氢,占总输送量的 75% 以上。  
预计到 2050 年,绿氢发电和绿氢化工需求快速增长,实现大规模推广应用。  
氢能实现跨洲及洲内跨区的大范围优化配置,输送规模约 5000 万吨,占全球  
氢能总需求的 10%。北非、西亚距离欧洲用能中心相对较近,通过输氢管道及  
海运每年可外送约 1760 万吨绿氢;西亚除送欧洲外,富余的绿氢通过海运送  
南亚和东亚约 540 万吨。大洋洲距离东亚、南亚等用能中心较远,港口基础设  
施完善,采用海运液氢或氢化合物等形式外送约 1330 万吨。南美洲清洁能源  
资源丰富,绿氢开发条件好,通过海运方式外送北美约 550 万吨,外送东亚约ꢀ  
810 万吨。  
3.5ꢀ 以零碳能源为基础的产业和经济体系  
全球能源互联网通过能源电力基础设施变革引领能源生产消费变革,推动建立  
起以零碳能源为基础的产业和经济体系,一方面,清洁能源产业体系加速建立,  
成为新的经济增长点,清洁能源产业体系发展带动全社会产业升级,另一方面,  
循环经济发展实现资源再生利用,减少原料需求,增强经济发展可持续性。  
3.5.1ꢀ 零碳产业体系  
加速建立清洁能源产业体系。未来,以清洁能源开发利用、电网互联、化石能  
源清洁低碳化利用为主体的清洁能源产业体系将加速建立。与传统能源产业链  
相比,清洁能源产业链具有链条长、规模大、布局广、就业人数多等特点。产  
041  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
业上游的零部件及装备制造产业,中游的清洁能源生产产业,下游的销售、应  
用产业等都将加速发展,主要包括风电、光伏等清洁能源装备制造,特高压交  
直流输电设备制造,智能电网、配网设备制造,绿氢制备设备制造和化石能源  
燃烧二氧化碳捕集、运输、利用等,相应的能源工程咨询、设计、施工等配套  
产业也将迅速发展,带动整个清洁能源产业体系建立完善。  
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图 3.17ꢀ 清洁能源产业链 A  
促进全社会产业体系零碳升级。清洁能源产业体系带动全社会产业体系零碳化  
发展,一方面,全社会各领域用能以清洁高效的零碳电能为主,另一方面,清  
洁能源产业体系发展全面带动科技创新,驱动其他领域产业体系零碳升级。工  
业领域,清洁能源驱动下的电能替代推动钢铁、有色金属、建材、石化化工等  
传统高载能产业进一步绿色升级,氢炼钢、电解铝等绿色产业加速发展。制造  
业领域,零碳能源产业驱动的可持续材料、高效制造等通用型生产方式将广泛  
应用。交通领域,清洁能源发电驱动新能源汽车产业迅速发展,呈现零碳化、  
共享化、智能化趋势。建筑领域,信息流、大数据、科技与服务交汇,产生大  
批新兴价值创造方式。  
资料来源:前瞻产业研究院,预见 2022:一文深度了解 2022 年中国清洁能源行业市场现状、竞争格局及发  
展趋势,https://bg.qianzhan.com/trends/detail/506/221101-2b7bfc93.html。  
A
042  
3ꢀ 全球能源互联网碳中和实现路径  
加速推进资源循环经济发展。建立绿色低碳循环发展经济体系,促进实现矿产  
资源、碳基资源、水资源等物质资源的高效利用和再生利用,形成“资源、产  
品、再生资源”的循环经济发展模式。通过回收和循环利用废弃物和副产品,  
减少对原材料的需求,降低生产过程中的碳排放。例如,电弧炉短流程炼钢以  
回收的废钢为主要原料,以电作为能源,实现以电代煤,具有显著的减碳作用。  
电制燃料及原材料产业将与能源消费、化工生产以及资源回收、碳捕集产业相  
结合,碳与氢成为能量载体在可再生电力驱动下实现循环利用和净零排放。  
3.5.2ꢀ 零碳经济发展  
构建绿色发展新范式。传统经济增长范式以物质财富为唯一衡量标准,以化石  
能源作为主要驱动力,以线性扩大再生产为生产模式,既没有考虑化石能源的  
资源限制,也没有考虑这一模式对地球气候环境系统和人类社会带来的种种弊  
病。而零碳能源系统将催生新的经济发展范式,发展目标由单一的经济增长转  
变为经济、社会和环境多目标统筹协调,能源驱动力来自零边际成本、零排放  
的清洁可再生能源,经济发展的源泉主要来自创新驱动技术进步,建立在绿电  
和绿氢能源基础上的能源消费体系将重构经济体系和产业结构,从而实现人与  
自然和谐共存。  
增强全球发展可持续性。从联合国可持续发展目标(SDGs碳排放、生物多  
样性、环境等多维度看,高碳经济发展模式不具有可持续性。通过能源清洁转  
型,促进经济社会发展与碳排放脱钩,协同解决化石能源资源有限、碳排放和  
污染环境等问题,促进全球经济、社会和生态环境三个子系统协同发展,推动  
全球经济社会发展全面向可持续发展模式转型。  
043  
清洁能源与化石能源  
协同促进包容转型  
4
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
能源包容转型的关键在于清洁能源与化石能源协同。通过集中式基地  
化开发与分布式开发相结合,促进形成清洁主导、风光水火储多能互  
补的能源生产格局。通过化石能源高效清洁利用、灵活性改造、低碳  
化利用以及碳捕集,加快化石能源转型。通过终端电气化及多能转  
化,加快灵活性资源体系建设,促进形成电为中心、电氢冷热气互通  
互济的能源消费能源体系。  
4.1ꢀ 加快清洁能源开发  
全球太阳能、风能、水能、核能等清洁能源资源充足,开发潜力巨大,而依托  
丰富的清洁能源,加快推动大规模开发利用,促进形成以清洁能源为供能主体  
的能源生产格局是构建全球能源互联网、加快实现碳中和的关键。  
4.1.1ꢀ 清洁能源基地化开发  
开展系统全面、高效准确的清洁能源资源评估,可以为清洁能源大规模开发  
利用提供重要指引与参考。全球能源互联网发展合作组织建立了全球清洁能  
源 资 源 开 发 分 析 平 台(GlobalRenewable-energyExploitationAnalysisꢀ  
platform,GREAN通过构建全球资源 - 地理 - 社会全景式基础数据库以及  
多维度评价体系与精细化数字评估模型,实现了对全球任意选定国家与区域的  
风、光、水清洁能源理论蕴藏量、技术可开发装机、开发成本等关键指标的系  
统测算与特性分A,B,有效提升了面向广域空间资源评估的准确度与时效性,可  
以系统回答全球清洁能源“有多少在哪里经济性怎么样”等一系列关键  
问题,为清洁电力开发、外送与消纳等研究提供科学量化的数据基础和模型支  
资料来源:全球能源互联网发展合作组织,全球清洁能源开发与投资研究,北京:中国电力出版社,2020。  
资料来源:WuꢀJꢀW,ꢀXiaoꢀJꢀY,ꢀHouꢀJꢀM,ꢀetꢀal,ꢀAꢀMulti‐CriteriaꢀMethodologyꢀforꢀWindꢀEnergyꢀResourceꢀ  
AssessmentꢀandꢀDevelopmentꢀatꢀanꢀIntercontinentalꢀLevel:ꢀFacingꢀLow-CarbonꢀEnergyꢀTransition,ꢀIETꢀ  
RenewableꢀPowerꢀGeneration,ꢀ2023,ꢀ17,ꢀ480-494.  
A
B
045  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
A,B,C。2022 年 10 月,GREAN 平台作为全球气象能源服务促进可再生能源  
开发的优秀案例,纳入了世界气象组织年度报告,为全球清洁能源开发贡献了  
中国经验与方案 D。  
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(a)风能与太阳能资源评估  
资料来源:全球能源互联网发展合作组织,中国清洁能源基地化开发研究,北京:中国电力出版社,2023。  
资料来源:刘泽洪,周原冰,金晨,支撑新能源基地电力外送的电源组合优化配置策略研究,全球能源互联  
网,2023,6(02101-112。  
A
B
资 料 来 源:ZhuoZY,DuES,ꢀZhangꢀN,ꢀetꢀal,ꢀCostꢀIncreaseꢀinꢀtheꢀElectricityꢀSupplyꢀtoꢀAchieveꢀ  
CarbonꢀNeutralityꢀinꢀChina,ꢀNatureꢀCommunications,ꢀ2022,ꢀ13,ꢀ3172.  
C
D
资料来源:WorldꢀMeteorologicalꢀOrganization,ꢀ2022ꢀStateꢀofꢀClimateꢀServices:ꢀEnergy,ꢀ2022.  
046  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
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(b)水能资源评估  
图 4.1ꢀ 清洁能源资源评估模型  
专栏 4.1  
全球清洁能源资源评估平台(GREAN)  
全球能源互联网发展合作组织开展了全球视野下清洁能源理论蕴藏量、  
技术可开发量、经济可开发量的系统性测算和量化分析,形成了全球清  
洁能源资源评估平台(GREAN。  
GREAN 平台的特点:一是构建准确、全面、完整的数据信息库与量化  
模型。在全球水、风、光资源数据的基础上,构建了包括地理信息和  
人类活动数据,全球 32 大类 20 项清洁能源资源评估基础数据库。数  
047  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
据具备小时级时间分辨率、百米级空间分辨率,提供了全球 147 个国  
家 110kV 及以上的交流与直流输电网信息。量化模型准确、计算参数  
统一,融合 GIS 和工程测算等交叉领域,并创新采用并行计算框架、蚁  
群、神经元网络等算法,可以在线完成国家尺度的资源评估计算。二是  
提出科学、系统的基地规划选址方案。从资源储量、技术开发潜力和开  
发经济性三个方面开展全球水、风、光资源量化评估,形成一套覆盖全  
球的清洁能源资源的科学、系统、全面的评估成果。构建了大型清洁能  
源发电基地选点规划的模型和工具,提出面向水电、风电、光伏发电站  
的规划选点方法和数字化解决方案。  
基于 GREAN 平台,合作组织完成全球水、风、光资源理论蕴藏量、技  
术可开发量、经济可开发量评估,完成全球 35 个水电基地、94 个大型  
风电基地、90 个大型光伏基地的选址、开发规模评估与资源特性分析,  
为全球清洁能源大规模开发利用提供指引与参考。  
图 1 全球清洁能源资源评估平台(GREAN)  
048  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
ꢀ 太阳能  
1
全球太阳能光伏发电资源理论蕴藏量超过 20 亿千瓦时,可为人类提供不竭能  
源。基于全球基础信息数据库,采用 GREAN 平台实现了全球与各大洲的太阳  
能光伏资源理论蕴藏量评A。其中,非洲与亚洲的理论蕴藏量分别达6.4亿、  
5.9 亿千瓦时,占全球的 31%、28%,位居各洲前列,资源富集地区主要分布  
在非洲北部、南部以及东部部分地区,亚洲的西亚地区。  
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图 4.2ꢀ 全球各大洲太阳能光伏发电资源理论蕴藏量  
资源禀赋和开发条件决定全球光伏开发以基地化开发为主,分布式开发为辅。  
综合考虑资源和各类影响技术开发的限制因素后,全球适宜集中式开发的光伏  
发电装机容量约 2.6 万亿千瓦,年发电量 5000 万亿千瓦时。装机利用小时数是  
反映区域光伏资源技术可开发条件优劣的重要指标,其全球分布情况如下所示。  
全球光伏技术可开发区域主要分布在亚洲西部与中部、非洲北部与南部、北美  
洲西南部、南美洲西部,以及大洋洲澳大利亚中部和北部地区。  
资料来源:全球能源互联网发展合作组织,全球清洁能源开发与投资研究,北京:中国电力出版社,2020。  
A
049  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
050  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
表 4.1 全球各大洲太阳能资源评估结果  
理论蕴藏量  
集中式开发  
年发电量ꢀ  
利用小时数  
可利用面积  
平均度电成本  
洲名  
A
(万亿千瓦时) 规亿千瓦) (万亿千瓦时) (小时)  
比例(%) (美/瓦时)  
亚洲  
欧洲  
59100  
9550  
6060  
104  
1100  
14  
1816  
1358  
1942  
1780  
1819  
1929  
1890C  
35.26  
8.58  
1.78  
2.28  
2.07  
1.84  
1.68  
2.46  
2.00E  
非洲  
63465  
24552  
34295  
17364  
208325  
13748  
1143  
2774  
2635  
26465  
2670  
204  
505  
508  
5001  
54.16  
12.65  
22.58  
41.04  
33.74D  
北美洲  
中南美洲  
大洋洲  
总计 B  
光伏发展目标。碳达峰阶段,随着太阳能资源的大规模开发利用,光伏发电总  
装机规模持续攀升,预计 2025 年超过 18 亿千瓦。碳中和阶段,太阳能光伏发  
电成为全球第一大电源,到 2050 年,光伏总装机规模跨越式提升至 171 亿千  
瓦,2060 年达到 204 亿千瓦。  
全球主要的 90 个大型集中式开发的光伏基地布局。综合考虑资源特性与开发  
条件,在全球范围内提出了 90 个集中式开发的光伏基地的总体布局,主要集中  
在亚洲、非洲与南美洲。全球大型光伏发电基地总装机容量约 10 亿千瓦,年  
发电量 1.9 万亿千瓦时,总投资约 4000 亿美元,平均度电成本约 1.69 美分 /  
千瓦时。  
该值为 2035 年本洲各国平均度电成本及其年发电量的平均值。本章风电的平均度电成本含义同此。  
亚洲总计数据包含俄罗斯、埃及领土的亚洲部分的评估结果,不包含土耳其、阿塞拜疆、哈萨克斯坦领土欧  
洲部分的评估结果;欧洲总计数据包含土耳其、阿塞拜疆、哈萨克斯坦领土欧洲部分的评估结果,不包含俄  
罗斯领土的亚洲部分的评估结果,不包含格陵兰岛的评估结果;非洲总计数据不包含埃及亚洲部分的评估结  
果;北美洲的总计包括格陵兰岛。  
A
B
全球太阳能光伏发电装机利用小时数为全球年总发电量与总集中式开发规模的比值。  
全球太阳能光伏发电可利用面积比例为各洲总可利用面积与全球总面积的比值。  
C
D
E
全球太阳能光伏发电平均度电成本为各洲平均度电成本及其年发电量的加权平均值。  
051  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
表 4.2 全球各大洲大型光伏发电基地技术经济指标  
装机规模  
年发电量  
总投资  
平均度电成本ꢀ  
洲别  
基地个数  
(万千瓦)  
(亿千瓦时)  
(亿美元)  
(美分 / 千瓦时)  
亚洲  
非洲  
38  
21  
10  
15  
5
68780  
9380  
13184  
1813  
1977  
1798  
385  
2657  
353  
433  
438  
86  
1.70  
1.68  
1.84  
1.52  
1.64  
1.76  
1.69  
北美洲  
中南美洲  
大洋洲  
其他  
10530  
8785  
2000  
1
72.2  
13  
0.04  
3967  
总计  
90  
99547.2  
19170  
ꢀ 风能  
2
全球风能资源理论蕴藏量为 2000 万亿千瓦时,开发潜力大 A采用 GREAN 平  
台基于 100 米高度的风速数据测算了全球与各大洲的风能资源理论蕴藏量 B。其  
中,亚洲、北美洲与非洲的理论蕴藏量分别达到 595 万亿、488 万亿和 366 万  
亿千瓦时,占全球的 30%、24% 与 18%,位居各洲前列,资源富集地区主要  
分布在亚洲的东北亚、中亚与西亚,北美洲东部和中部,非洲东部、北部及南  
部部分地区。  
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图 4.4ꢀ 全球各大洲风能资源理论蕴藏量  
资料来源:全球能源互联网发展合作组织,全球清洁能源开发与投资研究,北京:中国电力出版社,2020。  
全球风能资源评估结果不包含南极地区。  
A
B
052  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
资源和开发条件决定全球风电适宜采用集中式开发。综合考虑资源和各类技术  
限制条件后,全球适宜集中式开发的风电装机规模约 1300 亿千瓦,年发电量约  
350 万亿千瓦时。全球适宜集中式开发的风电资源主要集中在亚洲的中亚地区,  
欧洲北海区域,非洲的撒哈拉至地中海沿岸的北部地区,北美洲的中部、东部  
和北部地区,南美洲的南部海岸以及东北部大西洋沿岸。  
表 4.3 全球各大洲风能资源评估结果  
理论蕴藏量  
集中式开发规  
年发电量  
利用小时数  
可利用面积  
平均度电成本  
洲别  
(万亿千瓦时) 模(亿千瓦) (万亿千瓦时) (小时)  
比例(%) (美分 / 千瓦时)  
亚洲  
欧洲  
595  
213  
366  
488  
184  
155  
2001  
373  
39  
94  
11  
2517  
2707  
2699  
2609  
2916  
2650  
2642B  
21.39  
9.11  
2.68  
2.72  
3.09  
3.41  
2.39  
3.95  
3.00D  
非洲  
522  
154  
68  
141  
40  
37.62  
10.30  
9.94  
北美洲  
中南美洲  
大洋洲  
总计 A  
20  
156  
1312  
41  
38.87  
23.17C  
347  
风能发展目标。碳达峰阶段,随着风能资源的大范围开发利用,风电总装机规  
模持续攀升,预计 2025 年超过 15 亿千瓦。碳中和阶段,风力发电成为全球继  
光伏发电后的第二大电源,到 2050 年,风电总装机规模跨越式提升至 99 亿千  
瓦,到 2060 年,风电总装机达到 117 亿千瓦。  
全球主要的 94 个大型集中式开发的风电基地布局。综合考虑资源特性和开发  
条件,在全球范围内提出 94 个大型风电基地的总体布局,主要在亚洲、欧洲和  
北美洲。全球大型风电基地的总装机规模约 7.2 亿千瓦,年发电量 2.5 万亿千  
瓦时,总投资近 6000 亿美元,陆上、海上风电基地的平均度电成本为 2.37、  
4.60 美分 / 千瓦时。  
亚洲总计数据包含俄罗斯、埃及领土的亚洲部分的评估结果,不包含土耳其、阿塞拜疆、哈萨克斯坦领土欧  
洲部分的评估结果;欧洲总计数据包含土耳其、阿塞拜疆、哈萨克斯坦领土欧洲部分的评估结果,不包含俄  
罗斯领土的亚洲部分的评估结果,不包含格陵兰岛的评估结果;非洲总计数据不包含埃及亚洲部分的评估结  
果;北美洲的总计包括格陵兰岛。  
A
全球风电发电装机利用小时数为全球年总发电量与总集中式开发规模的比值。  
全球风电发电可利用面积比例为各洲总可利用面积与全球总面积的比值。  
B
C
D
全球风电发电平均度电成本为各洲平均度电成本及其年发电量的加权平均值。  
053  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
054  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
表 4.4 全球各大洲大型风电基地技术经济指标  
基地  
个数  
装机规模  
年发电量  
总投资  
平均度电成本  
洲别  
(万千瓦)  
(亿千瓦时)  
(亿美元)  
(美分 / 千瓦时)  
陆上 2.38  
海上 4.57  
亚洲  
39  
28840  
8744  
2020  
陆上 2.13  
海上 4.56  
欧洲  
非洲  
17  
12  
12  
9
15816  
2140  
6803  
681  
1891  
175  
陆上 2.23  
陆上 2.95  
海上 4.69  
北美洲  
中南美洲  
大洋洲  
13800  
9970  
1420  
4689  
3644  
485  
1203  
557  
陆上 1.99  
陆上 2.55  
海上 4.49  
5
100.64  
陆上 2.37  
海上 4.60  
总计  
94  
71986  
25046  
5947  
ꢀ 水能  
3
全球未来大型水电开发的重点主要分布在非洲、亚洲和中南美洲。全球除南极  
洲外全部河流水能蕴藏量共计 46 万亿千瓦时,其中具有较好水电开发价值的  
205 个流域的资源量 39.56 万亿千瓦时,约占 85%。在此基础上,采用数字化  
量化评估模型测算了 64 个主要流域的水能资源,评估流域面积总计 5285 万平  
方千米,占全球主要河流的 68%,覆盖了各洲主要待开发的水能资源。测算表  
明,全球 64 个主要流域的水能资源理论蕴藏量共计 28 万亿千瓦时,主要集中在  
亚洲、中南美洲和非洲,分别占全球总量的 47%、23% 和 13%,开发潜力大。  
表 4.5ꢀ 全球各大洲主要流域水能资源理论蕴藏量  
洲别  
亚洲  
流域个数  
流域面积(万平方千米)  
理论蕴藏量(亿千瓦时)  
131274  
14  
13  
9
1438  
