為適應未來(lái)數字化、智能化和電氣化進(jìn)程對電力需求的大量增加，對2060年全社會(huì )用電量需求的目標值從初始16萬(wàn)億千瓦時(shí)增長(cháng)至22萬(wàn)億千瓦時(shí)。9月5日，在第六屆未來(lái)能源大會(huì )院士論壇上，中國科學(xué)院院士、中國電力科學(xué)研究院名譽(yù)院長(cháng)周孝信預測，在碳中和目標、電力系統安全經(jīng)濟運行約束下，消費電量增長(cháng)需求可通過(guò)非化石能源發(fā)電加速發(fā)展、化石能源發(fā)電低碳改造兩種技術(shù)路線(xiàn)得到滿(mǎn)足，前者需要電化學(xué)等各類(lèi)新型儲能和抽水蓄能等技術(shù)支撐，后者則需結合火電機組綠色燃料替代或碳捕集利用改造等技術(shù)實(shí)現。初步情景分析表明，兩種路徑均可降低電力系統碳排放，助力實(shí)現碳中和目標。未來(lái)我國電力系統發(fā)展應考慮上述各類(lèi)技術(shù)研發(fā)應用水平，結合經(jīng)濟性對比，綜合應用兩種技術(shù)路線(xiàn)，優(yōu)化系統整體轉型路徑。
在向碳中和目標演進(jìn)的能源消費結構中，按照“雙碳目標”和“先立后破”的總體發(fā)展思路，逐步向“碳中和”目標轉型發(fā)展的中長(cháng)期能源電力系統開(kāi)展研究。
首先看全社會(huì )年用電量的增長(cháng)，去年和今年年初做研究發(fā)現，用電量呈現常規增長(cháng)。我們做了情景實(shí)物增長(cháng)的情況。在2060年全社會(huì )用電量達到16萬(wàn)億千瓦時(shí)，從2020年開(kāi)始算起，每年平均增長(cháng)不到2%。隨著(zhù)人工智能的發(fā)展，各種大模型的建立，人工智能研究專(zhuān)業(yè)人士認為未來(lái)用電量將會(huì )大幅度增加，查了近期資料，2030年、2035年國內外都有增長(cháng)，但真正需要多少，伴隨技術(shù)的發(fā)展和應用的情況會(huì )發(fā)生很大的變化，不宜預測。
今年，我們做了幾個(gè)方案研究。新的研究預測，2060年全社會(huì )用電量將達到22萬(wàn)億千瓦時(shí)。我們根據這樣的預期做了兩個(gè)方案——實(shí)現碳中和的兩種技術(shù)路線(xiàn)：情景一是加快新能源發(fā)展，配置靈活性資源，滿(mǎn)足用電量需求、系統運行的需求，實(shí)現碳中和；情景二是保留適量火電機組，推進(jìn)低碳綠色改造，提供靈活性資源，實(shí)現碳中和。
情景一，到2045年、2055年，電量增長(cháng)主要依靠非化石能源發(fā)電支撐；到2060年，化石能源僅有1.6億噸標煤，占比4.3%，和2000年形成了鮮明的對比。
情景二，在保留一部分化石能源機組的背景下，我國的能源系統發(fā)生變化，到2060年，化石能源總量是6.2億噸標煤，占比15.4%，相當于一部分化石能源還保留著(zhù)，非化石能源中的太陽(yáng)能光伏和風(fēng)電相應做了縮減。
情景一，到2060年，非化石能源占比非常大，預計非化石能源電力裝機容量和發(fā)電量都超過(guò)總量的90%。如此之高的非化石能源占比使得電力系統運行起來(lái)需要更多的靈活性資源與之配合，這是起碼的條件。
情景二，化石能源裝機和發(fā)電量均在總量15%以下。氣電、煤電由于靈活性調節，不追求發(fā)電量而追求容量效應，到2050年預計達到1240小時(shí)，2055年預計達到1310小時(shí)，2060年預計達到1500小時(shí)。
兩個(gè)情景不同點(diǎn)在于從靈活性資源來(lái)看，情景一需要更多的靈活性資源，包括新型儲能等配合。情景二需要對煤電機組、氣電機組進(jìn)行改造，而且運行小時(shí)數要很低才行。
