賈亞雷,馬 凱，李 璐

(1.北華航天工業(yè)學(xué)院 航空宇航學(xué)院，廊坊 065000；2.邯鄲市交通建設(shè)投資管理中心，邯鄲 056400)

0 引 言

為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)，國家已明確提出構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，占全國二氧化碳排放量40%的電力行業(yè)將面臨巨大的綠色轉(zhuǎn)型壓力。而且隨著減碳任務(wù)的深入推進(jìn)，各用能領(lǐng)域再電氣化的呼聲日益高漲，意味著未來一段時(shí)間內(nèi)電力在終端用能的占比將進(jìn)一步提高，電力需求將迎來快速增長。因此，各地區(qū)迫切需要制定合理的電力行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型路徑，以盡快實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)高質(zhì)量的綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展。關(guān)于電力行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型也引起了大量學(xué)者的關(guān)注，例如，陳進(jìn)行(2016)從電源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命和電力體制改革的角度提出了電力企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的思路。魏一鳴等(2018)提出以政府為主導(dǎo)、以電力企業(yè)為主體、以節(jié)能減排為主題，政府積極引導(dǎo)、企業(yè)主動(dòng)參與的電力行業(yè)轉(zhuǎn)型路徑。盛春紅(2019)結(jié)合德國能源轉(zhuǎn)型的經(jīng)驗(yàn)，從電力需求側(cè)響應(yīng)和可再生能源占比等方面提出了電力行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的建議。陳國平等(2020)從電力市場(chǎng)建設(shè)的角度總結(jié)了電力綠色轉(zhuǎn)型的若干關(guān)鍵問題。相關(guān)研究圍繞電源結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源技術(shù)提升、電力市場(chǎng)改革和碳捕集等提出了大量電力行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型措施。這些措施對(duì)于區(qū)域?qū)用嫱七M(jìn)電力行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型具有重要的宏觀指導(dǎo)意義，但隨著雙碳目標(biāo)的提出，電力行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型將更為迫切，同時(shí)賦予了更為深遠(yuǎn)的意義。為了更好的厘清電力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的相關(guān)概念、內(nèi)涵、政策和發(fā)展趨勢(shì)，本文將從現(xiàn)狀分析出發(fā)，分別從電源結(jié)構(gòu)、能源技術(shù)、碳捕集技術(shù)和能源政策四個(gè)角度深入分析當(dāng)前電力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型現(xiàn)狀，并結(jié)合相關(guān)研究和報(bào)告對(duì)未來的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行梳理。

1 電源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及轉(zhuǎn)型趨勢(shì)

改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，能源電力需求快速增長，電力行業(yè)的碳排放量占比逐年上升，加快電力行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型成為促進(jìn)我國低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。近十余年，通過大力發(fā)展新能源和實(shí)施清潔能源替代等措施，在電力行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型方面取得了卓有成效的進(jìn)展，圖1和圖2分別給出了2005-2019年各類型電源裝機(jī)容量和發(fā)電量的占比情況。“十三五”時(shí)期，全國全口徑發(fā)電量年均增長5.8%，其中非化石能源發(fā)電量年均增長10.6%，占總發(fā)電量比重提升至33.9%；煤電發(fā)電量年均增長3.5%，占總發(fā)電量比重下降至2020年的60.8%。清潔電源，尤其是低碳電源占比明顯提高，整體電源結(jié)構(gòu)呈低碳發(fā)展趨勢(shì)。但在碳排放壓力的倒逼下，需要進(jìn)一步推進(jìn)電力行業(yè)的深度綠色轉(zhuǎn)型。從目前電力行業(yè)的運(yùn)行情況和相關(guān)技術(shù)來看，電力行業(yè)持續(xù)推進(jìn)綠色轉(zhuǎn)型的措施主要包括優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)、提升能源技術(shù)、推廣碳捕集技術(shù)和推進(jìn)電力市場(chǎng)改革等。其中優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)已被確定為電力行業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略。

圖1 各電源類型裝機(jī)容量占比

圖2 各電源類型發(fā)電量占比

中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)專職副理事長王志軒認(rèn)為，中國已基本具備持續(xù)大幅度提高非化石能源(尤其是可再生能源)在一次能源中占比的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。通過持續(xù)推進(jìn)終端用能的電氣化水平，大幅度提高非化石能源電能在終端能源消費(fèi)中的比重，可跨越或縮短以石油替代燃煤、燃?xì)馓娲?、可再生能源替代燃?xì)獾姆侄无D(zhuǎn)型時(shí)間，完成碳中和歷史使命。據(jù)彭博新能源財(cái)經(jīng)(BNEF)發(fā)布的2019年《新能源市場(chǎng)長期展望》，可再生能源目前是全球三分之二地區(qū)最便宜的新建電源。到2030年，其成本將在全球大部分地區(qū)低于已建火電，由于風(fēng)電、太陽能和儲(chǔ)能技術(shù)成本的大幅下降，到2050年全球近一半的電力將由這兩種快速發(fā)展的可再生能源供給。太陽能和風(fēng)能是未來可再生能源的主體，低成本可再生能源技術(shù)是能源科技發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。