439  
欧洲  
19440  
非洲  
1182  
854  
37902  
北美洲  
中南美洲  
大洋洲  
总计  
11  
9
21368  
1210  
161  
65519  
8
5260  
64  
5285  
280763  
055  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
056  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
水电发展目标。碳达峰阶段,随着水能资源的进一步开发利用,水电总装机规  
模稳健增加,预计 2025 年常规水电超过 13 亿千瓦,抽水蓄能 2.5 亿千瓦。碳  
中和阶段,水电成为继光伏、风电后全球第三大电源,到 2050 年,常规水电总  
装机规模提升至约 25 亿千瓦,抽水蓄能超过 6 亿千瓦,到 2060 年,常规水电  
装机达到 25.3 亿千瓦,抽水蓄能约 6.7 亿千瓦。  
全球主要的 35 个大型流域的水电基地布局。综合考虑资源特性和开发条件,在  
全球范围内提出 35 个大型水电基地的总体布局,共涉及 229 个待开发梯级,  
总装机规模约 3.2 亿千瓦,年发电量 1.7 万亿千瓦时。其中,亚洲未来主要开发  
布拉马普特拉河、恒河、马哈坎河等 10 个流域的共 10 个水电基地,共涉及 88  
个待开发梯级,总装机规模 9201 万千瓦,年发电量 4318 亿千瓦时;非洲未来  
主要开发刚果河、尼罗河、赞比西河、尼日尔河 4 个流域的 8 个水电基地,共  
涉及 48 个待开发梯级,总装机规模 1.4 亿千瓦,年发电量 8267 亿千瓦时。  
表 4.6ꢀ 全球主要待开发流域水能资源指标  
待开发梯级方案  
理论蕴藏量  
洲别  
电站数目  
(座)  
装机容量  
年发电量  
(亿千瓦时)  
基地个数  
(万千瓦)  
(亿千瓦时)  
亚洲  
非洲  
15600  
17701  
20481  
1426  
10  
8
88  
48  
9201  
13881  
6543  
4318  
8267  
3302  
1096  
16983  
中南美洲  
大洋洲  
总计  
14  
3
74  
19  
2358  
55208  
35  
229  
31983  
专栏 4.2  
全球风光基地开发案例  
1.中国“沙戈荒”风光开发——宁夏腾格里沙漠风光基地  
2022 年 4 月,中国国家发展和改革委员会与国家能源局发布《以沙漠、  
057  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地规划布局方案计划以库  
布其、乌兰布和、腾格里、巴丹吉林沙漠为重点,规划建设大型风电光  
伏基地。至此,拉开了“沙戈荒”新能源基地的开发热潮沙戈荒”  
风光开发将承担起国家能源转型的重大任务,也将同时肩负起生态修复  
及治理的重要使命。  
宁夏腾格里沙漠风光新能源基地,规划总装机规模 1300 万千瓦,规划  
总投资超 850 亿元,是中国第一条以开发沙漠光伏大基地、输送新能源  
为主的特高压输电通道——“宁电入湘”工程的重点配套项目。该项目  
是中国首个备案、开工、投产的千万千瓦级“沙戈荒”基地项目,由国  
家能源集团负责建设。  
2022 年 9 月,腾格里沙漠一期 100 万千瓦光伏项目开工,占地面积约 2.8  
万亩,总投资约 53 亿元,2023 年 4 月正式并网发电;2023 年 10 月,二  
期 200 万千瓦光伏项目开工建设,是目前中国最大的“沙戈荒”风光新  
能源基地项目。二期项目位于腾格里沙漠东南边缘,配套建设 2 座升压  
站、1 座储能电站,建成并网后,预计每年可提供清洁电能 39.6 亿千瓦  
时,可满足 330 万个家庭一年的用电量,每年可节约 120.7 万吨标准煤,  
图 1 中国宁夏腾格里沙漠新能源基地项目  
058  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
减少二氧化碳排放量约 329.38 万吨。与此同时,腾格里沙漠新能源基地  
也正在探索出“新能源建设 + 沙戈荒生态系统保护和修复”新路径,以  
建设“绿色能源 + 生态治理”为核心目标,将打造成集生态环保、科技  
创新、科普教育、旅游文化为一体的示范基地项目。  
2.非洲埃及新能源基地开发  
埃及阿斯旺本班光伏产业园。埃及南部的阿斯旺地区是全球太阳能资源  
最丰富的地区之一,太阳能水平面年总辐射量可达到 2400 千瓦时 / 平  
方米。该区域坐落着埃及阿斯旺本班光伏产业园,其是由 41 座太阳能  
发电厂组成的电力综合体,占地高达 37 平方公里,建成后有望成为世  
界上最大的太阳能光伏园区。本班光伏项目的装机容量高180千瓦,  
其中包括由不同公司开发的多个小型太阳能发电厂,总投资高达 40 亿  
美元,全面投入运营后,每年可减少 200 万吨二氧化碳排放。  
埃及红海苏伊湾陆上风电项目。埃及红海沿岸的苏伊士地区地区具有丰  
富的陆上风能资源,计划建设在苏伊士地区的 Ras Ghareb 市建设 500 兆  
瓦苏伊士湾风电项目,总占地面积 69.4 平方公里,总体造价预计约为 5.5  
亿美元。建设工作于 2023 年上半年开始,预计将于 2025 年第 2 季度投入  
COD 商业化运营,中国电建和远景能源将分别为本项目提供工程建设服  
务及风电整机设备。项目竣工后,将成为整个非洲大陆最大的风电项目。  
图 2 埃及本班太阳能发电园区项目  
059  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
ꢀ 核能  
4
核电是高效稳定的清洁电源。与化石能源发电相比,核电生产不排放二氧化硫、  
氮氧化物等大气污染物和二氧化碳等温室气体。与风电、光伏发电相比,核电  
单机容量大、运行稳定、利用小时数高,可实现大功率稳定发电,更适合作为  
基荷电源。核电具备一定调峰能力,近年来美国、德国、法国等国的核电机组  
已适度参与日调峰。核电作为稳定的清洁能源,是低碳能源体系的组成部分,  
但核电大规模发展受到经济性、社会环境等诸多因素制约。未来随着高比例可  
再生能源接入电力系统,核电机组可为促进清洁能源消纳、保障电力系统安全  
稳定运行发挥支撑作用。  
在确保安全前提下适度发展核电。鉴于核电的重要性、敏感性,同时由于核电  
投资规模大、建设周期长、安全要求高,各国政府在核电发展中均发挥着十分  
重要的推动、促进和保障作用。因处于不同发展阶段,各国对能源需求的迫切  
性、关注问题的角度有所不同,对核电也会采取不同的态度。北美和西欧国家  
经济处于较高发展水平,将更多关注安全性,部分国家甚至制定了弃核计划;  
但经济处于快速增长的东亚、南亚、东欧等地区,核电成为在控制碳排放的同  
时满足能源需求增长的重要选择。另一方面,在作为重要基荷电源提高利用效  
率的同时,核电发展还需要确保安全,注重发挥核电参与调峰的能力,与波动  
性新能源更好地配合,共同为系统提供可靠电力供应。  
4.1.2ꢀ 清洁能源分布式开发  
当今全球,特别是亚洲与非洲的城市化进程不断加快,工业化水平不断提高,  
电力消费飞速增长,城市、城镇等人口密集地区的土地资源日益紧张。对于以  
太阳能、风能为代表的清洁能源资源开发利用,应避免在人口密集、高附加值  
土地的地区采用集中方式建设大型基地,分散式风电与分布式光伏具有占地面  
积小、安装形式灵活等特点,适宜利用农田、工业园区、山地间散落分布的开  
阔地带开展风力发电、屋顶光伏发电等,充分提高土地资源利用效率。  
具体上,风光清洁能源的分布式开发主要是面向资源禀赋相对一般的地区,结  
合当地土地开发利用情况以及主要地面覆盖物分布,重点针对耕地农田、林地  
周边、城市空旷园区、水塘湖面等不适宜开展集中式开发的土地资源,合理利  
060  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
用田埂地头、建筑物屋顶、工业园区空地、鱼塘等区域,结合农光互补、渔光  
互补等多样方式,开展分布式光伏与分散式风电开发。基于 GREAN 平台测算,  
全球各大洲适宜考虑分布式开发、不适宜集中式风光资源开发的地面覆盖物类  
型及其面积占比如下图所示。  
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图 4.7ꢀ 全球各大洲森林、耕地、城市、冰雪和水体面积占比  
对比来看,欧洲将近 80% 的地表面积均被森林、城市、耕地、冰雪所覆盖,  
加之土地成本高昂等因素,大型风光基地的建设条件差,不适宜进行集中式开  
发,更适宜结合建筑和可利用空地采用分布式方式开发太阳能与风能资源。亚  
洲、中南美洲以及北美洲均有约 50% 的地表面积不具备集中开发建设风光基  
地的条件,特别是亚洲的中国东中部、印度、泰国、印度尼西亚,美国的中部  
和北部等国家及其部分地区人口密集、城镇分布集中、耕地林地资源较好,适  
宜采用分布式开发模式。非洲和大洋洲从土地性质方面来看制约相对较少,  
集中式开发条件更好,但对于大洋洲斐济、所罗门群岛、瓦努阿图等海岛国  
家,综合考虑电力互联与消纳,采用分布式模式开发清洁能源具有更大的积极  
作用。  
未来,统筹考虑全球各地区的资源禀赋、建设条件、消纳能力等因素,坚持集  
中式和分布式开发并举,优化以风光为代表的清洁能源发展区域布局,在城市、  
农村加快分布式光伏、分散式风电开发,逐步实现规模化布局,加快清洁转型,  
尽早实现全球碳达峰与碳中和目标。  
061  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
专栏 4.3  
 中国安徽金寨分布式可再生能源消纳技术及应用  
项目位于中国安徽是世界上区域规模最渗透率最高的金寨分布式可  
再生能源电并网示范工程。项目聚焦大规 模分布式发电集群有序接入、 灵  
活并优化调度三大关键问重点从高渗透率分布式电集优化  
规划设计方高效灵活并网技术、分层分级群控群调技术等开展研,  
创新集群规划方突破并网与运行关键技术、研发关键装备统。  
该示范工程于 2018 年投覆盖面积 800 多平方公分布式可再生能源  
装机量 41.3 万千瓦伏总装机 21.7 万千瓦。部署各类型高性能并  
网设备和智能测控终端共计 225台/应用了基于 SiC 功率器件的光  
伏并网设了示范区分布式能源 100% 消范区发电量提高 30%  
谐波电流畸变率降低 5%、电能损耗减少 8%,成果已推广用于安  
浙江等 17省市电网及工业企并远日本尔代泰国。  
工程投运后有效改善了示范区分布式电源发电量低、电网损耗高等问题。  
示范区域年平均增发发电量 3200 万千瓦时,增收约 3100 万元人民币。通  
过集群科学规划和源网荷协同优化,低压台区线耗降低 3%,有效改善了  
电网电能质量指标,降低因线路电压过高导致农户用电设备的损坏及维  
修费用。大规模分布式发电集群接入配电网关键技术的攻克,有力提升  
区域电网分布式电源消纳能力,缓解电网调峰压力,减少配电网投资,  
提升能源转换效率、降低网络损耗,推动分布式发电并网装备技术升级。  
集群群间调控系统  
配电调控中心  
子站远动接口  
分布式发电集群调控系统  
集群调控子站  
动态调控  
稳态调控  
测控装  
置接口  
测控装置接口  
测控装置接口  
测控装置接口  
电容电抗测控  
装置  
储能测控装置  
逆变器测控装置  
图 1 可再生能源发电并网系统总体设计架构图  
062  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
4.2ꢀ 化石能源转型发展  
随着风光等间歇性电源装机的增加,电力系统供需平衡调节困难加大、电力保  
供难度加大。未来新型能源体系建设中,通过加强化石能源高效清洁生产与利  
用,加快煤电灵活性、低碳化改造,配置碳捕集与储存装置,不断降低煤电碳  
排放强度,近期发挥煤电灵活调节作用,远期发挥煤电兜底保供、应急备用等  
作用,实现清洁能源与化石能源协同发展。  
4.2.1ꢀ 灵活性改造  
提高调峰深度是煤电灵活性改造的核心任务。经过灵活性改造,煤电机组的自  
动发电控制(AutomaticGenerationControl,AGC)和一次调频能力能够得  
到进一步优化提升,通常改造后机组纯凝期和供暖季调峰深度技术出力均能由  
50% 提升至 20% 额定负荷,全面提升煤电在地区电力辅助服务市场的深度调  
峰服务能力。同时,综合考虑冬季采暖以及调峰的热电矛盾,通过热电解耦改  
造兼顾“调峰 + 供暖”能力的提升,有效支撑高比例清洁能源系统安全稳定运  
行。大型燃煤机组灵活性改造需要从全系统供能出发,进行主要辅机运行状  
态评估、系统运行性能优化、系统智慧运行及优化控制能力提升,从而提高燃  
煤锅炉在低负荷运行、快速启停及升降负荷过程中运行的稳定性、环保性及经  
济性。  
燃烧稳定性方面,煤粉燃烧器是决定锅炉稳燃能力的关键核心设备,提升煤粉  
燃烧器低负荷稳燃能力的主要技术措施包括:强化煤粉高效浓缩及高温烟气回  
流,优化旋流燃烧器结构及运行参数,构建各负荷段下接近的燃烧特性。适当  
提高煤粉浓度、调整动态分离器转速实现煤粉细度及均匀性的适应性调节,  
也能够有效促进低负荷下不同煤种的及时着火和稳燃,小油枪微油助燃逐步  
应用。  
辅机适应性方面,燃煤发电机组在低负荷下长时间运行时,各辅机设备均偏离  
于设计参数运行,将直接影响到辅机系统的运行状态和做功效率。应基于各负  
荷段下的主要辅机运行特性,提高包括磨煤机、风机、脱硝、脱硫、除尘设备、  
汽水系统等在内的主要辅机设备与锅炉本体间的适应性及可靠性,加强对设备  
运行状态的监测、分析和管理。  
063  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
热电解耦方面,为了有效缓解热电机组深度调峰与供暖季供热之间的矛盾,需  
要解耦供暖季热电机组“以热定电”的约束,即当热电机组出力增加时,储存富  
裕热量,当热电机组出力降低时,输出热量补齐热力缺额。在热电解耦技术中,  
核心是通过电加热及电能替代等方式将电能直接转化为热能或化学能储存起来,  
待需要时送出。目前代表性的技术有储热罐及热泵供热、储热电锅炉汽轮机旁  
路补偿供热、切除低压缸供热等。  
经济性与环保方面,由于深度调峰下锅炉运行工况偏离设计工况较大,锅炉系  
统及各类辅机运行效率远低于设计效率,机组供电煤耗大幅度上升。提高煤粉  
燃尽率是提升经济性的最有效手段,主要措施包括适当减小一次风量、降低煤  
粉细度、深化炉内空气分级燃烧、提高燃烧器入口风粉温度等。降低主要辅机  
厂用电率也能提升经济性,相关措施包括采用合理轮换减少磨煤机投运台数,  
风机单侧运行并对受热面定期吹灰,提高受热面吸热能力、减少烟道阻力及风  
机电耗。处理因低负荷运行产生的额外污染物将增加调峰成本。在低(变)负荷  
运行时,风煤比增大使锅炉运行氧量偏高,NOx 排放偏高,进行投油稳燃时也  
将造成煤油混烧条件下 NOx 和 SOx 排放增多。针对这部分污染物,一方面可  
以通过采用稳燃能力强的低氮燃烧器、优化炉内分级配风、烟气再循环等技术  
手段抑制炉内 NOx 的生成,另一方面可提高 SCR 反应器入口烟温,或采用锅  
炉启动技术和省煤器分级技术组合方案,实现机组超低负荷的脱硝。  
专栏 4.4  
传统煤电的热电解耦实践  
1.中国实践  
2017 年,国电电力大连开发区热电厂对 350 兆瓦超临界燃煤机组的进行  
灵活性改造,提出利用机组自带的高低压旁路供热,将锅炉过热器出口  
蒸汽,经高低旁路后引至热网加热器,再对热网循环水加热,保证锅炉  
蒸发量的同时减少进入汽轮机的蒸汽量,从而实现热电解耦。经改造,  
该厂成功实现在 19.4% 负荷工况下稳定运行、连续对外供热能力达 228  
吨每小时蒸汽,低负荷供热能力达到 350 万平方米,热电解耦能力达到了  
国际领先水平;机组调峰能力提升到 80%,大幅领先区域同类机组水平。  
064  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
图 1 中国国电电力大连开发区热电厂二号机组  
2.欧洲实践  
由于风电和光伏发电的快速发展及电价高度市场化,欧洲负电价的情况  
时常出现,特别是在北欧和德国,因此很多火电厂选择在负电价时通过  
电热锅炉生产热水供热,来增加火电厂的经济性。北欧的热电厂大量应  
用大功率电热锅炉,这些锅炉可以有效增加热电厂的火电灵活性,在不  
干扰机组锅炉汽机系统的条件下,快速实现深度调峰,实现峰谷电的平  
衡和风光消纳。电极蒸汽锅炉还可以配合过热器作为核电站和常规火电  
机组的冷启动的启动锅炉,提供小汽机冲转和大汽机的启动暖缸所需的  
热蒸汽。储热罐技术也在北欧一些企业得到了成功应用,如丹麦的 Fyn  
电站,配置的热水箱可存储 13.5 万亿焦耳的热能,占电站满负荷供热功  
率的 70% 以上。  
065  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
4.2.2ꢀ 高效清洁利用  
ꢀ 煤炭  
1
煤炭清洁高效采选。推动煤炭原料洁净化。加强低品质煤炭的预处理,提高煤  
炭洗选比例,推广干法洗煤等先进洗选工艺,提高洗选加工环节精细化和智能  
化水平,从源头上减少低品质煤炭供应。提升煤矿生产副产品利用率。构建煤基  
循环经济产业链,促进煤矸石、煤泥、矿井(坑)水及其他与煤共伴生物的资源  
化、产业化利用,加快煤层气开发利用。推进煤炭生产低碳化。利用煤矿工业广  
场、煤矿工业屋顶等资源发展光伏电站,利用矿区丰富的地热资源推行地热发  
电、取暖、民用等,增加低碳能源供给,实出煤不用煤低碳生产方式。  
促进煤炭消费转型升级。加快散煤治理。优先选择工业余热、热电联产、地热  
等方式替代煤炭分散燃烧来供暖,加快提升节能环保炉具普及率,淘汰低效落  
后产品,鼓励使用生物质供暖太阳能 +水源热泵等,逐步淘汰供热管网  
覆盖范围内的燃煤小锅炉、小窑炉。推动煤炭由燃料向燃料与原料材料并重转  
变。在统筹考虑环境承载能力等前提下,稳妥推进现代煤化工产业。推动煤炭  
产业链向下游延伸,产品向高端专业化学品、特种油品、化工新材料方向延伸,  
提高附加值。  
ꢀ 油气  
2
推动油气生产节能降碳。加快对油气开采燃油、燃气、燃煤设备的电气化改造,  
提高海上油气平台供能中的电力占比。加快油气勘探开发与新能源融合发展,依  
托油气田、炼化厂等资源发展风电、光伏和地热等,积极推进“绿色油田绿色  
工厂绿色炼厂”建设,推动油气生产过程用能清洁替代,加大绿电接入使用。  
促进油气高效利用。在生产布局环节,加快炼化传统生产方式转型,逐步推动  
炼化产业“降油增化增加化工产品、化学品、氢燃料电池材料等产品供给,  
延长石油化工产业链。在炼油环节,加强炼油节能技术推广应用,持续降低炼  
油能耗水平;推广余热余压、LNG 冷能等余能综合利用技术,提升资源综合利  
用水平。在终端消费环节,不断提高燃油车能效标准,提升内燃机效率;推广  
普及先进燃油车节能技术,降低燃油车碳排放强度。  
066  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
推进天然气替代高碳能源。在城镇燃气、工业燃料、交通运输等领域,推进天  
然气替代煤炭消费,减少碳排放。各国立足国情和资源禀赋,科学适度发展天  
然气发电,充分发挥天然气发电调节灵活、响应迅速的优点,助推清洁能源高  
比例接入和消纳。  
4.2.3ꢀ 低碳化利用  
煤电机组低碳化利用主要有固体生物质直接掺烧、生物质气化间接掺烧、绿氨  
掺烧三类技术。通过煤电机组低碳化改造,能够最大程度利用现有燃煤发电设  
施,减少资产搁浅,降低煤电度电排放。固体生物质直接燃烧发电与传统燃煤  
发电主体设备相似,但由于生物质在燃烧过程中的特殊性,对所使用的燃烧锅  
炉具有较高的技术要求。生物质气化间接掺烧发电技术首先将生物质气化,转  
化为合成气后再与煤混燃发电。这种方式不仅能避免生物质灰进入锅炉,解决  
了结焦、高温腐蚀等问题,对原锅炉燃烧影响较小,能最大程度保持大型机组  
发电的高效率,还能简化原料预处理过程,扩大生物质原料来源。绿氨掺烧技  
术是利用可燃的氨气替代一定比例的煤粉,掺混后进入锅炉共同燃烧。当前,  
生物质掺烧技术较成熟,国内外已开展大量实践,而绿氨掺烧相关技术还处于  
实验研究和小规模示范阶段。  
生物质掺烧发电与传统燃煤发电的核心不同在于燃烧系统,主要包括投料系统  
和锅炉。生物质改造需要的关键技术包括原料的预处理技术、蒸汽锅炉的多种  
原料适用性技术、高效燃烧技术等。  
原料预处理技术。生物质原料本身的性质和品质问题是燃烧生物质发电面临主  
要障碍,包括(1)生物质燃料熔点低、富含钾和钠,容易形成低熔点的共晶体,  
与沙粒粘接,在锅炉设计中需要严格控制循环燃烧系统的温度水平2)生物  
质燃料具有季节性变化,不同生物质热值不同,给燃料供给系统增大困难。为  
了满足锅炉燃烧需求,固体生物质燃料需要在燃烧前进行焙烧预处理 A。  
焙烧本质上是一种热解过程,在低氧环境下将生物质原料加热到 400-600℉(205-315℃能够在驱除水  
分和一些轻质挥发性物质的同时,生物质中的纤维素、半纤维素和木质素纤维也被分解成更易碎的物质,方  
便之后的研磨。  
A
067  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
给料系统和燃烧系统改造。由于在进入锅炉前,煤和木屑颗粒都将进行粉碎处  
理,锅炉对燃料粉末的选择性并不强。将现有的链条锅炉、燃油或煤粉锅炉改  
造使用鼓泡流化床(BFB)或循环流化床(CFB)技术的新锅炉,燃煤机组通  
常可实现生物质掺烧。其中,BFB 锅炉可燃烧 100%的生物质,不仅包括生物  
