新型电力系统：世界主要发达经济体能源电力转型镜鉴

一、主要发达经济体能源电力转型战略路径

    气候变化给全人类生存和发展带来新的挑战。2021 年以来， 世界多个国家和地区出现了能源电力短缺的局面，俄乌冲突使 得全球能源供需紧张形势进一步演变为能源危机。世界各国正 在重新调整能源发展战略， 积极促进能源供给来源地的多样化， 提高能源战略储备能力，推动能源独立安全发展。

    欧盟、美国、日本等发达经济体率先启动能源电力转型， 各国新能源发电量近年来呈快速增长趋势。从2010年至2020年，欧洲地区新能源发电量占比由7.7%激增至23.8%，达9210亿千瓦时；美国新能源发电量占比由4.0%增长至12.4%，达4977亿千瓦时；日本新能源发电量占比由2.6%增长至12.5%，达1256亿千瓦时。各国结合自身资源禀赋、能源战略、技术水平、政策导向，制定了不同的能源电力转型战略与过渡路径。

2020 年世界主要发达经济体新能源发电量占比

    欧盟注重碳减排，同时关注能源安全。欧洲预计 2050 年实 现碳中和，利用其在绿色技术产业积累的领先优势，积极推动 可再生能源发展，从多个层面实现可再生能源替代转型。欧盟 主要国家可再生能源快速发展并实现高比例消纳，得益于充裕 的发电容量，灵活的发电调节能力， 紧凑的电网结构， 完善的 市场机制，以及可再生能源与其他电源、电网统筹协调规划等 多方面因素。近年来，在全球通胀与俄乌冲突叠加下，为保障能源安全，欧盟部分国家被迫重启煤电。

    美国注重能源独立， 加速能源技术商业化发展。美国始终把 能源安全放在首位，电源装机结构以气电为主。美国电力系统 转型包括两方面， 一方面是由能源低碳化转型驱动的电源转型， 包括扩大新能源发电规模、关停燃煤电厂或附加 CCUS 装置等； 另一方面是由能源转型和现代社会发展共同驱动的电网转型， 大力发展智能电网和微电网。同时，美国高度重视技术攻关， 包括氢能技术、先进核电技术、生物燃料技术与地热技术、储 能技术。

    日本注重电力稳定供应， 积极整合可再生能源与氢能。日本 电力系统规模约为我国浙江与江苏两省总和， 装机结构以气电、 煤电等化石电源为主。其电力系统转型过程中重点关注电力稳 定供应，提出将最大限度地开发海上风电、太阳能、地热等可 再生能源，推进可再生能源制氢技术的规模化应用，大力发展 零排放技术，通过储能、虚拟电厂等手段提升系统灵活性，力求通过能源技术优势弥补资源禀赋的劣势。

二、对我国新型电力系统构建的借鉴

    为适应新能源在系统中电量占比持续提升， 国际主要发达国 家立足于其国情和发展阶段制定了能源技术发展战略，通过电 力转型适应大规模高比例新能源的并网与消纳。目前各国主要 通过分布式发电和储能等领域技术革新，推动源网荷储多环节 的深度融合，同时积极出台金融、财政、法规制度并完善电力 市场建设，助力电力系统转型。各国重点转型措施可为我国新 型电力系统构建提供重要参考。

    一是提升终端电气化水平。英国拟通过推广基于热泵技术的供热电气化、加速电动汽车普及的交通电气化等一些举措提升终端用能水平。据英国商业、能源和工业战略部（BEIS）预计，英国终端电气化水平将由2021年的16%上升至2050年的50%以上。现阶段终端电气化水平相对较高的日本、美国和欧洲一些国家将通过对工业、交通运输、供暖和制冷等领域进行终端电气化改造，使终端用能电气化水平进一步提升至50%以上。

    二是大力发展分布式新能源。为实现分布式能源的高效利  用，各国积极构建分布式能源网络，通过屋顶光伏、分散式风 电、储能和微网建设， 来满足终端用户对冷、热、电的用能需求。 日本分布式发电以热电联产和光伏发电为主，据日本经济贸易  产业省（METI） 预计， 2030 年分布式能源系统发电将占总电力 供应的 20%。德国针对分布式新能源并网，制定了一系列技术 标准规范和并网检测认证制度，鼓励通过新能源电源远程调控技术等手段增强新能源发电的主动可调节性，满足系统安全稳 定运行要求。

    三是推进多时间尺度储能规模化发展。在碳中和背景下， 各国大力发展以电池储能、压缩空气储能等为代表的长时间储能技术，以提高电力系统调节能力和对新能源的消纳能力。美国国家可再生能源实验室（NREL）预计，2050年储能功率和储能容量将分别达到2亿千瓦和12亿千瓦时以上，储能规模相较目前将增长约10倍。美国能源部已投入大量资金用于支持全钒液流电池、压缩空气储能等技术研发。2050年，电网储能时长将以4小时、6小时、8小时为主，三类储能分别约占储能配置总量的34%、25%和19%。日本积极推动储能规模化发展，预计到2030年储能规模将比2019年增加10倍，商用和家用蓄电池市场规模将达到2400万千瓦时，车载蓄电池市场规模也将扩大到1亿千瓦时。英国主要以投入公共资金支持储能技术创新，通过发布“工业战略挑战基金”、开展“法拉第挑战计划”等措施鼓励对电 池储能延寿、系统规模提升、回收利用等方面进行深化研究。

