南京市政府與中國華能在京簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議共建中國能谷

動感舒印彪：我國電力碳達峰、碳中和路徑研究 

編者按

電力是能源轉(zhuǎn)型的中心環(huán)節(jié)、碳減排的關(guān)鍵領(lǐng)域，電力低碳轉(zhuǎn)型對實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)具有全局性意義。當(dāng)前，我國推進能源轉(zhuǎn)型、實現(xiàn)碳中和愿景，需要加快構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。

近日，中國工程院院刊《中國工程科學(xué)》優(yōu)先出版了來自中國工程院舒印彪院士科研團隊的《我國電力碳達峰、碳中和路徑研究》一文。文章在電力碳預(yù)算評估的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了深度低碳、零碳、負碳三類電力轉(zhuǎn)型情景，研判電力需求等關(guān)鍵邊界條件，構(gòu)建路徑規(guī)劃優(yōu)化模型；確定了不同情景下包含電源結(jié)構(gòu)、電力碳排放、電力供應(yīng)成本在內(nèi)的電力低碳轉(zhuǎn)型路徑；探討并剖析了煤電發(fā)展定位、新能源發(fā)展利用、清潔能源多元化供應(yīng)、電力平衡等實現(xiàn)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型亟待解決的重大問題。文章建議，加強頂層設(shè)計，穩(wěn)妥規(guī)劃轉(zhuǎn)型節(jié)奏，保障電力供應(yīng)安全；加強綠色低碳重大科技攻關(guān)，統(tǒng)籌電力全鏈條技術(shù)與產(chǎn)業(yè)布局；優(yōu)化完善利益平衡統(tǒng)籌兼顧的市場機制，加快建設(shè)綠色金融政策保障體系。通過政策、技術(shù)、機制協(xié)同，推動中長期我國電力低碳轉(zhuǎn)型的高質(zhì)量發(fā)展。

一、前言

進入21 世紀以來，與全球氣候變化密切相關(guān)的極端天氣、自然災(zāi)害頻發(fā)，世界各國紛紛制定碳中性、碳中和氣候目標(biāo)，加速能源清潔低碳轉(zhuǎn)型、積極應(yīng)對氣候變化成為全球共同性議題。我國積極宣示并推動碳達峰、碳中和目標(biāo)的實施，既是踐行人類命運共同體的重大實踐，也體現(xiàn)了推動世界綠色低碳轉(zhuǎn)型的決心與擔(dān)當(dāng)。在我國，能源活動是CO 2 的主要排放源，相應(yīng)排放量約占全社會CO 2 排放量的87%、全部溫室氣體排放量的73%；其中電力部門是重要的碳排放部門（約占能源碳排放的40%），相應(yīng)排放量約為4×10 9 t。未來，通過電能替代煤炭、石油、天然氣等化石能源的直接使用，提高終端能源消費的電氣化水平，可顯著減少終端用能部門的直接碳排放。 電力是能源轉(zhuǎn)型的中心環(huán)節(jié)、碳減排的關(guān)鍵領(lǐng)域，電力部門將承擔(dān)更大的減排責(zé)任，應(yīng)加快構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，推動能源電力低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展，為實現(xiàn)我國碳中和目標(biāo)作出重要貢獻。

能源電力低碳轉(zhuǎn)型對于實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)至關(guān)重要。目前國內(nèi)外研究機構(gòu)在世界能源低碳轉(zhuǎn)型路徑研究方面取得了豐富成果，如國際能源署（IEA）、國際可再生能源署（IRENA）等機構(gòu)按年度發(fā)布世界能源發(fā)展展望報告，開發(fā)了一批綜合能源經(jīng)濟模型（ 代表性的有MARKEL-MACRO 模型、TIMES 模型、C-REM 模型），為碳中和目標(biāo)下全社會、各行業(yè)脫碳轉(zhuǎn)型路徑研究提供了方向引導(dǎo)與工具支撐；國內(nèi)高校、科研院所通過設(shè)置政策情景、強化減排情景、2 ℃和1.5 ℃情景等假設(shè)，對碳達峰、碳中和目標(biāo)下我國能源電力轉(zhuǎn)型路徑開展了多情景分析并獲得諸多研究成果。需要注意到，相較主要發(fā)達國家在自然達峰后的漫長減排路徑，我國的碳排放峰值、平臺期、轉(zhuǎn)型路徑將完全不同，電力低碳轉(zhuǎn)型必然面臨包括規(guī)劃、政策、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟性在內(nèi)的全方位挑戰(zhàn)。統(tǒng)籌協(xié)調(diào)電力行業(yè)與全社會其他行業(yè)的減排責(zé)任和進程，考慮新型儲能、CCUS（碳捕集、利用與封存）、氫能等關(guān)鍵新技術(shù)對電力低碳轉(zhuǎn)型路徑的影響，合理確定煤電發(fā)展定位、科學(xué)發(fā)展利用新能源、破解電力平衡挑戰(zhàn)等重大問題，都可歸納為在多重不確定的內(nèi)外部環(huán)境下多目標(biāo)權(quán)衡與統(tǒng)籌優(yōu)化事件，需要兼顧安全、經(jīng)濟、清潔等多個方向開展系統(tǒng)深入的研究。

