北極星碳管家網訊:我國新能源在“十三五”時期發展成效顯著，到“十四五”時期增長潛力依舊巨大，將成為我國新增能源供給的主要力量。本文分析了新能源在國土空間、并網消納、技術創新、系統成本等方面的問題與挑戰，研究了新能源在開發布局、存儲消納、創新研發、市場機制等方面的發展趨勢，通過新能源的大規模發展實現碳達峰、碳中和目標。
習近平總書記在第75屆聯合國大會上宣布，我國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和的“雙碳”目標。能源活動是我國二氧化碳的主要排放源，接近總排放量的50%。為實現“雙碳”目標，“十四五”時期我國應持續推動能源供給革命，準確把握“雙碳”背景下新能源（本文主要指風力發電及光伏發電）的發展瓶頸與趨勢，理順發展體制機制，為新能源大規模發展創造空間。
一、研究背景
自2006年《可再生能源法》頒布實施以來，新能源開發利用規模顯著擴大。根據國家能源局統計數字，2006年我國新能源裝機220萬千瓦，占全球比例不到3%，2020年我國新能源裝機超過5.3億千瓦，占全球比例為37%，高居世界第一。我國在新能源領域產業規模全球領先，根據中國光伏行業協會統計，光伏產業鏈中多晶硅、硅片、電池片和組件等主要環節在2020年全球市場平均占有率達到70%以上；風電整機國產品牌在全球前15名風機整機制造企業中占據10席。
為最終實現碳中和，我國將在2030年實現非化石能源占一次能源消費比重達到25%的目標，預計屆時新能源裝機將達到14~16億千瓦，新能源電力占總發電量比例達到約26%，比2020年提升約17個百分點；在未來10年，新能源年均新增裝機需要達到1億千瓦左右，成為新增能源供應的主要形式，并加快構建以新能源為主體的新型電力系統。
二、新能源大規模發展存在瓶頸
在新能源規模化發展的背景下，如何解決國土空間、并網消納、技術創新、系統成本等方面的問題與挑戰，是實現“雙碳”目標的關鍵因素。
（一）國土空間利用現狀和規劃體系難以支撐新能源大規模發展
與其他發電形式相比，新能源發電能量密度低，單位裝機容量用地需求較大。然而，新能源規劃與國土空間規劃未能有效銜接，土地利用現狀和地類性質不一致，各地方出臺的土地、林草等法律政策未充分結合實際保護現狀，“一刀切”限制了新能源項目利用土地資源。
西部地區風光資源豐富，人均土地面積較大，通過合理規劃，適合開發建設風光大基地。但西部地區自然環境較為脆弱，部分地區承載多種生態保護功能，新能源項目無法在該類區域落地。以內蒙古自治區為例，全區總面積118萬平方公里，草原面積76萬平方公里，其中80%為基本草原，也是我國北方面積最大、種類最全的生態功能區。因此，西部地區需要在生態保護和新能源開發中尋找平衡點，打破各部門各自為政的情況。
中東部地區用電負荷大，人均土地面積較小，適合開發中小型新能源基地及分散式接入項目。風光發電項目建設過程中對山體、林地擾動較大，運營期會對周邊居民產生噪聲、光影閃爍等影響。此外，光伏發電占地面積較大，單位土地產值較低，經濟發達地區政府開發意愿不強。浙江、福建等東部省區從自身發展階段出發，積極推進人居生態環境保護，修復環境質量，維護優質耕地，出臺了一系列土地、林地使用政策，客觀上限制了新能源項目的開發。
沿海地區風能資源較好，適宜規模化開發海上風電，但海上風電場區及電纜走廊與漁業養殖區、主航道、動物保護區、軍事敏感區等存在較大范圍重疊情況，導致規劃調整頻繁，增加了場區離岸距離，在增加投資成本的同時縮減了開發規模。
（二）新能源發電的固有波動性帶來消納困難和系統穩定性問題
新能源發電出力具有波動性、間歇性的特點，與用電負荷變化趨勢差異顯著，功率預測難度較大。由于缺乏相應的市場回報機制，電力系統中靈活性電源的比例偏低；受煤電產能調控、電網安全約束等因素影響，部分跨區輸電通道利用率不高；我國電力負荷曲線尖峰化特征明顯，5%峰荷持續時間不超過48小時[1]。一系列因素造成電力實時平衡的難度加大，影響新能源電力的消納。
隨著新能源大規模發展，電力系統呈現出高比例可再生能源、高比例電力電子設備的“雙高”特征。從電氣特性看，電力系統等值轉動慣量大幅度降低，系統抗擾動能力大幅削弱；從故障特性看，故障從局部向全局形成連鎖反應沖擊，新的故障形態、擾動形式已經出現；從穩定特性看，系統穩定形態愈發復雜，易出現系統無功不足、電壓失穩、頻率越限等問題[2]。
（三）新能源發電設備及技術快速更新迭代，國內企業技術研發實力不足
經過15年左右的發展，新能源行業規模持續擴大，技術快速更新迭代，國內企業技術積累較為豐富，設備可靠性和能量轉換效率處于世界領先水平。在光伏領域，我國通過技術引進、消化吸收、集成創新，實現技術和生產線的升級迭代，多次刷新并保持著商業化晶硅電池轉換效率的世界紀錄，經國家光伏質檢中心測試，單晶PERC電池（Passivated Emitterand Rear Cell）達到24%的轉換效率。我國風電整機已形成達到國際先進水平的雙饋、直驅、半直驅多條成熟技術路線，低風速風機技術處于國際領先水平，推出了10兆瓦級海上風電機組。
在“雙碳”進程中，科技創新將成為新能源產業高質量發展的根本動力，而國內對基礎理論研究不充分，企業研發實力及動力不足，新能源產業的可持續發展存在隱憂，主要表現在以下方面：國內高校在基礎理論研究領域落后于企業發展需求，研究路線主要依賴國外熱點，原創技術探索較少，產學研轉化通路不暢；專利數量較多，但大多數是產業應用的專利技術，而基礎創新的關鍵專利仍被國外掌握；國內對關鍵技術的知識產權保護尚不完善，執行體系不健全，技術與人才流失現象嚴重，影響了企業創新研發的積極性，2020年新能源企業研發投入比僅為約3%。在新能源大規模發展的背景下，企業以擴大產能及搶占市場份額為優先發展方向，會出現產業整體規模持續擴大，但能量轉換效率提升緩慢，設備可靠性下降的情況。
（四）新能源發電系統性綜合成本進一步增加
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本文標題：“雙碳”背景下新能源發展瓶頸與趨勢研究
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