國網能源院新能源與統(tǒng)計研究所持續(xù)跟蹤新能源調度運行與市場交易創(chuàng)新專題，開展了新能源調度運行分析與優(yōu)化、新能源市場交易分析與評估、新能源政策對市場交易的影響、適應高比例新能源接入的電力市場建設等方向研究，實現(xiàn)從理論分析到落地應用的貫通。本專欄將圍繞新能源調度運行和市場交易的國際經驗、我國實踐與成效、未來發(fā)展趨勢等，結合相關成果和研究思考與讀者進行交流分享。
文章導讀：在能源轉型背景下，全球新能源發(fā)電快速發(fā)展，裝機和發(fā)電量占比持續(xù)提升，但不同國家和地區(qū)的新能源接入水平存在較大差異。本文分析了國內外新能源發(fā)展現(xiàn)狀，構建了電網新能源接入水平評價指標體系，基于評價指標體系對2019年中國、歐盟和美國的新能源接入水平開展對比分析，最后提出了實現(xiàn)我國高比例新能源接入目標需要關注的幾個關鍵問題。
國內外電網新能源接入水平比較
執(zhí)筆人：袁偉、王彩霞、葉小寧
國網能源院
新能源與統(tǒng)計研究所
1、國內外新能源發(fā)展現(xiàn)狀
在能源轉型背景下，全球新能源發(fā)電裝機快速發(fā)展，占比大幅提升。2010—2019年，全球新能源發(fā)電裝機年均增長率為20.2%，其中風電、太陽能發(fā)電裝機年均增長率分別為14.1%和35.1%。截至2019年底，全球新能源裝機達12.5億kW，占總裝機的比重由2010年的4.6%提高至2019年的16.8%，如圖1所示。其中風電裝機6.5億kW，占總裝機的比重由2010年的3.9%提高至2019年的8.8%；太陽能發(fā)電裝機6億kW，由2010年的0.8%提高至2019年的8%。
圖1 2010-2019年全球新能源發(fā)電裝機容量及占比
全球新能源發(fā)電量不斷提高，占比持續(xù)提升。2010—2019年，全球新能源發(fā)電量年均增長率為20.5%，其中風電、太陽能發(fā)電量年均增長率分別為16.3%和40.1%，高于風電、太陽能裝機容量的年均增長率。2019年，全球新能源發(fā)電量為20737.07億kW·h，占總發(fā)電量的比重由2010年的1.9%提高至2019年的8.1%，如圖2所示。其中風電發(fā)電量為13775.3億kW·h，占總發(fā)電量的比重由2010年的1.7%提高至2019年的5.4%；太陽能發(fā)電量為6961.7億kW·h，占總發(fā)電量的比重由2010年的0.2%提高至2019年的2.7%。
圖2 2010-2019年全球新能源發(fā)電量及占比
隨著能源轉型的不斷推進，世界各主要國家和地區(qū)都制定了提高新能源占比的能源轉型發(fā)展目標，其中中國、美國、德國、丹麥、西班牙的新能源發(fā)電規(guī)模不斷擴大，新能源發(fā)電量占總發(fā)電量的比重不斷提高。其中歐盟新能源發(fā)電量占比從2010年的5.6%升至2019年的17.8%，高于全球平均水平；德國、丹麥新能源發(fā)電量占比達到28.3%和61.6%，遠遠高于全球平均水平；美國從2.7%升至10.3%，高于全球平均水平；西班牙從18%升至25.8%，高于全球平均水平；中國從1.2%升至8.6%，高于全球平均水平。
2、電網新能源接入水平評價指標體系
為了更好的反映一個國家或地區(qū)的新能源發(fā)展程度及電力綠色水平，服務新能源高質量發(fā)展，本文從裝機容量、發(fā)電量等維度，分別定義了新能源滲透率、新能源接入率、電源裝機綠色水平和發(fā)電量綠色水平等4個評價指標，構建了電網新能源接入水平評價指標體系。
新能源滲透率定義為新能源發(fā)電量與系統(tǒng)總用電量之比，該指標越高，表示終端電力消費中新能源發(fā)電占比越高。
新能源接入率定義為新能源裝機容量與總發(fā)電裝機容量之比，該指標越高，表示系統(tǒng)中新能源裝機容量占的比重越大。
電源裝機綠色水平定義為新能源裝機容量與火電裝機容量之比，該指標越高，表示系統(tǒng)中新能源裝機容量超過火電裝機容量的程度越大，反映為電源結構綠色轉型程度越高。
發(fā)電量綠色水平定義為新能源發(fā)電量與火電發(fā)電量之比，該指標越高，表示系統(tǒng)中新能源發(fā)電量超過火電發(fā)電量的程度越大，反映為系統(tǒng)發(fā)電結構綠色轉型程度越高，系統(tǒng)發(fā)電清潔、低碳水平越高。
3、國內外新能源接入水平對比分析
表1展示了2019年中國、歐盟和美國的新能源接入水平評估指標對比情況。根據(jù)表中數(shù)據(jù)，可以得到以下幾個結論：
一是歐盟的新能源接入水平最高，處于世界領先地位。在新能源滲透率、新能源接入率、電源裝機綠色水平和發(fā)電量綠色水平等各個指標上，歐盟均領先中國和美國。
二是中國的新能源接入水平整體來看與美國基本相當，處于世界先進水平。在新能源接入率和電源裝機綠色水平兩個指標上，中國領先美國，但在新能源滲透率和發(fā)電量綠色水平兩個指標上，美國領先中國。雖然美國新能源裝機容量低于中國，但美國風光資源條件好，新能源發(fā)電量較高。中國在推動新能源裝機快速發(fā)展的同時，還有待進一步提升新能源發(fā)電量水平。此外，受電源結構影響，中國的火電仍處于發(fā)電的主體地位，火電發(fā)電量偏高，從而發(fā)電量綠色水平偏低。