針對于此，本文以我國電力行業(yè)未來承擔(dān)的碳減排實物量為主約束，根據(jù)經(jīng)濟發(fā)展、能源電力需求、資源環(huán)境等關(guān)鍵邊界條件，合理計及約束差異，構(gòu)建深度低碳、零碳、負碳3類電力低碳轉(zhuǎn)型情景；對比分析不同情景下電源結(jié)構(gòu)布局、電力碳減排、電力供應(yīng)成本等優(yōu)化結(jié)果，辨識路徑實施亟待解決的關(guān)鍵問題，以期為碳達峰、碳中和目標(biāo)下電力轉(zhuǎn)型及中長期發(fā)展研究提供基礎(chǔ)參考。

二、碳達峰、碳中和目標(biāo)下電力轉(zhuǎn)型路徑的多情景分析方法

（一）研究模型與方法

本文采用定量和定性相結(jié)合的方式開展具體研究。

① 評估電力系統(tǒng)碳預(yù)算。以碳達峰、碳中和目標(biāo)實現(xiàn)為約束，從經(jīng)濟社會發(fā)展的全局出發(fā)，綜合考慮國際碳減排現(xiàn)狀、不同行業(yè)發(fā)展趨勢和碳減排難度，研判2020—2060 年我國電力碳排放總預(yù)算。

② 設(shè)置轉(zhuǎn)型情景和關(guān)鍵邊界條件。考慮電力系統(tǒng)碳減排責(zé)任、關(guān)鍵舉措實施力度的差異性，結(jié)合國民經(jīng)濟增長、能源電力需求、宏觀政策目標(biāo)、能源資源潛力、技術(shù)經(jīng)濟性等關(guān)鍵邊界條件及其參數(shù)，設(shè)計電力系統(tǒng)深度低碳、零碳、負碳3 類轉(zhuǎn)型發(fā)展情景。

③ 電力碳減排轉(zhuǎn)型路徑優(yōu)化（見圖1）。針對設(shè)計的3 類發(fā)展情景，采用碳達峰、碳中和電力規(guī)劃軟件包GESP-V 來優(yōu)化獲得電源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型路徑、電力系統(tǒng)碳減排路徑、電力供應(yīng)成本等。GESP-V 由國網(wǎng)能源研究院有限公司自主開發(fā)，以包含新能源在內(nèi)的多區(qū)域電力規(guī)劃模型為核心，可反映電力電量平衡、碳排放約束、碳捕集改造、電制氫等減碳與新能源利用等關(guān)鍵技術(shù)的影響；集成電源規(guī)劃、生產(chǎn)模擬、政策分析等系統(tǒng)工具，可針對各類情景下的能源電力發(fā)展路徑、電源發(fā)展規(guī)模布局、電力流向規(guī)模、傳統(tǒng)電源CCUS 改造后的捕集規(guī)模、電力碳減排路徑等開展優(yōu)化分析。

④ 關(guān)鍵問題分析與應(yīng)對策略建議（見圖2）?；诟靼l(fā)展情景下路徑優(yōu)化結(jié)果的對比，探討煤電發(fā)展定位、新能源發(fā)展利用、清潔能源多元化供應(yīng)、電力平衡等關(guān)鍵問題，研究提出低碳轉(zhuǎn)型所需的技術(shù)、經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)、政策等建議。

圖1 碳達峰、碳中和目標(biāo)下電力發(fā)展路徑優(yōu)化模型

注：UHVDC 表示特高壓直流輸電；UHVAC 表示特高壓交流輸電。

圖2 碳達峰、碳中和目標(biāo)下電力低碳轉(zhuǎn)型研究思路

（二）電力碳預(yù)算

碳預(yù)算指在特定時期中將全球地表溫度控制在給定范圍內(nèi)所對應(yīng)的累積CO 2 排放量上限。研究表明，全球最大溫升與累積CO 2 排放量約為線性比例關(guān)系，CCR 指數(shù)可以衡量這種近似線性關(guān)系。

式中，Δ T 是一段時間內(nèi)的全球溫升， E T 為這段時間內(nèi)累積的CO 2 排放量。CCR 指數(shù)值通常為1.0~2.1℃ /（10 12 t CO 2 ）。

