“双碳”背景下新能源发展瓶颈与趋势研究

北极星碳管家网讯:我国新能源在“十三五”时期发展成效显著，到“十四五”时期增长潜力依旧巨大，将成为我国新增能源供给的主要力量。本文分析了新能源在国土空间、并网消纳、技术创新、系统成本等方面的问题与挑战，研究了新能源在开发布局、存储消纳、创新研发、市场机制等方面的发展趋势，通过新能源的大规模发展实现碳达峰、碳中和目标。

习近平总书记在第75届联合国大会上宣布，我国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和的“双碳”目标。能源活动是我国二氧化碳的主要排放源，接近总排放量的50%。为实现“双碳”目标，“十四五”时期我国应持续推动能源供给革命，准确把握“双碳”背景下新能源（本文主要指风力发电及光伏发电）的发展瓶颈与趋势，理顺发展体制机制，为新能源大规模发展创造空间。

一、研究背景

自2006年《可再生能源法》颁布实施以来，新能源开发利用规模显著扩大。根据国家能源局统计数字，2006年我国新能源装机220万千瓦，占全球比例不到3%，2020年我国新能源装机超过5.3亿千瓦，占全球比例为37%，高居世界第一。我国在新能源领域产业规模全球领先，根据中国光伏行业协会统计，光伏产业链中多晶硅、硅片、电池片和组件等主要环节在2020年全球市场平均占有率达到70%以上；风电整机国产品牌在全球前15名风机整机制造企业中占据10席。

为最终实现碳中和，我国将在2030年实现非化石能源占一次能源消费比重达到25%的目标，预计届时新能源装机将达到14~16亿千瓦，新能源电力占总发电量比例达到约26%，比2020年提升约17个百分点；在未来10年，新能源年均新增装机需要达到1亿千瓦左右，成为新增能源供应的主要形式，并加快构建以新能源为主体的新型电力系统。

二、新能源大规模发展存在瓶颈

在新能源规模化发展的背景下，如何解决国土空间、并网消纳、技术创新、系统成本等方面的问题与挑战，是实现“双碳”目标的关键因素。

（一）国土空间利用现状和规划体系难以支撑新能源大规模发展

与其他发电形式相比，新能源发电能量密度低，单位装机容量用地需求较大。然而，新能源规划与国土空间规划未能有效衔接，土地利用现状和地类性质不一致，各地方出台的土地、林草等法律政策未充分结合实际保护现状，“一刀切”限制了新能源项目利用土地资源。

西部地区风光资源丰富，人均土地面积较大，通过合理规划，适合开发建设风光大基地。但西部地区自然环境较为脆弱，部分地区承载多种生态保护功能，新能源项目无法在该类区域落地。以内蒙古自治区为例，全区总面积118万平方公里，草原面积76万平方公里，其中80%为基本草原，也是我国北方面积最大、种类最全的生态功能区。因此，西部地区需要在生态保护和新能源开发中寻找平衡点，打破各部门各自为政的情况。

中东部地区用电负荷大，人均土地面积较小，适合开发中小型新能源基地及分散式接入项目。风光发电项目建设过程中对山体、林地扰动较大，运营期会对周边居民产生噪声、光影闪烁等影响。此外，光伏发电占地面积较大，单位土地产值较低，经济发达地区政府开发意愿不强。浙江、福建等东部省区从自身发展阶段出发，积极推进人居生态环境保护，修复环境质量，维护优质耕地，出台了一系列土地、林地使用政策，客观上限制了新能源项目的开发。

沿海地区风能资源较好，适宜规模化开发海上风电，但海上风电场区及电缆走廊与渔业养殖区、主航道、动物保护区、军事敏感区等存在较大范围重叠情况，导致规划调整频繁，增加了场区离岸距离，在增加投资成本的同时缩减了开发规模。

（二）新能源发电的固有波动性带来消纳困难和系统稳定性问题

新能源发电出力具有波动性、间歇性的特点，与用电负荷变化趋势差异显著，功率预测难度较大。由于缺乏相应的市场回报机制，电力系统中灵活性电源的比例偏低；受煤电产能调控、电网安全约束等因素影响，部分跨区输电通道利用率不高；我国电力负荷曲线尖峰化特征明显，5%峰荷持续时间不超过48小时[1]。一系列因素造成电力实时平衡的难度加大，影响新能源电力的消纳。

随着新能源大规模发展，电力系统呈现出高比例可再生能源、高比例电力电子设备的“双高”特征。从电气特性看，电力系统等值转动惯量大幅度降低，系统抗扰动能力大幅削弱；从故障特性看，故障从局部向全局形成连锁反应冲击，新的故障形态、扰动形式已经出现；从稳定特性看，系统稳定形态愈发复杂，易出现系统无功不足、电压失稳、频率越限等问题[2]。

（三）新能源发电设备及技术快速更新迭代，国内企业技术研发实力不足

经过15年左右的发展，新能源行业规模持续扩大，技术快速更新迭代，国内企业技术积累较为丰富，设备可靠性和能量转换效率处于世界领先水平。在光伏领域，我国通过技术引进、消化吸收、集成创新，实现技术和生产线的升级迭代，多次刷新并保持着商业化晶硅电池转换效率的世界纪录，经国家光伏质检中心测试，单晶PERC电池（Passivated Emitterand Rear Cell）达到24%的转换效率。我国风电整机已形成达到国际先进水平的双馈、直驱、半直驱多条成熟技术路线，低风速风机技术处于国际领先水平，推出了10兆瓦级海上风电机组。

在“双碳”进程中，科技创新将成为新能源产业高质量发展的根本动力，而国内对基础理论研究不充分，企业研发实力及动力不足，新能源产业的可持续发展存在隐忧，主要表现在以下方面：国内高校在基础理论研究领域落后于企业发展需求，研究路线主要依赖国外热点，原创技术探索较少，产学研转化通路不畅；专利数量较多，但大多数是产业应用的专利技术，而基础创新的关键专利仍被国外掌握；国内对关键技术的知识产权保护尚不完善，执行体系不健全，技术与人才流失现象严重，影响了企业创新研发的积极性，2020年新能源企业研发投入比仅为约3%。在新能源大规模发展的背景下，企业以扩大产能及抢占市场份额为优先发展方向，会出现产业整体规模持续扩大，但能量转换效率提升缓慢，设备可靠性下降的情况。

（四）新能源发电系统性综合成本进一步增加

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