目前我國全社會(huì)用電量需求還在逐年上升，在碳捕獲與封存技術(shù)尚不成熟的條件下，電力行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型將以大力發(fā)展零碳發(fā)電技術(shù)，提高零碳電源占比為主。目前，技術(shù)成熟且成規(guī)模的零碳發(fā)電技術(shù)主要有核電、水電、生物質(zhì)、風(fēng)電和太陽能等非化石燃料發(fā)電技術(shù)。其中，水電受自然資源約束大規(guī)模增長空間有限；傳統(tǒng)的核裂變發(fā)電受制于核燃料、廠址等因素，發(fā)展空間也十分有限，而核聚變技術(shù)短期內(nèi)仍不具備商業(yè)應(yīng)用的條件；生物質(zhì)受制于能量密度低、收集難度大等因素，可在農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行分布式開發(fā)，但大規(guī)模發(fā)展空間有限。相對(duì)于其他電源類型，風(fēng)光新能源發(fā)電雖然存在季節(jié)性能源分布不均，天氣影響較大，發(fā)電出力波動(dòng)性較大等問題，但是由于風(fēng)光等新能源具有資源豐富、地域分布廣、廠址選擇受限小、運(yùn)行成本低、固定投資成本比水電和核電低等優(yōu)勢(shì)，高風(fēng)光電量占比的電力系統(tǒng)在國際上已有一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，是現(xiàn)階段技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，實(shí)現(xiàn)碳中和必然選擇的電源，也是我國構(gòu)建以新能源為主題的新型電力系統(tǒng)的主要電源類型。目前，國家已明確提出，到2030年，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上。

綜合來看，我國的電源結(jié)構(gòu)仍以燃煤發(fā)電為主，隨著新能源電力裝機(jī)建設(shè)的不斷加快，以及燃煤發(fā)電機(jī)組的逐步淘汰，未來我國將逐步構(gòu)建成以新能源為主體的電源結(jié)構(gòu)，從而推動(dòng)電力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展。

2 能源技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

能源轉(zhuǎn)型不僅伴隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，同時(shí)更需要能源科技創(chuàng)新的支撐，能源技術(shù)進(jìn)步與能源轉(zhuǎn)型相互促進(jìn)，正在深刻改變能源發(fā)展趨勢(shì)和世界能源格局。當(dāng)前，新一輪能源技術(shù)革命正在孕育興起，新的能源科技成果不斷涌現(xiàn)，新興能源技術(shù)正以前所未有的速度快速迭代，可再生能源發(fā)電、先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)、氫能技術(shù)、能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等具有重大產(chǎn)業(yè)變革前景的顛覆性技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)下，全球能源轉(zhuǎn)型不斷提速，能源系統(tǒng)逐步向低碳化、清潔化、分散化和智能化方向發(fā)展。未來，低成本可再生技術(shù)將成為能源科技發(fā)展的主流，能源數(shù)字技術(shù)將成為引領(lǐng)能源產(chǎn)業(yè)變革、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力。儲(chǔ)能、氫能、先進(jìn)核能等前瞻性、顛覆性技術(shù)將從根本上改變能源世界的圖景。

大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用，使得能源轉(zhuǎn)換與利用更加高效，實(shí)現(xiàn)能源的時(shí)空平移，以解決能源在生產(chǎn)、傳輸以及使用環(huán)節(jié)的不同步性等問題。隨著氫能和燃料電池關(guān)鍵技術(shù)的逐步突破，各國爭相將發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)提升到國家能源戰(zhàn)略高度，大力推進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)鏈布局與技術(shù)創(chuàng)新。目前，包括物理儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱、儲(chǔ)氫等在內(nèi)的多種儲(chǔ)能技術(shù)類型，在新能源并網(wǎng)、電動(dòng)汽車、智能電網(wǎng)、微電網(wǎng)、分布式能源系統(tǒng)、家庭儲(chǔ)能系統(tǒng)、無電地區(qū)供電工程等應(yīng)用場(chǎng)景下，展露出了巨大的發(fā)展?jié)摿Γ袌?chǎng)前景廣闊。在核能領(lǐng)域，確?？沙掷m(xù)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和防核擴(kuò)散能力的先進(jìn)技術(shù)是研發(fā)的重點(diǎn)，主要研究方向包括開發(fā)固有安全特性的第四代反應(yīng)堆系統(tǒng)、燃料循環(huán)利用及廢料嬗變堆技術(shù)，以及核聚變示范堆的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

