彭端丹 李鵬云 殷明凱

摘 要：中國當(dāng)前的目標(biāo)是到2030年二氧化碳排放量達(dá)到峰值，到2060年實現(xiàn)碳中和，這對能源發(fā)展提出了新要求。在目前的發(fā)展模式下，中國在實現(xiàn)碳中和目標(biāo)方面面臨更大的挑戰(zhàn)和困難，中國的能源體系需要更早、更有力地轉(zhuǎn)型。在碳中和的情況下，中國與能源有關(guān)的碳排放量必須在2025年左右達(dá)到峰值，到2050年降至約24億噸。脫碳途徑從邊際減排成本低或負(fù)的行業(yè)以及電力和工業(yè)部門發(fā)展而來，將是減排的重點和優(yōu)先領(lǐng)域。能源系統(tǒng)必須加速向低碳的轉(zhuǎn)型。一次能源需求將在2035年左右達(dá)到頂峰，非化石能源將成為新能源的主要來源，傳統(tǒng)化石能源的替代將加速，到2050年占總能源消耗的65.6%。

關(guān)鍵詞：碳中和;能源轉(zhuǎn)型;轉(zhuǎn)型路徑;清潔低碳;能源消費

中圖分類號：TM73;F123.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）09-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.09.028

1 碳中和目標(biāo)下的電力系統(tǒng)規(guī)劃和運行

碳中和電力系統(tǒng)是指在電力生產(chǎn)中利用水力、核能、風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能和其他清潔能源作為能源，或使用具有碳捕集與封存裝置的燃?xì)獍l(fā)電機組，實施生產(chǎn)過程中將靜態(tài)碳氧化物的排放量降至零甚至為負(fù)，同時對用電量的要求在質(zhì)和量上滿足用電用戶的需求。與僅考慮電力用戶需求的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，碳中和電力系統(tǒng)在環(huán)境保護(hù)和能源可持續(xù)性方面有更高的要求。

碳中和電力系統(tǒng)和100%可再生電力系統(tǒng)之間存在一些差異。在能源結(jié)構(gòu)方面，碳中和電力系統(tǒng)主要由核能、水能、化石能源，例如配備有“碳捕獲，利用和存儲”裝置（CCUS裝置）的火力發(fā)電裝置，風(fēng)能和太陽能能源，強調(diào)無碳排放。100%可再生能源系統(tǒng)以水能，風(fēng)能，太陽能，生物質(zhì)能和地?zé)崮転橹鲗?dǎo)。重點是能源的可持續(xù)性。100%可再生能源系統(tǒng)將難以實現(xiàn)，因為它需要替換當(dāng)前電力系統(tǒng)中最大份額的化石燃料發(fā)電機[1]。

2 碳中和電力系統(tǒng)的規(guī)劃問題

碳中和電力系統(tǒng)的供電計劃包括現(xiàn)有化石能源發(fā)電裝置的淘汰和改造計劃，配備CCUS裝置的化石能源發(fā)電裝置的擴展計劃以及清潔能源發(fā)電裝置的擴展計劃。通過各種發(fā)電機的協(xié)調(diào)規(guī)劃，實現(xiàn)零排放電力系統(tǒng)的碳中和碳核目標(biāo)，同時保持系統(tǒng)的慣性水平，確保系統(tǒng)具有足夠的安全性和穩(wěn)定性，具有足夠的靈活性為碳中性電力系統(tǒng)運行提供輔助服務(wù)，盡可能降低總投資成本。具有多種清潔能源的碳中和電力系統(tǒng)將具有更復(fù)雜的約束條件，需要在電力規(guī)劃中加以考慮。風(fēng)電和光伏發(fā)電的輸出具有很強的不確定性，因此在進(jìn)行電力投資規(guī)劃和決策時，必須確保系統(tǒng)的發(fā)電資源能夠適應(yīng)風(fēng)電和光伏發(fā)電的各種場景。

