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“双碳战略”周年系列 | 如何构建符合“双碳”目标的新型电力系统(一)

文 | 周勤勇 

作者供职于中国电科院电力系统碳中和研究中心


2021年3月15日,习近平总书记在中央财经委第九次会议上,提出构建以新能源为主体的新型电力系统。这是自2014年6月总书记提出“四个革命、一个合作”能源安全新战略以来,再次对能源电力发展作出的系统阐述,明确了新型电力系统在实现“双碳”目标中的基础地位,为能源电力发展指明了科学方向、提供了根本遵循。



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从“双碳”目标到新型电力系统


能源消费在碳排放中占据绝对主体地位


习近平总书记在第七十五届联合国大会上宣布,中国将采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。这就要求我国在今后很长的周期内,对碳排放总量施行更严格的控制。


据估算,2020年我国二氧化碳排放总量约110亿吨,我国能源燃烧的二氧化碳排放约为98亿吨,电力行业约39亿吨(不含热电联供的供热碳排放约5亿吨,计入工业、建筑等终端用热行业),占二氧化碳总排放量的比重分别为88%和35%。可以看出,能源燃烧和电力行业在二氧化碳排放中占据绝对主体地位,在上述领域实现碳减排将成为实现全行业“双碳”目标实现的重要一环。


能源结构转型是实现“双碳”目标的重要途经

从目前的的产业模式和技术发展来看,实现能源领域的碳减排主要有四个主要途径:能源结构转型,产业模式升级,用能效率提升,碳捕获、利用和封存(CCUS)技术的广泛应用,其中能源结构转型对碳减排的贡献率最高。


根据波士顿咨询公司的数据,全球范围内,能源结构转型对碳减排的贡献率达到70%。根据国家统计局的数据统计,与2005年相比,2019年我国煤炭消费比重从72.4%下降到57.7%,非化石能源占一次能源比重从7.4%提高到了15.3%。为实现碳中和的目标,2060年我国非化石能源占比需要达到80%以上,而非化石能源消费的95%是通过电力来实现的。全面提升电能在终端能源中的消费比例,是实现碳中和的重要手段,对于电力对碳中和的贡献,大致有以下判断。


一是满足终端用电负荷增长需求,通过电能替代帮助其他行业转移碳排放。与2020年相比,未来十年,其他行业电能替代电量将新增超过1万亿千瓦时,可减少其他行业二氧化碳排放超过5亿吨。


二是服务源端高比例风、光等非化石能源发电的接入和送出,支撑源端的清洁替代减排。根据预测,以2020年为基准,2030年由于支撑源端新增非化石能源电量,替代化石能源电量等效碳减排16亿吨以上;2060年由于支撑源端新增非化石能源电量,替代化石能源电量等效碳减排超过85亿吨。


三是电力行业能源燃烧碳排放持续下降,助力碳减排目标实现。2030年后,能源燃烧碳排放加速下降,2060年考虑LULUCF(土地利用及土地利用变化)后全行业温室气体基本实现近零排放,能够实现碳中和目标。


构建新型电力系统是实现“双碳”目标的必然选择


为实现“双碳”目标,能源结构需要进行电能替代、清洁替代两个转型。在这个转型过程中,电力将从过去的二次能源逐渐转变为其他行业事实上的基础能源。而电网连接着能源供应、消费及传输转换,是能源转型的中心环节。根据测算,为实现碳中和的目标,非化石能源发电量占比需达到90%,而以风电、太阳能为主体的新能源发电量占比需达到60%左右。这就要求电网要以目前以输送常规能源发电为主的模式,向支撑高比例新能源消纳、支撑和保障多种终端用能需求转型,形成可支撑多种能源品种交叉转换的能源互联网平台。


从清洁能源目前的开发情况来看,以风电、光伏为主的新能源,在我国可开发潜力巨大、技术成熟度高,几乎是目前成本最低的新建发电方式,随着规模效应不断增大,将成为未来电力生产的主体能源。因此,实现“双碳”目标必然要依赖以新能源为主体的新型电力系统。


综上所述,构建以新能源为主体的新型电力系统对实现“双碳”目标、推动我国高质量发展意义重大。一是大力发展风电、太阳能等非化石能源,降低能源领域碳排放,对推进我国生态文明建设有重大意义。二是在能源供应上实现以新能源为主体,大幅降低对油气等化石资源依赖,对保障国家能源安全有重大意义。三是通过提升电能在能源中的消费比例推动全社会能效提升,全产业向绿色发展转型,对我国国民和经济建设实现健康可持续发展意义重大。四是通过建设新型电力系统,实现电力能源领域核心装备技术摆脱对外依赖,对能源电力产业全链条安全可控和转型升级意义重大。

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