劉 睿 姚西龍

(太原理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，山西省晉中市，030600)

1 研究背景

習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上發(fā)表重要講話，提出我國“二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。電力行業(yè)碳排放量約占碳排放總量的50%，要想實(shí)現(xiàn)2060年碳中和，中國電力部門幾乎需要完全脫碳[1]。中國作為世界上最大的碳排放國家[2]，面臨著環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約與自身經(jīng)濟(jì)發(fā)展等多重壓力，煤炭資源型地區(qū)由于“一煤獨(dú)大”的能源結(jié)構(gòu)以及高碳排放強(qiáng)度，在我國下一階段的能源轉(zhuǎn)型及綠色發(fā)展中具有舉足輕重的地位。根據(jù)習(xí)近平總書記提出的2060年碳中和承諾，煤炭資源型地區(qū)電力部門碳排放應(yīng)如何實(shí)現(xiàn)從達(dá)峰到中和的目標(biāo)？應(yīng)如何對(duì)現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行改革及規(guī)劃？探索這一問題對(duì)于我國2060年碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要的意義。

目前關(guān)于電力系統(tǒng)碳減排的研究主要集中在碳排放達(dá)峰[3-6]、推廣新技術(shù)[7-8]及不同減排強(qiáng)度或可再生能源發(fā)展政策下[5, 9-10]國家或區(qū)域電力結(jié)構(gòu)變化趨勢。這些研究為國家層面制定新政策及新技術(shù)規(guī)劃提供了一定的參考，但研究成果沒有將區(qū)域的資源稟賦和技術(shù)條件考慮在內(nèi)，且對(duì)于電力技術(shù)參數(shù)的體現(xiàn)不夠細(xì)致，無法很好地為各地區(qū)的電力結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供具體的參考方案?；趯?duì)以上研究的補(bǔ)充，本研究采用了“自下而上”的TIMES(The Integrated MARKAL-EFOM System)模型,選取典型的資源依賴型地區(qū)——山西省作為研究對(duì)象，考慮山西省現(xiàn)有發(fā)電結(jié)構(gòu)、裝機(jī)結(jié)構(gòu)及資源稟賦，對(duì)不同情境下山西省電力部門的2030-2060年碳排放達(dá)峰-碳中和發(fā)展路徑及發(fā)電結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測，并根據(jù)模型運(yùn)行結(jié)果提出政策建議。

2 研究方法

TIMES模型是國際能源署(IEA)開發(fā)的能源系統(tǒng)優(yōu)化模型，TIMES模型在滿足設(shè)定污染物排放限制的條件下，以系統(tǒng)成本最小化為目標(biāo)，計(jì)算能源系統(tǒng)中能源供應(yīng)、能源轉(zhuǎn)換及能源需求等不同層次的能源平衡，以滿足系統(tǒng)終端能源的需求。清華大學(xué)的陳文穎和馬丁等[3, 11-12]最早運(yùn)用TIMES模型對(duì)中國的能源問題進(jìn)行研究，并帶來了廣泛的現(xiàn)實(shí)影響。山西省電力系統(tǒng)TIMES模型參考能源系統(tǒng)以2015年為基年，每個(gè)時(shí)間段設(shè)置為5年，規(guī)劃期為2015-2060年。山西省電力部門TIMES模型分為經(jīng)濟(jì)模塊、環(huán)境模塊、能源技術(shù)模塊及需求模塊四大模塊。

2.1 經(jīng)濟(jì)模塊

經(jīng)濟(jì)模塊分為基年模塊和新技術(shù)模塊?；昴K以2015年為基年，對(duì)山西省現(xiàn)有可再生能源發(fā)電、火電等技術(shù)的投資成本、可變成本、運(yùn)行維護(hù)成本等進(jìn)行細(xì)化。新技術(shù)模塊除以上成本外還考慮到由于技術(shù)學(xué)習(xí)效應(yīng)引起的發(fā)電成本下降。該模塊以最小成本為目標(biāo)，應(yīng)用線性規(guī)劃方法，對(duì)設(shè)定的未來能源需求、CO2減排成本等進(jìn)行模擬分析，從而對(duì)發(fā)電技術(shù)(設(shè)備)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展進(jìn)行詳細(xì)描述。