3 碳中和電力系統(tǒng)的運行問題

將很大比例的新能源并入電力系統(tǒng)會帶來很大的不確定性，但也消除了大多數(shù)同步發(fā)電機組，這是安全和穩(wěn)定控制的重要手段。新能源通過逆變器并入電網(wǎng)，系統(tǒng)的電子化程度高，增加了系統(tǒng)不穩(wěn)定風(fēng)險。發(fā)電調(diào)度是系統(tǒng)運行中最重要的任務(wù)，承擔(dān)著電力供應(yīng)和功耗的實時平衡。碳中和的電力系統(tǒng)具有較高的新能源滲透率和較低的發(fā)電成本，在滿足系統(tǒng)負(fù)荷和安全穩(wěn)定運行的前提下，應(yīng)盡可能吸收新能源，以有效節(jié)省系統(tǒng)的運行成本。

碳中和的電力系統(tǒng)包括靈活的資源，例如天然氣、水和能源存儲。為了應(yīng)對風(fēng)、光和其他新能源輸出的不確定性，系統(tǒng)還需要有足夠儲備。應(yīng)綜合考慮各種柔性資源的運行特性，協(xié)調(diào)各種柔性資源的上下儲備量，以最大程度地降低發(fā)電成本和風(fēng)險。設(shè)備維護(hù)安排對于維持系統(tǒng)安全可靠的運行至關(guān)重要。

4 碳中和目標(biāo)下的電力市場機制

電力市場體制機制改革的目的歸根到底還是更有效地支撐電力系統(tǒng)的規(guī)劃運行。在低碳環(huán)保中和儲能目標(biāo)下的智能電力系統(tǒng)中，隨著以光伏和大型風(fēng)電儲能為主要代表的各種間歇性可再生清潔能源占總發(fā)電量的比例逐步明顯升高，從而有效提高整個電力系統(tǒng)的成本可靠性和成本彈性[2]。

深入研究體現(xiàn)多種不同價值的電能商品價格形成機制傳統(tǒng)電力市場中電能商品的價值相對來說比較簡單，主要包括電能量價值（體現(xiàn)于現(xiàn)貨與遠(yuǎn)期合同產(chǎn)品）、容量價值（體現(xiàn)于容量市場）和安全穩(wěn)定價值（體現(xiàn)于輔助服務(wù)）。電源和并網(wǎng)負(fù)荷實時接入平衡管理是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定正常運行的基本條件，在主干碳電網(wǎng)中和大型電力系統(tǒng)中，由于沒有風(fēng)、光等多種新能源的大量實時接入，在并網(wǎng)電源側(cè)面會引入大量的短期隨機性和長期波動性，給我國電網(wǎng)的電源調(diào)度以及運行管理帶來諸多困難，也使電能商品價值更加趨于多樣化，特別是靈活性也已成為業(yè)內(nèi)所關(guān)注的新焦點。因此，應(yīng)在準(zhǔn)確衡量各類電能元件商品使用價值時充分考慮電能功率變化曲線在較長時間和多維度的改變形狀和不同類型電能元件商品的使用靈活性和高品質(zhì)，并設(shè)計合理的價格形成機制。

在減少碳的集中和碳的目標(biāo)下，社會對清潔電能的持續(xù)需求不斷快速增長，電網(wǎng)的總?cè)萘恳?guī)模不斷擴大，用電來源結(jié)構(gòu)亦發(fā)生變化，各大規(guī)模電網(wǎng)的有效峰谷差日趨明顯增大，電網(wǎng)目前的有效調(diào)峰用電能力和有效調(diào)峰能源需求之間的矛盾愈發(fā)尖銳，低谷時長期缺乏有效調(diào)峰能力手段的用電問題更為突出。

隨著我國電力能源市場化制度改革的深入以及全球波動性可再生動力能源的日益增多，將會促使我國煤電機組逐步由能夠提供固定電力、電量的新型主體性動力電源，向能夠提供可靠可變電力、調(diào)峰電和調(diào)頻供電能力的新型基礎(chǔ)性動力電源類型轉(zhuǎn)變。結(jié)合新型電力系統(tǒng)尖峰調(diào)節(jié)區(qū)和能力系統(tǒng)提升改造工程，充分發(fā)揮火電運行靈活性系統(tǒng)改造在大大提高電力系統(tǒng)用電調(diào)峰調(diào)節(jié)能力和有效促進(jìn)新一代能源綜合消納排放方面的重要推動作用，從而提升電力機組運行靈活性，及時有效響應(yīng)水力電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)控，將加快推進(jìn)新型碳能集中和碳型電力系統(tǒng)工程建設(shè)。