颗粒,还能使用木片等林业废弃物;CFB 锅炉可燃烧 100% 生物质、100% 煤  
炭,或两者的混合物。  
专栏 4.5  
煤电低碳化利用实践  
1.欧洲实践  
欧洲正掀起燃煤电厂改造为生物质电厂的潮流,中欧和东欧多采用生物  
质 - 煤炭共燃方案,西欧多采用高比例改燃生物质机组路线。英国、丹  
麦、芬兰和波兰的生物质改造燃煤机组发电量占总发电量比例最大,分  
别达到 13%、8%、6% 和 5%。英国 Drax 电厂走在燃煤电厂改燃生物质技  
术及实践的前沿。Drax 电厂改燃生物质始于 2003 年,初始将柳木等木质  
颗粒、葵花籽等作物外壳与煤炭进行混燃发电,混燃比例约 5%。此后,  
生物质混燃比例不断提升,到 2013 年,Drax 实现全部 6 台 66 万千瓦机  
组中 4 台转化为 100% 燃烧生物质。同年,英国煤电发电量达峰,占比由  
40% 逐年下降至 5% 以下,生物质发电量占比提升至 13%。目前 Drax 年  
生物质发电量达 137 亿千瓦时,年使用木质颗粒燃料约 1300 万立方米。  
图 1 英国 Drax 电厂燃煤电厂改造为燃生物质  
068  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
2.美国实践  
2016—2017 年,波特兰通用电气公司前后四次在其博德曼电厂(Boardman)  
对 58.5 万千瓦粉煤机组转换为生物质燃料进行测试。测试结果表明,除  
了需要对生物质燃料焙烧和研磨过程进行不断测试,以找到最适合锅炉  
-
燃烧的生物质粉末,同时还需要优化燃烧炉的空燃比(air fuel ratio)以  
适应生物质燃料不同季节的湿度变化。  
3.中国实践  
近年来,中国已有多个生物质掺烧发电项目示范及运行。华电国际十里  
泉发电厂是较早开展生物质掺烧的电厂之一,于 2005 年进行秸秆掺烧  
发电改造,在保持锅炉原有系统和参数不变的基础上,新增了秸秆储  
存、粉碎、输送设备及两台专用秸秆燃烧器,并改造了供风系统及相关  
控制系统。实际经验表明,秸秆掺烧比例不超过 40% 时,对锅炉飞灰性  
质影响较小,不会对锅炉尾部受热面造成较大的腐蚀、堵塞和磨损,能  
够保证机组正常发电。国电长源生物质再燃项目采用生物质燃气再燃技  
术,以含水量小于 15%的稻壳作为原料,采用高速循环流化床生物质  
气化工艺,将生物质高效气化为低热值燃气,送入 60 万千瓦锅炉与煤  
粉混烧发电,发电能源利用效率在 34% 以上,远高于生物质直燃电厂的  
21%~23%。  
4.日本实践  
日本《第六次能源基本计划》中已明确提出在 2030 年前实现燃煤掺烧  
20% 氨的目标,并计划逐步提高混烧比例,到 2040 年左右建设纯氨发  
电厂。2017 年,日本水岛发电厂向 15.5 万千瓦燃煤锅炉中添加 0.6%-  
0.8% 的氨,首次实现了氨煤共燃,热效率和氮氧化物排放没有受到影  
响,二氧化碳排放降低。2021 年 10 月,日本碧南 100 万千瓦热电厂进  
行了 20% 混氨燃烧测试。日本三菱重工正在开发 4 万千瓦氨燃气轮机将  
100% 使用氨发电,并把选择性催化还原与新型燃烧技术相结合,降低  
氨不完全燃烧所产生的氮氧化物。  
069  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
4.2.4ꢀ 碳捕集利用与封存  
二氧化碳(CO2)捕集、利用与封存(简称 CCS/CCUS)是指将二氧化碳从  
排放源中分离后捕集、直接加以利用或封存以实现二氧化碳减排的过程,主要包  
括碳捕集、输送、利用和封存技术。CCUS 可以实现化石能源大规模可持续  
低碳利用,帮助构建低碳工业体系,是碳中和技术体系不可或缺的重要组成  
部分。  
CCUS 技术发展迅速,部分技术已经具备商业化应用潜力。捕集技术正在由第  
一代向第二代过渡,第三代技术也开始崭露头角。传统的燃烧后化学吸收技术、  
燃烧前物理吸收技术等现阶段已完成工程示范并投入商业运行,基于新型吸收  
剂的化学吸收技术、化学吸附技术、化学链燃烧技术等仍在研发过程中。输送  
技术方面,目前全球 CO2 陆路罐车和内陆船舶运输技术较为成熟,陆地管道  
输送技术是最具应用潜力和经济性的技术,海底管道输送技术尚处于概念研究  
阶段。封存技术方面,深层咸水层封存技术已经实现规模化工程应用,油气藏  
封存和海洋封存技术正在快速发展实践中。利用技术正在由较早的 CO2 地质利  
用实现能源资源增采,如 CO2 强化石油开采(CO2-EOR强化煤层气开采  
(CO2-ECBM)等,向 CO2 化工利用和生物利用拓展,逐步实现高附加值化学  
品合成、生物产品转化等绿色碳源利用方式。  
CCUS 技术将持续取得突破,行业进入快速增长期。随着 CCUS 技术的进步  
和示范项目的推进,低成本、低能耗的新一代捕集技术呈现快速发展态势,正  
由中试逐渐向工业示范过渡,CCUS 技术新思路不断涌现并得到验证。CCUS  
示范项目正逐步从单一环节的技术应用向全流程多环节的综合性集成应用发展,  
示范规模持续扩大,应用场景持续增多。  
CCS 是碳中和目标下存量火电实现零排放的主要技术手段。充分考虑电力系统  
实现快速减排并保证灵活性、可靠性等多重需求,火电加装 CCS 是一种重要的  
技术手段,可实现近零碳排放,提供稳定清洁低碳电力,平衡可再生能源发电的  
波动性,并在避免季节性或长期性的电力短缺方面发挥惯性支撑和频率控制等重  
要作用。预计 2050 年全球电力系统超过 10 亿吨 CO2 由 CCS 实现净零排放 A。  
资料来源:全球能源互联网发展合作组织,全球碳中和之路,北京:电力出版社,2021。  
A
070  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
CCS 是钢铁水泥等难减排行业的可行技术方案。以中国为例,钢铁和水泥行  
业通过常规减排方案后,2050 年将剩余 34% 和 48% 的碳排放量,需要通过  
CCS 技术实现净零排放 A。  
4.2.5ꢀ 情景比较  
为比较不同煤电装机情景对电力系统安全性和经济性的影响,设计两组情景:  
基准情景为本报告中的全球能源互联网碳中和情景,对比情景为低煤电装机情  
景。相比基准情景,对比情景下 2050 年全球煤电装机从 16 亿千瓦左右调减至  
5 亿千瓦左右,等量调增燃氢发电装机,保持调节性电源装机不变;同时保持煤  
电装机利用小时数不变,煤电因装机减少而少发的电量由增加的燃氢发电等量  
补足,并相应增加 2 倍的风光发电量和对应的装机;保持其他条件不变。  
表 4.7ꢀ 2050 年全球电力情景  
装机量(万千瓦)  
发电量(亿千瓦时)  
基准情景  
对比情景  
基准情景  
对比情景  
/
装机 发电量  
煤电  
风电  
光伏  
157786  
991962  
1714921  
87150  
50386  
1016962  
1734921  
194550  
33878  
255497  
260053  
15538  
10818  
278557  
283113  
38598  
燃氢发电  
根据各类电源的发电量和发电成本预测情况,分别对不同 CCUS 和燃氢发电成  
本情况下的综合用电成本进行比较。对 CCUS 和燃氢发电成本各取低、中、高  
三个值,组合形成 9 种成本组合,其中 8 种组合下基准情景综合用电成本均低  
于对比情景,仅“燃氢低、CCUS 高”的 1 种组合下基准情景综合用电成本高  
于对比情景燃氢高、CCUS 低”组合下相差最大,基准情景的综合度电成本  
比对比情景低 1.6%,总用电成本低 700 亿美元。  
资料来源:蔡博峰,李琦,张贤等,中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021)  
CCUS 路径研究2021。  
中国  
A
071  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
表 4.8ꢀ 综合用电成本比较  
基准情景较  
对比情景度  
电成本低  
基准情景较对比情  
景总用电成本少ꢀ  
(亿美元)  
成本组合  
基准情景度电成本  
(美分 / 千瓦时)  
对比情景度电成本  
(美分 / 千瓦时)  
(美分 / 千瓦时)  
燃氢低、CCUS 中  
5.41  
5.44  
5.46  
5.42  
5.47  
5.52  
0.02%  
0.54%  
1.05%  
9
(燃氢:5.7,CCUS:2)  
燃氢中、CCUS 中  
239  
469  
(燃氢:6.4,CCUS2)  
燃氢高、CCUS 中  
(燃氢:7.1,CCUS:2)  
由于已建煤电延寿使用带来的经济性优势,在煤电加装 CCS(保持碳排放量不  
变)和保持可调节电源装机量一致(保证电力供应安全可靠性)的情况下,与采  
用更多新建燃氢发电代替煤电的对比情景相比,基准情景下保留更多煤电的情  
景在绝大多数情况下均具有更低的综合用电成本。  
综合来看,对中国、印度、印尼、南非等煤电装机比重高的发展中国家而言,  
继续利用煤电机组的容量价值和调节能力,发挥其电力安全可靠供应的压舱石  
作用,同时配置 CCS 消除碳排放,在多数情况下是一种较优的选择。  
4.3ꢀ 灵活性资源体系建设  
提升电力系统灵活性是消纳大规模清洁能源、保证系统安全稳定与经济运行的  
关键。传统电力系统灵活性资源以火电和抽水蓄能为主,随着新型储能、虚拟  
电厂等技术的发展以及需求响应等机制的不断完善,将逐步形成源网荷储多元  
灵活性资源体系,保障电力系统的实时动态平衡与安全稳定运行。  
4.3.1ꢀ 新型储能发展  
储能技术类型众多,技术经济特性各异,应用场景也有明显区别。随着技术的  
成熟和成本的下降,除抽水蓄能外的新型储能逐渐应用于电力系统。未来各类  
储能技术有望成为灵活性资源体系的重要组成部分。  
072  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
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图 4.8ꢀ 新型储能技术分类示意图  
ꢀ 锂(钠)离子电池储能  
1
在各类新型储能中,电化学储能技术进步最快,发展潜力最大。锂离子电池储  
能综合性能较好,可选择的材料体系多样,技术进步较快,目前在电化学储能  
技术中占据主流。目前,锂离子电池储能循环次数约 5000~6000 次,能量密  
度达 200 瓦时 / 千克。受正负极材料、电解液、系统组件等成本的制约,系统  
建设总成本约为 200 美元 / 千瓦时。  
提高电池的安全性和循环次数,降低成本是锂(钠)离子电池储能发展的重  
点。预计到 2030 年,成本更加低廉、材料来源更加广泛的非锂系电化学电  
池,如钠离子电池等,成为电力系统重要的大规模储能设备,全固态电解质的  
新型锂离子电池实现商业化应用,电池的安全性明显提高,循环次数提升至  
7000~8000 次,能量密度提升至 250 瓦时 / 千克,系统建设成本降至约 150  
美元 / 千瓦时。预计到 2050 年,全新结构的锂硫电池、金属空气电池实现大规  
模应用,安全问题得到有效解决,循环次数提升至 1~1.4 万次,能量密度提升  
至 300~350 瓦时 / 千克,系统建设成本降至 70~90 美元 / 千瓦时 A。  
资料来源:全球能源互联网发展合作组织,大规模储能技术发展路线图,北京:中国电力出版社,2020。  
A
073  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
ꢀ 压缩空气储能  
2
压缩空气储能具有循环次数多,使用寿命长等优点,可作为主流储能技术的有  
效补充,具有一定发展潜力。中国已建成 6 万千瓦级先进绝热压缩空气和 0.15  
万千瓦级深冷液化压缩空气示范工程。压缩空气储能装机容量可达十万千瓦级,  
使用寿命 30 年左右,循环次数约上万次,能量转换效率约 50%~60%A。受空  
气压缩机、透平机、储气罐等关键设备成本的制约,压缩空气储能系统总成本  
约 7000~9000 元 / 千瓦。  
提升系统效率和降低成本是压缩空气储能技术发展重点。研究宽范围、高温  
离心压缩技术、多级再热膨胀技术、纳微结构复合储热蓄冷材料,研究系统集  
成与试验技术及新型设备的标准化,研究等温压缩、等压压缩等新体系下的空  
气储能技术,探索利用其它工质(如二氧化碳)的气体压缩储能技术,是未来  
重点攻关方向。预计到 2030 年,压缩空气储能系统效率提升至 55%~65%,  
持续放电时间超过 30 成本降至 4000~7000 元 / 预计到 2050  
年,系统效率提升至 70%,持续放电时间达到 100 小时,成本降至 3000~  
5500 元 / 千瓦。  
ꢀ 氢储能  
3
氢气是具有实体的物质,相对于电能更容易实现大规模存储。由电制氢、储氢  
容器、氢发电设备联合构成的氢储能是未来发展前景最好的长期储能技术。目  
前,电制氢主要采用碱性电解槽技术,效率约 60%~70%;储氢主要采用高压  
气态储氢技术,储氢密度约 10~15 摩尔 / 升,持续放电时间在 1 天以内;氢发  
电主要通过燃料电池技术实现,氢储能的整体转换效率30%~40%B。经济性  
方面,受设备造价、储氢方式、设备利用率等因素的制约,氢储能系统成本约  
10000~15000 元 / 千瓦。  
资料来源:陈来军,梅生伟,王俊杰等,面向智能电网的大规模压缩空气储能技术,电工电能新技术,2014,  
33(61-6。  
A
B
资料来源:华志刚,储能关键技术及商业运营模式,北京:中国电力出版社,2019。  
074  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
提高转化效率和储氢密度并降低成本是氢储能的发展重点。改善电堆、电极与  
隔膜材料,优化电解槽的设计和制造工艺;研发低成本、高可靠的高压气态和  
低温液氢储氢设备,研究新型液体有机物及金属储氢技术;研究新型燃料电池、  
氢燃机等用氢技术,是氢储能的重点研发方向。预计到 2030 年,氢储能系统  
效率提高至 35%~45%,储氢密度提高至 15~20 摩尔 / 升,持续放电时间达  
到 100 小时以上,系统成本降至 7000~10000 元 / 千瓦。预计到 2050 年,  
系统效率提高至 60%~65%,储氢密度超过 30~35 摩尔 / 升,持续放电时间  
达到两周以上,系统成本降至 6000~8500 元 / 千瓦。  
ꢀ 储热  
4
储热技术成本低廉,容量易扩展,可实现大规模存储,但热 - 电转化过程效率  
较低。熔盐作为储热介质,工作状态稳定,储热密度高,储热时间长,适合大  
规模中高温储热,单机可实现 10 万千瓦时以上的储热容量。目前,熔融盐储热  
已在光热发电领域得到了较好应用,储热系统成本约 200~250 元 / 千瓦时。  
未来,提高电 - 热 - 电转化效率和储热密度,降低成本以及开拓新的应用场景  
是储热技术的发展重点。研发更高温度的新型储热材料,如高温陶瓷、相变材  
料等;形成大容量跨季节储热的成套设计、施工技术;实现相变储热、化学储  
热在清洁电力供热、移动储热等场景中广泛应用;实现百万千瓦级电 - 热 - 电  
高温储热在电力系统中作为储能应用,是重点攻关方向。预计到 2030 年,储热  
密度提30%,-热-转化效率提高60%,成本降140元/瓦时以下。  
预计到 2050 年,储热密度提高 50%,电 - 热 - 电转化效率达到 65% 以上,成  
本有望降至 60~70 元 / 千瓦时。  
ꢀ 新型储能体系构建  
5
在未来的高比例清洁能源系统中,众多储能设备从时间尺度、配置环节等维度  
共同构成一个与现代能源体系发展相适应的综合储能系统,为系统提供灵活调  
节能力。  
075  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
从时间尺度来看,超短时储能(放电时长分钟级以下)主要用于平抑新能源发电  
或用电负荷的快速随机波动,或参与系统一次调频;短时储能(放电时长小时  
级)主要为系统提供功率调节能力,是系统灵活性的重要保障,也是未来储能体  
系的中坚力量;长期储能(放电时长周及以上)主要为系统提供能量调节能力,  
在能源系统由高比例向超高甚至 100% 清洁能源占比发展的过程中必不可少。  
从配置环节来看,电源侧适当开发具备调节能力的光热发电,以电化学储能为  
主的短时储能,以压缩空气、氢储能等作为长期储能。电网侧配置以抽水蓄能、  
电化学等为主的短时储能。用户侧以大量接入的电动汽车作为短时储能,以基  
于 P2X 的氢(氨)储能作为长期储能。  
从构建过程上看,储能体系的构建与能源转型的进程密切相关,电网侧、发电  
侧、用户侧储能将依次发展。新能源占比较低时,充分发挥常规电源的调节能  
力,在电网侧建设抽水蓄能,并积极探索新型储电技术的工程应用,可基本满  
足系统需求。随着新能源占比不断提高,仅靠电网侧储能无法提供足够的灵活  
性,需要在发电侧配置储能平抑新能源发电的随机性和波动性。在用户侧,电  
动汽车以 V2G 形式接入电网,逐渐发挥储能的作用。随着清洁能源占比不断提  
高,系统对于长期跨季节调节能力的需求不断增加。依托电制氢(氨)等 P2X  
技术,实现多种能源系统之间互联互通,将分散于不同系统内的储能(存储)能  
力进行整合和统筹优化,构建“广义储能”系统,在不改变整体用能需求的条件  
下,解决系统季节性的供、需差异。  
图 4.9ꢀ 时间尺度、配置环节视角的储能体系构成  
076  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
专栏 4.6  
中国丰宁抽水蓄能电站  
丰宁抽水蓄能电站是世界上规模最大的抽水蓄能电站,位于中国河北省  
丰宁满族自治县境内的滦河干流上,紧邻京津冀负荷中心和冀北千万千  
瓦级新能源基地。  
该项目共安装 12 台 30 万千瓦单级可逆式水泵水轮发电电动机组,总装  
机 360 万千瓦,为世界抽水蓄能电站之最。12 台机组满发利用小时数达  
到 10.8 小时,紧急情况下最大可提供相当于三分之一个三峡水电站的调  
节出力,是华北地区唯一具有周调节性能的抽蓄电站,储能能力世界第  
一。该电站还首次系统性攻克复杂地质条件下超大型地下洞室群建造关  
键技术,为今后抽蓄大规模开发建设提供了技术保障和工程示范。  
该项目主要成效为:一是促进清洁能源消纳和减排。丰宁电站一次蓄满  
可储存新能源电量近 4000 万千瓦时,全年可消纳新能源 87 亿千瓦时,  
每年可节约标准煤 48 万吨,减少二氧化碳排放 120 万吨,相当于造林 24  
万余亩。二是带动新能源相关投资与就业。建设丰宁电站,改善当地交  
通和生活基础设施,带动投资和相关产业发展,拉动地方 GDP 增长超过  
422 亿元。  
图 1 丰宁抽水蓄能的电站下水库  
077  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
4.3.2ꢀ 虚拟电厂  
虚拟电厂是一种通过先进信息通信和监测控制技术,实现海量分布式新能源、  
储能系统、可控负荷、电动汽车等聚合和协调优化,作为一个特殊电厂参与电  
网运行和电力市场的电源协调管理系统,对外表现为一个具备可控性的电源。  
它既可作为“正电厂”向系统供电和顶峰,又可作为“负电厂”通过负荷侧响应  
以配合系统填谷;既可快速响应指令、配合保障系统稳定并获得经济补偿,也  
可等同于电厂参与容量、电量、辅助服务等各类电力市场获得经济收益。  
ꢀ 全球发展现状  
1
近年来,虚拟电厂在全球各地的实践日益增多,在英国、欧盟、美国、澳大利  
亚、中国等地开展了试验示范,并陆续进入商业化运行阶段。2022 年,欧盟虚  
拟电厂总装机容量已接近 5000 万千瓦,主要分布在法国、德国等地区。美国建  
成投运的虚拟电厂总装机规模超过 3000 万千瓦,其中约 24% 的项目分布在加  
利福尼亚州。英国虚拟电厂总装机容量已达 1300 万千瓦。澳大利亚的虚拟电厂  
总装机规模接近 200 万千瓦。中国建成虚拟电厂总装机规模接近 200 万千瓦。  
总体来看,虚拟电厂在全球范围总体仍处于起步发展阶段,在电力总装机中的  
比重较低,仅为 1% 左右。在中国、美国、欧盟等地的占比普遍低于 5%。  
图 4.10ꢀ 虚拟电厂容量在各国电力总装机中的比重  
资料来源:全球能源互联网发展合作组织、Bloomberg。  
A
078  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
ꢀ 助力能源电气化清洁化  
2
随着分布式风光发电、储能系统和可控负荷高速增长,虚拟电厂能将此类资源  
聚合起来并协同优化,从而提高电网安全可靠性、提升清洁能源消纳能力。一  
是助力系统安全稳定运行。虚拟电厂通过整合和优化控制分布式电源、柔性负  
荷等资源,响应系统安全运行需求,提供调峰、调频、需求响应等各种灵活性  
服务,可显著提升电力系统平衡与动态调节能力,帮助降低大规模可再生能源  
并网给系统带来的不稳定性。二是助力系统清洁低碳转型。虚拟电厂可将新能  
源、传统能源、用户侧柔性负荷以及储能装置聚合起来,形成统一整体,在智  
能协同调控和决策支持下对大电网呈现出稳定电力输出特性,帮助电网消纳更  
多波动性强的新能源资源,尤其适合分布式可再生能源发展。三是助力系统实  
现降本增效。促进公平多元化市场竞争,提供系统价格稳定能力。  
ꢀ 应用前景展望  
3
虚拟电厂将逐步成为电力系统调控能力建设中的重要补充。挖掘负荷侧的调节  
潜力,是未来电力系统调控能力建设的重要内容。预计到 2050 年,全球电力总  
