“雙碳”目標下電氣發展策略研究的低碳經濟分析

吳 雪， 陳 丹， 盧 璐， 諸德律

（國網江蘇省電力有限公司經濟技術研究院， 江蘇 南京 210008）

0 引言

2020 年9 月22 日，國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會上宣布，中國力爭2030 年前CO2排放達到峰值，努力爭取2060 年前實現碳中和目標（簡稱“雙碳”目標）。這不僅為我國今后向低碳轉型、向美麗中國邁進指明了方向與道路，同時，也顯示了我國在應對氣候變化方面的堅定決心與大國擔當[1]?！半p碳”目標的提出，將對今后的經濟發展方式、生態環境質量、產業結構布局和人們的生活消費方式產生深遠的影響。

1 “雙碳”目標下的電氣領域解讀

到目前為止，國際上還沒有一個嚴格而精確的“雙碳”定義。一般而言，一個地區或一個組織的年CO2排放量，如果在某一時期達到峰值之后，并保持在一定的幅度之內，然后，進入一個穩定的下降階段，就可以稱為碳達峰。如果使用移除技術，實現了碳排放量與碳匯增減平衡，這種平衡態被稱作碳中和[2]。

“雙碳”目標的制定，必將對經濟、社會和文化等各方面產生深遠的影響，特別是對高碳、高能耗的電力行業更是如此。在減少碳排放、實現碳中和目標的過程中，電力行業的低碳轉型是一個重要的切入點，要通過優化產業結構，大力發展新能源和低碳行業，淘汰落后的產能[3]。

2 電力產業碳排放現狀

《巴黎協定》于2016 年簽署并迅速實施，標志著減排已經成為國際社會的共識。在多種因素以及國際社會力量的共同推動下，世界范圍內的能源生產和消費的結構與方式都在發生著變化，低碳化和清潔化發展已經成為目前最明顯的趨勢。應對氣候變化已經不僅僅是一個環境方面的科學問題，更是可持續發展必須面對的重大挑戰。

3 “雙碳”目標下電氣發展面臨的挑戰

3.1 電網的穩定性面臨挑戰

在碳中和背景下，伴隨著未來電力工業向低碳方向發展，火電裝機容量將減少，新能源發電容量將逐漸增加。在可再生能源發電中，電力裝機容量所占比例正在逐步增加。大規模接入新能源，將極大地促進電力工業向低碳方向轉型，同時，也將對電網的運行效率、穩定與安全構成極大的挑戰。

由于水電、風電和太陽能等可再生、潔凈能源受氣候變化的強烈影響，在發電時所表現出的間歇性、波動性，會對電網產生嚴重沖擊。除此之外，新能源的發電量也會有一定的地域制約，因而出現了分布式發電的布局模式。但是，在并網的時候，可能會對電網的電能質量造成負面影響。當前，我國電網電力系統靈活性不足，缺少能夠保障其安全、穩定、高效運行的相對柔性資源。從資源稟賦上看，可再生能源和用電區域之間存在著反向關系。

3.2 電力企業集團缺少對于“碳中和”目標的長期規劃

中國電力工業是推動我國經濟向低碳轉型、實現碳中和的主力軍，應對清潔低碳的發展趨勢有充分認識，切實落實2060 年前碳中和發展目標。但是，目前國內大型電力公司雖已制定出了短期發展計劃，但對中長期發展計劃卻缺乏足夠的重視。要實現碳中和目標，必須從長遠角度出發，進行合理規劃。

3.3 低碳技術亟需完善

為了在2060 年前實現碳中和，電力工業的低碳轉型將逐步加強對碳捕獲與碳封存（CCS）、生物質能碳捕獲與封存（BECCS）等技術的研發與應用。以這兩種技術為代表的碳減排技術在電力行業的低碳轉型中發揮著關鍵作用，未來，電力行業實現近零排放也離不開碳減排技術的支持。但是，現有的碳減排技術在成本、技術和商業模式等方面均不夠成熟，亟待改進。目前，大多數節能技術還處在技術研發的初始階段，很少有技術已經進入到技術示范的階段。

4 電力行業碳排放實現碳達峰碳中和的路徑預測

使用Switch 模式框架，建立了一個適用于中國問題的、全面的、技術信息豐富且自底向上的分析模型。模型關注中國2050 年電力工業的低碳發展前景，圍繞溫控1.5 ℃目標，針對中國電力行業的發電結構、裝機配置、電網傳輸和排放軌跡等環節進行深入探討。探求切實可行的途徑與方法，以實現電力工業的低碳經濟目標。

4.1 電力行業優化模型構建

我國建立了32 個省域電網系統，擁有18 項省域可推廣的工業技術（見表1）。在此基礎上，電力行業構建了一套包含了成本和技術指標等細節內容，包含了217 項參數的電力行業數據庫?；陔娋W的負荷曲線，可對各省電網在每個運行年度的生產、輸送和損耗進行仿真。該模型以運行約束、排放約束和傳輸約束為優化目標，在滿足用電需求的前提下，使供電費用（包括投資、運行和傳輸費用）達到最小。

表1 電力行業技術分類

4.2 分析框架

結合電力工業的特征，建立了一個由需求、生產和輸送三個部分組成的模型。以宏觀經濟數據為基礎，結合省級負載曲線，電力需求模塊對各地區部門的用電結構及趨勢進行了預測。以電力生產為中心，對32 個省份18 項發電技術的組合進行了以小時級別為時間尺度的描述，并對其裝機容量結構、發展趨勢和各技術的輸出次序進行了分析。輸電模式主要考慮跨區輸電通道的投資費用、省電網的輸電規則和輸電通道的容量等因素。其核心是建立省域輸電規則矩陣，實現安全約束條件下的電力輸出。