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）測算，全球溫升控制在2 ℃以內(nèi)的剩余碳預(yù)算為1.2×10 12 ~1.5×10 12 t CO 2 ，全球溫升控制在1.5℃以內(nèi)的剩余碳預(yù)算為4.2×10 11 ~5.8×10 11 t CO 2 。為了實現(xiàn)國際間全球碳預(yù)算的合理分配，各國研究機構(gòu)積極探索碳排放限額分配方法，雖然尚未形成統(tǒng)一的碳排放權(quán)分配方案，但基本形成以人均碳排放、累計人均碳排放為基礎(chǔ)的兩類典型分配思路。在我國，為了將全國碳預(yù)算分解至各行業(yè)，還需考慮全社會各行業(yè)的碳排放現(xiàn)狀、碳減排難度、碳減排潛力、技術(shù)經(jīng)濟性差異。 本研究基于全球剩余碳預(yù)算，綜合考慮國際間碳排放方案、國內(nèi)行業(yè)間碳排放現(xiàn)狀及減排能力差異，預(yù)測2020—2060 年我國電力系統(tǒng)碳排放預(yù)算為7.8×10 10 ~1.3×10 11 t CO 2 。

（三）發(fā)展情景與關(guān)鍵邊界條件

以2060 年為目標(biāo)年，考慮電力系統(tǒng)不同的碳減排責(zé)任、減排關(guān)鍵舉措的不同實施力度，設(shè)計了電力系統(tǒng)深度低碳、零碳、負碳3 類轉(zhuǎn)型發(fā)展情景（見表1），剖析實現(xiàn)碳中和不同路徑下存在的重要問題，推演各種發(fā)展路徑的可行性及面臨挑戰(zhàn)。

表1 電力低碳轉(zhuǎn)型的主要情景

1. 電力需求預(yù)測結(jié)果

綜合考慮經(jīng)濟增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能節(jié)電、電能替代、電制氫等影響因素， 未來我國電力需求的增長空間還很大（見圖3）：2030 年全社會用電量約為1.18×10 13 kW·h，2040—2045 年電力需求增長趨于飽和（年均增速低于1%），2060 年全社會用電量約為1.57×10 13 kW·h；遠期可再生能源制氫電量占比持續(xù)提升，2060 年約為1.7×10 12 kW·h。

圖3 2020—2060 年全社會用電量預(yù)測結(jié)果

2. 其他關(guān)鍵邊界條件

電力低碳轉(zhuǎn)型路徑優(yōu)化除了受電力需求影響以外， 還受到經(jīng)濟發(fā)展目標(biāo)、能源需求、非化石能源結(jié)構(gòu)占比、非化石能源開發(fā)潛力及目標(biāo)、碳減排關(guān)鍵目標(biāo)、電力碳預(yù)算等關(guān)鍵邊界條件約束（見表2）。

表2 電力低碳轉(zhuǎn)型優(yōu)化的其他關(guān)鍵邊界條件

三、電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型路徑

針對碳達峰、碳中和目標(biāo)下電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的路徑優(yōu)化問題， 本研究以2020—2060 年電力供應(yīng)成本最低為優(yōu)化目標(biāo)，以各類電源裝機、發(fā)電量、CCUS 改造規(guī)模等為優(yōu)化變量，兼顧電力電量平衡、碳預(yù)算、可再生能源發(fā)電資源等約束條件，建立了電力系統(tǒng)多情景優(yōu)化規(guī)劃模型，優(yōu)化得到不同情景下電力系統(tǒng)碳減排路徑、電力供應(yīng)成本變化情況。

（一）電源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型路徑

電源轉(zhuǎn)型路徑整體呈現(xiàn)出了電源結(jié)構(gòu)不斷清潔化發(fā)展的態(tài)勢，非化石能源裝機和發(fā)電量占比穩(wěn)步提升，逐步演變?yōu)橐孕履茉礊橹黧w的新型電力系統(tǒng)。

對于零碳情景，① 在電源裝機結(jié)構(gòu)方面（見圖4），2030 年電力系統(tǒng)總裝機達到4×10 9 kW，非化石能源裝機占比從2020 年的46% 提高至64%；2060 年總裝機達到7.1×10 9 kW，非化石能源裝機占比提升至89%；

② 在發(fā)電量結(jié)構(gòu)方面（見圖5），2030 年電力系統(tǒng)總發(fā)電量達到1.18×10 13 kW·h，非化石能源發(fā)電量占比從2020 年的36% 提升至51%；2060 年電力系統(tǒng)總發(fā)電量達到1.57×10 13 kW·h，非化石能源發(fā)電量占比提升至92%，煤電電量占比降至4%。對于深度低碳、負碳情景，2060 年非化石能源裝機占比分別為85%、92%，2060 年非化石能源發(fā)電量占比分別為88%、94%。

圖4 零碳情景下2020—2060 年電源裝機結(jié)構(gòu)

圖5 零碳情景下2020—2060 年發(fā)電量結(jié)構(gòu)

