核心提示 隨著碳達峰、碳中和目標(biāo)穩(wěn)步推進，非化石能源發(fā)電在我國電源結(jié)構(gòu)中的占比將逐漸上升。從我國發(fā)展實際和技術(shù)現(xiàn)狀來看，電力系統(tǒng)升級處在由化石能源為主體向新能源為主體轉(zhuǎn)變的過渡階段，火電等常規(guī)化石電源仍是目前最穩(wěn)定可靠的電源。在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的背景下，需推進常規(guī)化石電源清潔化利用，優(yōu)化電源發(fā)展策略，助力碳達峰、碳中和目標(biāo)實現(xiàn)。
構(gòu)建新型電力系統(tǒng)需要保留一定容量的常規(guī)電源
能源安全是關(guān)系經(jīng)濟社會發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性問題?，F(xiàn)階段，保留一定容量的常規(guī)化石電源有其必要性和合理性。風(fēng)、光等新能源發(fā)電具有隨機性、波動性。儲能是平抑新能源發(fā)電不確定性的重要一環(huán)，但受限于連續(xù)運行時間、成本疏導(dǎo)、站址選擇等因素，僅靠電化學(xué)儲能或抽水蓄能來增加新能源發(fā)電容量在目前并不是一種經(jīng)濟高效的脫碳策略。
據(jù)中國電科院測算，基準(zhǔn)場景下，2030年同步機組的出力占總負荷之比大于50%的累計時段約達全年時長的100%；2060年同步機組出力占總負荷之比大于50%的累計時段仍達全年時長的53%。同時，風(fēng)電、光伏發(fā)電機組皆是鎖相同步電流源。因此，未來新型電力系統(tǒng)的基本運行機制仍是交流同步運行。高比例新能源的接入和高比例電力電子設(shè)備的應(yīng)用，將導(dǎo)致電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量持續(xù)下降，調(diào)頻、調(diào)壓能力不足。
以2019年8月英國大停電事故為例，事故發(fā)生前共有2100萬千瓦風(fēng)電和1300萬千瓦太陽能發(fā)電接入系統(tǒng)，取代了大部分傳統(tǒng)煤炭和天然氣發(fā)電，使得系統(tǒng)抗擾動能力大幅下降。在這次事故中，電力系統(tǒng)僅損失187.8萬千瓦出力，就導(dǎo)致頻率下降至48.8赫茲。
從國際經(jīng)驗來看，煤電、氣電等常規(guī)電源的長期存在并不影響低碳目標(biāo)實現(xiàn)。德國“富煤、少油、少氣”的資源稟賦與我國相似。自2011年實施能源轉(zhuǎn)型計劃以來，德國為擺脫能源大部分依靠進口的困境，大力發(fā)展清潔能源，減少二氧化碳排放量。2019年，德國非化石能源電量占比已達56%，但仍保留了7840萬千瓦的化石能源發(fā)電裝機作為風(fēng)電、光伏發(fā)電等波動性電源的應(yīng)急備用。其中煤電、氣電仍是最重要的化石電源，裝機7400萬千瓦，占總裝機的34%；發(fā)電量2470億千瓦時，占總電量的43%。
常規(guī)化石電源如何實現(xiàn)清潔化利用
雖然構(gòu)建新型電力系統(tǒng)仍需保留一定容量的常規(guī)化石電源，但對照碳達峰、碳中和目標(biāo)，常規(guī)化石電源亟須改變現(xiàn)有的生產(chǎn)利用方式。目前，能源燃燒是我國主要的二氧化碳排放源，電力行業(yè)排放約占能源行業(yè)排放的41%。推進煤電等化石電源的清潔化利用對實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)至關(guān)重要。
●技術(shù)減碳實現(xiàn)低碳化
一是實施化石電源清潔化改造，推動自身提效減碳。以上
海368萬千瓦需要等容量改造的煤電機組為例，按年運行4120小時測算，碳排放約1342萬噸。通過清潔化改造，度電供電煤耗可從331克標(biāo)準(zhǔn)煤下降到270克標(biāo)準(zhǔn)煤，降幅近20%，同等電量下這部分煤電機組碳排放約1095萬噸，能夠降碳近20%。
二是實施靈活性改造，配合新能源發(fā)電實現(xiàn)結(jié)構(gòu)減碳。目前我國煤電總裝機容量已近11億千瓦，若最低穩(wěn)燃負荷能下降20%，就能增加約0.22億千瓦的調(diào)峰裕度。利用煤電的深度調(diào)峰能力對沖新能源隨機性、間歇性、波動性等風(fēng)險，將大幅降低對配套儲能的建設(shè)需求，增加新能源消納潛力。
