電力系統(tǒng)碳達(dá)峰、碳中和的基本邏輯

2020年9月22日，我國(guó)在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上提出“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)在2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。同日，在國(guó)家財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次財(cái)經(jīng)委員會(huì)會(huì)議上，提出要構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實(shí)現(xiàn)可再生能源替代行動(dòng)，深化電力體系改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。

 

“雙碳”是最近幾年非常高頻的詞匯，被眾多機(jī)構(gòu)、公司廣泛研究、探討，本文對(duì)電力系統(tǒng)碳中和、碳達(dá)峰目的、舉措等相關(guān)問(wèn)題做了初步研究，希望可以讓大家了解電力系統(tǒng)碳中和、碳達(dá)峰基本邏輯，引發(fā)思考。

 

說(shuō)一說(shuō)為什么電力系統(tǒng)的“雙碳”是我國(guó)“雙碳”工作的重中之重。

 

首先，從分類看，據(jù)IEA數(shù)據(jù)顯示，2018年我國(guó)排放的二氧化碳總量中，發(fā)電及供熱占比為51%，工業(yè)28%，交通10%，建筑6%，農(nóng)業(yè)1%，其他4%。發(fā)電行業(yè)碳排放占到我國(guó)碳排放總量五成，改善空間巨大；

 

其次，從產(chǎn)業(yè)集中度看，電力系統(tǒng)中的電源、電網(wǎng)環(huán)節(jié)產(chǎn)業(yè)集中度非常高，且絕大部分為中央企業(yè)、省屬國(guó)有企業(yè)，改革阻力相對(duì)較小；

 

再次，交通領(lǐng)域的新能源汽車，工業(yè)的電氣化改造，需要更多電力輸出，只有從源端減少碳排放，才能從根本上盡早實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和。

 

電力系統(tǒng)的“雙碳”活動(dòng)是圍繞以光伏、風(fēng)電為代表的新能源大比例消納展開(kāi)的。新能源的廣泛應(yīng)用帶來(lái)了碳排放的減少，但新能源發(fā)電受光照、風(fēng)力等氣候因素影響，發(fā)電不穩(wěn)定，且與用電峰谷曲線不匹配，在“源隨荷動(dòng)“的技術(shù)背景下，必將出現(xiàn)發(fā)電高峰期電力使用不足，棄電嚴(yán)重；需求高峰期，電力供應(yīng)不足，影響電網(wǎng)安全。

 

針對(duì)新能源發(fā)電的實(shí)際問(wèn)題，我國(guó)從以下幾個(gè)方面采取措施，提高新能源的消納能力。

 

電源端：

 

首先，運(yùn)用“風(fēng)光水火儲(chǔ)”一體化，減小電力波動(dòng)。通過(guò)儲(chǔ)能、火電、水電的調(diào)節(jié)作用，實(shí)現(xiàn)電源端的穩(wěn)定供應(yīng)，獲得合理的送電曲線，提升通道利用效率。“風(fēng)光水火儲(chǔ)”是一個(gè)大概念，從實(shí)際使用情況看，為新能源電站提供儲(chǔ)能配套的“風(fēng)光儲(chǔ)一體化”將逐步成為新能源電站的標(biāo)配；“十四五”期間，將進(jìn)行大量火電機(jī)組的調(diào)峰改造，“風(fēng)光火儲(chǔ)一體化“將穩(wěn)妥推進(jìn)；在水電資源豐富的地區(qū)，將因地制宜開(kāi)展”風(fēng)光水儲(chǔ)“一體化建設(shè)。

 

其次，通過(guò)煤電、氣電的低碳化技術(shù)及CCUS技術(shù)，減少傳統(tǒng)能源的碳排放。

 

再次，通過(guò)電源端合理配置儲(chǔ)能，有效提高備用容量，在發(fā)電高峰存儲(chǔ)電能，在用電高峰釋放電能，進(jìn)行調(diào)峰，有效提高電源輸出質(zhì)量。

 

電網(wǎng)端：

 

首先，通過(guò)構(gòu)建特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，西電東送，將西北地區(qū)不能就近消納的過(guò)剩電能輸送至用電集中的東部地區(qū)。減少棄電，充分發(fā)揮了西北地區(qū)資源稟賦，又支援了東部地區(qū)的電力供應(yīng)。

 

其次是“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化“建設(shè)，通過(guò)開(kāi)展”區(qū)域（?。┰淳W(wǎng)荷儲(chǔ)一體化“、”市（縣）源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化、“園區(qū)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”建設(shè)，改變“源隨荷動(dòng)“的電網(wǎng)調(diào)度模式，實(shí)現(xiàn)源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)深度協(xié)同。推進(jìn)局部電力平衡，降低對(duì)大電網(wǎng)調(diào)節(jié)支撐需求。

 

用戶端：

 

通過(guò)“虛擬電廠“，整合自用/公用分布式能源、儲(chǔ)能及可控負(fù)荷，匯聚形成發(fā)電量可觀的“虛擬電廠”，調(diào)節(jié)用電負(fù)荷并對(duì)大電網(wǎng)形成有效支撐。

 

儲(chǔ)能端：

 

儲(chǔ)能端做為新型電力系統(tǒng)的重要組成部分是電力碳達(dá)峰、碳中和的重要環(huán)節(jié)。目前已經(jīng)處于應(yīng)用、研究階段的儲(chǔ)能技術(shù)有，抽水蓄能技術(shù)、電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)、機(jī)械與電磁儲(chǔ)能技術(shù)、相變儲(chǔ)能技術(shù)、氫儲(chǔ)能技術(shù)，并發(fā)展出相應(yīng)分支技術(shù)。從2020年儲(chǔ)能存量情況看，抽水儲(chǔ)能裝機(jī)容量約占總裝機(jī)容量的89%，電化學(xué)儲(chǔ)能約占9%，其中鋰電池儲(chǔ)能約占8%，其他儲(chǔ)能受成本及技術(shù)影響應(yīng)用還比較少。短期來(lái)看，電化學(xué)儲(chǔ)能成本將快速降低，“十四五”末期，其儲(chǔ)能成本有望接近或達(dá)到抽水蓄能儲(chǔ)能成本，“十五五”末期，有望低于抽水儲(chǔ)能成本。長(zhǎng)期來(lái)看，壓縮空氣儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能市場(chǎng)空間廣闊，有望成為長(zhǎng)周期儲(chǔ)能的中堅(jiān)力量。

 

機(jī)制方面：

 

全面放開(kāi)發(fā)電用電計(jì)劃、全面建立需求響應(yīng)機(jī)制、完善電力系統(tǒng)中長(zhǎng)期交易、完善輔助服務(wù)交易機(jī)制、深化電力現(xiàn)貨交易、構(gòu)建全國(guó)統(tǒng)一的電力市場(chǎng)體系、完善峰谷電價(jià)調(diào)節(jié)機(jī)制，促進(jìn)新能源電站及儲(chǔ)能建設(shè)。

 

電力系統(tǒng)的碳達(dá)峰、碳中和路長(zhǎng)且阻，但邏輯清晰、前景光明。

 

作者：王志剛，北大縱橫合伙人