2050年，我國全社會用電量將達(dá)到16-19萬億千瓦時。這意味著我國用電需求比現(xiàn)在還要翻番。其中清潔能源發(fā)電量占比將超過80%。如何實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)?有哪些挑戰(zhàn)?數(shù)十萬億投資的煤電何去何從?
碳達(dá)峰碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)性變革。為了實(shí)現(xiàn)雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)，需要對能源和電力系統(tǒng)進(jìn)行顛覆性變革。
過去100多年建立在化石能源基礎(chǔ)上的能源體系、產(chǎn)業(yè)體系、技術(shù)體系都將發(fā)生深刻變化，從資源依賴型向技術(shù)主導(dǎo)型轉(zhuǎn)變。
新型電力系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的樞紐平臺。中國工程院院士舒印彪提出，到2060年，中國能源電力轉(zhuǎn)型將實(shí)現(xiàn)“70/80/90”目標(biāo)，即電能消費(fèi)比重、非化石能源消費(fèi)比重與清潔能源發(fā)電比重分別達(dá)到70%、80%、90%以上。
其中，到2050年，清潔能源發(fā)電量占比將超過80%。
如何實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)?有哪些挑戰(zhàn)?如何打造新型電力系統(tǒng)?具體實(shí)現(xiàn)路徑是什么?數(shù)十萬億投資的煤電何去何從?
圍繞這些問題，11月8日，在河北省工信廳、滄州市政府主辦，遠(yuǎn)景科技集團(tuán)和滄州市工信局承辦的 “零碳能源與綠色工業(yè)創(chuàng)新論壇”上，舒印彪院士發(fā)表了《構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)與對策》的演講，并給出了答案。
舒院士認(rèn)為，到2050年，中國全社會用電量將達(dá)到16-19萬億千瓦時。那時新增電力需求全部由清潔能源滿足，新能源還需要大規(guī)模發(fā)展。煤電保持一定的裝機(jī)規(guī)模，承擔(dān)兜底保障作用。
來源：舒印彪《構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)與對策》
01 新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的三個階段
在我國，能源活動碳排放占二氧化碳排放總量的88%左右，而電力行業(yè)碳排放又占能源行業(yè)碳排放的42%左右。因此，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，能源是主戰(zhàn)場，電力是主力軍，新型電力系統(tǒng)則是其中的關(guān)鍵載體。
舒印彪院士提出，新型電力系統(tǒng)的目標(biāo)是打造深度低碳(零碳)的電力系統(tǒng)，路徑是能源生產(chǎn)側(cè)逐步用新能源替代化石能源，能源消費(fèi)側(cè)逐步提高電氣化率。
其中，他把中國新型電力系統(tǒng)構(gòu)建分為三個階段：
一是碳達(dá)峰階段(從目前到2030年)。2030年，終端用能電氣化率達(dá)到34%，全社會用電量達(dá)到13萬億千瓦時。按此計(jì)算，未來6年年均新增電量是5000億千瓦時。
在此期間，大力發(fā)展新能源同時，煤電還需增容控量。新增負(fù)荷的80%由清潔能源滿足，清潔能源發(fā)電量占比超過50% 。
二是快速降碳階段(2031-2050年)。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)深度調(diào)整，全社會用電量呈現(xiàn)低速增長。2050年，按照年均1%-2%增速，全社會用電量將達(dá)到16-19萬億千瓦時。18、19萬億度電，這意味著我國用電需求比現(xiàn)在還要翻番。
在此期間，新增電力需求全部由清潔能源滿足，新能源還需要大規(guī)模發(fā)展，逐步替代存量煤電。2050年，預(yù)計(jì)清潔能源發(fā)電量占比超過80%，煤電發(fā)電量的占比要降低到10%左右。
三是碳中和階段(2051-2060年)。終端用能高度電氣化，達(dá)到70%左右，電力需求增長趨于飽和。
在此階段，煤電承擔(dān)兜底保障作用，保持一定的裝機(jī)規(guī)模，產(chǎn)生的碳排放采用生態(tài)碳匯和CCUS技術(shù)等移除。
來源：舒印彪《構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)與對策》
02 新型電力系統(tǒng)面臨三大技術(shù)經(jīng)濟(jì)性挑戰(zhàn)
盡管我國清潔能源供應(yīng)體系在加速構(gòu)建，電源結(jié)構(gòu)在持續(xù)優(yōu)化，但要打造新型電力系統(tǒng)，還面臨一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)。
舒院士提出主要有三大挑戰(zhàn)，一是電力電量平衡問題，二是安全穩(wěn)定性問題，三是經(jīng)濟(jì)型問題。
具體來看：