●原料脫碳實現(xiàn)近零碳化
生物質(zhì)發(fā)電每發(fā)一千瓦時電，僅排放18克二氧化碳，且純生物質(zhì)作為發(fā)電燃料時與風(fēng)、光一樣，碳排放均按零排放計算。生物質(zhì)與煤耦合混燒是可推廣的一種方式，相比傳統(tǒng)生物質(zhì)發(fā)電效率更高，同時還能減少燃煤機組的燃料成本和二氧化碳排放總量。
無論是純生物質(zhì)燃燒還是生物質(zhì)與燃煤耦合燃燒，都已在發(fā)達國家成為主流的生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)。值得注意的是，當(dāng)燃煤電廠轉(zhuǎn)型成為純生物質(zhì)零煤電廠時，不僅在碳排放方面具有可再生能源的特質(zhì)，也具備傳統(tǒng)燃煤電廠的優(yōu)點。
●碳捕集利用與封存實現(xiàn)負碳化
“化石電源+碳捕集利用與封存”可以保障電力系統(tǒng)在安全穩(wěn)定運行下實現(xiàn)凈零排放。碳捕集利用與封存技術(shù)能夠捕捉火電廠生產(chǎn)過程中排放的二氧化碳，在減少碳排放的同時利用二氧化碳產(chǎn)生經(jīng)濟效益，是已知最主要的電源側(cè)負碳技術(shù)。
我國碳捕集利用與封存項目起步較晚，各環(huán)節(jié)所需技術(shù)大部分還處在基礎(chǔ)研究階段。“化石電源+碳捕集利用與封存”模式的規(guī)?；瘧?yīng)用面臨高成本等挑戰(zhàn)。截至今年10月，全國碳市場碳排放配額成交價格約在40～50元/噸之間，但上海某電廠碳捕集等示范項目處理二氧化碳的成本為500～1000元/噸。據(jù)生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院測算，預(yù)計到2030年，碳捕集利用成本能下降至310～770元/噸；到2060年，成本有望進一步降至140～410元/噸。
隨著碳捕集利用與封存等負碳技術(shù)逐漸成熟、成本不斷下降，“化石電源+碳捕集利用與封存”模式可以實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，填補風(fēng)電、光伏發(fā)電等零碳電源的增量缺口，在碳中和后期發(fā)揮關(guān)鍵作用。
統(tǒng)籌安全、綠色、經(jīng)濟，進一步優(yōu)化電源發(fā)展策略
“十四五”時期，應(yīng)堅持清潔低碳是方向、能源保供是基礎(chǔ)、能源安全是關(guān)鍵、能源獨立是根本的基本原則，統(tǒng)籌安全、綠色、經(jīng)濟，進一步優(yōu)化電源發(fā)展策略，助力碳達峰、碳中和目標(biāo)實現(xiàn)。
推動常規(guī)化石電源性能改造，更好發(fā)揮壓艙石作用。有力引導(dǎo)推動化石電源清潔化、靈活性改造，進一步深化“化石電源+碳捕集利用與封存”研究，實現(xiàn)化石電源清潔化利用。對于大受端電網(wǎng)，還需要進一步研究外來電和本地電之間的比例和關(guān)系、新能源發(fā)電和常規(guī)電源之間的比例和關(guān)系，保障電力安全可靠供應(yīng)。
加強技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，更好地適應(yīng)新能源發(fā)展。研究“雙高”特征下的電網(wǎng)安全控制技術(shù)，進一步提高新能源發(fā)電機組涉網(wǎng)性能，加快光熱發(fā)電技術(shù)推廣應(yīng)用；推進大容量高電壓風(fēng)電機組和光伏發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新，加快大容量、高密度、高安全、低成本儲能裝置研發(fā)；推動氫能利用、碳捕集利用和封存等技術(shù)研發(fā)。
聯(lián)合各方力量，優(yōu)化碳達峰、碳中和目標(biāo)實現(xiàn)路徑。從能源安全和電力保供實際出發(fā)，在優(yōu)化電源布局、推進碳達峰碳中和落地上主動引導(dǎo)、建言獻策，全力爭取政府、行業(yè)支持，呼吁各方共同參與研究。
（作者單位：國網(wǎng)上海市電力公司企業(yè)智庫）
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