负荷中,约 10%~15% 将可实现可调可控(约 33 亿千瓦其中约 15 亿千瓦  
为由虚拟电厂模式聚合形成的调节容量。在虚拟电厂总装机容量方面,预计至  
2050 年,全球虚拟电厂装机将超过 38 亿千瓦,占总装机比重接近 10%,中国、  
欧盟、美国等国家和地区的占比将接近 20%。  
079  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
专栏 4.7  
德国 NextꢀKraftwerke 虚拟电厂项目  
Next Kraftwerke 成立于 2009 年,是德国一家大型的虚拟电厂运营商,同时也  
是欧洲电力交易市场(EPEX)认证的能源交易商,参与能源的现货市场交易。  
截至 2022 年,Next Kraftwerke 虚拟电厂项目共聚合 15346 个分布式能源单  
元,总容量 1120 万千瓦,年交易电量 151 亿千瓦时,涉及 17 种资源技术  
类型,包括沼气发电、热电联产、水电、光伏、电池储能、电转气、电动  
汽车、需求侧响应等。该项目研制了聚合分析软件 NEMOCS,使交易员  
可通过软件平台实时减少日前预测与实际发电量的偏差,降低偏差风险。  
通过 NEMOCS 的监测分析功能,该项目的预测准确度可以达到 95%。  
该项目主要成效为:一是减少新能源发电的预测偏差损失。通过将随机  
波动的风电、光伏和同步发电机输出的分布式燃机、生物质等资源进行  
优化整合,参与电力市场交易,帮助清洁能源发电企业实现减少电力市  
场的偏差考核,避免风光发电预测不准确部分的市场惩罚损失。二是提  
升参与市场交易的盈利潜力。通过电力市场每 15 分钟ー次、每天 96 次  
的交易窗口,调节虚拟电厂出力,实现低谷用电、高峰售电,获取最大  
利润。三是获得提供电网辅助服务的收益。通过统筹资源池的发电用电  
运行策略,优化参与电网平衡辅助服务,根据电网状况调整各类资源的  
需求,获取参与电网调节收益。  
图 1 NextꢀKraftwerke 虚拟电厂项目方案示意图  
080  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
4.3.3ꢀ 电 - 氢协同发展  
电和氢都是终端可以直接利用的零碳能源形式,将在支撑实现碳中和目标的能  
源消费体系中占据重要地位。预计到 2050 年,电能在终端能源消费的占比(含  
制氢用电)达到 63%,氢能在终端能源消费的占比约 10%。  
电 - 氢协同发展具备良好的技术基础和巨大的发展潜力。相比于其他能源形式,  
电和氢,特别是绿电和绿氢的关系更加密切,在生产端开发同源,都是来自于  
水、风、光等清洁的一次能源;在消费端应用互补,在化工、航运、冶金等难  
以直接用电的终端用能领域,绿氢可以发挥重要作用,实现脱碳。通过电解水  
制氢技术和燃料电池、氢燃气轮机等氢发电技术,电和氢可以方便的相互转化。  
电是无形的能量形式,能够借助输电设备实现光速传播,但难以直接存储,需  
要通过储能技术转化成其他能量形式,如抽水蓄能、电化学电池等。氢是有形  
的物质,相对于电可以方便的直接存储或转变为氨、甲醇等其他化合物实现长  
时间、大规模存储,但输送过程的损耗或能耗较大,速度也远低于输电。构建  
电 - 氢协同的零碳能源系统能够充分发挥输电技术成熟、经济性好的优势和储  
氢大规模、长时间的能量存储功能,提高新能源发电、制氢、输电输氢等设备  
的利用效率,提升能源系统的多元适应性、供应可靠性和运行灵活性,降低能  
源系统总体投资。  
电 - 氢协同发展具有重要的综合价值。灵活性价值方面,在短时间尺度(小时  
级到日级)上,电制氢是灵活的柔性负荷,既能与传统用电负荷互补,降低峰谷  
差,也能与波动性新能源发电较好匹配,显著提高新能源利用率;在长时间尺  
度(月、季度)上,可以借助绿氢产业链自身需要的储氢设备能力,实现风光等  
新能源的跨季节大规模存储,高比例新能源电力系统的季节性波动可以得到有  
效平抑。电力供应保障价值方面,利用电 - 氢双向转换的特点,既可以将电制  
氢作为灵活负荷为系统提供调节能力,也可以在必要的情况下通过氢发电设备  
为系统提供电源支撑,在源荷双侧有效提升电网韧性。特别是在电力系统遭遇  
连续多日无风无光、小风寡照天气时,氢发电可以有效提高保障电力供应安全的  
能力。系统安全性价值方面,氢燃气轮机属于同步发电机组,可以有效提升系统  
转动惯量、动态无功支撑能力。在受端地区布局氢燃气轮机,可作为防止受端电  
网“空心化”现象的重要手段之一,对系统安全稳定具有重要意义。减排价值方  
面,电 - 氢协同的零碳能源系统为绿氢的开发应用创造了条件,将推动全社会深  
081  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
度脱碳。绿氢将在清洁能源和难以直接用电的终端用能领域之间发挥关键的纽  
带作用,促进化工、冶金等非电用能领域的深度脱碳。电氢将紧密耦合,共同  
构建互联互通的现代能源网络,实现未来能源系统的清洁、低碳和可持续发展。  
专栏 4.8  
电氢协同开发及配置方案案例  
1.中国电氢协同开发  
由于自然资源分布的不均衡性,中国清洁能源资源与能源需求在地理关  
系上呈现逆向分布的特点,客观上需要对绿电、绿氢进行远距离、大规  
模的输送。中国西部地区可再生能源资源丰富,绿氢制备成本约为东中  
部地区的 50%,解决好能源输送问题,是促进绿氢广泛应用、加快全社  
会实现碳中和的重要基础。  
构建电 - 氢协同的零碳能源系统能够实现绿氢的优化配置。采用直接输  
氢与输电代输氢方式相结合的方式,能够充分发挥输电技术成熟、经济  
性好的优势和储氢大规模、长时间的能量存储功能,提高新能源发电、  
输电和制氢设备的利用效率,降低能源系统总体投资。预计到 2060 年,  
图 1 中国电氢协同配置示意图  
082  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
中国各区域间跨区输氢总量 3500 万吨(约占总需求的 45%其中直接管  
道输氢 850 万吨,以氨、甲醇或天然气管道掺氢形式输氢 900 万吨,输电  
代输氢约 0.7 亿千瓦时(相当于 1750 万吨氢,占总输送量的 50%同时,  
多元化的能源输送方式,与单一的能源输送方式相比,可以提高能源配置  
的灵活性、可靠性和抗风险能力,有效控制能源系统的安全性风险。  
2.亚非欧电氢协同开发  
亚非欧三洲地域广大、山水相连,能源消费高潜力大,清洁资源禀赋特  
性存在差异。统筹亚洲、欧洲和非洲清洁能源资源禀赋及用电、用氢需  
求特征,构建能源输送骨干通道,实现多类型能源互补互济高效利用,  
对于促进地区能源治理一体化,提高能源可及率,推动全球能源清洁转  
型具有重要意义。  
采用基于多时间尺度时序生产模拟的电 - 氢协同优化模型,以经济性最  
优作为目标,对 2050 年亚、欧、非(撒哈拉北部非洲)各子区域间包含  
清洁能源发电、制氢、输电输氢、储能以及氢发电等设备的电 - 氢协同  
能源系统进行扩展规划分析。结果表明,未来亚欧非应形成以西亚北非  
和中亚为中心大规模开发可再生能源,以输电输氢并举的形式向大陆东  
西两侧东亚、南亚以及欧洲用能中心输送的能源配置格局。  
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图 2 亚欧非电、氢输送配置格局  
083  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
4.4ꢀ 新型电气化深入推进  
提升能源系统电气化水平,降低能源消费总量和能源消费侧碳排放,是实现能  
源包容转型的重要抓手,也是实现碳中和的必然要求。加速推动工业、建筑、  
交通等主要领域电能替代,提升终端电气化水平,提高能源使用效率,通过以  
电补热、以电补冷、以气补热等多能互补方式推进电、氢、冷、热、气多种能  
源耦合协同发展,实现多元化能源利用方式,促进形成电为中心、电氢冷热气  
互通互济的能源消费体系。  
4.4.1ꢀ 工业领域  
ꢀ 钢铁行业  
1
钢铁行业用能结构以煤炭为主。全球钢铁生产中煤炭消费占行业终端能源消费  
总量的比重超过六成,电气化率仍有较大提升空间。钢铁是建筑、运输、制造  
和消费品的主要材料,对经济发展至关重要。随着经济发展,全球钢铁需求量  
仍有很大的增长空间,新兴经济体发展将带动钢铁需求量持续增长。目前,钢  
铁行业面临高碳产业路径锁定、产业发展不平衡、低碳产业竞争力不足等挑战,  
需要加快发展钢铁行业电气化,主要包括电能替代与氢能替代两个方面。  
推动行业电能替代。电能替代主要发展电炉炼钢及电解炼钢。电炉炼钢以废钢  
为主要原料、电力为主要能源,通过将废钢融化直接炼钢电解炼钢可作为灵活  
古河参与电力系统调节,节能优势显著 A。应合理规划电炉炼钢产能建设,推广  
电解炼钢工艺设备应用,有序推动电炉炼钢和电解炼钢发展。构建废钢循环利  
用体系,优化废钢交易机制,推动废钢产业发展,充分挖掘废钢资源潜力,提  
升经济性。打造电为中心钢铁产业体系,持续加强先进电炉炼钢与电解炼钢装  
备及工艺研发和推广,推动大容量、高功率及智能化电炉发展,提升电炉能钢  
能效与经济性。  
电解炼钢主要是利用铁矿石浸没在 1600°C 的二氧化硅和氧化钙溶液中,当电流通过电解质溶液时发生分  
解,电解炼钢能够实时控制电解速度,可作为灵活负荷与电源交互协调,实现与可再生能源发电优化协同,  
增强电力系统调节性能。  
A
084  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
电能替代发展路径。碳达峰阶段,推动电能消费和电气化水平快速提升。到  
2030 年,全球钢铁行业电能消费量达到 2.0 亿吨标准煤,电气化率由 21% 提  
升至 24%。碳中和阶段,电炉炼钢产量稳步增长,电气化率进一步提升。到  
2050 年,电能消费达到 2.6 亿吨标准煤,电气化率达到 36%。  
推动行业氢能替代。氢气作为还原剂与铁矿石反应生成铁和水,是清洁、无碳  
的冶炼工艺,可实现钢铁生产完全脱碳。全球氢冶金技术尚处于研发、试验阶  
段,随着电制氢及氢能炼钢能效提升与设备成本下降,氢能炼钢可在全球范围  
内逐步推广。加强政策扶持,有序推动钢铁企业采用氢能炼钢替代长流程炼钢  
工艺,逐步提升氢能炼钢比重,建立绿氢补贴等配套政策机制,推动氢能炼钢  
与氢能产业链协同发展。健全氢能发展产业链,推进清洁能源发电、电解水制  
氢与氢能炼钢协同发展,完善氢能制备及运储机制,促进氢能成本下降与制氢  
效率提升。突破核心技术,重点深化炉内反应机理和炉料特性变化研究,推动  
氢气高炉炼钢技术、耐氢耐高温高安全性材料、氢气防爆防泄漏等技术创新,  
提升氢能炼钢设备容量与产量。  
氢能替代发展路径。碳达峰阶段,推动氢能炼钢加快发展。到 2030 年,氢能炼  
钢产量将达到 1.3 亿吨,占钢铁总产量的 3%。碳中和阶段,氢能炼钢规模化应  
用。到 2050 年,氢能炼钢达到 8 亿吨,占钢铁总产量比重为 30%。  
ꢀ 化工行业  
2
化工行业是工业领域第一大耗能行业。全球化工产品中化石能源消费占比接近  
九成,电气化率仅不足 10%。随着新兴国家加快发展,总体来看全球化工产品  
需求将保持增长态势,新增需求量逐步向东南亚、非洲、南美洲倾斜。化工  
行业应重点采取电能替代、电制原材料替代,逐步减少化工行业对化石能源的  
依赖。  
推动行业电能替代。推动化工过程电能替代、提升化工工艺设备电气化水平是  
降低化学合成过程对化石能源的依赖的关键,主要通过采用电加热替代传统化  
石能源燃烧,和通过电化学工艺替代传统高温反应工艺两种途径。突破电气化  
关键技术装备,与电加热设备企业加强合作,开发经济高效、适用化工生产的  
热泵、电加热反应釜等加热设备,提升电加热工艺技术水平。推动电气化产业  
085  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
发展,主要化工生产国有序推动化工企业采用电加热设备替代传统化石能源加  
热设备,大力推广电化工技术商业化应用。  
电能替代发展路径。碳达峰阶段,重点推动电加热应用。到 2030 年,全球化工  
行业电力消费 2.1 亿吨标准煤,电气化率提升至 10%。碳中和阶段,重点发展新  
型电化学工艺。到 2050 年,电力消费 3.5 亿吨标准煤,电气化率提升至 16%。  
推动电制原材料替代。以电为能量,将二氧化碳中的碳元素、水中的氢元素和  
空气中的氮元素等进行还原、重组,生成可以利用的有机或无机物原材料。中  
短期内,欧美发达国家化工产业基础较强,具备发展电制原材料、引领产业发  
展的条件。中长期,随着清洁能源大规模发展、电价大幅下降、技术进步和能  
效提升,电制原材料技术将逐步在全球范围内推广普及。突破工艺瓶颈,加强  
化学过程反应机理和动力学研究,研发制备新型催化剂,提高电制原材料转化  
效率和速率,完善优化工艺流程,降低工艺能耗和成本。积极推进示范工程建  
设,在清洁能源资源和二氧化碳资源丰富地区,积极推进高效电制氨、大容量  
二氧化碳加氢甲烷化、甲醇化等一体化科技示范项目,为电制原材料技术商业  
化应用奠定基础。健全产业链,培育健全上游电制氢、碳捕集相关产业链,推  
动低能耗、高效的反应器装置规模化生产,降低原料与装置成本,实现电制燃  
料大规模商业应用。  
电制原材料发展路径。碳达峰阶段,推动电制合成氨的示范应用。到 2030  
年,推动电制合成氨规模达到百万吨级别。碳中和阶段,推动电制原材料成为  
化工原材料主要来源。到 2050 年,电制氨、电制甲醇产量分别达到 1.6 亿、  
3.1 亿吨。  
086  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
专栏 4.9  
德国壳牌 Refhyne 电制氢项目  
Refhyne 电制氢项目位于德国壳牌莱茵兰能源化工园区,是目前欧洲最大  
的质子交换膜(PEM)电解水制氢项目。该项目由壳牌和英国电解槽生  
产商 ITM Power 联合建造,所产绿氢目前主要用于炼油厂的炼化用氢。  
该项目占地 600 余平方米,一期 10MW 质子交换膜电解槽已建成,年产  
绿1300。计划建Refhyne II目,将电解槽规模扩大10千瓦。  
相比碱性电解槽,该项目使用的质子交换膜电解槽相应速度快、效率更  
高,对于探索质子交换膜电解槽的大规模工业应用具有重要意义。目前  
生产出来的氢气直接通过管道供应给炼油厂作为炼化的原料,实现了制  
氢与石油炼化的耦合,未来计划用于交通、建筑供暖等领域。  
项目主要成效为:一是建立石化行业低碳发展模式。石化行业属于高碳  
排放、难脱碳的行业。在实现气候中和的过程中,原油材料属性将日益  
凸显,而化工型炼厂碳排放强度比燃料型炼厂更高。项目使用绿氢替换  
了部分炼化用氢,建立了石化行业低碳发展模式,经验可在世界范围内  
推广。二是降低化石能源依赖。欧洲炼厂的炼化用氢主要通过天然气蒸  
汽重整制取,天然气是维持炼厂运行的重要能源。在欧洲能源危机的背  
景下,探索“绿氢 + 炼化”发展模式有助于降低炼化行业对天然气的依  
赖,保障能源安全。  
图 1 壳牌 Refhyne 项目德国制氢厂  
087  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
ꢀ 建材行业  
3
建材行业是高耗能行业,用能总量较大,以煤炭为主。全球建材产量已进入平  
台期,中国水泥产量已连续十多年位居世界第一,年水泥产量占全球总量的  
50% 以上,亚太地区是水泥主要产地。随着全球人口不断增长和城镇化水平提  
升,基础设施建设和房地产的双重带动下,全球水泥需求量仍将维持较高水平。  
建材行业面临高碳产业路径锁定、低碳产业竞争力不足、发展水平参差不齐等  
挑战,应重点推动建材行业电能替代,加快转变以化石能源为主的能源消费结  
构、以窑炉为中心的建材生产体系。  
推动行业电能替代。在水泥、玻璃、陶瓷行业推广电加热炉应用,随着清洁能  
源发电成本快速下降,电加热炉在成本上将具有价格优势和清洁优势。提升新  
技术和装备经济性,在电加热炉结构设计、技术研发、耐火材料上取得进一步  
突破,提升设备能源利用效率,加快提升水泥、玻璃电加热炉经济性,突破陶  
瓷电加热炉技术瓶颈,实现大容量电加热炉的商业应用。建立电为中心的生产  
体系,推动建材行业电加热炉示范项目,通过规模化发展进一步降低电加热炉  
等设备成本,制定化石能源窑炉退出时间表,逐步淘汰高耗能、高排放的化石  
能源煅烧设备,建立电为中心的建材生产体系。  
电能替代发展路径。碳达峰阶段,电能消费和电气化率逐步提升。到 2030 年,  
建材行业电力消费达到 1.1 亿吨标准煤,电气化率达 25%。碳中和阶段,电加  
热炉推广应用,电气化率快速提升。到 2050 年,电力消费为 1.2 亿吨标准煤,  
电气化率达到 34%。  
4.4.2ꢀ 交通领域  
ꢀ 公路交通  
1
公路交通运输已成为各国广泛采用的运输方式,也是交通行业最主要的耗能与  
排放来源。全球公路交通石油消费占比超过九成,在公路交通能源消费中占主  
导地位。公路交通发展潜力大,公路行业面临运输需求与车辆数量持续增长、  
高能耗高排放锁定效应、新能源车辆技术性能有待提升等挑战,应加快转变以  
088  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
燃油为主的能源结构,通过发展电动汽车、发展氢燃料电池汽车等举措,实现  
低碳技术能源变革、交通运输效率变革、交通运输结构变革,推动形成绿色智  
能的公路交通行业发展格局。  
发展电动汽车。近十年电动汽车在核心技术、经济性、保有量和充电基础设施  
方面取得了跨越式进步。未来随着锂离子电池技术的进一步发展,锂金属固态  
电池、石墨烯固态电池等新型电池技术的突破,将带动电动汽车产业迈入新的  
发展阶段。加强充电基础设施网络建设,按照全球、大洲、国家公路网整体规  
划,建设布局合理、覆盖广泛、互联互通、智能高效的充电设施服务网络,满  
足电动汽车充电需求。推动电动汽车与电网智能交互,随着电动汽车数量的增  
长,充电需求既是电力系统重要的新增负荷,又是具有调节能力的灵活性储能  
资源,采用电动汽车与电网互动(V2G)整合电动汽车成为需求侧响应资源,  
解决大规模并网充电带来的运行挑战,提高电力系统对可再生能源发电接纳  
能力。  
电动汽车发展路径。碳达峰阶段,推动电动汽车快速发展,电能消费和电气化  
水平快速提升。到 2030 年,全球公路行业电能消费量达到 3 亿吨标准煤,电  
气化率由 0.3% 提升至 8%。碳中和阶段,电力取代石油成为能源消费的主体。  
电动汽车市场渗透率进一步提高,新增乘用车全部为电动汽车,并逐步替代存  
量内燃机汽车,电气化率进一步提升。到 2050 年,电能消费达到 12.9 亿吨标  
准煤,电气化率达到 52%。  
发展氢燃料电池汽车。氢燃料电池汽车受经济性制约尚未大规模推广,但氢燃  
料电池汽车续航里程长、加注燃料方便,在长距离重载货运、公交等领域发展  
潜力巨大,将成为交通领域脱碳的重要手段。未来随着清洁能源发电成本降低,  
电解水制氢成本有望不断降低,同时配套基础设施逐步完善,燃料电池规模化、  
产业化生产将推动氢燃料电池成本大幅下降。重点应突破氢燃料电池核心技术,  
开展电堆、膜电极、质子交换膜等关键零部件、相关基础材料和整车核心技术  
研发创新,为燃料电池发展提供强有力的科技支撑。推动加氢基础设施网络建  
设,建造数量足够、分布合理、方便用户的加氢站基础设施,加氢站的建造与  
布局应考虑上游的供氢能力、储运能力以及下游汽车的需求,形成上中下游协  
调发展的局面,提升氢燃料电池汽车市场竞争力。  
089  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
专栏 4.10  
中国深圳电动汽车与电网互动运营管理平台  
深圳电动汽车与电网互动运营管理平台由中国南方电网责任有限公司开  
发,是利用规模化电动汽车与电网互动关键技术,探索可持续开展互动场  
景和商业模式,形成多方主体参与、互利共赢的车网互动生态的典型项目。  
项目采用市场化、多场景、支持复杂用户交互和管理的平台设计,提供  
系列化的“云边端”车网互动解决方案,并创新开发“云 - 车 - 桩”协  
同的电动汽车状态监测、评估、预警及处置技术。截至 2023 年累计接入  
充电站 121 座,接入设备数超 7500 台,其中车网互动充电桩 3000 余台;  
装机容量约 15.8 万千瓦,最大功率调节量 7.1 万千瓦。  
该项目主要成效为:一是推动车网互动可持续发展。近两年已参与车网  
互动 35 次,累计响应调节量达 31.2 万千瓦时,为新型电力系统下电力  
供需深度互动探索了新的可持续发展路径。预计到 2030 年,车网互动可  
调节能力将超过 100 万千瓦。二是促进交通能源绿色转型。项目通过对  
接电力市场,适时、适度开展车网互动,发挥了削峰填谷、阻塞缓解等  
作用,支撑了新型电力系统的电力实时平衡和电网安全、经济、可靠供  
电,为交通能源绿色转型提供了良好环境。三是带动新兴产业发展。项  
目构建了电动汽车用户与电网灵活高效互动的能源服务新业态,开拓了  
智能充电桩、场站智能终端等智能设备市场和相关云服务、APP 市场,  
带动了上下游产业发展。  
图 1 粤港澳大湾区首个车网双向互动示范工程  
090  
4ꢀ 清洁能源与化石能源协同促进包容转型  
氢燃料电池汽车发展路径。碳达峰阶段,氢燃料电池汽车逐步推广。到 2030  
年,全球交通用氢规模约 0.6 亿吨标准煤,占总能源消费比重 3%。碳中和  
阶段,氢燃料电池汽车实现大规模发展。随着技术进步、产业发展、成本下  
降,氢能快速发展,到 2035 年氢燃料汽车购置成本与电动汽车相当。到 2050  