（二）電力系統(tǒng)碳減排路徑

電力碳減排路徑主要分為碳達峰、深度低碳、碳中和3 個階段，各階段的電力碳減排演化路徑特征表述如下。

在碳達峰階段，對于零碳情景，2028 年前后電力系統(tǒng)碳排放達峰，峰值約為4.4×10 9 t CO 2 （不含供熱碳排放），約占能源燃燒CO 2 峰值的49%，其中煤電排放約4×10 9 t CO 2 、氣電排放約4×10 8 t CO 2 。電力行業(yè)要承擔(dān)其他行業(yè)電氣化帶來的碳排放轉(zhuǎn)移，同時碳達峰階段的新增電力需求難以完全由非化石能源發(fā)電滿足，兩方面因素共同導(dǎo)致電力碳排放達峰可能滯后于其他行業(yè)，但整體上有利于全社會碳排放的提前達峰。 對于負碳情景，電力系統(tǒng)將承擔(dān)更多的碳減排責(zé)任，預(yù)計2025 年前后碳排放達峰，較零碳低峰值情景提前2~3 a；相應(yīng)碳排放峰值降低至4.1×10 9 t CO 2 。 對于深度低碳情景，預(yù)計“十五五”時期末段電力碳排放達峰，相應(yīng)峰值約提高至4.7×10 9 t CO 2 。

在深度低碳階段，電力排放達峰后進入短暫平臺期（2~3 a），之后碳減排速度整體呈先慢后快的下降趨勢。隨著新能源、儲能技術(shù)經(jīng)濟性進一步提高、新一代CCUS 技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用規(guī)模擴大，電力系統(tǒng)將實現(xiàn)深度低碳。在零碳情景下，2050 年電力碳排放降低到1×10 9 t CO 2 以下。

在碳中和階段，2060 年電力系統(tǒng)實現(xiàn)零碳（見圖6）。在零碳情景下，煤電、氣電碳排放分別為5.3×10 8 t CO 2 、2.5×10 8 t CO 2 （不計CCUS 碳捕集量），煤電、氣電、生物質(zhì)發(fā)電的CCUS 碳捕集量分別為3.2×10 8 t CO 2 、1.2×10 8 t CO 2 、3.4×10 8 t CO 2 。

圖6 零碳情景下2020—2060 年電力碳排放和吸收圖

（三）電力供應(yīng)成本分析

根據(jù)不同情景下電源裝機結(jié)構(gòu)、發(fā)電量結(jié)構(gòu)、火電機組CCUS 改造情況，統(tǒng)計得到電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型路徑下、規(guī)劃周期內(nèi)的投資成本、運行成本、碳排放環(huán)境成本結(jié)構(gòu)（見圖7）。不同碳減排路徑對低碳技術(shù)、非化石能源需求存在差異，電力轉(zhuǎn)型成本與承擔(dān)的減排量、實施的減排力度呈明顯的正相關(guān)關(guān)系。在零碳情景下，按4% 貼現(xiàn)率考慮，2020—2060 年全規(guī)劃周期電力供應(yīng)成本貼現(xiàn)到2020 年約為60 萬億元，其中新增投資在電力系統(tǒng)規(guī)劃費用組成中的占比最大（約為42%）。相對于零碳情景，負碳情景下的新能源并網(wǎng)比例迅速提高，對靈活資源、輸配電網(wǎng)、碳捕捉利用設(shè)備的投入也將大幅增加，電力供應(yīng)成本提高約17%。深度低碳情景下的電力供應(yīng)成本最低，較零碳情景降低約12%。

圖7 不同情景下的電力供應(yīng)成本及構(gòu)成

零碳情景下的不同碳減排路徑對比表明（見圖8）：在相同電力碳預(yù)算的情景下，先慢后快的“上凸曲線”減排路徑，其技術(shù)經(jīng)濟評價相對更好；若電力碳減排路徑保持勻速的“下斜直線”或先快后慢的“下凹曲線”趨勢，將對新能源規(guī)模、脫碳技術(shù)應(yīng)用提出更高要求，預(yù)計2020—2060 年電力成本需提高4%~8%。因此，碳達峰、碳中和路徑的制定，應(yīng)統(tǒng)籌考慮經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)律、關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展成熟度等客觀因素，合理分配不同歷史時期的碳減排責(zé)任，避免“搶跑式”“運動式”減碳，力求符合實際、切實可行。

