抽水蓄能可能會發揮越來越重要的作用。如圖18所示，德 國已經使用少量抽水蓄能來滿足在早晨光伏出力較低時快 速增高的用電需求，并在下午晚些時候彌補光伏發電的迅 速下降。

電池價格的大幅下跌（在過去10年里下降了85%）使電池儲 能成為了一種經濟性越來越高的選擇，一些美國電網紛紛 取消了與燃氣調峰電廠的合約，轉而支持可再生能源發電 加電池儲能的方案。考慮到成本的進一步下降（圖19），電 池的使用將會在2030年前持續擴大，并在此后隨著非水可 再生能源比例升高而迅速增長。

需求側管理在平衡可再生能源供應和電力需求的短時偏差 方面也具有巨大潛力，如果部署得當，將是最具經濟性的 靈活性資源。在一天的時間尺度內，主要存在三類需求側 資源：

住宅供暖電氣化后，可通過智能溫控或微型儲能技術實 現該部分負荷調節。

電動汽車可以通過調節充電時間，或作為儲能資源向電 網供電來實現巨大需求調節潛力。如果2050年全球使 用中的電動汽車數量達到15億輛，每輛車配備50kWh電 池，這將能夠提供750億千瓦時儲能容量，即使在全球年 耗電量從當前的27萬億千瓦時增長到90萬億千瓦時的情 況下，也相當于全球日用電量的30%。

此外，工商業需求響應也潛力巨大，在分鐘級、小時級和 日間進行調節有望得到提高，包括零售制冷系統、農業環 境控制電解鋁和電解水制氫等其他新興應用領域。

要釋放這些潛力的關鍵在于更細致的分時電價機制。考慮到多種選項的存在，即便非水可再生能源比例上升到遠高于 50%的水平，并最終達到80%或更高，越來越多的人也相信日 內平衡挑戰能夠通過低成本手段來解決。

（2）季節性供需平衡 季節性平衡指的是在數周或數月時間范圍內的電力平衡供需 需求。這一需求又可細分為兩個類別，即：

可預測的長期不平衡，這來源于季節性需求的大幅變化與 供應能力變化不匹配。以未來的英國電力系統為例，住宅供 暖電氣化可能導致冬季需求峰值比夏季水平高80%。幸運 的是與之相匹配，英國冬季的風力資源（英國最豐富的可再 生能源資源）也遠比夏季豐富。但在其他國家，冬季可能存 在更高的用電需求，但風力發電量的增加并不足以彌補光 伏發電量的季節性減少。

更加難以預測的每周波動。即使系統供給和需求的季節性 變化正好一致，但天氣的變化仍然可能造成每周出力出現 明顯波動。如果歐洲西北部地區出現反氣旋天氣，常常會造 成冬季風電供應出現數日的驟減（極端情況下甚至會延續 數周），而這將成為英國未來最大的供需平衡挑戰。

隨著非水可再生能源比例上升到“零碳投資情境”所示的28% 水平，以上兩種季節性挑戰仍可通過現有火電廠的靈活使用 來輕松解決。甚至在可再生能源比例較低的電力系統中，這些 季節性挑戰常常比日內挑戰更易于管理，因為它們不會出現下 午晚些時候因光伏發電供給下降（即使在光照水平中等情況 下）造成的需求量激增的情況。燃煤電廠可以通過調節運行水 平來滿足不同季節、月或周的需求變化，甚至在需求過低時關 閉部分電廠，這比日內調頻調峰的問題更容易解決。

然而，在更長時間范圍，隨著非水可再生能源比例達到比圖2 所示的28%甚至更高，季節性平衡挑戰將更艱巨，成本也會更 高。不過，在那之前，系統就已經出現經濟可行的解決方案， 具體包括：

使用火電廠滿足季節性變化，但運行小時數保持較低水平。 如果這些電廠通過提供的容量和峰荷時期的電量得到補 償，這也是經濟可行的。要實現完全零碳電力系統，長期來 看這些資產還需要配備碳捕捉與封存設施。

燃氣機組改造后可以燃燒氫能（或投資改造此類機組），而 這部分氫能可以利用低價的過剩可再生能源通過電解技術 生產。

抽水蓄能可以滿足多日時間尺度的靈活性需求，例如1-3天 的供應短缺。

季節性/周的靈活性管理。與日內不同，這種管理不會過多 關注住宅供暖或電動汽車充電轉移帶來的潛力，而是更關 注如何讓檢修停機與工業生產計劃相匹配以及根據預測的 季節性供需及電價變化來優化利用率。

