2050年，我國全社會用電量將達到16-19萬億千瓦時。這意味著我國用電需求比現在還要翻番。其中清潔能源發(fā)電量占比將超過80%。如何實現這個目標?有哪些挑戰(zhàn)?數十萬億投資的煤電何去何從?
碳達峰碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統(tǒng)性變革。為了實現雙碳戰(zhàn)略目標，需要對能源和電力系統(tǒng)進行顛覆性變革。
過去100多年建立在化石能源基礎上的能源體系、產業(yè)體系、技術體系都將發(fā)生深刻變化，從資源依賴型向技術主導型轉變。
新型電力系統(tǒng)是實現“雙碳”目標的樞紐平臺。中國工程院院士舒印彪提出，到2060年，中國能源電力轉型將實現“70/80/90”目標，即電能消費比重、非化石能源消費比重與清潔能源發(fā)電比重分別達到70%、80%、90%以上。
其中，到2050年，清潔能源發(fā)電量占比將超過80%。
如何實現這個目標?有哪些挑戰(zhàn)?如何打造新型電力系統(tǒng)?具體實現路徑是什么?數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，遠景科技集團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。
舒院士認為，到2050年，中國全社會用電量將達到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規(guī)模，承擔兜底保障作用。
來源：舒印彪《構建新型電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)與對策》
01 新型電力系統(tǒng)構建的三個階段
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，實現“雙碳”目標，能源是主戰(zhàn)場，電力是主力軍，新型電力系統(tǒng)則是其中的關鍵載體。
舒印彪院士提出，新型電力系統(tǒng)的目標是打造深度低碳(零碳)的電力系統(tǒng)，路徑是能源生產側逐步用新能源替代化石能源，能源消費側逐步提高電氣化率。
其中，他把中國新型電力系統(tǒng)構建分為三個階段：
一是碳達峰階段(從目前到2030年)。2030年，終端用能電氣化率達到34%，全社會用電量達到13萬億千瓦時。按此計算，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)。隨著產業(yè)結構深度調整，全社會用電量呈現低速增長。2050年，按照年均1%-2%增速，全社會用電量將達到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，預計清潔能源發(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，達到70%左右，電力需求增長趨于飽和。
在此階段，煤電承擔兜底保障作用，保持一定的裝機規(guī)模，產生的碳排放采用生態(tài)碳匯和CCUS技術等移除。
來源：舒印彪《構建新型電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)與對策》
02 新型電力系統(tǒng)面臨三大技術經濟性挑戰(zhàn)
盡管我國清潔能源供應體系在加速構建，電源結構在持續(xù)優(yōu)化，但要打造新型電力系統(tǒng)，還面臨一些關鍵挑戰(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，三是經濟型問題。
具體來看：
關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荷單向平衡模式，轉變?yōu)樵春呻p隨機、源網荷儲多主體互動的復雜平衡模式。
舒院士指出，目前，對氣候氣象和新能源出力特性耦合機理尚缺乏認識，現有的系統(tǒng)調節(jié)機制和調峰能力無法適應新能源大規(guī)模發(fā)展帶來的平衡問題。
關于安全穩(wěn)定問題。舒院士表示，新能源慣量小，且其運行在最大功率追蹤的模式時，不具備上調的調頻能力，頻率支撐能力大幅下降。
新能源機組動態(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，與主網的電氣距離是常規(guī)機組的2-3倍，降低了系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定水平。
關于經濟性問題，舒院士指出，構建新型電力系統(tǒng)是資源、技術、經濟混合的一個復雜的系統(tǒng)競爭。構建成本很大程度上取決于各種技術的經濟比較和相互競爭。
因此，技術的成熟度及商業(yè)化應用將決定本需要科學選擇新型電技術的發(fā)展路徑，確保電力供應的可獲得性。
舒院士認為，政策和市場將發(fā)揮重要作用，對轉型的經濟性產生重大影響。傳統(tǒng)以化石能源為主的市場設計理論已不適應高比例新能源電力系統(tǒng)，電力市場理論基礎和交易規(guī)則需要重構。
03 新型電力系統(tǒng)構建的重點方向與關鍵技術
既要實現能源轉型和替換，又要實現雙碳目標，還要讓社會經濟主體負擔得起，面對這些挑戰(zhàn)，新型電力系統(tǒng)構建的重點方向和路徑是什么?舒院士提出7大方向：