圖8 零碳情景下不同碳減排路徑對比圖

測算數(shù)據(jù)表明，電力供應(yīng)成本近中期波動上升，中遠期先進入平臺期然后逐步下降。在零碳情景下，為滿足新增的用電需求， 實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)，各類電源尤其是新能源需高速發(fā)展，相應(yīng)電力投資將保持在較高水平。新能源電量滲透率超過15% 后，系統(tǒng)成本到達快速增長的臨界點，測算的2025 年、2030 年系統(tǒng)成本分別是2020 年的2.3 倍、3 倍；上述因素將推動供電成本波動上升，預(yù)計2020—2025 年、2025—2030 年、2030—2040 年電力供應(yīng)成本投入分別約14.5 萬億元、16.1 萬億元、33.0 萬億元（不考慮折現(xiàn)）；2045 年前后電力供應(yīng)成本投入進入平臺期，電力需求轉(zhuǎn)入低速增長階段，電力基礎(chǔ)設(shè)施新增投資較少，電力需求主要由上網(wǎng)邊際成本很低的新能源發(fā)電提供，系統(tǒng)運行成本進入平臺期。

四、實現(xiàn)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型亟待解決的重大問題

在電力低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑下，以風(fēng)能、光伏為代表的新能源將成為電力供應(yīng)主體，給現(xiàn)有電力系統(tǒng)帶來戰(zhàn)略性、全局性變革。在供給側(cè)，新能源逐步成為裝機和電量的主體；在用戶側(cè)，分布式電源、多元負荷、儲能等發(fā)/ 用電一體的“產(chǎn)消者”大量涌現(xiàn)；在電網(wǎng)側(cè)，以大電網(wǎng)為主導(dǎo)、多種電網(wǎng)形態(tài)相融并存的格局逐步形成。電力系統(tǒng)整體運行的機理必然出現(xiàn)深刻變化，為了推動我國電力碳達峰、碳中和發(fā)展目標(biāo)的實施落地，還需要重點關(guān)注以下四方面問題。

（一）科學(xué)確定煤電發(fā)展定位

煤電與非化石能源并非簡單的此消彼長，而應(yīng)是協(xié)調(diào)互補的發(fā)展關(guān)系，解決好煤電發(fā)展問題是我國穩(wěn)妥實現(xiàn)電力低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。煤電由電量主體轉(zhuǎn)變?yōu)槿萘恐黧w，在為新能源發(fā)展騰出電量空間的同時，提供靈活調(diào)節(jié)能力以確保能源供給安全。目前，我國煤電裝機容量約1.08×10 9 kW，其中約9×10 8 kW 的是高參數(shù)、大容量煤電機組；應(yīng)合理利用這些優(yōu)質(zhì)存量資產(chǎn)，科學(xué)謀劃煤電退出路徑，協(xié)調(diào)好煤電與可再生能源的發(fā)展節(jié)奏，防止煤電大規(guī)模過快退出而影響電力安全穩(wěn)定供應(yīng)。

綜合考慮，按照“增容控量”“控容減量”“減容減量”3 個階段來謀劃煤電發(fā)展路徑（ 見圖 9~11）。

① “增容控量”階段。“十四五”時期煤電發(fā)展難以“急剎車”，裝機容量仍需有一定的增長，在此基礎(chǔ)上要嚴控發(fā)電量增長；裝機容量峰值約為1.25×10 9 kW，發(fā)電量先于裝機2~3 a 達峰，峰值約為5.1×10 12 kW·h；新增煤電主要發(fā)揮高峰電力平衡和應(yīng)急保障作用并提供轉(zhuǎn)動慣量，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

②“控容減量”階段。“十五五”時期煤電進入裝機峰值的平臺期，發(fā)電量、耗煤量穩(wěn)步下降，更多承擔(dān)系統(tǒng)調(diào)節(jié)、高峰電力平衡的功能；預(yù)計2030 年煤電發(fā)電量達到5×10 12 kW·h，較峰值降低1×10 9 kW·h，煤電發(fā)電利用小時數(shù)降低到4000 h以下；“十五五”時期煤電CCUS 改造進入示范應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)化培育的初期階段，2025 年、2030 年累計改造規(guī)模為2×10 6 kW、1×10 7 kW，碳捕集規(guī)模為8×10 6 t/a、3.7×10 7 t/a。

③ “減容減量”階段。2030 年以后，煤電裝機和發(fā)電量穩(wěn)步下降，一部分逐步退出常規(guī)運行而作為應(yīng)急備用；遠期加裝CCUS 設(shè)備，逐步增加“近零脫碳機組”并形成碳循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展新模式；2060 年煤電裝機降至4×10 8 kW，相應(yīng)占比下降為5.6%。

圖9 零碳情景下2020—2060 年各類型煤電裝機結(jié)構(gòu)

圖10 零碳情景下2020—2060 年煤電發(fā)電量及利用小時數(shù)