    四是加快布局氢能产业， 推动电能与氢能互转利用。以日本、美国和欧洲为代表的发达国家和地区十分重视氢能产业技术创新与发展。美国、德国等制定了与氢能产业相关的发展路线图，拟投入总计数亿美元资金用于开展规模化“制氢、运氢、储氢和氢应用”研究，推进氢能全产业链发展，预计2050年加氢站用氢实现100%绿电制氢。英国的“绿色工业革命十点计划”提出要推动低碳氢能的应用，到2023年，在天然气系统混合氢能比例将达到20%，部署氢能供热研究并规划建设氢能社区、氢能城镇，2030年低碳氢能容量预计达到500万千瓦。氢电转换方面，日本、欧盟部分国家已在氢燃料电池方面取得阶段性成果，日本计划 2030 年安装 530 万台配有氢燃料电池的汽车。受限于 技术及成本因素，清洁氢气在 2035 年之前不会用于大规模电力 生产，但会在运输和重工业等其他部门发挥效益。2035至2040年， 以氢能为基础的电气化应用将大规模应用。据国际氢能委员会 预计，2050 年氢能将承担全球 18% 的终端用能需求。

    五是推动 CCUS 技术应用。目前，美国及欧洲一些发达国 家和地区选择 CCUS 技术作为碳减排手段，主要通过生物能结 合碳捕集与封存技术（BECCS）和直接空气碳捕集与封存技术 （DAC）进行碳移除。《美国能源法案 2020》授权 60 多亿美元用于 CCUS的研究、开发和示范，以推动其成本降低与技术进步。根据国际能源署可持续发展情景（SDS）所展示，2030年欧洲二氧化碳捕集量将增加到3500万吨左右，2050年将达到3.5亿吨。预计当前至2070年间，利用CCUS技术捕集的二氧化碳中将有42%来自电力部门。欧盟对CCUS项目研究提供了大量的资金支持，地平线欧洲项目部重点扶持CCUS的技术研发和创新，现阶段主要针对碳捕集、封存、转换以及碳去除类项目，后续预计还将大力支持碳运输和封存基础设施项目。欧盟创新基金组织主要扶持能源密集型行业的CCUS项目以及可再生能源等能为市场带来突破性技术的项目。此外，英国、挪威、荷兰等国家也通过设立基金、投资项目等方式支持CCUS技术研发和项目建设。

    六是推动大电网的柔性可控互联。大电网互联是实现不同 国家地区能源共享、提升电力系统运行调节灵活性的重要手段。处于互联电网中的国家、地区可以有效利用相连区域的资源作为本地新能源的储备电源。目前，德国与周边11个国家直接联网，共有63条交流线路，3条直流线路，跨国线路总输电容量为2960万千瓦，占德国最大用电负荷的39%，与邻国电网间的电力交换已占其总装机容量的12%。欧盟提出2030年各成员国跨国输电能力至少占本国装机容量的15%。欧洲输电系统运营商联盟（ENTSO-E）对跨国电网互联做出详细规划，利用场景分析深入研究跨地区系统高比例可再生能源与电动汽车、智能电网和储能的深度融合。

    七是提升能效管理，加强行业间良好耦合。德国政府发布 中长期能效规划《能效管理绿皮书》， 考虑将减少能源消耗、 避免能源浪费纳入能源政策和市场规划指导进程中； 推动供热、 制冷、交通等领域与能源领域更好地耦合；加强需求侧管理，  在增加可再生能源利用的同时提高系统灵活性。日本建立独特 的“能源管理师”制度，能源管理师主要负责对应企业和场所 的能源规划和能效管理工作， 推进企业与行业、政府的沟通，  由政府管理部门、政府主导的专业服务（研究）机构和各个大 型用能企业或机构的专业能源管理师组成的三级节能监管体系， 为制定和执行节能政策和政府获取企业信息提供了一个有效的 系统。

    八是积极推进电力市场建设。美国、日本和欧盟一些国家和 地区为适应绿色低碳发展需求，在市场设计层面积极构建促进 能源低碳转型的市场机制，具体表现在通过丰富市场化交易品 种， 完善需求侧资源参与市场交易机制等方面。美国各 ISO/RTO 在已有制度的基础上，不断扩大市场范围，出台了多项政策鼓 励储能等灵活性资源参与电网调节。CAISO 和 MISO 两家电力系 统运营商推出了灵活爬坡产品以通过价格手段引导市场调节资 源响应净负荷快速变化，提升新能源可调度性。此外，英国通 过政策和市场机制改革，对电力灵活性市场、储能， 需求侧响应等方面的政策与市场规则进行调整，消除涉及储能系统并网 与市场化的制度障碍。

    九是出台金融、财政、法规政策助力低碳产业发展。通过提 供低息贷款及设立发展基金，破解可再生能源制造企业融资难 的问题；通过征收环境税和对可再生能源投资采取税收优惠等 手段， 有序引导绿色低碳发展； 通过制定市场运行规范，开展 市场监督保障可再生能源发展稳步推进。美国在绿电市场方面 构建了基于可再生能源配额制（RPS）的合规市场，以规范承担 配额义务主体完成可再生能源配额目标。欧盟理事会为支持成 员国消费者使用可再生能源，将住宅及公益用途分布式可再生 能源发电设备税率调低至 0%—5%。