年,全球交通用氢规模快速增加至 2.5 亿吨标准煤,氢能占公路交通用能比重  
为 10%。  
ꢀ 航运与航空  
2
航运与航空行业能源消费品类单一,几乎全部为石油。国际航运在航运运输能  
源消费中占主导地位,且占比稳定;航空运输能源消费不断增长,国际航空在  
航空运输能源消费中逐步占据主导地位。在经济全球化背景下,国际贸易将持  
续增长,推动航海与航空运输进一步发展。预计 2050 年,全球航海运量达到  
190 万亿吨千米,航空运量达到 7500 亿吨千米。航运航空领域面临技术创新、  
政府管理、全球协作等挑战,应加快转变以油为主的能源结构,推动氢能替代,  
逐步形成低能耗、低排放的航运航空业发展格局。  
航运运输方面,加快以清洁能源替代传统燃料。大力发展适用于航运运输的清  
洁替代能源,培育从原料生产到燃料制备的全球产业链,着力研发以高能量密  
度电池驱动的新型船舶,作为中短途航运的有力补充;推动港口和船舶岸电  
发展,持续完善港口岸电配套设施,建立智慧、安全、高效的港口用电服务平  
台,逐步扩大港口岸电工程覆盖范围,推动“以电代油”成为全球通用的航  
运举措。航空运输方面,加快氢动力、电池动力飞机的研发和应用。加大对  
飞机动力系统的改造提升力度,凝聚产学研合力,加快研发适用于航空领域  
的氢燃料电池、发动机,逐步在小型飞机、短途飞机示范应用;提升机场运  
行效率,实施机场控制系统智能化改造,推广应用机场滑行电能、氢能替代  
技术。  
碳达峰阶段,受技术经济影响,氢能在航运业普及程度有限。2030 年航运航空  
业用氢规模约 0.6 亿吨标准煤。碳中和阶段,氢能在航运业规模化快速发展。到  
2050 年,航运航空用氢规模增加至 2 亿吨标准煤。  
091  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
4.4.3ꢀ 建筑领域  
随着经济社会发展、人口持续增长和发展中国家城镇化快速推进,建筑领域用  
能快速增长,已成为全球第二大能源消费领域。新兴经济体发展和人口增长将  
带动建筑面积和能源消费持续增长。建筑领域面临电气化水平较低、现有建筑  
存量大、绿色节能建筑发展滞后等挑战,需要加快转变居民生活方式和用能习  
惯,在采暖、炊事、生活热水等方面实施电能替代,广泛使用节能智能家电,  
推广建筑物节能改造和绿色节能建筑,提高建筑领域用能效率,以清洁、绿色、  
经济、高效的方式满足居民生活需求。  
推动建筑领域电能替代。采暖、炊事、生活热水等建筑领域用能电气化技术日  
趋成熟,用电成本持续下降,全面电气化条件具备。供暖方面,热泵通过电能  
驱动工质进行热力循环,能效比通常可以达到 200% 以上,具有高能效比、零  
碳排放的突出优势。炊事方面,电火锅、电烤箱、电磁炉等电炊具技术成熟、  
使用便捷、功能丰富、清洁低碳。生活热水方面,目前主要采用燃气、电、太  
阳能热水器,电气化率已接近 20%。重点推广清洁能源采暖,在清洁能源富集  
地区,引导利用低谷富余清洁电力蓄能供暖,利用地热、生物质、沼气、太阳  
能、风能等为居民和公共建筑提供热力服务;在以集中供暖为主的国家,推广  
效率更高的燃气锅炉和电锅炉,在以分散供暖为主的国家,推广清洁能源采暖  
与电采暖。不断提升用电设备的技术水平和经济性,推动大功率、高性能电采  
暖、电炊具、电热水器技术与装备创新,突破影响设备热效率和稳定性的关键  
技术,适应和满足居民生活不同场景的用能需求。  
碳达峰阶段,电能消费和电气化水平快速提升。到 2030 年,建筑领域电能消费  
23.5 亿吨标准煤,电气化率由 33% 提升至 44%。碳中和阶段,电气化率进一  
步提升,电能成为最主要的能源。到 2050 年,建筑领域电能消费增加至 34 亿  
吨标准煤,电气化率达 68%。  
092  
能源与产业协同  
促进公正转型  
5
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
能源公正转型的关键是能源与产业协同,实现新旧产业更替,加速培  
育新兴产业发展,促进化石能源产业转型、新能源产业发展和全社会  
产业优化升级,保障社会公平就业;发挥电网互联的“纽带”作用,  
促进区域、国家间协调发展,降低能源成本,提升可及性,增加清洁  
行业体面就业,促进社会公正转型。  
5.1ꢀ 新兴产业发展  
能源与产业之间的协同转型将加速推动能源电力基础设施变革,从而带动新兴  
产业蓬勃发展。随着广泛互联、高度智能、开放互动、多能融合的能源互联网  
加快建设,能源生产、配置和消费形式不断变化,能源与交通、通信等网络型  
基础设施的跨界协同与融合将重塑相关制造业、服务业发展形态,为经济增长  
提供新动能。  
5.1.1ꢀ 新能源产业蓬勃发展  
大力发展新能源设备制造相关产业,释放全球产业链增长潜力和发展空间。随  
着全球逐步迈向清洁主导、电为中心、互联互通、多能融合的现代能源体系,  
新能源和装备制造产业链将在技术进步和产业政策的驱动下加速迭代发展,形  
成全球范围内产业分工新格局。光伏产业链 2022 年全球市场规模约 2200 亿  
美元,2030有望达7000亿A。光伏与其他产业融合应用更加趋于多元  
化,有利于发挥地方优势与特色,形成以绿电为核心的具有包容性、可持续性  
的产业发展新实践,如农光互补、渔光互补、光伏治沙、清洁供暖等低碳生态  
发展模式。风电产业链 2022 年市场规模超过 800 亿美元,2030 年有望超过  
1700亿B,其中海上风电开发经济性将显著提高并走向深远海,行业市场规  
模 2030 年有望达到 800 亿美元 C。全球储能装机量不断增长,各类商业模式不  
资料来源:https://www.marketdataforecast.com/market-reports/solar-photovoltaic-market.  
资料来源:https://www.precedenceresearch.com/wind-energy-market.  
资料来源:https://www.vantagemarketresearch.com/industry-report/offshore-wind-energy-market-  
1569.  
A
B
C
094  
5ꢀ 能源与产业协同促进公正转型  
断成熟。随着技术进步和各国市场、价格和运行机制不断完善,储能经济性将  
持续提升,商业模式愈发多元和成熟,2022~2030 年,全球储能市场年复合  
增长率有望达到 23%A。与传统能源产业链相比,风电、光伏、特高压输电、储  
能、氢等新能源设备制造产业链链条长、规模大、布局广,吸纳就业多,将成  
为区域经济增长和产业高质量发展的新引擎。2022 年,全球可再生能源领域的  
就业人员数量达到 1370 万人,其中光伏 430 万人,风电行业 130 万人,分别  
比上年增加 60 万和 10 万人 B。  
能源转型将带动新能源汽车、绿色智能船舶等交通设备和基础设施转型发展,  
引领新一轮交通电气化产业浪潮。2022 年,全球新能源汽车销量超过 1000 万  
辆,2016~2022 年年均复合增长率达 54%,中国、欧洲和北美三大市场销  
量分别达到 590 万辆、260 万辆和 110 万辆,全球乘用电动汽车保有量达到  
2600 万辆,市场销售规模接近 4000 亿美元,预计 2030 年市场规模将迈入万  
亿美元。2050全球新能源汽车保有量将上升16亿辆,占比达75%C新  
能源汽车产业将塑造全新的制造产业链。新能源汽车制造涉及中游的电池、电  
机和电控“三电系统”以及上游的正、负极材料、隔膜及电解液,将在全球范围  
内形成新的产业分工格局,并带动上游锂、钴、镍等新兴矿产资源的开采和新  
材料新工艺的研发。非洲、中南美洲等富矿资源地区未来有望通过产业链上游  
相关环节布局迎来重要发展机遇。全球充电桩将进一步加快部署,向普及化和  
智能化方向发展。2030 年前全球充电基础设施年均增长将达到近 30%D。充电  
基础设施的规模增长和智能化将为 V2G 等商业模式提供更好的发展基础,根据  
预测 V2G 市场 2027 年前将达到 150 亿美元规模。绿色智能船舶产业将迎来高  
速发展。在能源转型背景下,伴随国际海事组织(IMO)航运业脱碳规则和各  
国绿色航运政策的出台,全球围绕港口岸电、船舶零碳燃料、陆基基础设施等  
加快研发与投资,预计 2030 年全球电动船舶市场规模将从当前的 50 亿美元上  
升至 100 亿美元以上。  
资料来源:https://about.bnef.com/blog/1h-2023-energy-storage-market-outlook/.  
资料来源:IRENA,RenewableꢀEnergyꢀandꢀJobsꢀAnnualꢀReviewꢀ2023,2023  
资料来源:全球能源互联网发展合作组织,全球碳中和之路,北京:电力出版社,2021。  
资料来源:https://www.iea.org/data-and-statistics/data-tools/real-time-electricity-tracker?gclid=Cj0KC  
QjwrMKmBhCJARIsAHuEAPQbgjcsev-YHoQHCfyMf9k_0Rfv0tJzQnQ0ZKe5YmkHgENzi_9htigaA  
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095  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
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图 5.1ꢀ 2015~2022 年全球新能源汽车销售数量 A  
5.1.2ꢀ 能源与信息产业加速融合  
加速推进能源革命与数字革命相融合,壮大能源互联网新业态。以大数据、云  
计算、物联网、区块链、人工智能为代表的新一代信息技术和智能化技术不断  
突破与发展,与能源电力转型加速融合,使得新能源开发、多能转换、先进储  
能、能源系统控制等领域的新技术、新装备不断涌现,同时也催生出综合能源  
服务、能源电商、能源电力大数据、虚拟电厂等新业务、新业态、新模式,培  
育出更多的新型市场主体,形成全新的能源互联网生态圈。  
专栏 5.1  
国网新能源云平台  
国网新能源云平台是国家电网公司投资建设的新能源综合服务平台,为  
新能源规划建设、并网消纳、交易结算等提供一站式服务。平台规划设  
计了电源企业、电网服务、用电客户、储能服务、大数据服务等 15 个子  
平台,涵盖源网荷储各环节,覆盖新能源资源优化配置、碳中和支撑服  
务、新型电力系统科技创新、新能源工业互联网四大应用服务场景。  
资料来:https://www.iea.org/data-and-statistics/data-tools/global-ev-data-explorer?KcUQAvD_  
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096  
5ꢀ 能源与产业协同促进公正转型  
新能源云在国网经营区27省级电网企业部署应用,为超440座、  
装机容量 7 亿千瓦的新能源场站提供运行监测和信息咨询等全方位服务,  
服务产业链上下游企业近 1.5 万家。  
创新举措包括:一是构建全方位服务新能源发展的一站式平台,具备为  
新能源开发消纳提供全流程、全环节、全场景数据和专业服务的功能。  
二是打造服务绿色发展、促进新型电力系统创新的支撑平台,建设全电  
源库、灵活调节能力库和可调节负荷资源库。三是综合运用各项创新技  
术攻关云平台建设,有效保证系统和设备安全高效运行。  
图 1 国网新能源云资源图谱功能示例  
097  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
智能电网加快构建,推动电力系统转型变革。随着清洁能源在一次能源中占比  
不断提升,电力电量平衡、电力调控管理将面临新的挑战,智能电网将数字技  
术、信息化技术等前沿技术融入到发电、输电、变电、配电以及用电等环节中,  
为电力系统安全、高效、平稳运行提供重要支撑。例如在发电端,通过电力通  
信技术、人工智能技术提供发电功率预测、发电设备智能运维服务;在输配电  
端,实现电网智能调度和运行,以及输电线路智能巡检、变电站和换流站智能  
运检、配电智能运维等;在负荷侧,实现需求管理、预测与优化,为电力市场  
交易提供决策支持。智能电网建设将驱动全球范围内广泛的新型能源和新型数  
字基础设施投资,2022 年全球智能电网市场规模约 360 亿美元,预计 2030 年  
市场规模将超过 1000 亿美元 A。  
5.1.3ꢀ 节能环保产业快速增长  
能源转型将促进节能环保产业市场不断扩大。节能环保产业通常包括节能产业、  
环保产业和资源循环利用产业等,涉及节能环保装备研发生产、技术与服务等,  
如资源循环利用设备与工程,工业节能、建筑节能服务等,与工业生产和城市  
生活服务相融合,其产业链长度大、辐射范围广、吸纳就业能力强,将成为经  
济增长的重要新引擎。建筑节能市场稳健增加,其中超低能耗的绿色建筑是节  
能环保产业发展的重点领域。美国和德国计划在 2050 年实现所有建筑净零能  
耗,日本制定了到 2030 年从基准建筑、超低能耗、近零能耗到零能耗的建筑节  
能政策路线图。2022 年建筑节能相关投资规模达到 2100 亿美元,未来 5 年有  
望进一步保持年均 5% 以上快速增长。据国际能源署(IEA)估计,在建筑节能  
改造或提高新建筑能效方面每投资一百万美元,就可以创造 9-30 个制造业和建  
造业的就业岗位,将有效激活地方的产业价值链。工业节能环保服务应用范围  
不断扩大,规模增长迅速。近年来,随着人工智能、大数据技术开始赋能工业  
节能领域,智能能源成为发展趋势,带动工业节电、工业余热利用等设备快速  
发展,未来 5 年工业节能服务市场将保持 4% 的年均增速,市场规模 2028 年  
有望达到 120 亿美元 B。  
资料来源:https://www.marketresearchfuture.com/reports/smart-grid-market-1110.  
资料来源:https://www.businessresearchinsights.com/market-reports/industrial-energy-efficiency-  
services-market-108944.  
A
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098  
5ꢀ 能源与产业协同促进公正转型  
5.2ꢀ 传统产业转型升级  
能源与产业协同发展将加快推动全球产业体系绿色升级,为全球绿色可持续化  
工业提供发展新机遇。绿电和绿氢在传统高载能冶金工业和化学工业的深度替  
代和应用将加速实现工业体系绿色变革,化石能源富集地区有望通过能源与产  
业的协同转型实现更具韧性的绿色发展模式,绿色产业园区将成为实现协同发  
展的重要载体。  
5.2.1ꢀ 高载能产业转型升级  
高载能产业与能源体系实现协同高质量绿色转型,将促进工业体系实现包容性  
和可持续变革。钢铁、有色金属、建材、石化化工等传统高载能行业均为重要  
的原材料工业,占全球工业能源消费的 53% 和工业碳排放的 77%。全球能源  
转型为工业化国家传统高载能产业的转型升级提出了新要求、新方向。同时,  
构建以绿电为中心、多能互补的能源体系也为不同发展阶段水平的国家绿色可  
持续工业化提供发展新机遇。推动高载能产业与能源体系协同转型发展,将加  
快推动工业体系燃料变革、原料变革和生产方式变革。  
钢铁行业将加快构建电为中心、电-氢-生物质能协同互补的能源消费体系。  
伴随着城市化和工业化的发展需求,南亚、中东和非洲等新兴经济体的钢铁产  
能中长期将逐渐提高,成为主要增长点。随着各工业大国落后产能逐布置换和  
淘汰以及废钢积蓄量的提高,投入结构和生产方式将由以煤为主向以绿电绿氢  
为主的新流程和新工艺过渡。预计 2030 年电炉炼钢和氢能炼钢规模分别有望达  
到 5.7 亿吨和 1.5 亿吨,2050 年分别上升至 10 亿吨和 2.8 亿吨。  
有色金属冶炼产业将实现清洁电力替代,进一步提高电气化程度和资源循环利  
用率,实现“绿电开采 + 冶炼冶炼产能分布总体将向可再生能源富集国家和  
地区转移,大型、高效的新设备和新生产工艺迅速应用,落后产能将逐步淘汰,  
电气化、数字化、一体化水平不断提高,实现产业开采、冶炼、生产加工和回  
收全流程低碳发展。预计到 2060 年,有色金属行业单位产品能耗比 2020 年下  
降近 40%,其中电解铝行业可再生能源电力占比有望达到 90%。  
099  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
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图 5.2ꢀ 未来全球钢铁行业生产工艺结构预测  
专栏 5.2  
 “电 - 矿 - 冶 - 工 - 贸”能源产业联动发展模式  
“电 - 矿 - 冶 - 工 - 贸”联动发展模式是基于地区清洁能源与矿产资源  
优势,打造电力、采矿、冶金、工业、贸易协同发展产业链、实现“投  
资 - 开发 - 生产 - 出口 - 再投资”良性循环的经济社会协调可持续发  
展新方案,主要适用于可再生能源和矿产资源丰富、且工业化处于起步  
阶段的国家和区域。  
非洲拥有丰富的清洁能源资源,水能、太阳能、风能理论蕴藏量分别占  
全球的 12%、40% 和 32%。非洲还拥有丰富的矿产资源,其中黄金、磷  
酸盐、钴储量均占世界 50% 以上,铁、铜、锌、铝储量占世界 20% 以上,  
锰矿储量则占世界约 83%。构建非洲能源互联网,实施“电 - 矿 - 冶 -  
工 - 贸”联动发展模式,能够破解非洲电力短缺困局,以充足的清洁电  
力保障矿山、冶金基地、工业园建设和生产,推动贸易出口由初级产品  
向高附加值产品转变,全面提升非洲经济发展规模、质量和效益。  
100  
5ꢀ 能源与产业协同促进公正转型  
基于各区域产业基础和资源禀赋,非洲可构建几内亚湾、东部、刚果河、  
南部、沿地中海五大区域经济圈。建设非洲国家间、区域间快捷、便利  
和安全的贸易通道,为各国产业培育、市场拓展、经济发展提供更多机  
遇,形成一体化崛起态势。在各经济圈内部,布局紧密协同、各有特色  
的产业发展带,不断夯实和提升工业基础能力,推广应用绿色工艺技术  
装备,建设一批现代产业中心城市,培育具有全球竞争力的原材料基地  
和冶金产业、加工制造业集群,打造强劲增长极。依托产业关联度高、  
带动性强的龙头企业和重大项目,重点打造一批矿冶加工示范工业园区,  
把工业园区建设成为优势产业的集聚区、创新发展的先导区、吸引投资  
的示范区。  
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图 1 非洲“电 - 矿 - 冶 - 工 - 贸”联动发展布局  
101  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
5.2.2ꢀ 绿氢产业促进化工产业绿色转型  
加深绿氢产业在各领域的规模化应用程度,促进各领域深度脱碳。随着制储运  
成本下降和技术的成熟,绿氢将在工业、交通、建筑与发电领域实现规模化应  
用。目前在运的绿氢项目多为十兆瓦、百兆瓦级。出于对氢能巨大需求的预期  
和规模经济的考虑,很多国家已规划了吉瓦级绿氢项目,如表 5.1 所示。研究  
显示,全球绿氢发电市场规模将在 2030 年翻番,达到 2500 亿美元,2050 年  
将达到 1 万亿美元 A。氢能与燃料电池市场规模将达 8500 亿元。航空、航海、  
工业高品质热、化工、冶金等领域难以直接应用电能实现脱碳,通过清洁电力  
制备氢气,可以间接实现这些领域的电气化。预计到 2050 年,全球绿氢需求  
量将达到 3.6 亿吨,绿氢发电和绿氢化工需求快速增长,实现大规模推广应用,  
终端用氢占能源消费比重约 10%。氢能实现跨洲及洲内跨区的大范围优化配置,  
输送规模约 5000 万吨。北非、西亚通过输氢管道及海运每年可外送约 1760 万  
吨绿氢;大洋洲采用海运液氢或氢化合物等形式外送约 1330 万吨。南美洲通过  
海运方式送北美约 550 万吨,送东亚约 810 万吨。  
表 5.1ꢀ 全球百万千瓦级绿氢规划项目  
装机容量  
氢产量  
项目完工  
时间  
项目名称  
位置  
备注  
(百万千瓦)  
(万/)  
HyDeal  
9500 万千瓦太阳能供电用于欧  
洲内部氢气供应  
67  
20  
西欧地区  
360  
-
2030  
-
Ambition  
AMAN  
3000 千瓦风能与太阳能供  
电,氢气用于绿色钢铁等领域  
毛里塔尼亚北部  
Power2X  
Asian  
由 1600 万 千 瓦 陆 上 风 电 与  
1000 万千瓦太阳能供电,出口  
至亚洲国家  
Renewableꢀ  
EnergyꢀHub  
14  
西澳大利亚  
荷兰北部  
175  
100  
2028  
2040  
海上风电供电,用于荷兰与德  
国 重 工 业 领 域, 处 于 可 行 性  
研究阶预计 2027 达到  
100 万千瓦  
NorthꢀH2  
> 10  
海上风电供电,处于项目初期,  
预计 2025 年达到 3 万千瓦  
AquaVentus  
10  
德国黑尔戈兰  
100  
50  
2035  
2021  
北京京能内蒙  
古风光氢储  
一体化项目  
5
内蒙古额济纳旗  
处于在建状态  
资料来源:GoldmanꢀSachs,ꢀCarbonomics-theꢀcleanꢀhydrogenꢀrevolution,ꢀ2022.  