4.3 轉型情景設計

最新研究表明，要想在2060 年前實現碳中和，中國應采取更加強硬的措施，力爭在50 年后，在溫控1.5 ℃的限制下，實現“零排放”。為了模擬未來的低碳轉型過程，設定了基準情景和零碳情景。

在基準情景中，我們假設現有的政策趨勢會繼續下去，不會采取額外的減排行動。

而在零碳情景中，設定了一系列目標：到2030 年，風能和太陽能的裝機容量將超過12 億kW，非化石能源占到總能源的60%以上。從2020 年開始，將逐步減少煤電的使用，不再增加新的煤電項目。到2030 年之后，將開始應用碳捕獲和儲存（CCS）技術。2030—2050 年，碳預算將與《巴黎協定》保持一致。2050 年，最終實現零排放。

通過對比這兩種情景，我們可以判斷中國電力行業實現國家“雙碳”目標的可行性和可能會遇到的難點，從而為制定政策提供參考。

4.4 電力行業低碳轉型的情景分析

4.4.1 碳排放軌跡比較

通過模型的計算，并與以上兩種情景相結合，得到了如圖1 所示的電力工業排放軌跡測算結果。

圖1 兩種情景下電力行業碳排放軌跡

基于此，我國電力工業的碳排放將在2030 年前后達到峰值，約為45.1 億t。此后，因煤炭仍然是電力工業的主要來源，雖然可再生能源的投入很多，但總體上，CO2的下降速度很慢。到2050 年，CO2的排放將會減少23 億t 左右。根據電力行業基準情景模擬，到2030 年左右，全國實現碳達峰的目標或許可以勉強達到，但到2060 年實現碳中和的目標根本不可能達到，更別說達到溫控1.5 ℃了。

4.4.2 裝機與電力結構

研究結果顯示，零碳場景下，未來的電力裝機容量將主要集中于非化石能源，而水電之外的可再生能源所占比例將大幅提高。對于火力發電廠，將依據CCS 與BECCS 技術的發展程度與潛力，來保持國內煤機組的生產能力。通過在火力發電廠安裝CCS 裝置，可以將其大部分的碳捕集到火力發電廠，是一項行之有效的低碳技術。而BECCS 則是一種利用生物質混合燃燒的減排技術，用來中和熱電廠的殘余碳排放。當前，碳捕獲與封存技術的發展受成本制約。未來，碳捕獲與封存技術的發展將受到可利用生物質資源的限制。

5 “雙碳”目標下我國電力行業低碳經濟轉型建議

5.1 控制能源消費總量，穩妥推進結構調整

目前，我國的能源需求量是很大的，但在能源結構上卻存在著很大的不合理之處。預測到2035 年，一次能源需求將達高峰，之后將逐步回落。至2050 年，一次能源消費量仍將保持在50～60 億t，約占世界能源消費總量的1/2。但是，到2020 年為止，我國一次能源消費總量僅有25%左右，“雙碳”仍是一項艱巨的任務。因此，要想實現“雙碳”，就必須對能耗進行有效調控，為“雙碳”創造更多的時間與空間。

要實現能源結構的優化，必須采用“先立后破”的戰略。首先，煤炭仍是我國能源的“壓艙石”，但總量要逐步降低，并要加速煤的清潔化。其次，我國的原油需求在2030 年左右將達到高峰，這將緩解我國對外依賴過高的風險。目前，我國還需要繼續擴大國內資源，維持我國東部地區的現有油田產能，加快西部地區新油田的開發與增產，并進一步強化近海油氣資源的勘探與開發。

5.2 加快制定電力企業長期規劃

加速制定碳中和目標，聚焦以發電碳排放為核心指標，積極推動發電碳排放減排任務的落實。深度挖掘公司碳減排潛力，促進公司碳減排的經濟性和有效性。對企業特征進行全面分析，積極推動制定符合國情、符合現實的碳中和長期規劃。在制定碳中和計劃時，企業要結合自身實際情況，把碳中和的路徑劃分為不同的階段，并針對每個階段的不同狀況，制定出針對性的低碳轉型方案。

5.3 發揮科技創新引領作用

加強對綠色、低碳科技的研究、開發，并大力進行推廣應用。本項目將圍繞我國能源密集型產業的轉型發展需要，開展節能技術與設備的研究與開發，推動電力替代、氫氣工業和生物能源等低碳生產過程的發展。本項目將在新型電力系統建設的指導下，加快在清潔發電、多能互補、新型儲能、先進傳輸、電網調節與負荷響應等方面的研究與開發。

以零碳非電能源為重點，積極推動綠色氫能、生物質能和氨能等新能源的開發與產業化，并努力推動相關技術的革新與推廣。在此基礎上，提前部署CCUS、BECCS 和DAC 等技術，實現CO2的規?；コc資源化利用。

5.4 完善全國碳市場體系

進一步深化全國碳市場的交易制度改革，將覆蓋范圍擴展到石化、鋼鐵、有色和建材等高耗能行業，實現交易市場的多元化和全面性。要完善現有的配額制，逐步減少自由配額制的比重，引進更加公平和有效的競價配額制。在此基礎上，通過對碳市場與綠色電力、綠色證書市場之間的協調，重新啟動國家認證的自愿減排量機制，實現兩者的有機結合，促進我國碳市場的健康發展。

6 結語

在“雙碳”目標下，電氣行業應以低碳經濟為導向，促進產業結構優化升級，注重可持續發展的實施價值，有利于在轉變經濟發展理念的基礎上，建立科學的經濟發展平臺。一是以節能降耗為目標，穩步推進能源結構調整。二是以國家戰略需求為導向，建立健全國家碳市場，并加快制定中長期發展戰略。三是通過技術創新和產業發展，促進我國電力行業轉型升級。