綜合來看，隨著雙碳目標(biāo)的深入推進(jìn)，能源技術(shù)將發(fā)揮越來越重要的作用，甚至可以說，雙碳目標(biāo)能否順利實(shí)現(xiàn)需要能源技術(shù)持續(xù)突破來進(jìn)行保障。從目前的情況來看，電力系統(tǒng)對(duì)新能源的消納能力仍十分有限，如何確保以新能源為主體的電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是當(dāng)前電力行業(yè)迫切需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，這涉及電力系統(tǒng)運(yùn)行、儲(chǔ)能、電源響應(yīng)和用戶管理等一系列技術(shù)。在推進(jìn)雙碳目標(biāo)中，要不斷加大對(duì)新技術(shù)的投入力度，爭取以能源低碳轉(zhuǎn)型為契機(jī)，搶占技術(shù)高低，驅(qū)動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)更高質(zhì)量發(fā)展。

3 碳捕集技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

碳捕集利用與封存(CCUS)是指將二氧化碳從排放源中分離后，或轉(zhuǎn)化利用，或直接封存，以實(shí)現(xiàn)二氧化碳減排的技術(shù)過程。CCUS是國際公認(rèn)的能夠?qū)崿F(xiàn)化石能源大規(guī)模直接減排和低碳利用的技術(shù)，是我國實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)技術(shù)組合中的重要構(gòu)成部分，是各國碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要支撐。IPCC第五次評(píng)估報(bào)告《綜合評(píng)估》結(jié)論中指出，如果沒有CCUS技術(shù)，碳減排成本將會(huì)成倍增加，估計(jì)增幅平均高達(dá)138%。國際能源署近日發(fā)布的《CCUS在低碳發(fā)電系統(tǒng)中的作用》報(bào)告也指出，CCUS技術(shù)是化石燃料電廠降低排放的關(guān)鍵解決方案。如果不用CCUS，要實(shí)現(xiàn)全球氣候目標(biāo)可能需要關(guān)閉所有化石燃料發(fā)電廠。

自2006年以來，CCUS就被列為中國中長期技術(shù)發(fā)展規(guī)劃的前沿技術(shù)，并得到國家科研資金的大力支持。2006年至今，中國給予CCUS的研發(fā)資金支持從未中斷，支持資金面向自由探索、基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)和工程示范等多個(gè)階段，覆蓋包括捕集、運(yùn)輸、利用和封存在內(nèi)的全流程技術(shù)鏈條，形成了比較廣泛和穩(wěn)定的CCUS研究隊(duì)伍。下一步將進(jìn)一步規(guī)范CCUS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，不斷加強(qiáng)CCUS技術(shù)研發(fā)和儲(chǔ)備，鼓勵(lì)和支持CCUS大型項(xiàng)目的建設(shè)和示范推廣，廣泛開展CCUS領(lǐng)域國際交流和務(wù)實(shí)合作，推進(jìn)綠色金融與CCUS結(jié)合，加快CCUS商業(yè)化部署。

綜合來看，目前碳捕集技術(shù)仍處于試點(diǎn)運(yùn)行階段，短期內(nèi)推廣應(yīng)用的成本過高。但隨著新能源占比的逐步提高，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性將受到嚴(yán)重的沖擊，為確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，目前主流聲音還是秉持保留一定比例火力發(fā)電的觀點(diǎn)。這就迫切需要配套發(fā)展低成本的碳捕集技術(shù)，因此，碳捕集技術(shù)也將是低碳轉(zhuǎn)型的重要方向。

4 電力市場(chǎng)及相關(guān)政策發(fā)展趨勢(shì)