（3）總系統成本估算 在某些情況下，應用上述靈活性選項將會導致系統運行成本 的增加。但是這些額外的成本也將很大程度被低成本的零碳 電力所抵消。

根據可再生能源資源分布的不同，各地電力系統的具體構成 將有很大的差別。在能源轉型委員會的研究中（圖20），針對 不同資源稟賦和氣候特點的地區，對2035年建立幾乎完全使 用可再生能源的電力系統的成本進行了測算。結果顯示，大部 分系統都能實現約每千瓦時0.35-0.4元水平的總發電成本。但 在一些空間資源有限的國家，較高的發電成本會將總成本提 高至每千瓦時0.56元；而在資源有利地區，豐富的風能和太陽 能資源、低廉的發電成本和有限的季節性靈活性需求會使總 成本降低至每千瓦時0.22元。在多數國家，這些成本都會比繼 續主要依賴于煤炭或天然氣的電力系統的成本更低。

因此，各國可以致力于更快地增加可再生能源和其他零碳發 電技術，相信在長期來看，系統總成本造成的影響將微不足 道，而減排的潛力則是巨大的。

在上文描述的全球背景下，每個國家發電結構和負荷特性不 同，面臨的具體挑戰也不同。在中國，用能特性并沒有造成很 大的挑戰，但中國能源稟賦和發電結構的兩個明顯特點會帶 來一些挑戰：一是對于煤電的依賴很高，而非天然氣；二是水 電靈活性不足。但是，這些挑戰是可以解決的。

對標其他國家，中國的非水可再生能源滲透率也可以輕松達 到28%的目標（圖2所示），并且不需要新建任何燃煤電廠。參 考其他國家的經驗，即使中國實現了系統脫碳且非水可再生 能源比例遠遠超過50%，其長期系統總成本很可能會低于當 前以化石燃料為主的系統。

（1）中國當前和2030年的用電需求形態 相較于一些非水可再生能源滲透率已經達到20%-35%的國 家，中國的日負荷和季節性負荷特性都相對穩定，并不會顯著 增加供需平衡的難度。

圖21列出了甘肅、湖南和廣東三省的典型日負荷曲線。以甘肅 為例，用電需求中大部分來自工業負荷（78%），因此負荷曲線 比較平緩。但在湖南和廣東，由于商業辦公和住宅用電需求比 例更高，它們的負荷曲線與圖17和圖18所示的情況更相似。用 電需求通常在午夜最低，上午7點至10點左右迅速上升，傍晚 迅速下降。

然而，即使在這些省份，總體最大負荷與最小負荷的比值也低 于一些發達經濟體。以英國為例，冬季和夏季典型日最大負 荷與最小負荷之比均約為1.71，而該比值在廣東和湖南則分別 只有1.57和1.5。

中國不同省份之間的季節性負荷特性也存在顯著差異 （圖22）。在某個典型的北方省份，季節性變化并不明顯。但 南方省份通常會出現因空調負荷造成的夏季用電高峰，而中部 和東部省份經常同時出現夏季空調和冬季供暖的雙高峰。南 方省份夏季高峰月份的用電需求比冬季用電需求平均高出約 30%，其負荷曲線形狀與加利福尼亞州相似（圖23）。但東部/ 中部省份的變化則會更大一些。

中國地域范圍廣闊且有包含多種氣候帶，因此相較于單個省 份，全國整體的負荷特性則更為平緩。如圖24所示為全國的季 節性負荷特性，8月的全國用電峰值與5月和10月的全國用電 低谷差約30%。

隨著電氣化進程的推進，中國的負荷特性也將隨著時間的推 移而發生變化。基于對2030年用電需求增長的預測，商業和住宅建筑的用電比例將不斷上升（主要受供暖、空調和計算機 設備的影響），這可能會在一定程度上增大日負荷、季節性負 荷的變化。但在一些有著更高非水可再生能源發展目標的國 家，也面臨著季節性負荷波動更大的問題。例如，英國計劃實 現大部分住宅供暖的電氣化，同時其夏季空調需求量卻很有 限， 那么到2050年，冬季與夏季平均日用電量的比例將從現在的1.5:1上升到1.7:1。

因此，相比于其他同樣在進行電力系統清潔轉型的國家，中國 的負荷特性并不會造成系統平衡中明顯的困難和挑戰。

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