“雙碳”目標下多措并舉推進(jìn)能源革命

導致地球溫室效應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率占比80%以上。多項研究表明，無(wú)論從機理還是特征上看，地球升溫主要由二氧化碳導致。

我國正處于經(jīng)濟高速發(fā)展期，二氧化碳排放自然會(huì )很高。作為負責任的大國，我國主動(dòng)提出“碳中和”目標，但由于我國碳排放強度是國際平均水平的1.3倍，而且經(jīng)濟發(fā)展與碳排放沒(méi)有脫鉤，對于當前的經(jīng)濟總量、產(chǎn)業(yè)結構和能源結構來(lái)說(shuō)，供能與用能結構的全面調整將面臨巨大挑戰。

多源互補推進(jìn)能源供給側革命

我國西北地區的內蒙古、新疆、甘肅、青海和寧夏，風(fēng)光可開(kāi)發(fā)量達到397萬(wàn)億千瓦時(shí)/年，相當于4700個(gè)三峽水電站，只要開(kāi)發(fā)1/60就能滿(mǎn)足當前全國的電力需求。

目前，青海發(fā)電裝機4030萬(wàn)千瓦，其中，清潔能源發(fā)電裝機3638萬(wàn)千瓦，占比超90%，新能源發(fā)電裝機2445萬(wàn)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)，相當于替代原煤3811萬(wàn)噸，減排二氧化碳6268萬(wàn)噸；新疆風(fēng)電裝機2009萬(wàn)千瓦，光伏裝機1027萬(wàn)千瓦；寧夏風(fēng)電裝機1116萬(wàn)千瓦，光伏裝機918萬(wàn)千瓦，并建設了全球最大的光伏發(fā)電電解水制氫項目；內蒙古風(fēng)能可開(kāi)發(fā)潛力達1.5億千瓦，占中國陸地50%，風(fēng)電裝機1849萬(wàn)千瓦。

西北地區用電負荷不高，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、四川的水電裝機比重近70%，水電豐枯期出力與負荷需求特性不匹配，造成棄水，而廣東、貴州以火電為主，區域之間可通過(guò)水電、火電互補運行，既減少棄水又節約煤炭資源，同時(shí)降低二氧化碳排放。

我國需要依托特高壓大電網(wǎng)對可再生能源進(jìn)行基地化、規?；_(kāi)發(fā)，如西南地區金沙江、雅礱江等流域建成了4個(gè)水電基地，三北地區及甘肅、新疆、寧夏等建成8個(gè)千萬(wàn)千瓦級風(fēng)電基地，青海、新疆、內蒙古等建成8個(gè)千萬(wàn)千瓦級太陽(yáng)能發(fā)電基地。

我國能源結構需要從煤電為主向光伏與風(fēng)電為主轉變，發(fā)展抽水蓄能、電化學(xué)儲能，實(shí)現以光伏、風(fēng)電優(yōu)先消納為主的“水電+風(fēng)電+光伏+儲能+核電+燃氣發(fā)電”多源互補運行方式。

“冷熱電氣”推進(jìn)能源消費側革命

2019年，我國能源活動(dòng)過(guò)程的碳排放為94億噸，其中能源生產(chǎn)與轉換過(guò)程的碳排放占比47%，能源消費過(guò)程的碳排放占比53%。能源消費過(guò)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%。

針對鋼鐵、水泥、化工和有色等工業(yè)領(lǐng)域的碳減排，可通過(guò)再電氣化（如電窯爐、電鍋爐等）實(shí)現以電代煤；針對建筑樓宇、學(xué)校、醫院和企業(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)現以電代煤或以電代氣；我國新能源汽車(chē)保有量突破500萬(wàn)輛，針對交通領(lǐng)域的碳減排，可以大力推廣電動(dòng)汽車(chē)、氫燃料車(chē)，實(shí)現以電代油或以氫代油。