關(guān)于電力電量平衡問題，主要是從可控的電源跟蹤變化的用電負(fù)荷單向平衡模式，轉(zhuǎn)變?yōu)樵春呻p隨機(jī)、源網(wǎng)荷儲多主體互動的復(fù)雜平衡模式。
舒院士指出，目前，對氣候氣象和新能源出力特性耦合機(jī)理尚缺乏認(rèn)識，現(xiàn)有的系統(tǒng)調(diào)節(jié)機(jī)制和調(diào)峰能力無法適應(yīng)新能源大規(guī)模發(fā)展帶來的平衡問題。
關(guān)于安全穩(wěn)定問題。舒院士表示，新能源慣量小，且其運(yùn)行在最大功率追蹤的模式時，不具備上調(diào)的調(diào)頻能力，頻率支撐能力大幅下降。
新能源機(jī)組動態(tài)無功支撐能力較常規(guī)電源弱，且新能源發(fā)電逐級升壓接入電網(wǎng)，與主網(wǎng)的電氣距離是常規(guī)機(jī)組的2-3倍，降低了系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定水平。
關(guān)于經(jīng)濟(jì)性問題，舒院士指出，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是資源、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)混合的一個復(fù)雜的系統(tǒng)競爭。構(gòu)建成本很大程度上取決于各種技術(shù)的經(jīng)濟(jì)比較和相互競爭。
因此，技術(shù)的成熟度及商業(yè)化應(yīng)用將決定本需要科學(xué)選擇新型電技術(shù)的發(fā)展路徑，確保電力供應(yīng)的可獲得性。
舒院士認(rèn)為，政策和市場將發(fā)揮重要作用，對轉(zhuǎn)型的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重大影響。傳統(tǒng)以化石能源為主的市場設(shè)計(jì)理論已不適應(yīng)高比例新能源電力系統(tǒng)，電力市場理論基礎(chǔ)和交易規(guī)則需要重構(gòu)。
03 新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的重點(diǎn)方向與關(guān)鍵技術(shù)
既要實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和替換，又要實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，還要讓社會經(jīng)濟(jì)主體負(fù)擔(dān)得起，面對這些挑戰(zhàn)，新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的重點(diǎn)方向和路徑是什么?舒院士提出7大方向：
來源：舒印彪《構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)與對策》
(1) 大力發(fā)展清潔能源技術(shù)
中國地域廣闊，各地資源稟賦不一樣，舒院士提出，不同區(qū)域，新能源開發(fā)方向也不一樣。
風(fēng)電光伏等新能源開發(fā)，要西北部“沙戈荒”基地、東部海上風(fēng)電，與中東部分布式新能源開發(fā)并舉。推進(jìn)高效太陽能、海上風(fēng)電輕量化等關(guān)鍵技術(shù)和裝備研究攻關(guān)。
水電方面，要加快西南大基地建設(shè)，開發(fā)金沙江中上游、瀾滄江上游和藏東南等一批流域水電。優(yōu)先建設(shè)具有季調(diào)節(jié)、多年調(diào)節(jié)的龍頭水庫。積極推進(jìn)大型水電站優(yōu)化升級，發(fā)揮水電調(diào)節(jié)潛力。
核電在電力供應(yīng)方面，可以起到基礎(chǔ)保障和關(guān)鍵支撐作用，應(yīng)優(yōu)先在東部發(fā)展核電。研發(fā)第三代壓水堆技術(shù)，推進(jìn)高溫氣冷堆技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)核能在發(fā)電、供熱、制氫等領(lǐng)域綜合利用。
(2 )煤電靈活清潔高效利用技術(shù)
煤電是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的“壓艙石”。要提升煤電靈活性。加強(qiáng)煤電超低負(fù)荷穩(wěn)燃等技術(shù)研究，煤電熱力、制粉等系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
同時推進(jìn)煤電摻燒技術(shù)改造。加強(qiáng)煤電摻燒生物質(zhì)等技術(shù)攻關(guān)，因地制宜推進(jìn)煤電摻燒改造。
加快CCUS技術(shù)研發(fā)應(yīng)用。發(fā)展低能耗低成本碳捕集技術(shù)，突破陸地和海洋碳封存關(guān)鍵技術(shù)。
(3) 加強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)
電網(wǎng)是電力系統(tǒng)資源配置的平臺，世界各國普遍把發(fā)展大電網(wǎng)作為能源轉(zhuǎn)型的重要舉措。
在送端，探索新能源孤島柔直送出等技術(shù)，按照直流合理分群分組，形成清晰網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。