圖11 零碳情景下煤電CCUS 改造規(guī)模及碳捕集量

（二）拓展新能源發(fā)展模式和多元化利用

新能源將逐步演變?yōu)橹黧w電源，宜堅持集中式與分布式開發(fā)并舉，分階段優(yōu)化布局。我國新能源發(fā)電資源豐富，風(fēng)能、光伏發(fā)電的技術(shù)經(jīng)濟可開發(fā)量分別達到3.5×10 9 kW、5×10 9 kW，相關(guān)成本也因快速的技術(shù)進步、合理的市場競爭而處于快速下降通道。我國新能源產(chǎn)業(yè)鏈相對完整，光伏組件、風(fēng)力機整機的年產(chǎn)能分別達到1.5×10 8 kW、6×10 7 kW，為大規(guī)模、高強度、可持續(xù)開發(fā)利用提供了堅實保障（見圖12,13）。

圖12 零碳情景下2020—2060 年風(fēng)電發(fā)電裝機結(jié)構(gòu)

圖13 零碳情景下2020—2060 年太陽能發(fā)電裝機結(jié)構(gòu)

在風(fēng)電方面，近期應(yīng)因地制宜發(fā)展東部、中部地區(qū)的分散式風(fēng)電和海上風(fēng)電，優(yōu)先就地消納，同時穩(wěn)步推進西部、北部地區(qū)的風(fēng)電基地集約化開發(fā)；遠期隨著東部、中部地區(qū)的分散式風(fēng)電資源基本開發(fā)完畢，風(fēng)電開發(fā)重心重回西部、北部地區(qū)，同時海上風(fēng)電逐步向遠海拓展，預(yù)計2060 年風(fēng)電裝機容量為2×10 9 kW（含海上風(fēng)電的5×10 8 kW）。在太陽能方面，近期仍以光伏發(fā)電為主導(dǎo)，優(yōu)先發(fā)展東部、中部地區(qū)的分布式光伏，西部、北部地區(qū)則推動建設(shè)集中式太陽能發(fā)電基地；中遠期，包括光熱發(fā)電在內(nèi)的太陽能發(fā)電基地建設(shè)將在西北地區(qū)及其他有條件的區(qū)域持續(xù)擴大規(guī)模，預(yù)計2060 年太陽能裝機容量為2.6×10 9 kW（ 含光熱發(fā)電的2.5×10 8 kW）。

著眼中遠期發(fā)展，單純依靠電力系統(tǒng)難以充分實現(xiàn)新能源利用，因而跨系統(tǒng)發(fā)展循環(huán)碳經(jīng)濟是新能源多元化利用的重要方式。宜積極運用綠電制氫、氣、熱等電力多元化轉(zhuǎn)換（Power-to-X）和跨能源系統(tǒng)利用方式，與火電CCUS 捕獲的CO 2 結(jié)合來制取甲醇、甲烷等（應(yīng)用于工業(yè)原料領(lǐng)域），全面擴大碳循環(huán)經(jīng)濟規(guī)模。

（三）構(gòu)建多元化清潔能源供應(yīng)體系

未來各類型清潔電源的發(fā)展定位是電力低碳轉(zhuǎn)型的焦點問題。單純依賴新能源增長并不科學(xué)，需要在統(tǒng)籌平衡、功能互補的前提下，明確各類型電源發(fā)展定位， 注重能源綠色低碳轉(zhuǎn)型與靈活性調(diào)節(jié)資源補短板并重，實現(xiàn)“水核風(fēng)光儲”等各類電源協(xié)同發(fā)展。

一是積極推進水電開發(fā)，安全有序發(fā)展核電。2030 年以前加快開發(fā)西南地區(qū)的優(yōu)質(zhì)水電站址資源，而2030 年后重點推進西藏自治區(qū)的水電開發(fā)；2030 年水電總裝機容量為4×10 8 kW 以上，年發(fā)電量約為1.6×10 12 kW·h，開發(fā)率（不含西藏水電）超過80%；2040 年水電基本開發(fā)完畢，2060 年裝機容量保持在5×10 8 kW 以上。在確保安全的前提下有序發(fā)展核電，2030 年前年均開工6~8 臺機組，2030 年核電裝機容量約為1.2×10 8 kW；隨沿海站址資源開發(fā)完畢，2030 年后適時啟動內(nèi)陸核電建設(shè)，2060 年裝機容量增長至在4×10 8 kW 左右。

二是適度發(fā)展氣電，增強電力系統(tǒng)的靈活性并實現(xiàn)電力多元化供應(yīng)。氣電的度電排放約為煤電的50% 且靈活調(diào)節(jié)性能優(yōu)異，適度發(fā)展是保障電力安全穩(wěn)定供應(yīng)的現(xiàn)實選擇；氣電定位以調(diào)峰為主，預(yù)計2030 年、2060 年裝機容量分別為2.2×10 8 kW、4×10 8 kW。未來仍需重視天然氣對外依存度、發(fā)電成本、技術(shù)類型等問題，積極探索天然氣摻氫、氫氣和CO 2 制取天然氣等碳循環(huán)模式作為補充氣源。