A
102  
5ꢀ 能源与产业协同促进公正转型  
续表  
装机容量  
氢产量  
项目完工  
时间  
项目名称  
位置  
备注  
(百万千瓦)  
(万/)  
Heliosꢀ  
陆上风电与太阳能供电,用于  
4
沙特西北部  
巴西东北部  
24  
60  
-
GreenꢀFuels  
出口  
风 电 与 太 阳 能 供 电, 项 目 于  
2021 年宣布,用于出口  
BaseꢀOne  
HyEx  
3.4  
2025  
太阳能供用于绿色肥料生  
产、出口,项目于 2020 年宣布,  
处于初期阶段  
1.6  
智利  
12.4  
25  
2030  
2029  
由太阳能供电,主要用于燃料  
电池发电,另有供热、重工业  
应用  
Whiteꢀ  
1.5  
希腊北部  
Dragon  
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图 5.3ꢀ 全球电制原材料产量预测  
化工产业向电氢协同的生产体系转变,实现绿电、绿氢和生物质深度应用。预  
计到 2060 年,全球甲醇、乙烯和合成氨三大高耗能化工产品的消费量将分别增  
加 75%、70% 和 45%。随着电氢协同的化工生产体系加快演进,电加热、电  
化学工艺和设备有望在 2030 年迅速实现规模化应用,提升工艺流程的电气化率  
和综合能效。随着绿氢制备和 CCUS 等技术成本不断下降,电制原材料经济性  
不断提升,2030~2040 年将率先在中国、欧美国家实现大规模应用。2050 年  
绿氨、绿色甲醇规模有望分别达到 8000 万吨和 6000 万吨。  
103  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
专栏 5.3  
绿电支撑传统化工低碳转型  
德国化工巨头巴斯夫是化工行业低碳转型的典范,该企业秉持可持续发  
展理念,提出到 2030 年二氧化碳排放量较 2018 年减少 25%,到 2050 年  
实现碳中和的中长期减排目标。  
巴斯夫在化工生产环节推动电能替代,逐步用电能替代高碳排放的化石  
燃料。2022 年 9 月,巴斯夫、沙特基础工业公司和林德启动了全球首座  
大型电加热蒸汽裂解炉示范装置建设。与传统的蒸汽裂解装置相比,有  
望减少 90% 二氧化碳排放。  
电力供应方面,巴斯夫使用光伏、风电等可再生能源为化工生产供电。  
在欧洲,巴斯夫与莱茵集团(RWE)达成合作,新建一座 200 万千瓦的  
近海风电场,为巴斯夫位于德国路德维希港的化学品生产基地提供绿色  
电力,并助力实现零碳制氢。在中国,位于巴斯夫上海浦东科技创新园  
和巴斯夫漕泾基地的光伏发电站每年可减少超过 1600 吨二氧化碳排放  
量。巴斯夫湛江一体化生产基地也已经实现首批装置 100% 可再生能源  
电力供应,目标到 2025 年实现 100% 使用可再生能源电力。2023 年 7 月,  
巴斯夫与明阳集团达成协议,在广东省湛江市共同建设运营 50 万千瓦海  
上风电场,为巴斯夫湛江一体化基地提供可再生能源电力。  
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图 1 传统技术与电加热技术对比 A  
资料来:https://www.basf.com/cn/zh/media/news-releases/global/2022/09/BASF_SABIC_Linde.  
htmlꢀhttps://chem.vogel.com.cn/c1154857.shtml.  
A
104  
5ꢀ 能源与产业协同促进公正转型  
5.2.3ꢀ 区域产业转型升级  
ꢀ 化石能源资源富集地区清洁转型  
1
能源转型将促进化石能源富集地区转向更具韧性的绿色发展模式。在全球能源  
转型步伐不断加快的背景下,以石油、煤炭、天然气等传统化石能源消费和出  
口为支撑的国家和地区将通过宏观战略和产业政策调整,依托能源转型积极推  
动经济发展的多元化发展。能源互联网建设将为地区能源与产业转型提供重要  
机遇。  
西亚国家大力发展新能源,积极推动产业多元化。利用在化石能源供应链中的  
竞争优势,西亚国家将能源转型带来的新能源开发与经济产业多元化战略联系  
起来,逐渐加大工业化、信息化和本土化的改革力度,制定中长期国家经济发  
展战略,积极推动近期和长远目标的实现。如沙特阿拉伯的“2030 愿景阿  
联酋的“2071 百年计划第四次工业革命战略”等。当前,西亚国家积极  
推进可再生能源装机部署以及城市和跨地区交通电气化发展,根据国际可再  
生能源机构(IRENA)数据,2022 年西亚地区可再生能源装机容量同比增长  
12.8%,为所有地区中增幅最大。西亚地区各国具有丰富的可再生能源资源,  
光伏发电理论蕴藏量约 12720 万亿千瓦时 / 年,风能资源理论蕴藏量约 83 万  
亿千瓦时 / 年,其中海湾六国具有较好的联网基础,各国之间已基本形成互联电  
网,能够为区域清洁能源进一步开发、电力互联与外送、区域供电可靠性提升、  
以及能源与产业中长期转型提供较强支撑。  
表 5.2ꢀ 西亚主要国家经济与产业发展政策  
国家  
战略名称  
重点内容  
沙特阿拉伯  
2030 愿景  
发展制造业、旅游业、信息产业、基础设施以及建立经济特区等。  
建设为民谋福祉、传播正能量的弹性政府;以高科技为武装,培育善于接受先  
进技术和经验的新一代青年;打造以知识为基础的多元化经济结构。  
2071 百年计划  
阿联酋  
第四次工业革 重点关注领域包括创新性教育、医疗旅游、机器人医疗、水和粮食安全、数字  
命战略  
经济,通过发展民族工业提升国防工业水平。  
在重点发展石油、石化工业的同时,强调发展多元化经济,着力发展金融、贸  
易、旅游、会展等行业。  
科威特  
卡塔尔  
2035 年愿景  
管理好可枯竭资源开采,将丰富的碳氢化合物资源转化为金融财富,投资于基  
2030 国家愿景 础设施和提高劳动者素质。加速实现经济多元化,将卡塔尔发展成为知识和高  
附加值产业和服务活动的地区中心。  
105  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
ꢀ 绿色产业园区助力各国工业低碳转型  
2
绿色产业园区是实现能源和产业高质量协同发展的关键载体。产业园区具有人  
口产业集聚、能源资源消耗集中等特点。由于园区涉及到的产业类型通常覆盖  
电力、工业、物流以及基础建筑等一系列高附加值、高排放单元,其产出、能  
源消耗和碳排放的占比较高。以中国为例,截至 2022 年,中国拥有产业园  
区数量接近 2 万个,园区经济对全国经济贡献的增长率超过 30%,其中工业  
园区共计超过 2500 家,贡献了超过 50% 的全国工业产值,排放量占全社会  
比重超过 30%。作为承载区域经济发展的平台,园区实现绿色低碳发展对能  
源与产业转型升级具有重要意义,同时也是实现温室气体控制和减排的关键  
靶点。  
专栏 5.4  
中国江苏怡宁能源微碳慧能科创产业园  
江苏怡宁能源微碳慧能科创产业园是以新能源为主体的源网荷储一体化  
园区级成功案例,园区充分利用建筑景观及风光资源,建设多形式光伏、  
风力发电系统,形成“自发自用,余电上网”的高比例新能源供应体系,  
通过数字化技术对园区碳生产要素进行采集分析,实现碳资产“可视、  
可控、可管。  
园 区 清 洁 能 源 占 比 超  
过 85%并建设交直流  
配电网,通过预制舱储  
能 和 V2G 充 电 桩 提 高  
光伏、风电等新能源的  
就地消纳能力。建筑内  
部署铅碳电池,存储新  
能源发电并为小电压等  
级负荷供电。以地源热  
图 1 江苏怡宁能源微碳慧能科创产业  
泵、空气源热泵结合储  
106  
5ꢀ 能源与产业协同促进公正转型  
冷储热系统,降低园区供冷制热能耗。园区管理实现高度数字化,采用  
最新的 5G 和 WiFi6 技术,实现园区网络和智能终端全覆盖,实现园区  
人、车、物、能、碳等万物互联、实时感知。综合运营中心基于大数据、  
AI 等新技术的分析,实现园区管理可视、可管、可控,支持业务敏捷决  
策与创新。园区实现了全流程追踪管理碳排放,运用数字技术连接人与  
碳、物与碳、碳与能,实现园区碳排放在线、实时监测及碳排放全生命  
周期管理,通过对用能系统、供能系统和碳管理系统的智能调节和联动  
协同,提高新能源的消纳能力和有效利用。通过能源流、碳流、信息流  
和价值流四流融合,不断降低园区碳排放,逐步实现双碳目标。园区每  
年可节约电能 300 万千瓦时,减少二氧化碳排放 5600 吨,节约标准煤  
1200 吨。  
各国积极出台政策推动绿色工业园区建设和新兴产业布局。依托本地资源吸引  
产业投资,各国积极打造低碳 / 零碳产业园区。一方面,发达经济体将高效储  
能、氢能、智慧微电网、CCUS 等相关绿色技术循序渐进地引入存量工业园区,  
实现对高排放产能的置换和新兴制造业产能的引入,加强能源管理的数字化、  
智能化,提高园区运营能效水平,稳步推进园区低碳绿色转型。另一方面,发  
展中经济体正大力建设低碳产业园区,结合区域的可再生能源开发和能源互联  
网建设,构建多能转换、多能互补、多网融合的综合协同能源系统,部署先进  
绿色技术和绿色工艺,高质量推进新兴制造业集群的低碳化,提升制造业的低  
碳竞争力。  
专栏 5.5  
 全球最大的绿色工业园——印尼加里曼丹工业园  
2021 年底,世界上占地面积最大的绿色工业园在印尼北加里曼丹省布隆  
干县开工建设。该项目由来自印尼、中国和阿联酋投资开发商合作建设,  
占地 16000 公顷。该园区布局锂电池、半导体、太阳能电池板、绿色铝  
和工业硅等高精尖制造产业。印尼政府预估在园区建设过程中将创造约  
10 万人就业,远期将有望吸收多达 20 万名工人就业。  
107  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
绿色电解铝冶炼及加工产业将成为该园区的重要支柱性产业。一方面,  
印尼拥有丰富的铝土矿资源,储量高达 12 亿吨,全球排名第 6,但本国  
的缺乏冶炼产能,导致矿业附加值较低,长期以来无法惠及本国经济发  
展和就业;另一方面,在各国努力践行《巴黎协定》目标的要求下,以  
电解铝为代表的高载能产业发展面临挑战,煤 - 电 - 铝一体化的粗放式  
发展模式将逐渐向由水电和太阳能主导和绿色冶炼技术驱动的绿色电解  
铝产能转型。印尼第二大煤矿企业 PT Adaro Energy Tbk 计划在该园区投  
资 7.3 亿美元建设铝冶炼厂,而西加里曼丹省的塔朗河和卡延河和水力发  
电以及附近区域的光伏电站将为园区的绿电供应提供重要支持。预计该园  
区电力基础设施投资需求约 120 亿美元,附近港口投资需求约 10 亿美元。  
加里曼丹工业园将成为未来中长期印尼推动能源转型和产业升级的重要  
载体和引擎。园区建设将使北加里曼丹成为重要的绿色能源中心和制造  
业中心,使印尼在全球制造业格局转移和重塑的背景下,提升本国制造  
业综合实力,为城市化、工业化进程提供更加坚实的保障。  
5.3ꢀ 互联互通促进区域发展与减排协同  
通过电网互联互通,能源配置范围扩大,能够实现供给侧和需求侧高效对接,  
大幅降低能源开发利用成本,提高区域资源利用灵活性。太阳能、风能、水能  
等清洁能源具有波动性、随机性和跨时空互补特性,互联互通能够充分统筹时  
间差、季节差、资源差,降低清洁能源开发成本,实现多种清洁能源的互补互  
济和高效利用,促进区域发展,实现区域协同减排。  
5.3.1ꢀ 全球电网互联发展与展望  
为促进能源供应多元化和清洁转型,欧洲、非洲、东南亚和海湾国家加快推动  
电网互联,众多大型输电项目取得重要突破。欧洲电网整体发展水平较高。欧  
洲互联电网以陆地交流互联为主,跨海直流互联为辅。欧洲共有 35 个国家的  
39 家运营商加入了欧洲输电运营商联盟(ENTSO-E形成世界最大的跨国  
互联电网。在 ENTSO-E 发布的十年网络发展计划 TYNDPꢀ2022 中,共包括  
108  
5ꢀ 能源与产业协同促进公正转型  
38 个国家的 141 个输电项目(跨国输电项目数为 85 个欧盟提出了跨欧洲  
能源互联网战略(TEN-E提出至 2030 年跨国电网互联水平达到 15%。北  
美网架结构比较成熟。北美电网建设主要目标是提供可再生能源电力输送通道,  
以及解决电网稳定性和供电可靠性问题。2021-2025 年,规划或在建线路共计  
4897 条,其中 450/500ꢀkV 及以上线路 197 条。亚洲各国电网发展水平差异  
较大。日本、印度、泰国、马来西亚、哈萨克斯坦等国已形成 400/500/765ꢀkV  
交流主网架。非洲电网互联整体较为薄弱。非洲已成立五大区域电力池,其中  
北部非洲五国电网已实现同步互联,并与欧洲西部和亚洲西部相连;东部非洲  
区内形成北、东、西三个同步电网;南非最高电压等级为 765ꢀkV。南美洲电网  
发展水平较高。目前,巴西、阿根廷、委内瑞拉、哥伦比亚、乌拉圭等国已形  
成比较坚强的 500ꢀkV 交流电网主网架。  
未来全球电能配置的总体目标是形成全球能源互联网骨干网架,广泛互联大型  
清洁能源基地与负荷中心,实现清洁能源全球配置,跨时区、跨季节大规模互  
济。  
2035 年前,全球电力流以各大洲内跨区跨国电力交换为主,跨洲电力交换处于  
起步阶段。亚欧建成“一横三纵”互联通道,建设亚欧北横、亚非互联通道,欧  
洲西纵、欧洲中纵,及亚洲东纵、中纵和西纵通道。亚欧非建成“一横三纵”互  
联通道,建设欧非西纵、欧非中纵、非洲东纵、北部非洲至西亚互联通道。美  
建成“三横一纵”互联通道,建设北美南横、南美北横、南美南横及美洲东纵  
互联通道。2035 年全球跨洲跨区电力流总规模达到 3.3 亿千瓦,其中跨洲电力  
流 4600 万千瓦。  
到 2050 年,清洁能源基地进入大规模开发阶段,全球电力流形成清洁能源全  
球大范围优化配置、多能互补、跨时区互济格局。亚欧建成“两横六纵”互联通  
道,新增亚欧南横、欧非东纵互联通道。亚欧非建成“两横三纵”互联通道,新  
增非洲西纵通道,形成非洲大环网。美洲建成“四横三纵”互联通道,进一步加  
强北美南横互联通道,增强美国中西部清洁能源基地向东部、西部负荷中心送  
电能力。北极互联通道,2050 年左右,加快推进北极能源互联通道建设,促进  
北极清洁能源开发。2050 年全球跨洲跨区域电力流总规模达到 6.6 亿千瓦,其  
中跨洲电力流达到 1.1 亿千瓦。  
109  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
专栏 5.6  
巴西美丽山特高压输电工程促进绿电消纳  
巴西地域辽阔,80% 用电负荷集中在东南部发达地区,而发电资源则集  
中分布在北部亚马孙河流域,供需分布极不平衡,水电基地与负荷中心  
距离跨度达到 1000~2500 千米。特高压直流输电技术可以有效解决美丽  
山水电长距离输送难题。  
2014 年 2 月,中国国家电网和巴西国家电力公司联合中标巴西美丽山特  
高压直流输电项目(以下简称“美丽山项目该项目是巴西第二大水  
电站——美丽山水电站的送出工程。美丽山项目分为一期和二期,额定  
输送容量均为 400 万千瓦,电压等级为 ±800kV。2017 年 12 月美丽山一  
期项目建成投运,线路全长 2084 千米,2019 年 10 月美丽山二期项目建  
成投运,线路全长 2539。  
美丽山项目将巴西北部亚马孙流域的清洁水电输送到东南部负荷中心,  
不仅有效解决了巴西北部清洁水电外送和消纳难题,还提供了大量就业  
岗位。该项目能够满足圣保罗和里约热内卢等核心城市超过 2200 万人的  
用电需求,相当于巴西总人口的 10%。一期项目工程建设期间创造了超  
过 9000 个直接工作岗位、超过 21000 个间接工作岗位,二期项目创造了  
约 16000 个就业岗位,充分带动了当地上下游产业发展。  
图 1 巴西美丽山 ±800ꢀkV 特高压直流输电二期工程里约换流站 A  
资料来源:StateꢀGridꢀCorporationꢀofꢀChina,ꢀStateꢀGridꢀbuildsꢀ'electricꢀsuperhighway'ꢀforꢀBrazil,ꢀhttps://  
www.chinaservicesinfo.com/s/202309/15/WS65041a07498ed2d7b7e9b315/state-grid-builds-  
electric-superhighway-for-brazil.html.  
A
110  
5ꢀ 能源与产业协同促进公正转型  
5.3.2ꢀ 区域发展与减排协同  
全球能源互联网能源系统投资能够拉动相关基础设施建设投资,对经济增长产  
生直接贡献。到 2050 年预计能源系统累计投资 97 万亿美元,对全球经济增  
长的贡献率达 4.6%,其中累计投资最多的是亚洲,达到 52.7 万亿美元,对  
经济增长的贡献率为 4.3%;欧洲和北美洲累计投资分别为 14.8 万亿美元、  
12.7 万亿美元,对经济增长的贡献率分别为 6.1%、4.2%;非洲和中南美洲  
累计投资分别为 9.1 万亿美元、7.4 万亿美元,对地区经济增长的贡献率分别  
为 6%、5.2%;大洋洲累计投资为 1.1 万亿美元,投资对经济增长的贡献率  
为 4.4%。  
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图 5.4ꢀ 全球各区域能源系统投资拉动经济增长效益  
带动清洁能源及上下游产业和企业发展,为全球经济创造新的增长点。电网投  
资能够带动 2 倍的社会投资。以清洁能源为主的多能互补能源网络、清洁智能  
电力和先进制造技术,为产业转型升级提供动力支持和基建保障,让清洁能源  
为经济高质量发展赋能。促进以清洁能源为基础的先进制造业和服务业发展,  
以技术创新助力产业转型升级,将清洁能源资源优势转化为经济优势。绿色零  
碳产业转移带动欠发达地区经济增长,促进区域协调共赢发展,使清洁能源资  
源丰富的不发达国家和周边相对发达国家形成电网互联,实现能源技术投资与  
能源输送配置相互促进。  
111  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
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图 5.5ꢀ 跨区域电网互联互通促进可再生能源消纳和碳减排 A  
加速清洁能源大范围配置和规模化开发利用,促进各区域实现减排目标,加快  
全球减排进程。区域间电网互联互通能够扩大电网覆盖范围,使得更多优质风  
光资源得以开发利用,从而提升清洁能源发电经济性,提高可再生能源发电量,  
大幅减少电力部门二氧化碳排放。建设跨区域特高压输电工程,与无区域间互  
联互通的全球基准情景相比,2050 年可再生能源发电量将增加 12.3%,累积  
二氧化碳减排 550 亿吨,占全社会累积排放量的 5.5%。以南亚为例,跨区互  
联推动南亚地区 2050 年燃煤发电量降低 91%,二氧化碳排放量减少 23.7%B。  
资料来源:GuoꢀF,ꢀvanꢀRuijvenꢀBꢀJ,ꢀZakeriꢀB.ꢀetꢀal.,ꢀImplicationsꢀofꢀIntercontinentalꢀRenewableꢀElectricityꢀ  
TradeꢀforꢀEnergyꢀSystemsꢀandꢀEmissions,ꢀNatureꢀEnergy,ꢀ2022,ꢀ7,ꢀ1144–1156.  