2.2 環(huán)境模塊

環(huán)境模塊對(duì)各發(fā)電技術(shù)溫室氣體的排放系數(shù)及排放目標(biāo)進(jìn)行設(shè)置。發(fā)電技術(shù)在發(fā)電過程中的溫室氣體排放分為可再生能源發(fā)電和化石能源發(fā)電，參考郭枝[13]對(duì)于排放系數(shù)的設(shè)置，在不考慮全生命周期的情況下，將可再生能源發(fā)電技術(shù)的碳排放系數(shù)設(shè)為0。對(duì)電力溫室氣體排放目標(biāo)的設(shè)定，通過模擬不同策略下的碳減排，得到碳中和目標(biāo)倒逼下的發(fā)電技術(shù)組合及發(fā)電結(jié)構(gòu)。

2.3 能源技術(shù)模塊

能源技術(shù)模塊對(duì)山西省現(xiàn)有發(fā)電技術(shù)的發(fā)電效率、裝機(jī)規(guī)模、年可利用因子、技術(shù)壽命和峰值貢獻(xiàn)率等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置?；甑陌l(fā)電技術(shù)包括發(fā)電技術(shù)前端的能源供給技術(shù)及發(fā)電技術(shù)，發(fā)電技術(shù)發(fā)展受到當(dāng)?shù)刭Y源供給量的約束。新技術(shù)模塊則包括加裝CCS設(shè)備的清潔火電技術(shù)(以下簡稱清潔火電技術(shù))、加裝CCS裝置的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)(以下簡稱BECCS)以及儲(chǔ)能技術(shù)，儲(chǔ)能技術(shù)包括抽水儲(chǔ)能和電池儲(chǔ)能兩種，模型中儲(chǔ)能技術(shù)只儲(chǔ)存可再生能源發(fā)電，并將其轉(zhuǎn)換為終端需求電。新技術(shù)與現(xiàn)存技術(shù)存在的區(qū)別是新技術(shù)的裝機(jī)規(guī)模不受限制。

2.4 需求模塊

電力系統(tǒng)中的能源需求為電力需求，根據(jù)關(guān)攀博[14]的研究，影響山西省電力需求量的主要因素為總發(fā)電量、煤炭外調(diào)量和城鎮(zhèn)居民可支配收入等13個(gè)因素。基于關(guān)攀博的研究，構(gòu)建山西省電力系統(tǒng)電力需求量的預(yù)測模型，采用精度較高的三階灰色預(yù)測模型GM(1,3)預(yù)測山西省電力系統(tǒng)2020-2060年的電力需求量。山西省不同時(shí)間段的電力需求占比數(shù)據(jù)通過韓艷賓[15]的研究及郭枝[13]的研究計(jì)算得來。該模塊將山西省電力需求作為約束條件與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，如下式所示：

EiXi≥DEM(y)

(1)

式中：Ei——能源轉(zhuǎn)換效率矩陣；

Xi——從一次能源產(chǎn)品到終端電力需求之間各環(huán)節(jié)的能流向量，即優(yōu)化后的電力供給解；

DEM(y)——山西省電力部門終端電力需求向量。

2.5 模型構(gòu)建

模型的構(gòu)建考慮山西省現(xiàn)有發(fā)電結(jié)構(gòu)及碳中和目標(biāo)對(duì)負(fù)排放技術(shù)的需求，考慮了8類發(fā)電技術(shù)。山西省電力部門的模型構(gòu)建如圖1所示。

圖1 山西電力系統(tǒng)TIMES模型體系

模型約束方程主要包括以下3個(gè)方面：

(1)總的規(guī)劃目標(biāo)為電力能源系統(tǒng)總成本最小化：

(2)

式中：z——貼現(xiàn)率；

y——規(guī)劃期內(nèi)的年份；

Ic——電力能源相關(guān)的技術(shù)投資成本；

Fc——電力能源相關(guān)的運(yùn)營維護(hù)成本；

Vc——電力能源相關(guān)的可變成本；

S——電力能源相關(guān)技術(shù)裝置淘汰時(shí)的殘值。

(2)各技術(shù)環(huán)節(jié)的能源載體平衡，即技術(shù)各環(huán)節(jié)的能源轉(zhuǎn)換要大于等于下一環(huán)節(jié)的消費(fèi)：