三是合理統(tǒng)籌抽水蓄能和新型儲能發(fā)展。近中期，在站址資源滿足要求的條件下，應(yīng)優(yōu)先開發(fā)抽水蓄能以保證電力平衡并提供系統(tǒng)慣量；中遠期需進一步挖掘優(yōu)質(zhì)站址資源，預(yù)計2060 年抽水蓄能裝機容量達到4×10 8 kW。為滿足電力平衡、新能源消納等需求，中遠期新型儲能將取得快速發(fā)展，預(yù)計2060 年裝機容量達到2×10 8 kW。

（四）務(wù)實解決電力平衡與供應(yīng)保障問題

電力平衡是電力低碳轉(zhuǎn)型亟需面對的重大難題和挑戰(zhàn)，如近期受電煤供應(yīng)緊張、煤炭價格漲幅明顯等因素的影響，多地出現(xiàn)了限產(chǎn)限電現(xiàn)象，引發(fā)各方高度關(guān)注。值得指出的是， 一定時期內(nèi)煤炭仍是我國重要的“兜底”保障能源，應(yīng)在妥善解決電煤市場供需、秩序、價格等問題的基礎(chǔ)上，著力構(gòu)建多元化的清潔能源供應(yīng)體系，以此充分保障電力供應(yīng)的充裕性。

近期，煤電仍是保障電力平衡的主力電源。新能源具有有效出力不穩(wěn)定且偏小的特點（見圖14），預(yù)計2025 年、2030 年在電力平衡中的貢獻度占比分別為6%、7%，而煤電的相應(yīng)占比高達57%、48%。充分挖掘需求側(cè)資源也是保障電力系統(tǒng)安全運行、促進新能源消納的重要方式，預(yù)計2030 年、2060 年可利用規(guī)模超過最大負荷的6%、15%。為此，未來應(yīng)從規(guī)劃設(shè)計、市場培育、機制完善、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面著手，建立健全需求側(cè)資源利用體系。

圖14 2020—2060 年我國各類電源電力平衡貢獻圖

遠期， 保障電力平衡依賴多元化的清潔能源。預(yù)計2060 年全國電力平衡容量需求為2.8×10 9 ~3.2×10 9 kW；風(fēng)能、光伏的裝機規(guī)模約為4.6×10 9 kW，但參與電力平衡的有效容量僅約4×10 8 ~5×10 9 kW，僅能滿足約15% 的電力平衡容量需求；水電、核電、氣電、生物質(zhì)等清潔能源對電力平衡容量的貢獻度達到40%，抽水蓄能與新型儲能的貢獻度為17%，CCUS 改造、調(diào)峰、應(yīng)急備用煤電電力的貢獻度分別為5%、5%、3%。

著眼長遠，我國電源發(fā)展存在多種路徑，具有高度的不確定性；為了化解各種不確定性伴生的風(fēng)險，應(yīng)建立更加穩(wěn)定的電力供應(yīng)體系，提升極端情形下電力安全供應(yīng)保障水平。基于碳達峰、碳中和目標(biāo)約束，設(shè)置了煤電裝機的平穩(wěn)削減、加速削減兩種情景，據(jù)此模擬電力供應(yīng)的保障情況（見圖 15）。

①平穩(wěn)削減情景。2060 年全國煤電裝機容量保留8×10 8 kW，其中近零脫碳機組裝機容量為3.8×10 8 kW，靈活調(diào)節(jié)機組裝機容量為2.2×10 8 kW，應(yīng)急備用機組裝機容量為2×10 8 kW。2030 年后，通過延壽、新建機組替換退役機組，保持煤電裝機容量平緩下降，同時提高“退而不拆”的應(yīng)急備用煤電規(guī)模；需配置的新能源裝機規(guī)模為3.9×10 9 kW。

② 加速削減情景。2060 年全國煤電裝機容量保留4×10 8 kW，其中近零脫碳機組裝機容量為1.5×10 8 kW，靈活調(diào)節(jié)機組裝機容量為1.5×10 8 kW，應(yīng)急備用機組裝機容量為1×10 8 kW。2030 年后，煤電裝機的自然退役規(guī)?？焖僭黾?，有較小規(guī)模的延壽和退役替換機組；需配置的新能源裝機規(guī)模為4.6×10 9 kW。

圖15 2020—2060 年全國煤電裝機情景對比

相較加速削減情景，平穩(wěn)削減情景對無風(fēng)無光、陰雨冰凍等極端天氣的電力供應(yīng)保障能力顯著提升；但系統(tǒng)冗余備用成本有著較大增加， CCUS 改造需求時間提前且數(shù)量上升（如2060 年的碳捕集量需達到1.4×10 9 t），整個規(guī)劃期的電力供應(yīng)成本提高約4%。