表1 2019年中國、歐盟和美國新能源
接入水平評估指標對比
4、實現(xiàn)高比例新能源接入需要關注的關鍵問題
從國內外新能源接入水平評估指標對比情況看，我國新能源接入整體處于世界先進水平，但距離實現(xiàn)高比例新能源接入目標仍有較大差距。隨著風光發(fā)電平價時代的到來，我國新能源發(fā)展規(guī)模將進一步增加，為了實現(xiàn)高比例新能源接入目標，更好的服務新能源發(fā)展和消納利用，需要關注以下關鍵問題。
一是討論新能源發(fā)電平價問題時，不僅要關注新能源自身發(fā)電成本的下降，還要關注新能源并網的系統(tǒng)性成本。通常為了提高新能源發(fā)電量，電力系統(tǒng)往往需要進行火電機組靈活性改造以提高火電靈活調節(jié)能力、需要進行電網改建擴建以提高大電網配置資源的能力、需要投資建設抽水蓄能和電化學儲能等靈活性資源，所有這些手段都會增加新能源并網的系統(tǒng)性成本。
二是需要結合電力系統(tǒng)特點和新能源發(fā)展規(guī)模，科學定位不同類型電源作用，統(tǒng)籌新能源發(fā)展和靈活性資源配置規(guī)模，制定新能源合理利用率，實現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)電效率整體最優(yōu)。我國經濟發(fā)展地區(qū)差異性大，各地電網結構、電源結構、負荷特性等差異較大，在大力發(fā)展新能源時，應該立足于各地的具體情況制定新能源合理利用率，有序發(fā)展建設系統(tǒng)靈活性資源，加快煤電轉型升級，通過考慮經濟性科學合理發(fā)揮各類電源技術經濟特點，推動電力安全、經濟、綠色、高效發(fā)展，實現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)電效率整體最優(yōu)。
三是如何使新能源更好的融入市場環(huán)境，通過市場機制促進新能源發(fā)展和消納。電力市場實際是邊際成本的競爭，新能源由于其發(fā)電邊際成本低，在市場競爭中具有絕對優(yōu)勢，新能源參與市場可以實現(xiàn)優(yōu)先發(fā)電。我國電力市場建設正不斷加快，未來應該探索適合我國國情的電力市場設計方案，逐步建立日內實時市場，將市場交易時間不斷移向實時。
專家介紹
袁偉，博士，國網能源院新能源與統(tǒng)計研究所研究員。長期從事新能源調度運行分析、新能源消納能力計算、國內外新能源電力市場機制、儲能在電網中的應用模式與機制等領域的研究工作。作為項目負責人或子課題負責人參與了多項國家能源局、國家電網公司等單位委托的重大科研項目。編寫出版《中國新能源發(fā)電分析報告》《國內外能源與電力發(fā)展狀況分析報告》等多部著作；獲得國網能源研究院有限公司科技進步獎和國家電網公司軟科學成果獎多次。
王彩霞，博士，國網能源院新能源與統(tǒng)計研究所專家。長期從事新能源政策與電力市場機制設計、高比例新能源電力系統(tǒng)運行分析、儲能在電網中應用等研究。獲國家能源局能源軟科學研究優(yōu)秀成果獎、北京市科技進步獎、國家電網公司科技進步獎、國家電網公司管理咨詢優(yōu)秀成果特別獎、國網能源院科技進步特等獎等獎項40余項。在期刊雜志上發(fā)表研究論文近50篇，獲得發(fā)明專利授權7項，出版著作20余部。
葉小寧，博士，國網能源院新能源與統(tǒng)計研究所研究員。主要從事能源電力發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃、新能源發(fā)展規(guī)劃、并網消納及政策等領域的研究工作。承擔了多項國家能源局、國家電網公司等單位委托的重大科研項目。編寫出版《中國新能源發(fā)電分析報告》、《國內外能源與電力發(fā)展狀況分析報告》等；獲得國家電網公司軟科學成果獎多次。
團隊簡介：國網能源院新能源與統(tǒng)計研究所專注新能源、分布式電源、儲能和農村能源的政策管理、規(guī)劃運營和市場機制研究，以及國際能源電力信息統(tǒng)計分析，撰寫材料經國家電網有限公司上報多次獲得中央領導重要批示，長期支撐國家政府部門和國家電網有限公司決策，多次獲得國家發(fā)改委和國家能源局發(fā)來的感謝信。
新能源所高質量完成了國家發(fā)改委委托的《清潔能源多發(fā)滿發(fā)研究》《分布式能源發(fā)展和利用研究》《電網側儲能關鍵技術及應用研究》等近百項重大課題研究任務，配合制定了《關于改善電力運行調節(jié)促進清潔能源多發(fā)滿發(fā)的指導意見》《關于建立健全可再生能源電力消納保障機制的通知》等多份政策文件，出版《中國新能源發(fā)電分析報告》《中國分布式電源和微電網發(fā)展前景及實現(xiàn)路徑》《重塑電力市場-低碳電力系統(tǒng)轉型過程中的市場設計與監(jiān)管》《世界能源與電力發(fā)展狀況分析》等著作二十余部。
新能源所三十余次獲得北京市科學技術獎、國家能源局軟科學研究優(yōu)秀成果獎、中國管理科學學會管理科學獎、中國能源研究會學術創(chuàng)新獎等省部級獎項。多次獲評國家電網有限公司先進班組、營銷工作先進集體等集體榮譽，多人次獲評國家電網有限公司發(fā)展工作先進個人等稱號。