EiXi-Xi+1≥0

(3)

(3)電力部門各技術(shù)的生產(chǎn)運(yùn)行限制和容量限制，能源的生產(chǎn)量不超過電力技術(shù)的容量或生產(chǎn)運(yùn)行限制：

EiXi≤CAPi

(4)

式中：CAPi——電力系統(tǒng)使用技術(shù)的工藝容量向量。

3 情景設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)來源

本文根據(jù)國家碳中和目標(biāo)的提出設(shè)置3類情景：基準(zhǔn)情景、碳達(dá)峰情景和碳中和情景。碳中和情景又分為階梯碳中和情景和直接碳中和情景。經(jīng)濟(jì)模塊中，山西電力系統(tǒng)對(duì)可再生能源電力的補(bǔ)貼主要包括對(duì)風(fēng)電、光伏發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電的補(bǔ)貼，補(bǔ)貼的標(biāo)準(zhǔn)參考國家發(fā)改委2015年發(fā)布的《關(guān)于完善陸上風(fēng)電光伏發(fā)電上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)政策的通知》《可再生能源法》[13]。其余經(jīng)濟(jì)及能源技術(shù)模塊參數(shù)主要來自于《山西省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃》《中國電力統(tǒng)計(jì)年鑒2016》《電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)資料匯編2016》及相關(guān)文獻(xiàn)[16-20]。環(huán)境模塊中，本文設(shè)定的減排目標(biāo)是碳達(dá)峰及碳中和，因此除碳總量目標(biāo)設(shè)置外，模型中環(huán)境模塊對(duì)污染物的排放不加其他減排政策。環(huán)境參數(shù)來自山西省本地企業(yè)實(shí)地調(diào)研、行業(yè)報(bào)告和相關(guān)文獻(xiàn)[21-23]。

3.1 基準(zhǔn)情景

模型以2015年為基年，基準(zhǔn)情景的設(shè)置與山西省現(xiàn)有發(fā)電系統(tǒng)情景相一致，碳排放模塊不設(shè)定限制。在此情景下，模型僅僅在滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展目標(biāo)及電力系統(tǒng)需求的情況下，以系統(tǒng)成本最小為目標(biāo)對(duì)發(fā)電技術(shù)組合及發(fā)電結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇。

3.2 碳達(dá)峰情景

模型中碳排放模塊只設(shè)定達(dá)峰目標(biāo)，即運(yùn)行模型得到山西省電力系統(tǒng)2030年碳排放值，并在2030-2060年期間，將該排放值作為碳排放上限值。在此情景下，模型2030-2060年的碳排放將不能超過2030年的排放值，該情景反映山西省僅設(shè)置碳排放達(dá)峰而未設(shè)置碳中和目標(biāo)下的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化情況。

3.3 碳中和情景

參照YANG C等[24]對(duì)溫室氣體減排的約束設(shè)置，碳中和情景主要考慮長期目標(biāo)導(dǎo)向下的“倒逼”減排路徑，分為直接碳中和情景和階梯碳中和情景。直接碳中和情景即在2030-2060年期間，排放上限保持在2030年達(dá)峰的水平，然后在2060年將碳排放總量降至碳中和水平。階梯碳中和情景為電力系統(tǒng)設(shè)置從2030-2060年的線性減排目標(biāo)，可代表為電力系統(tǒng)設(shè)置中期目標(biāo)或階段性目標(biāo)的政策路線，第二種約束是遞減的碳排放上限，具體來說，假設(shè)2030-2060年的排放量為直線軌跡。碳排放約束設(shè)置如圖2所示。

圖2 碳排放情景設(shè)置

二氧化碳排放總量約束(即各環(huán)節(jié)的二氧化碳排放量之和不應(yīng)超過某個(gè)總量限制)的表達(dá)式如下：

ENVi,y=hXi,y=h≤ENV(y=h)

(5)

