“雙碳”目標(biāo)下多措并舉推進(jìn)能源革命

導(dǎo)致地球溫室效應(yīng)的氣體主要有二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、含氫氟氯的碳化合物、六氟化硫等，近30年二氧化碳的溫室氣體貢獻(xiàn)率占比80%以上。多項(xiàng)研究表明，無論從機(jī)理還是特征上看，地球升溫主要由二氧化碳導(dǎo)致。

我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展期，二氧化碳排放自然會(huì)很高。作為負(fù)責(zé)任的大國(guó)，我國(guó)主動(dòng)提出“碳中和”目標(biāo)，但由于我國(guó)碳排放強(qiáng)度是國(guó)際平均水平的1.3倍，而且經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳排放沒有脫鉤，對(duì)于當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)總量、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)來說，供能與用能結(jié)構(gòu)的全面調(diào)整將面臨巨大挑戰(zhàn)。

多源互補(bǔ)推進(jìn)能源供給側(cè)革命

我國(guó)西北地區(qū)的內(nèi)蒙古、新疆、甘肅、青海和寧夏，風(fēng)光可開發(fā)量達(dá)到397萬億千瓦時(shí)/年，相當(dāng)于4700個(gè)三峽水電站，只要開發(fā)1/60就能滿足當(dāng)前全國(guó)的電力需求。

目前，青海發(fā)電裝機(jī)4030萬千瓦，其中，清潔能源發(fā)電裝機(jī)3638萬千瓦，占比超90%，新能源發(fā)電裝機(jī)2445萬千瓦，占比超60%，2020年全省清潔能源發(fā)電量847億千瓦時(shí)，新能源發(fā)電量249億千瓦時(shí)，相當(dāng)于替代原煤3811萬噸，減排二氧化碳6268萬噸；新疆風(fēng)電裝機(jī)2009萬千瓦，光伏裝機(jī)1027萬千瓦；寧夏風(fēng)電裝機(jī)1116萬千瓦，光伏裝機(jī)918萬千瓦，并建設(shè)了全球最大的光伏發(fā)電電解水制氫項(xiàng)目；內(nèi)蒙古風(fēng)能可開發(fā)潛力達(dá)1.5億千瓦，占中國(guó)陸地50%，風(fēng)電裝機(jī)1849萬千瓦。

西北地區(qū)用電負(fù)荷不高，火電、光伏發(fā)電、風(fēng)電可以打捆向華北和華中電網(wǎng)外送，減少煤電出力從而降低二氧化碳排放。如云南、四川的水電裝機(jī)比重近70%，水電豐枯期出力與負(fù)荷需求特性不匹配，造成棄水，而廣東、貴州以火電為主，區(qū)域之間可通過水電、火電互補(bǔ)運(yùn)行，既減少棄水又節(jié)約煤炭資源，同時(shí)降低二氧化碳排放。

我國(guó)需要依托特高壓大電網(wǎng)對(duì)可再生能源進(jìn)行基地化、規(guī)?；_發(fā)，如西南地區(qū)金沙江、雅礱江等流域建成了4個(gè)水電基地，三北地區(qū)及甘肅、新疆、寧夏等建成8個(gè)千萬千瓦級(jí)風(fēng)電基地，青海、新疆、內(nèi)蒙古等建成8個(gè)千萬千瓦級(jí)太陽(yáng)能發(fā)電基地。

我國(guó)能源結(jié)構(gòu)需要從煤電為主向光伏與風(fēng)電為主轉(zhuǎn)變，發(fā)展抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能，實(shí)現(xiàn)以光伏、風(fēng)電優(yōu)先消納為主的“水電+風(fēng)電+光伏+儲(chǔ)能+核電+燃?xì)獍l(fā)電”多源互補(bǔ)運(yùn)行方式。

“冷熱電氣”推進(jìn)能源消費(fèi)側(cè)革命

2019年，我國(guó)能源活動(dòng)過程的碳排放為94億噸，其中能源生產(chǎn)與轉(zhuǎn)換過程的碳排放占比47%，能源消費(fèi)過程的碳排放占比53%。能源消費(fèi)過程中，工業(yè)碳排放占比30%，交通占比13%，建筑占比6%，其他占比4%。而工業(yè)領(lǐng)域中，鋼鐵碳排放占比17%，建材占比8%，化工占比6%。

針對(duì)鋼鐵、水泥、化工和有色等工業(yè)領(lǐng)域的碳減排，可通過再電氣化（如電窯爐、電鍋爐等）實(shí)現(xiàn)以電代煤；針對(duì)建筑樓宇、學(xué)校、醫(yī)院和企業(yè)的食堂等，可以推廣屋頂光伏、電源熱泵、電采暖和電氣化廚房等，實(shí)現(xiàn)以電代煤或以電代氣；我國(guó)新能源汽車保有量突破500萬輛，針對(duì)交通領(lǐng)域的碳減排，可以大力推廣電動(dòng)汽車、氫燃料車，實(shí)現(xiàn)以電代油或以氫代油。

對(duì)于產(chǎn)業(yè)園區(qū)、機(jī)場(chǎng)、火車站、校園、醫(yī)院、綜合樓宇等，以燃?xì)夥植际嚼錈犭娙?lián)供為核心，互補(bǔ)整合光伏發(fā)電、小風(fēng)電、地源熱泵、污水源熱泵、生物質(zhì)能、工廠余熱余壓尾氣等，繼而將新能源發(fā)電轉(zhuǎn)換成制冷、制熱、制氣并進(jìn)行儲(chǔ)能（蓄冷、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)氣、儲(chǔ)電），實(shí)現(xiàn)連續(xù)需求用戶的用冷、用熱、用電、用氣、用氫等，就地利用分散新能源，減少碳排放。