國際上，實(shí)現(xiàn)高比例風(fēng)光發(fā)電運(yùn)行的國家，無一不是已經(jīng)建立了以電力現(xiàn)貨市場(chǎng)機(jī)制為核心的現(xiàn)代電力市場(chǎng)體系，可見市場(chǎng)化有利于推動(dòng)風(fēng)光等新能源的消納。電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行需要理清各個(gè)環(huán)節(jié)之間的經(jīng)濟(jì)關(guān)系，利用市場(chǎng)這個(gè)配置資源的有效手段調(diào)節(jié)各方的權(quán)利責(zé)任，讓市場(chǎng)來選擇電力行業(yè)碳中和的實(shí)施方式，在優(yōu)勝劣汰的競(jìng)爭中篩選出性價(jià)比最高的消納方式。高比例風(fēng)光發(fā)電+大電網(wǎng)的實(shí)施方式下，風(fēng)光發(fā)電消納需要可調(diào)節(jié)能源的大力配合，就更需要電力現(xiàn)貨市場(chǎng)來厘清這復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)關(guān)系，需要市場(chǎng)發(fā)現(xiàn)最真實(shí)的風(fēng)光發(fā)電消納成本，才能讓用戶信服地接受用電成本的合理上升。目前我國電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)如火如荼，8個(gè)現(xiàn)貨試點(diǎn)穩(wěn)步推進(jìn)，其他電力市場(chǎng)建設(shè)緊跟其后，風(fēng)光發(fā)電平等參與市場(chǎng)也將撥云見日。為了“30·60目標(biāo)”的實(shí)現(xiàn)，電力現(xiàn)貨市場(chǎng)必須穩(wěn)步加快建設(shè)，以市場(chǎng)手段實(shí)現(xiàn)電力資源的配置，助力實(shí)現(xiàn)碳中和。

在電源建設(shè)方面，為盡快實(shí)現(xiàn)新能源對(duì)火力發(fā)電的替代，同時(shí)滿足電力需求的快速增長，未來一段時(shí)間內(nèi)需要建設(shè)大量的新能源裝機(jī)，這就要求利用市場(chǎng)手段鼓勵(lì)大量社會(huì)資本參與新能源建設(shè)。另外，能源技術(shù)的研發(fā)、碳捕集技術(shù)的推進(jìn)都需要大量資金，這同樣需要通過政策引導(dǎo)吸引資本進(jìn)入。在存量火力發(fā)電機(jī)組退出方面，由于我國火力發(fā)電機(jī)組平均使用壽命不到13年，按照自然退役的速度顯然難以實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，因此需要重點(diǎn)考慮如何使用市場(chǎng)手段加快存量火力發(fā)電機(jī)組的退出。

碳排放交易作為促進(jìn)碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要市場(chǎng)手段，國家已頒布《碳排放權(quán)交易管理辦法(試行)》，并從2021年2月1日起實(shí)施。目前全國碳市場(chǎng)發(fā)電行業(yè)第一個(gè)履約周期已正式啟動(dòng)，2225家發(fā)電企業(yè)將分到碳排放配額，這些企業(yè)年排放量都達(dá)到了2.6萬噸二氧化碳當(dāng)量。從交易模式看，碳交易市場(chǎng)以配額交易為主導(dǎo)，輔以核證自愿減排量(CER)交易。

綜合來看，電力市場(chǎng)及相關(guān)能源政策近期將會(huì)陸續(xù)出臺(tái)，如何制定相關(guān)政策以及如何分析政策對(duì)電力行業(yè)發(fā)展的影響將是電力行業(yè)需要重點(diǎn)研究的問題。

5 結(jié)束語

在雙碳目標(biāo)下，各地區(qū)電力行業(yè)都面臨著迫切的低碳轉(zhuǎn)型任務(wù)。從電源結(jié)構(gòu)來看，我國整體電源結(jié)構(gòu)仍以燃煤發(fā)電為主，但新能源發(fā)電發(fā)展迅速，區(qū)域?qū)用媸苜Y源稟賦和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平影響，電源結(jié)構(gòu)差異較大。未來的整體發(fā)展趨勢(shì)將是逐步實(shí)現(xiàn)新能源對(duì)火力發(fā)電的替代，區(qū)域電力行業(yè)則需要結(jié)合實(shí)際協(xié)同推進(jìn)。從能源技術(shù)來看，能源技術(shù)發(fā)展迅猛，但突破性技術(shù)仍有待加強(qiáng)，未來在能源領(lǐng)域技術(shù)驅(qū)動(dòng)效應(yīng)將愈加明顯，對(duì)于區(qū)域電力行業(yè)，搶占技術(shù)高低將是決定低碳轉(zhuǎn)型成敗的關(guān)鍵。從碳捕集技術(shù)來看，短期內(nèi)仍不具備大規(guī)模應(yīng)用的條件，但未來十年左右將是推進(jìn)雙碳目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)。電力市場(chǎng)和能源政策是推進(jìn)雙碳目標(biāo)過程中重要的管理手段，區(qū)域電力行業(yè)需要充分研究相關(guān)政策對(duì)本區(qū)域電力行業(yè)的影響，同時(shí)需要結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H制定合理的引導(dǎo)政策，從而更好更快的推進(jìn)雙碳目標(biāo)進(jìn)程。