A
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资料来源:GuoꢀF,ꢀvanꢀRuijvenꢀBꢀJ,ꢀZakeriꢀB.ꢀetꢀal.,ꢀImplicationsꢀofꢀIntercontinentalꢀRenewableꢀElectricityꢀ  
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112  
5ꢀ 能源与产业协同促进公正转型  
专栏 5.7  
 埃塞俄比亚—肯尼亚 ±500ꢀkV 直流输电工程  
埃塞俄比亚—肯尼亚 ±500 kV 直流输电工程项目是埃塞俄比亚与肯尼亚  
两国政府间规划的重点项目,由世界银行和非洲开发银行提供融资支持,  
是非洲大陆首条跨国直流输电联网工程,也是东部非洲电力互联规划主  
干线路,从位于埃塞俄比亚的 Wolayta/Sodo 400/132 kV 的交流变电站  
开始建设,到位于肯尼亚的苏苏瓦山 440/220 kV 交流变电站结束。线路  
输送能力为 200 万千瓦,总长约为 1045 千米。项目于 2016 年开工建设,  
2022 年投入试运行。  
项目通过电网互联实现了清洁能源大范围配置,助力区域低碳协同发展  
和互利共赢,既带动埃塞俄比亚富余电能出口创汇,也为肯尼亚提供稳  
定和充足的电力,促进埃、肯两国经济社会发展及民生改善。项目还实  
现了属地化工程管理,在项目推进和执行过程中,充分发挥埃塞俄比亚  
当地人力资源的语言、文化、管理等优势,为当地约 2700 人提供了就业  
机会。  
图 1 埃塞俄比亚—肯尼亚 ±500 千伏直流项目输电线路  
113  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
5.4ꢀ 保障社会公平正义  
以集约化、互联化方式开发清洁能源,能源供给经济性和可靠性大幅提升,显  
著降低经济发展成本。能源低碳转型过程将创造大量就业机会,增强劳动力素  
质和人力资本,有力驱动经济高速增长和社会蓬勃发展,使得欠发达地区、社  
会弱势群体共享可持续发展成果。  
5.4.1ꢀ 增强能源经济性  
提升清洁能源竞争力。大规模开发利用清洁能源,扩大清洁能源优化配置范围,  
将有效降低能源供应成本,增强能源经济性。随着风能、太阳能、绿氢等转化  
技术的进步和成本的快速降低,清洁能源竞争力将全面超过化石能源。到 2050  
年,陆上风电和光伏发电的平均度电成本有望分别降至 2.5 美分、3 美分,大幅  
低于化石能源发电成本 A;绿氢制备平均成本 1~1.5 美元 / 千克,相比蓝氢和灰  
氢具有明显的经济性优势。2050 年全球平均度电成本将比目前降低 2.8 美分 /  
千瓦时,每年减少用电成本 1.8 万亿美元。  
实现清洁能源高效利用。一是开发更高效。连接大型基地与负荷中心的特高压  
大通道建成,特高压输电距离可以达到 5000 千米以上,大电网充分利用不同区  
域负荷特性差异,平衡不同地区的各种可再生能源,实现各类能源联合高效协  
调运行。二是配置更高效。依托全球能源互联网,大规模的电力能够以光速在  
全球高效传输配置,不再局限在国内、洲内,实现东西半球跨时区补偿、南北  
半球跨季节调节,大幅减少全球总装机规模。三是消纳更高效。大电网将清洁  
能源消纳范围扩大至全球,保障新能源资源充分开发利用。同时,在用电侧实  
现与用户的双向互动,引导可调节负荷参与系统调节,促进节能降耗,提高能  
源系统运行水平和能源利用效率。  
发挥跨国跨洲联网效益。全球能源互联网可以实现跨国跨洲电力互补互济,统  
筹不同地区的资源差、时区差、季节差、电价差,减少备用容量,提高全系统  
的经济性和运行效率,显著提高投资效益。同时,电力互联互通可以实现不同  
地区负荷平滑,提供灵活性调节资源,减少冗余电源及储能建设,有效节约总  
资料来源:IEA,ꢀWorldꢀEnergyꢀ Statistics,ꢀ2018.  
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114  
5ꢀ 能源与产业协同促进公正转型  
体投资。以东北亚区域为例,相比本地开发模式,增加互联容量 9450 万千瓦,  
仅需增加电网投资 3000 亿元,节省电源及储能投资约 1.1 万亿元。  
为经济发展注入新动能。通过清洁能源规模化发展,推广智能电网技术,提高  
能源供给经济性和可靠性,为经济社会发展提供安全、清洁、低碳、高效的能  
源保障,显著降低全社会用能成本和经济发展成本。构建全球能源互联网,能  
够将资源优势转化为经济优势,加快形成以清洁能源为基础的产业体系,带动  
新能源、新材料、新型储能、智能制造、电动汽车等战略性新兴产业蓬勃发展,  
实现跨行业、跨领域协同转型,创造经济增长新动能。  
5.4.2ꢀ 提升能源可及性  
实现清洁的能源电力供应。全球能源互联网将以清洁替代促进能源生产革命,  
推动水、风、光等清洁能源协同开发,人类对能源的利用彻底实现从高碳、粗  
放、污染向零碳、智能、清洁的方式转变。到 2050 年,清洁能源占一次能源  
比重将达到 70%。全球能源互联网作为全球能源大规模配置网络,能够使清洁  
能源以低成本、低损耗、高效率、高质量的方式传输,在大洲之间、区域之间、  
国家之间优化配置能源资源,推动构建广泛互联的全球能源共享平台,为人类  
社会永续发展提供不竭动力。全球能源互联网将以清洁和绿色方式满足全球经  
济社会发展的能源电力需求,以电能替代促进能源消费革命,大幅提高全社会  
电气化水平,并通过电力将水、二氧化碳等转化为氢气、甲烷等燃料和原材料,  
满足人类永续发展需求。到 2050 年,清洁能源发电量占总发电量的比重将达到  
90.5%。价格低廉、服务高效的清洁电力供应将覆盖地球每一个角落,有力驱  
动经济高速增长和社会蓬勃发展。  
助力解决无、贫困、健康等问题全球能源互联网构建将在全世界范围内实现  
覆盖面广成本较低的现代能源服为最不发达国家提供更为公包容的发展  
到 2030 年,全球无电人口将下降一到 2050 年,全面消除无电人口问  
通过基地化和分布式开非洲 2035 年光伏和风电度电成本能下降到 2 美  
分 / 千瓦时和 1.7 分 / 千瓦通过在非亚洲等贫困人口集中的区域进行电  
力普及,加快推进重点扶发挥电力对工业生生活品质的保障和提升  
全面消除贫促进社会公平正充足的绿色能源将减少环境污使  
人类拥有更洁净的空水和食享有更好的医疗卫生服类福。  
115  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
专栏 5.8  
 电网供电和分布式供电解决非洲无电问题实践  
非洲实现可持续发展面临能源电力严重短缺的制约。当前,非洲有超过  
6.4 亿人口生活在无电地区,撒哈拉以南非洲地区通电率全球最低,人均  
电力消费量仅为 180 千瓦时 / 年。通过因地制宜采用电网供电或分布式  
供电系统建设的方式将助力消除无电人口。  
1.电网供电为学校提供电力保障  
2018 年 5 月,首个全球能源互联网能源援助项目——阿贝萨托学校供电  
工程顺利完工,使得距离埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴东南约 45 公里  
的奥罗米亚州格兰镇阿贝萨托学校实现市政供电。该工程由距该校最近的  
宝莱莱米变电站引出一条 15 kV 的 7.5 公里线路为学校供电,架设 120 根  
左右电杆,建成后学校用电成本较此前下降近 80%,计算机、投影仪等  
先进教学工具得以走进课堂,该项目还为解决周边村庄无电问题奠定了  
基础。  
图 1 电网供电解决阿贝萨托学校无电问题  
116  
5ꢀ 能源与产业协同促进公正转型  
2.分布式供电系统解决社区用电  
采用分布式光伏或其他可再生能源发电也是解决无电问题、提高电力覆  
盖率的有效途径。尼日利亚是非洲人口最多的国家,有约 40% 的人口用  
不上电,缺电断电严重制约经济发展。2020 年 12 月,尼日利亚国民光  
伏扶助计划“太阳能家用系统SHS)正式实施,将在全国电力服务欠  
缺或离网的社区中,安装 500 万套太阳能家庭系统和小型电网,为偏远  
地区缺电人口提供清洁电力,预计将有约 2500 万人口从中受益。SHS 计  
划还涉及光伏组件制造和组装,鼓励太阳能设备制造商或组装商在尼日  
利亚投建工厂,预计有望创造 25 万个就业岗位。  
图 2 分布式光伏助力解决非洲无电问题 A  
全球能源保障更加可靠。全球能源互联网可实现低成本、充足的清洁能源供给,  
建立安全稳定的能源供需格局、绿色低碳的能源发展方式、互利共赢的能源合  
作关系、普适高效的能源治理体系。能源发展将较少地受到地缘政治、自然灾  
害、金融操控、商业投机、垄断经营等因素的影响,更好地支撑经济社会发展。  
全球覆盖的电力网络以其强大的资源配置能力,保障水电、风电、太阳能发电  
资料来源:https://www.seetao.com/details/209512.html.  
A
117  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
等集中式和分布式电源大规模接入,实现供用电关系的灵活转换。依托数字化、  
智能化先进技术,可精确预测用电负荷,动态调整电力系统结构,保障跨国跨  
洲电网安全稳定运行。兼具坚强和智能特征的全球能源互联网,抵御风险能力  
高,能够自动预判、识别大多数故障和风险,高效应对各类自然灾害,安全保  
障能力大幅提高。  
5.4.3ꢀ 增加体面就业  
增加能源清洁低碳转型投资从而拉动就业增长。一是能源转型投资带来的直接  
就业增长。包括开发可再生能源、提升电网和能源灵活性以及提高能源效率三  
个方面 A。在可再生能源和提升能效领域每投资 100 万美元所创造的工作岗位是  
投资化石燃料的近三B。能源转型和技术进步也会改变工人的工作内容和方式,  
通过提供教育和培训项目,能够帮助在传统行业工作的工人获得转型到新岗位  
所需的必要技能,增加这些工人的就业机会。二是通过产业链上下游协同联动  
带来就业新机会。能源低碳转型将直接拉动上游关键原材料(铜、镍、锂、稀土  
等)生产加工、发电设备及核心零部件生产制造、发电系统建设及运维等行业的  
发展,推动下游工业制造业、交通、建筑等主要用能部门协同转型,在解决就  
业问题、降低失业率上发挥重要作用。三是通过促进产业结构优化调整创造大  
量就业岗位。能源转型将为全社会产业结构转型升级注入强大动力,推动数字  
经济核心产业、战略性新兴产业的蓬勃发展,不断带来新经济增长点和新就业  
机会,促进经济社会高质量发展。  
发挥能源电力全产业链联动优势增加各领域投资。由投资拉动的间接就业数量  
显著高于直接就业数量,比例约为 2∶1C。到 2050 年,能源系统投资将在全  
球创造近 5000 万就业岗位,其中亚洲地区就业的拉动效应最为显著,创造近  
2700 万就业岗位,超过全球新增就业岗位的一半;欧洲和北美洲创造就业岗位  
分别为 400 万和 180 万;非洲创造约 1600 万就业岗位;中南美洲具有清洁能  
源优势,就业岗位增幅约 100 万;大洋洲新增就业岗位接近 50 万。  
资料来源:IEA,ꢀGlobalꢀRenewablesꢀOutlook:ꢀEnergyꢀTransformationꢀ2050,ꢀ2020.  
资料来源:Garrett-PeltierꢀH,ꢀGreenꢀVersusꢀBrown:ꢀComparingꢀtheꢀEmploymentꢀImpactsꢀofꢀEnergyꢀ  
Efficiency,ꢀRenewableꢀEnergy,ꢀandꢀFossilꢀFuelsꢀUsingꢀanꢀInput-OutputꢀModel,ꢀEconomicꢀModelling,ꢀ  
2017,ꢀ61:ꢀ439-447.  
A
B
资料来源:IEA,ꢀNetꢀZeroꢀbyꢀ2050:ꢀRoadmapꢀforꢀtheꢀGlobalꢀEnergyꢀSector,ꢀ2021.  
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5ꢀ 能源与产业协同促进公正转型  
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图 5.6ꢀ 2050 年全球分区域能源系统投资创造的就业岗位  
专栏 5.9  
能源转型与新增就业案例  
1.美国大湖区能源转型投资与就业创造  
大湖区(The Great Lakes)位于北美洲五大湖南部,自 20 世纪 30 年代以  
来该地区因为新兴产业、国际贸易、技能与教育等多重因素影响导致制  
造业和人口持续迁出。2014~2019 年,五大湖地区在 25 个最具生产力  
的行业中就业比例最低,主要行业的活力均在放缓。近年来,联邦政府  
出台系列法案鼓励清洁能源电力投资,并为五大湖地区发展世界一流的  
出口和创新中心创造新机会,各州政府也积极利用能源转型投资机会为  
当地创造经济新动能和就业,出台劳动力发展和公正转型相关政策。自  
2021 年以来,该地区已经吸引了超过 400 亿美元新能源转型投资,特别  
是在电动汽车和电池、新型电解槽等领域。2022 年五大湖地区各州新  
能源相关就业人数增加 2.1 万人 A,制造业投资比疫情前平均水平增长  
150%B,根据美国人口普查局的最新数据,高科技领域一些最具活力的  
大都市均位于五大湖区。研究发现,在实施支持性政策的情况下,2030  
年前密歇根州在电动汽车领域可以增加 56000 个工作岗位。  
资料来源:美国能源部,USꢀEnergyꢀ&ꢀEmploymentꢀReport,2023。  
A
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资料来源:https://rmi.org/a-strategy-for-accelerating-energy-transition-investment-in-the-great-lakes/.  
119  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
图 1 通用汽车在密歇根州兰辛市投资建设电池工厂  
2.内蒙古风光火一体化多能互补项目创造就业  
内蒙古煤炭产量占中国总产量 1/4 左右,但“一煤独大”的发展模式对  
当地生态环境造成了严重破坏,挤占了其他产业的发展空间。为实现可  
持续发展目标,内蒙古充分发挥风光资源优势,鼓励风光火一体化多能  
互补项目,创造大量新的就业岗位,并通过政策引导和加强工人技能培  
训,解决煤炭退出引发的失业问题。内蒙古先后建设磴口县乌兰布和沙  
漠千万千瓦级光伏基地、乌拉特中旗和乌拉特后旗分布式风电基地、中  
蒙电力合作示范区等,推进多元化能源供给保障,缓解风光并网压力,  
还开发了库布其沙漠等光伏治沙、光伏治荒等模式。新能源基地开发带  
来大量风电、光伏、储能等高附加值设备制造产业和就业岗位。  
以隆基绿能在伊金霍洛旗的光伏产业链项目为例,该项目总投资 390 亿  
元,将建设年产 4600 万千瓦单晶硅棒和切片项目、3000 万千瓦高效单晶  
电池项目及 500 万千瓦高效光伏组件项目。项目达产后贡献税收 30 亿元,  
带动就业约 17000 人。  
图 2 蒙西基地库布其 200 万千瓦光伏治沙项目  
120  
能源与气象协同  
促进韧性转型  
6
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
受全球变暖影响,极端天气发生频次和强度持续升高,对能源电力保  
供和生产生活造成严峻挑战,能源电力系统的气候敏感性急剧增加。  
气候变化和极端天气成为影响能源电力行业运行和发展的重要因素,  
能源电力系统韧性转型是能源电力行业发展的重要方向。  
6.1ꢀ 气候变化对能源电力系统的影响  
随着气候变暖和气候异常加剧,能源系统、电力系统基础设施与气候系统关系  
复杂交织,极端天气气候事件作为“风险倍增器将加剧能源电力安全稳定运  
行面临的挑战。  
6.1.1ꢀ 能源电力系统的气候韧性影响评估  
ꢀ 电力供应体系与气候环境系统深度耦合  
1
极端天气引发“夏丰不丰”困局,水电不确定性显著增加。极端高温干旱引发水  
电季节性特征改变。极端高温往往伴随高压气候系统,同时导致降雨下降和蒸  
散增加,易形成复合型极端高温干旱事件,导致地表径流不足、江河水位下降,  
从而影响水电出力。例如今年中国受西太副高影响,7 月以来长江流域降雨量较  
常年同期偏少 46%,四川水电来水偏枯达五成,8 月中国水电发电量同比下降  
超过 10%。受持续性高温干旱天气影响,欧洲多条河流严重缺水,截至 7 月底,  
水电大国挪威的水库平均蓄水率为 68%,较过去 10 年同期平均水平低约 10 个  
百分点。  
长期气候变暖叠加短期高压静稳天气,风电保障能力持续低于预期。气候尺度  
上由于气候变暖,地区之间气压差缩小,导致平均风速呈长期趋势性下降;天  
气尺度上高压气候系统造成静稳天气,进一步导致短期风速减弱。例如今年,  
中国 7 月风电平均出力 6339 万千瓦左右,仅为装机容量的 19%,电力平衡紧  
张加剧。  
122  
6ꢀ 能源与气象协同促进韧性转型  
极端高温致使光伏出力不增反降,减低太阳能资源可用性。一方面长期气候变  
化导致光的直接辐射和日照时数呈减少趋势;另一方面极端高温可导致光伏组  
件输出功率下降,甚至损坏组件,影响系统发电性能。例如今年,中国四川光  
伏装机容量较去年同期增加 5%,但 7 月光伏发电量同比下降 6%。  
内陆核电因冷却用水问题,易受极端高温影响。极端高温干旱引发河流水位下  
降、温度升高,核电机组冷却用水量减少,核电发电能力下降。例如法国受今  
夏持续高温影响,用于冷却核反应堆的河流水位降至 20 年来最低水平,6 月核  
电发电量同比下降约 27%。  
ꢀ 能源基础设施的气候韧性面临考验  
2
高温、寒潮、风暴、雷暴等极端天气降低电网设备性能或直接损坏设备,危及  
电网安全运行。寒潮天气容易导致风机叶片覆冰、设备损坏,储能设备容量减  
少等;风暴可导致风力发电机因超过极限风速而停运等。2021 年 1 月,受低气  
压及寒潮影响,日本海沿岸持续出现暴雪天气,太阳能发电出力不足,风电大  
规模停机,导致日本多地停电,影响户数超过 4.5 万户。同年 2 月,美国德州  
极端寒潮导致大量燃气、风电机组因管道冻裂、桨叶覆冰等故障退出运行,造  
成多个地区约 500 万人轮流限电。  
极端高温导致输电线路过热受损、输送容量下降,风暴造成输电线路跳闸、断  
线等故障,迫使电网进入不完整运行方式。2003 年夏天,由于持续高温、负荷  
飙升,美国东北部地区部分输电线路发生过载跳闸,最终导致“8·14”美加大  
停电,影响近 5500 万人。2016 年 9 月,极端暴风天气导致南澳电网 275kV、  
132kV 线路倒塔 20 座,共 4 条 275ꢀkV 输电线路和 1 条 132ꢀkV 输电线路跳  
闸停运,使南澳大面积停电,波及约 170 万人。  
ꢀ 用电需求和方式的气候敏感性急剧增加  
3
气候变化和极端天气事件引发的尖峰负荷问题日益凸显。夏季最高负荷与气温  
呈正相关。研究表明,极端情况下夏季最高气温每增加 1℃,最高负荷可能增加  
4.5%。随着居民生活水平的提升和第三产业的发展,对温度高度敏感的制冷负  
荷逐年增多。  
123  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
极端事件的持续时间是影响负荷特性变化的重要因素。统计数据显示,当区域  
内平均气温升至 24℃左右时,制冷负荷开始出现;气温接近 30℃、持续时间超  
过一周,制冷负荷加速攀升,持续时间直接影响夏季极值;气温下降后,由于  
负荷回降存在滞后性,高负荷仍将持续 2~3 天。2022 年 8 月以来,中国中央  
气象台连12发布高温红色预警,极端高温助推四川电网负荷连创历史新高,  
最高达到全年平均负荷的 2 倍。在政府、电网企业、行业各方共同努力下,依  
托跨区电力支援、新型负荷管理、企业让电于民等多重措施,中国四川地区实  
现了极端事件下的电力保障。  
6.1.2ꢀ 提升能源电力系统气候韧性的机理框架  
减缓和适应是应对气候变化的两大策略,二者相辅相成,缺一不可,共同降低  
人类社会面临的气候风险。减缓是指通过能源、工业等经济系统和自然生态系  
统较长时间的调整,减少温室气体排放,增加碳汇,以稳定和降低大气温室气  
体浓度,减缓气候变化速率。在此过程中,已经发生的气候风险不会消除,潜  
在的气候风险仍在不断累积,甚至在全球实现碳达峰与碳中和后一定时期内仍  
将持续。适应是指通过加强自然生态系统和经济社会系统的风险识别与管理,  
采取调整措施,充分利用有利因素、防范不利因素,从而减轻气候变化产生的  
不利影响和潜在风险。气候变化影响和风险具有显著的区域性,切实有效的适  
应行动能够降低国家和地区面临的气候变化不利影响和风险,对于保障经济社  
会发展具有现实迫切性。  
从科学机理看,气候风险是致灾因子、承险体暴露度与脆弱性三者的相互作用  
结果,气候变化不一定导致灾害,必须与暴露度、脆弱性交集才可能产生风险。  
致灾因子是指自然气候与人为气候的变化,决定着风险发生的可能性。气候变  
化风险要素主要包括两个方面:一是平均气候状况,比如气温、降水趋势等,  
属于渐变事件;二是极端天气气候事件,比如热带气旋、风暴潮、极端降水、  
河流洪水、热浪与寒潮、干旱等,属于极端事件。承险体是指为遭受负面影响  
的社会经济和资源环境,包括人员、生计、环境服务和各种资源、基础设施,  
以及经济、社会或文化资产等。暴露度和脆弱性是承险体的两个属性,暴露度  
指处在有可能受到不利影响位置的承险体数量,脆弱性指受到不利影响的倾向  
或趋势。  
124  
6ꢀ 能源与气象协同促进韧性转型  
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图 6.1ꢀ 能源电力系统的气候风险概念框架图  
从提升韧性策略看,减缓作用于气候系统,通过影响致灾因子降低气候风险;  