新型電力系統(tǒng)催生能源技術(shù)側(cè)革命

以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)應(yīng)以風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等新能源為主體，以煤電、氣電等化石能源為輔助，以輔助性電源支撐大規(guī)模波動(dòng)性、間歇性風(fēng)、光出力有效消納的新型電力系統(tǒng)。

我國(guó)日用電高峰一般出現(xiàn)在上午9~11點(diǎn)和晚上7~10點(diǎn)，而風(fēng)電主要出現(xiàn)在后半夜，光伏在晚高峰為零；季用電高峰出現(xiàn)在夏、冬，而風(fēng)電主要集中在春、秋。國(guó)網(wǎng)區(qū)域風(fēng)電出力日波動(dòng)可達(dá)6300萬千瓦，光伏出力日波動(dòng)達(dá)到2億千瓦；相鄰兩日間風(fēng)電發(fā)電量相差可達(dá)9.46億度，光伏發(fā)電量相差可達(dá)4.23億度；東北出現(xiàn)連續(xù)92小時(shí)無風(fēng)，華北58小時(shí)無風(fēng)，西北120小時(shí)無風(fēng)；華中、華東持續(xù)8天無光，湖南、江西持續(xù)超過10天無光。1月6~8日，南方出現(xiàn)寒潮，寒潮前全國(guó)風(fēng)電出力達(dá)到1.1億千瓦，寒潮后風(fēng)電出力降低到0.6億千瓦，但寒潮后增加制熱電負(fù)荷5000萬千瓦，正負(fù)相差1億千瓦，相當(dāng)于200臺(tái)50萬千瓦機(jī)組的停啟。

上述數(shù)據(jù)表明，在火電全部退出的情形下，儲(chǔ)能需要連續(xù)放電120小時(shí)或10天，充/放功率需要達(dá)到5000萬千瓦。2030年，我國(guó)風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)預(yù)計(jì)達(dá)到19億千瓦，電動(dòng)汽車保有量達(dá)到4000萬輛。

發(fā)電、用電的高度雙側(cè)隨機(jī)性，需要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，融合信息化、智慧化、互動(dòng)化信息通信技術(shù)，憑借互聯(lián)互通能源網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，各類電力資源互動(dòng)共享和互為備用，區(qū)域間、時(shí)段間的風(fēng)光水火核、冷熱電氣氫等能源電力配置雙向互動(dòng)、智能高效，新能源發(fā)電主動(dòng)平抑波動(dòng)，電網(wǎng)與發(fā)電、用戶友好協(xié)調(diào)，靈活柔性，精準(zhǔn)調(diào)峰調(diào)頻，提升主動(dòng)支撐性能。

各類投資主體需要能源體制革命

我國(guó)煤電油氣能源領(lǐng)域基本由國(guó)有企業(yè)壟斷經(jīng)營(yíng)，隨著冷熱電氣綜合能源供應(yīng)體的出現(xiàn)，以及“風(fēng)光水火”電的打捆互補(bǔ)運(yùn)行，原來的壟斷狀態(tài)正在被打破，一些優(yōu)秀的低碳設(shè)備技術(shù)民營(yíng)企業(yè)、股份制企業(yè)蓬勃發(fā)展。

例如，比亞迪的電動(dòng)公交車出口美國(guó)、日本、英國(guó)和法國(guó)等國(guó)；遠(yuǎn)景能源的智能風(fēng)機(jī)出口英國(guó)、墨西哥、阿根廷和法國(guó)等國(guó)；特變電工的光伏、風(fēng)電出口智利、泰國(guó)、印度和巴基斯坦等國(guó)；金風(fēng)科技的風(fēng)機(jī)出口北美、歐洲和中東等地區(qū)；華為的智能光伏逆變器出口60多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。

另外，用戶用能的多樣化（采暖業(yè)的熱負(fù)荷、煉油業(yè)的電負(fù)荷、造紙業(yè)的蒸汽負(fù)荷、商場(chǎng)的冷負(fù)荷、工業(yè)鍋爐的燃?xì)庳?fù)荷）基本歸結(jié)為電、熱（熱水、蒸汽）、冷、氣（燃?xì)猓┑刃枨?，可以通過電采暖、電制冷、電轉(zhuǎn)氣、儲(chǔ)能（蓄熱蓄冷儲(chǔ)氣儲(chǔ)電）、電動(dòng)汽車、客戶群需求響應(yīng)，與風(fēng)電、光伏發(fā)電、小水電、地源熱、秸稈發(fā)電、燃?xì)饫錈犭娙?lián)供互補(bǔ)來實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用。

多能互補(bǔ)運(yùn)行不僅需要“風(fēng)光水火”電源的多補(bǔ)、“源荷儲(chǔ)”（冷源、熱源、電源、氣源，冷負(fù)荷、熱負(fù)荷、電負(fù)荷、氣負(fù)荷，儲(chǔ)冷、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)電、儲(chǔ)氣）的多補(bǔ)，還需要“冷熱電氣”的互補(bǔ)。因而迫切需要能源體制革命，打破各主體之間的“行業(yè)分割”“地域分塊”，以及技術(shù)、市場(chǎng)和體制等壁壘，跨界融合冷熱電氣供應(yīng)與需求，推動(dòng)能效提升和新能源消納。

（作者系華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院教授）