來源：舒印彪《構建新型電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)與對策》
(1) 大力發(fā)展清潔能源技術
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。
風電光伏等新能源開發(fā)，要西北部“沙戈荒”基地、東部海上風電，與中東部分布式新能源開發(fā)并舉。推進高效太陽能、海上風電輕量化等關鍵技術和裝備研究攻關。
水電方面，要加快西南大基地建設，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)先建設具有季調節(jié)、多年調節(jié)的龍頭水庫。積極推進大型水電站優(yōu)化升級，發(fā)揮水電調節(jié)潛力。
核電在電力供應方面，可以起到基礎保障和關鍵支撐作用，應優(yōu)先在東部發(fā)展核電。研發(fā)第三代壓水堆技術，推進高溫氣冷堆技術應用，實現核能在發(fā)電、供熱、制氫等領域綜合利用。
(2 )煤電靈活清潔高效利用技術
煤電是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的“壓艙石”。要提升煤電靈活性。加強煤電超低負荷穩(wěn)燃等技術研究，煤電熱力、制粉等系統(tǒng)優(yōu)化設計。
同時推進煤電摻燒技術改造。加強煤電摻燒生物質等技術攻關，因地制宜推進煤電摻燒改造。
加快CCUS技術研發(fā)應用。發(fā)展低能耗低成本碳捕集技術，突破陸地和海洋碳封存關鍵技術。
(3) 加強智能電網建設
電網是電力系統(tǒng)資源配置的平臺，世界各國普遍把發(fā)展大電網作為能源轉型的重要舉措。
在送端，探索新能源孤島柔直送出等技術，按照直流合理分群分組，形成清晰網架結構。
在受端，優(yōu)化直流落點與接入方案，加強和拓展1000千伏區(qū)域主網架。
隨著分布式新能源大規(guī)模接入，配電網形態(tài)從傳統(tǒng)的單向“無源”網絡向雙向“有源”系統(tǒng)轉變，功能從單一供配電服務向源網荷儲資源配置平臺轉變。
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，主配微協同發(fā)展。
運行方面，強化平衡單元的柔性互聯和集群自洽，實現配電網對大電網的主動支撐。
(4) 科學規(guī)劃建設儲能體系
儲能在新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮關鍵作用。舒院士提出，不同類型儲能各有特色，構建總量充裕、結構合理、成本最優(yōu)的儲能體系。
來源：舒印彪《構建新型電力系統(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條件好、前期工作深、綜合效益優(yōu)的抽水蓄能電站。
電化學儲能響應迅速，無地域限制，可在新能源場站、電網關鍵節(jié)點和用戶側廣泛應用。
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)，要擴大商業(yè)化試驗示范。
來源：舒印彪《構建新型電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)與對策》
(5) 大力推進再電氣化
目前，我國工業(yè)、建筑、交通等領域占能源碳排放的45%，亟需大力發(fā)展能源消費側電能替代關鍵技術。
實施“以電代煤、以電代油、以電代氣”，實現對化石能源的深度替代。
工業(yè)領域大力發(fā)展電爐短流程煉鋼、氫還原冶金、礦山機械電氣化等，推廣應用高效電熔爐、電窯爐。
建筑領域推廣超低能耗、近零能耗建筑，積極推進建筑用能電氣化和建筑光伏一體化，推廣“光儲直柔”建筑，實現柔性用電。
交通領域加快發(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瓶頸，探索全電飛機等前沿技術。
(6) 加快構建全國統(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)化配置資源的基礎作用，是構建新型電力系統(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，實現現貨市場與中長期市場的有機銜接。
二是健全價格激勵機制。完善輔助服務、容量補償等機制，加強需求側響應市場機制建設。
三是促進電碳市場協同。有序實現碳市場與綠電交易、綠證制度的深度融合和有效銜接。
(7) 加強碳足跡管理體系建設
舒院士認為，碳足跡管理體系建設是引導清潔能源投資與消費，促進全社會增加清潔電力生產和消費的關鍵。
我們要盡快建立產品碳足跡本土化數據庫。提升碳排放監(jiān)測質量，建立分時分區(qū)電碳因子數據庫。
同時要加強碳排放核算標準體系建設。完善碳排放核算核查標準，形成全生命周期碳足跡標準;建立碳排放標準認證體系。積極對接國際貿易規(guī)則，與貿易伙伴建立認證機構資質互認機制。
總之，實現“雙碳”目標是一項系統(tǒng)工程，需要全社會共同努力，加強科技創(chuàng)新，共同推動構建新型電力系統(tǒng)，為支撐“雙碳”目標實現作出更大貢獻。
來源：環(huán)球零碳 作者維小尼
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