式中：h——設(shè)定碳排放目標(biāo)的年份，取2030、2035、2040、2045、2050、2055、2060；

ENVi,y=h——h年份各環(huán)節(jié)的二氧化碳排放量；

ENV(y=h) ——h年份二氧化碳排放總量控制指標(biāo)。

4 結(jié)果分析與討論

4.1 碳排放約束設(shè)置

通過運(yùn)行基準(zhǔn)情景，得到2030年山西省電力系統(tǒng)的碳排放值為111 040.7萬t，對(duì)3種情景設(shè)置的碳排放限制見表1。

表1 碳排放上限設(shè)置量 萬t

4.2 模型結(jié)果分析

基年2015年的山西省電力供給結(jié)構(gòu)在模型預(yù)測結(jié)果中與實(shí)際情況符合度較高，說明文章所建立的模型具有可信度。2020-2030年期間，山西省的電力供給以火電為主，2030年火電比例較2020年略有下降，從78%降至75%，其中裝有CCS設(shè)備的清潔火電(以下簡稱為清潔火電)占比從3%增至7%，傳統(tǒng)火電技術(shù)發(fā)電量占比有較大降幅；生物質(zhì)發(fā)電及可再生能源發(fā)電占比增長均較小，其中，光伏發(fā)電占比超越風(fēng)電，成為發(fā)電量最大的可再生能源發(fā)電技術(shù)，伴隨風(fēng)電和光伏的發(fā)電占比增長，儲(chǔ)能發(fā)電占比也有小幅增長，水電占比增幅較小。為使圖表更加清晰，將傳統(tǒng)火電、清潔火電、可再生能源占比及各種可再生能源發(fā)電技術(shù)占比分別呈現(xiàn)，2020-2030年發(fā)電結(jié)構(gòu)如圖3所示。

除基準(zhǔn)情景外的3種場景均為2030年后對(duì)山西省電力系統(tǒng)碳排放總量進(jìn)行限制，4種場景2020年及2030年發(fā)電結(jié)構(gòu)基本相同，故2020年及2030年的發(fā)電結(jié)構(gòu)在下文的結(jié)果展示中不再贅述。

4.2.1 基準(zhǔn)情景結(jié)果分析

在基準(zhǔn)情景下，2030-2060年期間，山西省的電力供給一直以火電為主，發(fā)電占比整體變化較小，穩(wěn)定在70%～75%，其中清潔火電占比略微減少；可再生能源發(fā)電結(jié)構(gòu)也相對(duì)穩(wěn)定，在25%～30%之間浮動(dòng)，其中光伏發(fā)電占比逐年上升，從8%增至15%，風(fēng)電、水電占比變化較小，分別穩(wěn)定在7%及4%附近；儲(chǔ)能及生物質(zhì)發(fā)電則占據(jù)較小的發(fā)電比例。2030-2060年期間，具有負(fù)碳排放功能的BECCS技術(shù)未能引進(jìn)?；鶞?zhǔn)情景下2030-2060年發(fā)電結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 2020-2030年發(fā)電結(jié)構(gòu)

綜上，基準(zhǔn)情景下，2030-2060年期間，山西省發(fā)電結(jié)構(gòu)整體變化較小，火電占據(jù)發(fā)電主力地位，清潔火電占比略微減少，可再生能源中具有發(fā)展?jié)摿Φ闹饕獮楣夥l(fā)電，其次為風(fēng)電、水電，儲(chǔ)能與生物質(zhì)能則具有較小的發(fā)展空間。

4.2.2 碳達(dá)峰情景結(jié)果分析

在碳達(dá)峰情景下，2040年山西省的電力供給結(jié)構(gòu)以火電為主，但占比較2030年有所下降，其中清潔火電發(fā)電量占總發(fā)電量的21%；可再生能源發(fā)電量占比為36%，風(fēng)電和光伏發(fā)電量占比較大且均有較大增長，其余發(fā)電技術(shù)占比較小。2040-2050年期間，電力供給結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變化，可再生能源發(fā)電量超越火電，光伏發(fā)電快速發(fā)展，占比增至26%，風(fēng)電、水電、儲(chǔ)能占比均有所增長，生物質(zhì)發(fā)電占比保持不變；火電占比下降至46%，其中傳統(tǒng)火電下降至24%。2060年山西省電力供給結(jié)構(gòu)仍以可再生能源為主，其中光伏發(fā)電量最大，占比增至30%，與火電持平，其次為風(fēng)電，儲(chǔ)能及水電均有小幅增長，總體占比較小，生物質(zhì)發(fā)電由于BECCS技術(shù)的引進(jìn)，占比增至7%。碳達(dá)峰情景下2030-2060年發(fā)電結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖4 基準(zhǔn)情景下2030-2060年發(fā)電結(jié)構(gòu)