五、對策建議

（一）優(yōu)化電力行業(yè)頂層設(shè)計，穩(wěn)妥規(guī)劃電力轉(zhuǎn)型節(jié)奏

統(tǒng)籌確定各省份、各行業(yè)的碳減排預(yù)算， 特別是進一步明確電力行業(yè)碳預(yù)算，科學(xué)制定并實施相應(yīng)的碳排放達峰時間與主要指標(biāo)。在加快發(fā)展新能源、水電、核電等非化石能源的基礎(chǔ)上，綜合考慮電力供應(yīng)保障、系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)資源等需求，協(xié)調(diào)煤電退出規(guī)模、節(jié)奏以及可再生能源發(fā)展；積極采取煤電延壽、退役煤電轉(zhuǎn)為應(yīng)急備用機組等措施，預(yù)防因火電大規(guī)?？焖偻顺龆绊戨娏Π踩€(wěn)定供應(yīng)的潛在風(fēng)險。密切關(guān)注碳預(yù)算、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)、政策等內(nèi)外部環(huán)境的變化，滾動優(yōu)化電力低碳轉(zhuǎn)型路徑，動態(tài)調(diào)整電力低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展節(jié)奏。

（二）實施綠色低碳核心科技攻關(guān)，統(tǒng)籌電力全鏈條的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)布局

加強國家科技戰(zhàn)略引領(lǐng)， 論證并制定新型電力系統(tǒng)科技發(fā)展規(guī)劃，編制電力行業(yè)碳中和技術(shù)發(fā)展路線圖，針對性部署領(lǐng)域重大專項攻關(guān)計劃。建議圍繞新型電力系統(tǒng)構(gòu)建，培育國家實驗室及創(chuàng)新平臺，在國家級科技計劃中支持一批重大技術(shù)項目，盡快在新型清潔能源發(fā)電，新型電力系統(tǒng)規(guī)劃、運行、安全穩(wěn)定控制，新型先進輸電，新型儲能與電氫碳協(xié)同利用等技術(shù)方向取得突破；加快先進適用技術(shù)研發(fā)、示范、規(guī)?；瘧?yīng)用，構(gòu)建與新型電力系統(tǒng)建設(shè)深度融合的“政產(chǎn)學(xué)研用”技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新體系；持續(xù)加強碳中和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和示范工程支持力度，完善配套的科技政策體系，促進電力行業(yè)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。

（三）完善利益平衡、統(tǒng)籌兼顧的市場機制，建立綠色金融政策保障體系

發(fā)揮市場在資源配置方面的決定性作用，以市場化手段解決新能源系統(tǒng)利用成本顯著提高的問題。 積極探索容量補償機制，挖掘電力系統(tǒng)“源網(wǎng)荷儲”靈活性資源配置潛力，保障新能源的高效利用及用戶供電的可靠性。完善電力等能源品種價格的市場化形成機制，優(yōu)化差別化電價、分時電價、居民階梯電價政策，發(fā)揮促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、緩解電力供應(yīng)緊張矛盾的積極作用。科學(xué)設(shè)置碳排放總量控制目標(biāo)、配額分配方式，建立碳價與電價的聯(lián)動機制，實現(xiàn)碳交易與其他綠色交易品種的協(xié)調(diào)。發(fā)揮政府投資的引導(dǎo)作用，構(gòu)建與碳達峰、碳中和目標(biāo)相匹配的投融資政策體系。有序推進綠色低碳金融產(chǎn)品和服務(wù)開發(fā)，設(shè)立碳減排貨幣政策工具；建立綠色信貸評估機制，完善綠色金融政策框架。

注：本文內(nèi)容呈現(xiàn)略有調(diào)整，若需可查看原文。

作者介紹

舒印彪，輸變電工程與電力系統(tǒng)規(guī)劃專家，中國工程院院士。

長期從事電網(wǎng)運行與電力系統(tǒng)規(guī)劃、超/特高壓輸電重大工程建設(shè)和技術(shù)研發(fā)工作，相繼主持完成三峽500kV超高壓大容量輸電、±800kV特高壓直流和1000kV特高壓交流輸電的關(guān)鍵技術(shù)研究，攻克了直流工程系統(tǒng)設(shè)計、電磁瞬態(tài)抑制和交直流電網(wǎng)運行控制難題，建成我國首條1000kV晉東南至南陽至荊門特高壓交流、±800kV/6400MW級向家壩至上海特高壓直流示范工程。主導(dǎo)制訂了特高壓系列國際標(biāo)準(zhǔn)，為我國超/特高壓輸電技術(shù)從跟隨國外到世界領(lǐng)先，做出了系統(tǒng)性、開創(chuàng)性貢獻。相關(guān)成果推動了“西電東送”戰(zhàn)略實施和全國電網(wǎng)互聯(lián)，促進了大型能源基地清潔、高效、集約化開發(fā)。