下面講氫。在一次能源系統里面包含了氫能的利用。一些專(zhuān)家說(shuō)氫是二次能源，我說(shuō)是一次能源。水力發(fā)電在過(guò)去都是進(jìn)入一次能源消費，所以我想氫能也可以。光伏制完氫，拿來(lái)發(fā)電用或者交通等領(lǐng)域的適用，它和電一樣同樣可以作為一次能源，這是我的觀(guān)點(diǎn)。所以情景一和情景二都有氫能的需求，需求多少要看總量。我們預計發(fā)電和非發(fā)電應用加起來(lái)要1億噸氫，情景一是1.32億噸氫，情景二是1.28億噸氫。所以1億噸及往上的規模，這個(gè)規模是大還是小，可行還是不行，現在只能作為宏觀(guān)研究提出一個(gè)數，供各方分析研判。我想隨著(zhù)時(shí)間的推移，這些數肯定會(huì )更加清晰。
再講碳排放。2050年～2060年是碳中和的關(guān)鍵期。在情景一中，預計2050年碳排放比較高，能源系統排放達到16.81億噸。2055年預計能源系統碳排放7.84億噸，2060年預計能源系統碳排放3.32億噸，其中電力系統碳排放0.31億噸，已經(jīng)十分低了；在情景二中，預計2060年能源系統碳排放11億噸，其中電力系統占到8億～9億噸，如此高的排放量是不可接受的，要如何解決？我國提出改造傳統的發(fā)電機組，以綠色原料的替代、混和物質(zhì)混燒、燒綠氨甚至包括停機備用等辦法。
新型能源系統安全穩定和經(jīng)濟運行對現階段的電力系統提出了很大挑戰，這些挑戰是可以度量的，我提出了五性：
一是靈活性。靈活性是保持新型電力系統源荷平衡正常運行的必要條件。
二是韌性。韌性是電力系統應對突發(fā)事變的必備條件。特別目前氣候變化帶來(lái)的極端氣候情況。
三是穩定性。新型電力系統中主要是風(fēng)光等新能源，配上儲能，通過(guò)逆變器、變流器電力電子裝置等加進(jìn)去。與傳統的電磁式裝置不同，電子式裝置帶來(lái)很多振蕩的問(wèn)題。
四是可靠性?，F在可靠性與過(guò)去大不相同，電力電子裝備目前來(lái)說(shuō)過(guò)載能力較差，稍微一過(guò)就跳閘?，F在有新型材料做電力電子器件，比如碳化硅，既耐高壓、壽命也長(cháng)，只是目前成本過(guò)高。
五是經(jīng)濟性。新能源發(fā)展配儲能，裝置的配置將大幅提高用電成本，帶來(lái)價(jià)格的提升，這種情況下，如何減輕居民、工商業(yè)的負擔，是很重要的任務(wù)和指標之一。
總結來(lái)說(shuō)，為適應未來(lái)數字化、智能化和電氣化進(jìn)程對電力需求的大量增加，對2060年全社會(huì )用電量需求的目標值從初始16萬(wàn)億千瓦時(shí)增長(cháng)至22萬(wàn)億千瓦時(shí)。在碳中和目標、電力系統安全經(jīng)濟運行約束下，消費點(diǎn)亮增長(cháng)需求可通過(guò)“非化石能源發(fā)電加速發(fā)展”“化石能源發(fā)電低碳改造”兩種技術(shù)路線(xiàn)得到滿(mǎn)足，前者需要電化學(xué)等各類(lèi)新型儲能和抽水蓄能等技術(shù)支撐，后者則需結合火電機組綠色燃料替代或碳捕集利用改造等技術(shù)實(shí)現。
初步情景分析表明，兩種場(chǎng)景均可降低電力系統碳排放，助力實(shí)現碳中和目標。未來(lái)我國電力系統發(fā)展應考慮各類(lèi)技術(shù)研發(fā)應用水平，結合經(jīng)濟性對比，也要結合兩個(gè)場(chǎng)景優(yōu)化整體轉型路徑。
需要強調的是，新型儲能一定是低成本和高可靠性的，綠色氫能的先進(jìn)性、技術(shù)性和經(jīng)濟性在其中極為重要。特別是綠色氫能及其衍生氣體液體燃料發(fā)電具有代替傳統煤電和氣電的潛力，有可能成為未來(lái)電力系統提供高靈活性及應對極端氣候條件下，系統韌性、安全保供和提供系統慣性的主要資源，與適應電網(wǎng)中高度電力電子化發(fā)展的構網(wǎng)型技術(shù)和裝備進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和廣泛應用一起，有可能成為未來(lái)向碳中和演進(jìn)的電力系統得以安全穩定可靠經(jīng)濟運行、具有全局性影響的關(guān)鍵技術(shù)和重要舉措。當然這些技術(shù)還需要進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)。
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