綜上，2030-2060年碳達(dá)峰情景下，在碳排放達(dá)峰目標(biāo)的限制下，火電占比從2030年的75%減少至2060年的30%，其中清潔火電占比呈上升趨勢；可再生能源發(fā)電量占比從25%增長至69%，2040-2050年期間，可再生能源發(fā)電量首次超越火電，光伏發(fā)展最快，其次為風(fēng)電，水電及儲(chǔ)能發(fā)電量占比也呈現(xiàn)逐年上升趨勢，但總體占比較??；在2030-2050年期間生物質(zhì)發(fā)電量一直較??；2050-2060年期間，為維持小于等于達(dá)峰碳排放量的減排目標(biāo)，BECCS技術(shù)在2050-2060年期間開始出現(xiàn)，但占比較小，僅占總發(fā)電量的4%。

圖5 碳達(dá)峰情景下2030-2060年發(fā)電結(jié)構(gòu)

4.2.3 階梯碳中和情景結(jié)果分析

在階梯碳中和情景下，2030-2040年，電力供給結(jié)構(gòu)以火電為主，占比達(dá)57%，其中清潔火電占比達(dá)36%；可再生能源發(fā)電量占比為43%，除光伏風(fēng)電外，其余發(fā)電技術(shù)發(fā)電量占比較小；2040-2050年期間可再生能源發(fā)電量超越火電，占比為66%，其中光伏發(fā)電量最大，其次為風(fēng)電，儲(chǔ)能、水電發(fā)電占比均有小幅增長，期間伴隨BECCS技術(shù)的引入，生物質(zhì)發(fā)電占比增至4%；火電占比下降至34%，其中清潔火電占比較2040年有所下降；2050-2060年，可再生能源發(fā)電占比增至80%，光伏發(fā)電發(fā)展迅速，占比增至34%，發(fā)電量超過火電。風(fēng)電、水電、儲(chǔ)能發(fā)電占比基本穩(wěn)定，生物質(zhì)發(fā)電增長迅速，由4%增長至11%，其中BECCS占比為9%。階梯碳中和情景下2030-2060年發(fā)電結(jié)構(gòu)如圖6所示。

綜上，2030-2060年，在階梯碳中和情景下，火電占比大幅下降，清潔火電占比從7%增長至17%，到2060年火電技術(shù)已大部分配備CCS裝置；可再生能源發(fā)電量占比大幅上升，從2030年的25%增長至80%，在2040-2050年期間可再生能源發(fā)電量首次超越火電，其中光伏發(fā)電量發(fā)展最快，風(fēng)電、水電及儲(chǔ)能發(fā)電量占比逐年增加，在2030-2040年期間生物質(zhì)發(fā)電量占比較??；BECCS在2040-2050年期間開始出現(xiàn)，呈快速上升趨勢。

4.2.4 直接碳中和情景結(jié)果分析

直接碳中和情景中，2030-2040年期間，山西省電力系統(tǒng)的發(fā)電結(jié)構(gòu)以火電為主，達(dá)到60%，其中清潔火電發(fā)展迅速，傳統(tǒng)火電的占比則有所減少；可再生能源發(fā)電量占比為40%，風(fēng)電和光伏發(fā)電增長較快，其余可再生能源占比變化較小。2040-2050年期間，可再生能源發(fā)電量超越火電，占比達(dá)60%，光伏發(fā)電在此期間發(fā)展迅速，占比增至27%，風(fēng)電、水電、儲(chǔ)能占比均有小幅增長，生物質(zhì)發(fā)電占比則略有減少；火電仍為發(fā)電量最大的技術(shù)，占比達(dá)40%，清潔火電占比達(dá)26%，較2040年略有減少。2050-2060年期間，可再生能源發(fā)電發(fā)展迅速，占比增至77%，其中，光伏發(fā)電超越火電成為發(fā)電量最大的技術(shù)，風(fēng)電、水電、儲(chǔ)能占比也有小幅增長，由于具有負(fù)排放技術(shù)的BECCS技術(shù)引入，生物質(zhì)發(fā)電占比由1%增至12%，BECCS占比為10%。直接碳中和情景下2030-2060年發(fā)電結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 直接碳中和情景下2030-2060年發(fā)電結(jié)構(gòu)