對于產(chǎn)業(yè)園區、機場(chǎng)、火車(chē)站、校園、醫院、綜合樓宇等，以燃氣分布式冷熱電三聯(lián)供為核心，互補整合光伏發(fā)電、小風(fēng)電、地源熱泵、污水源熱泵、生物質(zhì)能、工廠(chǎng)余熱余壓尾氣等，繼而將新能源發(fā)電轉換成制冷、制熱、制氣并進(jìn)行儲能（蓄冷、儲熱、儲氣、儲電），實(shí)現連續需求用戶(hù)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。

新型電力系統催生能源技術(shù)側革命

以新能源為主體的新型電力系統應以風(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模波動(dòng)性、間歇性風(fēng)、光出力有效消納的新型電力系統。

我國日用電高峰一般出現在上午9~11點(diǎn)和晚上7~10點(diǎn)，而風(fēng)電主要出現在后半夜，光伏在晚高峰為零；季用電高峰出現在夏、冬，而風(fēng)電主要集中在春、秋。國網(wǎng)區域風(fēng)電出力日波動(dòng)可達6300萬(wàn)千瓦，光伏出力日波動(dòng)達到2億千瓦；相鄰兩日間風(fēng)電發(fā)電量相差可達9.46億度，光伏發(fā)電量相差可達4.23億度；東北出現連續92小時(shí)無(wú)風(fēng)，華北58小時(shí)無(wú)風(fēng)，西北120小時(shí)無(wú)風(fēng)；華中、華東持續8天無(wú)光，湖南、江西持續超過(guò)10天無(wú)光。1月6~8日，南方出現寒潮，寒潮前全國風(fēng)電出力達到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荷5000萬(wàn)千瓦，正負相差1億千瓦，相當于200臺50萬(wàn)千瓦機組的停啟。

上述數據表明，在火電全部退出的情形下，儲能需要連續放電120小時(shí)或10天，充/放功率需要達到5000萬(wàn)千瓦。2030年，我國風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機預計達到19億千瓦，電動(dòng)汽車(chē)保有量達到4000萬(wàn)輛。

發(fā)電、用電的高度雙側隨機性，需要構建以新能源為主體的新型電力系統，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，各類(lèi)電力資源互動(dòng)共享和互為備用，區域間、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(hù)友好協(xié)調，靈活柔性，精準調峰調頻，提升主動(dòng)支撐性能。

各類(lèi)投資主體需要能源體制革命

我國煤電油氣能源領(lǐng)域基本由國有企業(yè)壟斷經(jīng)營(yíng)，隨著(zhù)冷熱電氣綜合能源供應體的出現，以及“風(fēng)光水火”電的打捆互補運行，原來(lái)的壟斷狀態(tài)正在被打破，一些優(yōu)秀的低碳設備技術(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(chē)出口美國、日本、英國和法國等國；遠景能源的智能風(fēng)機出口英國、墨西哥、阿根廷和法國等國；特變電工的光伏、風(fēng)電出口智利、泰國、印度和巴基斯坦等國；金風(fēng)科技的風(fēng)機出口北美、歐洲和中東等地區；華為的智能光伏逆變器出口60多個(gè)國家和地區。

另外，用戶(hù)用能的多樣化（采暖業(yè)的熱負荷、煉油業(yè)的電負荷、造紙業(yè)的蒸汽負荷、商場(chǎng)的冷負荷、工業(yè)鍋爐的燃氣負荷）基本歸結為電、熱（熱水、蒸汽）、冷、氣（燃氣）等需求，可以通過(guò)電采暖、電制冷、電轉氣、儲能（蓄熱蓄冷儲氣儲電）、電動(dòng)汽車(chē)、客戶(hù)群需求響應，與風(fēng)電、光伏發(fā)電、小水電、地源熱、秸稈發(fā)電、燃氣冷熱電三聯(lián)供互補來(lái)實(shí)現能源梯級利用。

多能互補運行不僅需要“風(fēng)光水火”電源的多補、“源荷儲”（冷源、熱源、電源、氣源，冷負荷、熱負荷、電負荷、氣負荷，儲冷、儲熱、儲電、儲氣）的多補，還需要“冷熱電氣”的互補。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)濟與管理學(xué)院教授）