在受端，優(yōu)化直流落點(diǎn)與接入方案，加強(qiáng)和拓展1000千伏區(qū)域主網(wǎng)架。
隨著分布式新能源大規(guī)模接入，配電網(wǎng)形態(tài)從傳統(tǒng)的單向“無源”網(wǎng)絡(luò)向雙向“有源”系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，功能從單一供配電服務(wù)向源網(wǎng)荷儲資源配置平臺轉(zhuǎn)變。
規(guī)劃方面，以分層分區(qū)平衡優(yōu)化資源配置，分布式電源有序接入，主配微協(xié)同發(fā)展。
運(yùn)行方面，強(qiáng)化平衡單元的柔性互聯(lián)和集群自洽，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)對大電網(wǎng)的主動支撐。
(4) 科學(xué)規(guī)劃建設(shè)儲能體系
儲能在新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。舒院士提出，不同類型儲能各有特色，構(gòu)建總量充裕、結(jié)構(gòu)合理、成本最優(yōu)的儲能體系。
來源：舒印彪《構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)與對策》
其中，抽水蓄能成熟、可靠，要加快建成一批建設(shè)條件好、前期工作深、綜合效益優(yōu)的抽水蓄能電站。
電化學(xué)儲能響應(yīng)迅速，無地域限制，可在新能源場站、電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和用戶側(cè)廣泛應(yīng)用。
重力和壓縮空氣等物理儲能容量大、效率高，適合大規(guī)模開發(fā)，要擴(kuò)大商業(yè)化試驗(yàn)示范。
來源：舒印彪《構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)與對策》
(5) 大力推進(jìn)再電氣化
目前，我國工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域占能源碳排放的45%，亟需大力發(fā)展能源消費(fèi)側(cè)電能替代關(guān)鍵技術(shù)。
實(shí)施“以電代煤、以電代油、以電代氣”，實(shí)現(xiàn)對化石能源的深度替代。
工業(yè)領(lǐng)域大力發(fā)展電爐短流程煉鋼、氫還原冶金、礦山機(jī)械電氣化等，推廣應(yīng)用高效電熔爐、電窯爐。
建筑領(lǐng)域推廣超低能耗、近零能耗建筑，積極推進(jìn)建筑用能電氣化和建筑光伏一體化，推廣“光儲直柔”建筑，實(shí)現(xiàn)柔性用電。
交通領(lǐng)域加快發(fā)展電動船舶和氫燃料電池車輛船舶，突破氫燃料電池技術(shù)瓶頸，探索全電飛機(jī)等前沿技術(shù)。
(6) 加快構(gòu)建全國統(tǒng)一電力市場
舒院士提出，發(fā)揮全國統(tǒng)一電力市場優(yōu)化配置資源的基礎(chǔ)作用，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要保障。具體來說：
一是完善電力市場規(guī)則。健全多層次統(tǒng)一電力市場，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)貨市場與中長期市場的有機(jī)銜接。
二是健全價格激勵機(jī)制。完善輔助服務(wù)、容量補(bǔ)償?shù)葯C(jī)制，加強(qiáng)需求側(cè)響應(yīng)市場機(jī)制建設(shè)。
三是促進(jìn)電碳市場協(xié)同。有序?qū)崿F(xiàn)碳市場與綠電交易、綠證制度的深度融合和有效銜接。
(7) 加強(qiáng)碳足跡管理體系建設(shè)
舒院士認(rèn)為，碳足跡管理體系建設(shè)是引導(dǎo)清潔能源投資與消費(fèi)，促進(jìn)全社會增加清潔電力生產(chǎn)和消費(fèi)的關(guān)鍵。
我們要盡快建立產(chǎn)品碳足跡本土化數(shù)據(jù)庫。提升碳排放監(jiān)測質(zhì)量，建立分時分區(qū)電碳因子數(shù)據(jù)庫。
同時要加強(qiáng)碳排放核算標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)。完善碳排放核算核查標(biāo)準(zhǔn)，形成全生命周期碳足跡標(biāo)準(zhǔn);建立碳排放標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證體系。積極對接國際貿(mào)易規(guī)則，與貿(mào)易伙伴建立認(rèn)證機(jī)構(gòu)資質(zhì)互認(rèn)機(jī)制。
總之，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要全社會共同努力，加強(qiáng)科技創(chuàng)新，共同推動構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，為支撐“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)作出更大貢獻(xiàn)。
來源：環(huán)球零碳 作者維小尼
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