綜上，2030-2060年直接碳中和情景下，傳統(tǒng)火電逐漸被清潔火電取代?？稍偕茉窗l(fā)電量占比從2030年的25%增長至77%，且在2040-2050年期間首次超過火電，其中，光伏發(fā)電發(fā)展最為迅速；生物質(zhì)發(fā)電在2030-2050年期間占比較小，伴隨BECCS技術(shù)在2050-2060年期間的加入，生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)發(fā)電量在2050-2060年期間大幅上升，在2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的情況下BECCS技術(shù)發(fā)電量占比達(dá)10%。

4.3 各種情景發(fā)電技術(shù)增速分析

根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果，對(duì)4種情景下2030-2060年期間各種發(fā)電技術(shù)的增長率進(jìn)行計(jì)算，增長率如下式所示：

(6)

式中：εi——i技術(shù)在2030-2060年期間的增長率；

ωi,2030——i技術(shù)在2030年的模型計(jì)算發(fā)電量；

ωi,2060——i技術(shù)在2060年的模型計(jì)算發(fā)電量。

不同情景下2030-2060年期間各種發(fā)電技術(shù)增長率具體結(jié)果見表2。

2030-2060年期間，在基準(zhǔn)情景中，由于發(fā)電結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，增長率普遍較小；碳達(dá)峰情景由于設(shè)定了一定強(qiáng)度的碳排放總量控制目標(biāo)，導(dǎo)致電力供給結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大程度的變化，其中增長率較大的發(fā)電技術(shù)有光伏發(fā)電、風(fēng)電及儲(chǔ)能發(fā)電，對(duì)比基準(zhǔn)情景，傳統(tǒng)火電技術(shù)成為增長率最小的發(fā)電技術(shù)；由于相對(duì)前兩種情景設(shè)定了更為嚴(yán)格的碳排放總量控制目標(biāo)，兩種碳中和情景發(fā)電技術(shù)增長率普遍較大，火電技術(shù)均呈現(xiàn)負(fù)增長率，伴隨后期BECCS技術(shù)的大規(guī)模引入，兩種碳中和情景中，生物質(zhì)發(fā)電增長率最大，除生物質(zhì)發(fā)電外，碳中和情景中增長率較大的發(fā)電技術(shù)依次為光伏發(fā)電、儲(chǔ)能發(fā)電、風(fēng)電。傳統(tǒng)火電除了在基準(zhǔn)情景有較大增長率外，在另外3種情景增長率很小或呈現(xiàn)負(fù)增長；清潔火電、生物質(zhì)發(fā)電、水電在直接碳中和場景中發(fā)展?jié)摿Υ笥诹硗?種情景，光伏發(fā)電、儲(chǔ)能、風(fēng)電則在階梯碳中和情景中發(fā)展?jié)摿ψ畲蟆?/p>

表2 不同情景發(fā)電技術(shù)增長率 %

5 結(jié)論和建議

文章通過建立山西省電力部門TIMES模型，分析了山西省電力部門碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)路徑，得到以下主要結(jié)論。

(1)合理推進(jìn)清潔高效煤電的發(fā)展，保障電力部門碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的安全性?；鶞?zhǔn)情景下，山西省電源結(jié)構(gòu)整體相對(duì)穩(wěn)定，火電仍然在電力行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，清潔火電占比略微減少。在碳達(dá)峰情景下，火電在2030-2060年期間發(fā)電比例持續(xù)下降，但清潔火電占比呈上升趨勢。在碳中和情景下，火電占比迅速下降，在2030-2040年期間，火電占據(jù)發(fā)電供給主力地位，2040-2060年，火電占比大幅減少，傳統(tǒng)火電逐步被清潔火電替代。