适应作用于社会经济系统,通过影响暴露度和脆弱性降低气候风险。减缓方面,  
能源电力系统面临的气候致灾因子主要包括传统的高温热浪、低温寒潮、暴雨  
洪涝、雨雪冰冻、台风、野火等单一气候灾害,也包括极热无风、极寒无光、  
极旱无水等复合型气候事件。能源行业脱碳是减缓气候变化的重中之重,推动  
能源领域减排,将有效遏制气候变化带来的灾害风险,降低气候风险致灾因子。  
适应方面,能源电力系统的源网荷各环节都在一定程度受到气候变化影响。相  
比化石能源,可再生能源更易受气候系统波动和气候变化的影响,脆弱性更高;  
随着电网设施增多,面向各类极端事件的暴露度随之增强,电网设施的脆弱性  
增加;负荷主要分为一二三产和居民用电负荷,第三产业和居民用电负荷在夏、  
冬季用电高峰更易受极端高温、低温的影响,脆弱性更强。能源电力行业作为  
支撑社会经济发展最重要的基础设施,提高能源电力系统适应气候变化能力,  
减少设施暴露度和脆弱性,将为能源电力安全供应提供有力保障。  
125  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
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图 6.2ꢀ 能源与气象协同促进韧性转型的总体思路  
6.2ꢀ 能源与气象协同发展  
建设气候适应型电力系统和能源系统,促进能源气象技术融合发展,推动政  
策与市场体制机制建设,是新型电力系统和新型能源系统适应气候变化的重点  
举措。  
6.2.1ꢀ 建设气候适应型电力系统  
ꢀ 构建以新能源为主体的多元化电源系统  
1
规划中科学分析新能源发电能力,运行中对新能源发电功率开展高精度预测,  
增强抵御气候风险的能力。提高电源侧功率预测与高精度气候预测融合,建立  
126  
6ꢀ 能源与气象协同促进韧性转型  
127  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
128  
6ꢀ 能源与气象协同促进韧性转型  
129  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
功能完备的数据库和模型计算平台,结合先进传感、实时通信、数据融合、状  
态估计、态势预测等先进技术,提高面对长期气候变化和短期极端天气事件下  
新能源功率预测的精度和准度,服务新能源基地选址、规划设计与开发运行。  
专栏 6.1  
 德国高精度风光功率预测技术促进新能源消纳 A  
德国采取基于平衡基团 B的电力平衡机制,结合气象数值预报技术提供  
15 分钟内的精准新能源出力预测,保障德国电网发电和负荷平衡、保持  
电网稳定。在现货市场中利用气象信息精准预测负荷与发电量,有效降  
低系统平衡代价。  
这一技术的创新之处:一是预测数据来源多样化。除了利用不同的数学  
预测方法之外,德国很早就采用了多种天气预报的模型预测可再生能源  
发电。除了各种标准天气预报数据以外,还有其它众多的相关数据来源,  
比如卫星的图像数据、气象雷达和气象气球的实时数据,航海和航天的  
天气预报数据等,数据量越来越大,需要大数据技术才能更好地解决新  
能源预测问题。二是影响因素考虑全面。晨雾遮盖可能导致光伏发电的  
预测出现系统性误差,沙尘造成的光伏预测误差曾引起过系统备用严重  
不足。越来越多的影响因素被计入预测模型,例如积雪、冷锋、飓风、  
云层空气对流、电网输电阻塞、可再生能源站运行状态等。三是预测信  
息实效性加强。改进了气象模型,纳入了可再生能源的实时观测数据,  
德国推出了两个可再生能源预测的专项服务产品,把发布预测时间缩短  
到了 15 分钟,把预测周期延长到了 45 小时。  
取得的成效:一是保障可再生能源消纳。根据提前并相对精确的风光发  
电预测曲线提前安排火电等传统化石能源发电厂的发电计划,以达到最  
大幅度消纳新能源的目的。二是维护电网安全稳定。在每个微网区域或  
配网区域实现平衡,保证了电网发电和用电的平衡。平衡基团和输电系  
统运营商的合作是电力供需平衡的关键,维护了电网的稳定性,提升系  
资料来源:周滢垭,严骆锴,廖宇,德国:高消纳的秘密,能源评论,2016,02,总第 86 期。  
平衡基团的机制是德国电力市场设计的核心,一方面保证了电量可以像证券一样进行交易,另一方面保证了  
电网发电和用电的平衡,维护了电网的稳定。  
A
B
130  
6ꢀ 能源与气象协同促进韧性转型  
统整体安全。三是促进电力市场交易。平衡基团的机制保证了电量可以  
像证券一样进行易,有利于降低电力供需双方的中间成本,包括输配成  
本和交易成本等。平衡基团的预测和平衡控制做得越好,系统需要的平  
衡功率就越少,获得的商业受益就越高。  
建立波动性电源互补机制,加强非气候敏感型电源建设,推动电源结构多元化  
发展。随着新能源并网比例不断提高,电力系统既要面对随机波动的负荷需求,  
还要面对不确定的电源输入,特别是受极端天气影响,电力系统可靠性大大减  
弱,这就要求必须有火电、水电、天然气发电、生物质发电等可控装机进行多  
源互补,使得电力系统性能在遭受极端天气时,可以支撑电力工程在事故演化  
的能量不足阶段 A得以快速恢复。  
因地制宜部署备用电源,统筹考虑适应极端天气影响的备用容量。备用电源是  
否充足、可靠是扭转事故演化走向甚至能否及时解决电力危机的关键。备用容  
量标准除考虑负荷备用、检修备用等传统影响因素外,应当充分考虑极端天气  
危害程度和持续时间,在统筹当地可用备用电源类型、规模和属性基础上,重  
新进行系统备用容量安全性和经济性评估,确立最优备用容量,因地制宜优化  
备用电源布局。  
ꢀ 构建高度智能、主动应对、积极恢复的电网系统  
2
事故前,采取各项预备措施,加强电网对事故的预判能力。针对可预知事故和  
台风、暴雪等可提前足够长时间预报的气候灾害,应有针对性地做好预案,结  
合事故预测模型,对电力系统面临的风险进行预判和评估,积极开展事故前部  
署并做出预警。针对超级台风等罕见的极端灾害,电网应具备以不变应万变的  
能力,识别电网薄弱环节并采取改善措施,部署校正控制、紧急控制、主动解  
列和孤岛运行等先进运行控制系统,提升电网对气候风险的整体应对能力。  
由极端天气诱发的大停电事故,电力系统一般经历均衡稳态、能量不足、容量不足和重回稳态四个阶段。能  
量不足阶段是指受长期气候变化与短期极端天气影响,燃料供应设施、发电机组设备性能受损,容易导致一  
次能源供应不足。  
A
131  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
事故中,在规划设计和运行调度层面采取主动防御措施,降低气候风险的事故  
影响。在规划设计层面,通过制定气候适应性规划方案,增强电网元件抗打击  
能力,增加电网冗余度,使电网结构坚强,从而能够抵御极端事件对一、二次  
系统的破坏。在运行调度层面,在面对极端事件时,协调多种可控资源快速弥  
补功率缺额,提升系统稳定性,减小扰动事件的影响范围。  
事故后,及时启动应急恢复和修复机制,保障重要负荷持续供电,快速恢复电  
网运行。在常规扰动场景下,电网应能够利用先进的保护和自动化手段快速清  
除、定位、隔离故障并恢复供电。在极端事件导致的大面积停电场景下,电  
网应能够快速修复受损设备,有完备的黑启动方案,并能够有效调动分布式  
电源和储能、微电网(群移动发电车等资源保障对重要电力负荷的持续  
供电。  
专栏 6.2  
国网公司电力气象服务保障  
北京冬奥 100% 绿色电力供应  
“100% 绿电”意味着北京冬奥会全部场馆、全生命周期实现绿色电力可  
靠供应,而电网安全稳定运行面临着“功率预测精度低、负荷调峰难度  
大、气象灾害风险高”三大挑战,亟需气象服务提供可靠支撑与保障。  
在电力气象服务实现三方面创新:一是推动新能源调度技术创新。研发  
考虑气象因素的多尺度新能源资源预报、功率预测、调度策略优化等关  
键技术,保障新能源调度与消纳。综合大尺度气候效应及小尺度局地效  
应的资源预报系统能实现预报时长 72 小时、时间分辨率 15 分钟,局地  
空间分辨率达 30 米 ×30 米,预报误差由 25% 降低到 10%。二是构建输  
电智能全景平台。梳理冬奥赛区重要保电线路周边微地形、微气象信息,  
利用卫星进行监测预警,搭建电力气象灾害短临风险精准预警平台。三  
是建立电力安全保障体系。加强电力部门与气象部门协调沟通,建立专  
门针对涉奥设备的气象安全保障体系。重点做好核心区气象分析预警与  
信息共享,为设备运维检修提供精准指导,有针对性根据气象预警信息  
提出对应运检策略。  
132  
6ꢀ 能源与气象协同促进韧性转型  
取得的成效与价值:一是提升节能和减碳效益。北京冬奥会成为奥运历  
史上首届全部使用绿色清洁电能的奥运会。整体实现约 4 亿度绿电消费  
保障,相当于减少燃烧 12.8 万吨标准煤,减排 32 万吨二氧化碳。二是  
为全球大型赛事活动碳中和提供先进经验。通过电力气象深度融合,以  
气象信息与服务为支撑,保障北京冬奥会 100% 绿色电力,为未来大型  
赛事活动以及城市碳中和提供经验借鉴。  
图 1 绿色电力供应北京冬奥会  
ꢀ 形成灵活多样开放互动的需求侧负荷系统  
3
建立需求侧管理长效机制,通过广泛协作关系实现有序用电。极端天气造成电  
力供需矛盾激增,需求侧管理涉及政府、市场、调度等主体,协调实施难度增  
大,仅依靠电力公司及市场机制难以有效应对。在更大范围建立长效协同机制,  
形成电力公司主导、电力用户配合、政府兜底保障的紧密合作关系,对于在能  
量不足阶段有效干预、防止向停电事故演化具有重要作用。  
挖掘负荷侧可调配供电资源,通过综合供能提升电网韧性。建立配电网与电气  
化交通网络协同机制,提升电动汽车 V2G 技术与相关应用,在灾害前设计规划  
电动小汽车、电动大巴等多类电动汽车参与防灾恢复的优化方案,在灾害过程  
中与负荷侧其他储能设备、负荷原有 UPS 配合,为负荷持续供电。  
133  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
6.2.2ꢀ 建设气候适应型能源系统  
ꢀ 推动能源基础设施适应气候变化  
1
在充分考虑气候风险基础上,新建和维护能源基础设施,降低能源系统气候灾  
害损失。气候变化,特别是极端气候事件对能源生产供应、运输储存、消费利  
用各个环节具有较大影响,在新建能源生产设施、能源运输设施、电力传输设  
施时,需要重点研判所在区域的气候变化和极端气候事件发生频率、强度和趋  
势,统筹考虑对不同品种、不同环节能源系统的影响,制定能源基础设施的新  
建和维护方案,实现各类能源资源的优化配置。  
专栏 6.3  
能源电力系统受寒潮风暴影响引发  
美国得州大停电事件  
2021 年 2 月中旬,受冬季寒潮风暴影响,美国得州遭遇极端寒冷天气,全  
州气温降至零下,部分地区最低气温甚至达到零下 26℃,大幅低于冬季  
10℃以上的平均气温。极寒天气使得州能源和电力系统运行受到严重影  
响,主要表现在两个方面:一是供暖需求导致短期能源需求、电力负荷和  
电力需求大幅上升。自 2 月 10 日起,得州日最大负荷开始超过预测值,2  
月 14 日夜间实际负荷达到此次事件最大值约 6922 万千瓦,高出平常冬季  
最大负荷 1000 余万千瓦。二是天然气和电力供应系统受寒潮影响导致短  
期供给严重不足。寒潮导致 4500 万千瓦机组停运,占总装机的 43%。  
此次得州轮流停电导致超过 450 万居民断电,覆盖全部 254 个县,至少  
造成 70 人死亡,经济损失超过 1950 亿美元。由于电力供应紧张,得州  
电力市场电价暴涨,2 月 16 日批发电价尖峰超过 10 美元 / 千瓦时,部  
分地区批发电价达到 12 美元 / 千瓦时,一周内暴涨 100 倍。天然气价格  
也从日常约 8.5 美分 / 立方米涨至 14.26 美元 / 立方米,飙升近 170 倍。  
美国得州大停电事件是极端天气导致的多系统综合失效,是发展理念、  
基础设施、管理体制、市场机制等多因素综合作用的结果,折射出得州  
134  
6ꢀ 能源与气象协同促进韧性转型  
美国东部时间 2 月 16 日 11:00  
美国东部时间 2 月 17 日  
停电用户比例(%)  
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80  
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图 1 2021 年 2 月 16 日 -17 日得州停限电范围示意图  
能源电力设施老旧,跨区电力互济薄弱,管理体制松散,应急预案不完  
善等深层次问题。  
未来能源电力系统越来越“靠天吃饭一方面应加强高比例清洁能源电  
力系统安全性的前期研究和技术储备,实现“源网荷储”与天气气候系  
统的动态匹配和协调优化;另一方面也要重视传统化石能源在应对极端  
事件中的作用,加强电力和其他能源基础设施的统筹协同。  
ꢀ 促进其他关键基础设施协同应灾能力  
2
协同优化城市电网与天然气管网、供水系统、交通系统等关键基础设施,共同  
应对极端事件和气候风险。城市电网与城市天然气管网、供水系统、交通系统  
等关键基础设施耦合日趋紧密,停电事故进一步导致交通、通信、供水等城市  
生命线系统功能失效,严重威胁城市公共安全。需要充分考虑电网 - 燃气、电  
网 - 供水、电网 - 交通系统之间的耦合关系,建立精准分配发电资源和用电资  
源机制。  
135  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
专栏 6.4  
 电力 - 供水 - 供气系统协同负荷恢复决策技术  
关键基础设施之间存在复杂的耦合性,由极端事件引发的大停电事故发  
生后,如果在恢复决策中对耦合性考虑不足,可能造成即使恢复了某一  
关键基础设施的电力供应,但仍无法正常运转的后果。通过建立考虑关  
键基础设施协同的配电网恢复优化决策问题混合整数二阶锥规划模型,  
以最大化基础设施运行能力为目标,能够实现为配电网恢复提供优化决  
策支撑。  
灾害事件  
天然气系统  
电力系统  
医院  
天然气站  
天然气管道  
供水系统  
微型燃气轮机 电动汽车  
移动发电车  
供水管道  
交通系统  
应急中心  
天然气流  
供水站  
交通流  
电力潮流  
供水水流  
图 1 城市电网与其他关键基础设施协同应灾  
以改进的 IEEE-13 节点标准算例基础上构建基础设施耦合系统为例,对  
供水系统、供气系统、医院这三类基础设施及耦合性进行数学建模,配  
电网分别给医院、供水站、水泵站和供气站供电;供水站利用恢复的电  
量,通过水泵站给供气站和医院供水 ; 供气站利用恢复的电量和水量,直  
接给医院供气。医院利用供给的电量、水量和气量恢复运行能力。本节  
算例中,医院设置在节点 7;供气站设置在节点 12;供水站 1 设置在节  
点 2,供水站 2 设置在节点 9;三个水泵站依次设置在节点 4、节点 11、  
节点 13。其余 6 个节点均为普通负荷节点,三个 DG 分别设置在节点 3、  
节点 5、节点 8。供水系统网络拓扑由接有医院负荷的节点、接有供气站  
负荷的节点、接有供水站负荷的节点、接有水泵站负荷的节点和一个普  
通负荷节点组成,包含 8 个节点,7 条线路。供气系统由接有医院负荷  
的节点和接有供气站负荷的节点组成。  
136  
6ꢀ 能源与气象协同促进韧性转型  
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图 2 算例中配电网、供水系统、供气系统的拓扑关系  
算例结果表明,以 DG 总容量为 780 千瓦对比考虑和不考虑基础设施协  
同恢复结果。不考虑基础设施协同的算例中,供水站 2 没有被恢复,导  
致供给医院的水量不足,医院运行能力为 90%;考虑基础设施协同的算  
例中,所有供水设施均恢复,医院运行能力恢复至 99%。考虑基础设施  
协同的恢复模型在相同电源容量情况下,能够提升关键负荷运行能力,  
恢复策略更为高效,同时也进一步反映了关键基础设施之间的协同及考  
虑基础设施协同恢复策略的必要性与实际性。  
6.2.3ꢀ 促进能源气象融合技术发展  
技术创新发展对能源与气象融合发展至关重要,在调研应用现状、典型工程的  
基础上,紧密结合能源气象融合的实现路径,提出包含 4 大领域 12 类技术类别  
的能源气象融合发展技术体系。ꢀ  
气候感知技术包括能够全面、快速、准确地感知气候气象要素与电网运行状态,  
预测电网未来运行态势,并对潜在气候气象风险做出预警的技术。一是气候气  
象监测预报与机理研究,即针对自然灾害及日常气象条件建立全面的观测体系,  
提升极端灾害天气预报能力,重视对未来气候气象参数的总结、分析与预测。  
137  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
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图 6.3ꢀ 能源气象融合发展技术体系  
二是电力网络与设备智能监测,即指对整个输配网络系统的量测装置,如同步  
相量测单元 PMU、数据采集和监控系统 SCADA 等;以及设备智能监测及检测  
装置,如故障指示器、巡检机器人和传感器监测网络等。三是电力系统预警技  
术,即利用数据融合、状态估计和概率统计等方法,对电网常态情景下运行态  
势、应急情景下和极端情景下电网故障态势进行分析和评估。  
专栏 6.5  
盘古人工智能气象大模型  
华为云盘古气象大模型是基于人工智能(AI)模型和大数据驱动的气象  
预测大模型,模型对气象要素和气象灾害的预测精度和准确度超过传统  
数值预报方法。  
传统的数值天气预报广泛应用于天气预报、极端灾害预警、气候变化预  
测等领域,但随着算力的限制和物理模型的逐渐复杂化,这一方式的局  
限性日益突出。研究人员开始挖掘新的气象预报范式,使用深度学习方  
法预测未来天气。  
138  
6ꢀ 能源与气象协同促进韧性转型  
华为云的研究人员提出了 3D Earth-Specific Transformer(3DEST来  
处理复杂的不均匀 3D 气象数据,从而打造了盘古气象大模型。方法核  
心是使用一个视觉 transformer 的 3D 变种来处理复杂的不均匀的气象要  
素,并且使用层次化时域聚合策略,训练了 1、3、6、24 小时预报间隔  
的模型,减少迭代次数和迭代误差。它的计算速度相比传统数值预报  
提升超过 10000 倍,仅需 1.4 秒即可完成 24 小时全球气象预报,包括  
位势、湿度、风速、温度、海平面气压等,其中水平空间分辨率达到  
0.25°×0.25°,时间分辨率为 1 小时,覆盖 13 层垂直高度,可以精准地  
预测细粒度的气象特征。模型预测精度和准确度可与目前最优秀的欧洲  
中期天气预报中心业务数值模式(ECMWF)的预报实力相媲美,对台  
风路径、极端寒潮等极端天气事件信号的捕获能力优于传统模型。  
规划运行技术指针对气候变化长期和短期影响,识别电网薄弱环节并采取改善  
措施,从规划、运行等多方面进行优化调整与预判防范的技术。一是提升适应  
性的输配电网网架优化规划,包括五个方面,即发电和负荷预测技术、输电网、  
配电网网架结构优化、多形态储能规划及需求侧响应技术。二是极端天气下的  
电网运行方式优化调整,包括电网运行方式、应急预警机制、关键设备强化决  
策三方面的技术。三是电网运行的协调预防性策略,包括电力系统运行中应采  
取的系列操作,如切断并联输电线、降低极端天气下可能出现的负荷水平、重  
调度以减少极端事件发生后潮流对输电线路的影响、后备资源准备等。  
应急恢复技术指电网正常功能遭到破坏后,电力系统及时启动应急恢复和修复  
机制,保障重要负荷持续供电,快速恢复电网功能至正常状态的技术。一是防  
灾减灾技术,包括电网融除冰、防雷和防山火等技术。二是应急抢修人员、物  
资和设备优化调配,应急物资包括通信类、照明类、供电类、辅助类等,针对  
电池、移动供电车等物资,需要进行优化调配,尽量减少关键负荷的停电持续  
时间。三是电网应急控制与恢复技术,包括交直流混联电网紧急频率控制技术、  
面向城市的配电网自愈技术和微网群控技术、信息入侵防御技术等。  
139  
全球能源包容公正韧性转型——方案与实践  
专栏 6.6  
电网融冰技术有效应对极端雨雪冰冻灾害  
电网冰冻灾害遍布中国、加拿大、美国、日本等 100 多个国家,具有极  
强的破坏力。线路覆冰持续增加会引发跳闸、倒塔断线,甚至导致电网  
大面积停电瘫痪的特大事故。有记录的电网冰灾事故达 1000 多起,其  
中 2008 年 1 月中国南方多省冰灾,输电线路倒塔 70 多万基,导致铁路  
停运 7 天,直接经济损失 250 多亿元,近千万用户供电中断。电网大范  
围冰冻灾害的防治已成为世界电力行业亟待攻克的技术难题。  
国网湖南电力公司针对电网覆冰灾害特点,通过结合电网冰冻灾害预报  
技术与覆冰实时监视预警技术,实现了电网冰灾应急自动决策。一是构  
建了电网冰冻灾害预报体系,开发了电网覆冰长、中、短期预报技术和  
电网覆冰自动预报系统,预报准确率分别高达 100%、83.9% 和 98%。二  
是创建了恶劣条件下覆冰实时监视、预警与决策技术,研制了电网覆冰  
监测与预警系统。三是改进了电网冰灾防治技术及成套装备和防冰闪复  
合绝缘子设备,研制了固定式、移动式等系列直流融冰装备。  
这一技术的应用,大幅降低倒塔断线和冰闪跳闸事故发生,提升了电网  
抵御冰雪灾害的能力,提高了供电可靠性,减少冰灾停电对国民经济和  
人民生产生活的影响,维护了社会和谐稳定,具有显著的社会效益。该技  
术在中国相关省份推广后,已节约输电线路抗冰改造投资超过 71 亿元。  
图 1 强降雪天气导致输电塔覆冰严重  
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6ꢀ 能源与气象协同促进韧性转型  
多系统协同技术指电力系统协同内外部资源共同应对气候变化影响的技术。一