(2)大力發(fā)展可再生能源，是山西省電力部門實(shí)現(xiàn)碳中和的主要路徑。碳達(dá)峰及碳中和情景中，可再生能源發(fā)電增長較快，其中碳中和情景中可再生能源電力發(fā)展更為迅速。隨著碳中和目標(biāo)的趨近迅速增加，光伏發(fā)電在2050-2060年期間發(fā)電量超越火電，且發(fā)電量遠(yuǎn)大于其他可再生能源電力。風(fēng)電在2030-2060期間發(fā)電量也呈快速增長趨勢，但與光伏相比較慢，水力發(fā)電與儲(chǔ)能發(fā)電量穩(wěn)步上升但發(fā)電量占比變化較小，生物質(zhì)發(fā)電在2030-2050年期間占比較小，但隨著BECCS技術(shù)的加入，其發(fā)電量在2050-2060年期間快速上升。

(3)因地制宜發(fā)展或引進(jìn)有潛力的技術(shù)。在發(fā)電技術(shù)發(fā)展?jié)摿Ψ矫?，光伏與風(fēng)電在4種情景下均具有較大發(fā)展?jié)摿?，在碳中和情景中增長率最大；傳統(tǒng)火電技術(shù)除了在基準(zhǔn)情景中增長率較大外，在另外3個(gè)情景中所占份額逐步被可再生能源發(fā)電及清潔火電所取代，清潔火電在碳達(dá)峰、碳中和情景下均有較大發(fā)展?jié)摿?；生物質(zhì)發(fā)電由于BECCS技術(shù)的后期大規(guī)模應(yīng)用，在碳中和情景中體現(xiàn)較大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

對(duì)于山西省電力部門實(shí)現(xiàn)2060年完全脫碳，由以上的研究結(jié)論得出如下政策建議。

(1)煤電行業(yè)要將重點(diǎn)放在優(yōu)化存量上，向清潔低碳的方向發(fā)展。山西省內(nèi)火電企業(yè)應(yīng)加大工作力度，深入推動(dòng)落實(shí)“節(jié)能降耗、安全環(huán)?！钡雀黜?xiàng)舉措，積極推動(dòng)“清潔、高效、綠色”發(fā)展。按照碳中和目標(biāo)倒推，火電增長空間十分有限，其中清潔火電將逐步替代傳統(tǒng)火電，應(yīng)加大對(duì)火電清潔生產(chǎn)的技術(shù)投入，積極部署CCS等清潔發(fā)電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)火電的清潔生產(chǎn)。

(2)加大山西省可再生能源的發(fā)電占比，在保證電力供給安全的情況下，結(jié)合屋頂光伏、光熱發(fā)電等項(xiàng)目，鼓勵(lì)可再生能源發(fā)電的多樣化和規(guī)?；褂?，從供應(yīng)側(cè)減少碳排放。發(fā)揮山西省太陽能資源優(yōu)勢，優(yōu)先開發(fā)光伏發(fā)電，同時(shí)積極發(fā)展風(fēng)電。在大規(guī)模發(fā)展可再生能源發(fā)電的同時(shí)，積極配置儲(chǔ)能電站，確?？稍偕茉措娏靠梢员浑娋W(wǎng)消化。

(3)在考慮成本情況下，山西省應(yīng)當(dāng)為碳中和目標(biāo)下最具發(fā)展?jié)摿Φ陌l(fā)電技術(shù)，如光伏、風(fēng)電、BECCS技術(shù)等設(shè)置補(bǔ)貼。其中，具有負(fù)碳排放功能的BECCS技術(shù)可能在2050年前后開始快速發(fā)展，政策制定者應(yīng)當(dāng)更早的部署負(fù)碳排放技術(shù)的引入與發(fā)展，增加其緩解氣候變化的潛力。

本研究對(duì)于山西省及類似煤炭資源型地區(qū)電力部門實(shí)現(xiàn)碳中和具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，由于現(xiàn)實(shí)研究難點(diǎn)和數(shù)據(jù)資料獲取的局限性，仍有相關(guān)的議題需要進(jìn)一步挖掘。在未來，可再生能源電力技術(shù)必定會(huì)與儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展相輔相成，研究重點(diǎn)應(yīng)細(xì)化儲(chǔ)能技術(shù)，關(guān)注風(fēng)、光、水、火、儲(chǔ)等聯(lián)動(dòng)發(fā)展的綜合能源體系。