此外，國內(nèi)外納入現(xiàn)有電力輔助用電服務(wù)交易市場的電力交易主要品種不一定包括一次調(diào)頻（一般只能作為國家強制要求提供的基本電力輔助用電服務(wù)）和一次慣性，國際電力交易市場在積極公開討論將一次慣性調(diào)頻納入現(xiàn)有輔助用電服務(wù)市場品種的交易可能性[3]。

5 建立電力市場與碳排放交易市場之間的協(xié)調(diào)機制

隨著全球?qū)Α皻夂蛭C”的關(guān)注，碳排放許可已成為繼石油和其他商品之后價值的新象征，這對于實現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有重要意義。《京都議定書》奠定了國際碳交易的法律基礎(chǔ)，不僅以法律法規(guī)的形式限制了相關(guān)國家的溫室氣體排放，而且從市場角度創(chuàng)建了以二氧化碳排放權(quán)為主要交易對象的碳交易市場。《京都議定書》建立了排放交易機制（ET）、聯(lián)合實施機制（JI）、清潔發(fā)展機制（CDM）三個碳交易機制，賦予碳排放權(quán)以商品性質(zhì)。作為世界上最大的發(fā)展中國家，中國主要在CDM機制下進(jìn)行項目開發(fā)，并已成為CDM項目數(shù)量最多的國家之一。

2011年，中國按照“十二五”發(fā)展綱要制定了五年計劃，經(jīng)過幾年的試驗，效果顯著。試點地區(qū)企業(yè)實施率保持較高水平，形成了要素齊全，特色鮮明，規(guī)模初步形成的地方碳市場。關(guān)聯(lián)企業(yè)的碳排放總量和強度均實現(xiàn)了“雙下降”，顯示了碳市場以較低的成本控制碳排放的良好效果。每個試點系統(tǒng)在系統(tǒng)的設(shè)計和運行方面都積累了豐富的經(jīng)驗，并在實踐中比較和驗證了不同政策設(shè)計的適用性，為建設(shè)全國統(tǒng)一的碳市場積累了經(jīng)驗。

在碳中和目標(biāo)下，應(yīng)建立電力市場和碳排放權(quán)交易市場的協(xié)調(diào)機制。參照歐盟碳交易機制EU—ETS的經(jīng)驗，全國統(tǒng)一碳排放權(quán)交易市場建立之初有可能在配額設(shè)置上比較寬松，也可能采取免費分配的方式發(fā)放配額。這樣做從碳市場自身建設(shè)的角度講有一定的合理性，但要防范與電力市場機制產(chǎn)生相互抵消的負(fù)效應(yīng)，即由于碳價過低影響深化電力體制改革對于節(jié)能減排的要求[4]。

全國碳市場體系形成后，電力行業(yè)作為主要碳排放行業(yè)應(yīng)該率先發(fā)揮碳市場的調(diào)節(jié)作用，電力市場改革也應(yīng)有助于這個目標(biāo)的實現(xiàn)。從國外碳市場發(fā)展進(jìn)程可以發(fā)現(xiàn)，從事碳交易的電力企業(yè)的碳成本將會通過電價向下游企業(yè)（包括最終消費者）傳導(dǎo)，但對于這種傳導(dǎo)要有所約束，因此，電價形成機制的設(shè)計應(yīng)合理考慮碳成本，在全面推進(jìn)電價改革時應(yīng)考慮與全國碳市場價格的交互影響，形成電價與碳價的良性互動并確保碳市場對碳排放的有效調(diào)節(jié)。

參考文獻(xiàn)

[1] 2050年世界與中國能源展望[R].北京：中國石油集團(tuán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，2020.

[2] 王利寧，陳文穎，戴家權(quán)，等.智能互聯(lián)重塑中國能源體系[J].氣候變化研究進(jìn)展，2021，17（2）：204-211.

[3] 王利寧，戴家權(quán).中國長期能源發(fā)展趨勢研判[J].國際石油經(jīng)濟(jì)，2017，25（8）：58-63，87.

[4] 戴家權(quán)，王利寧，向征艱.關(guān)于中國長期能源戰(zhàn)略制定的幾點思考[J].國際石油經(jīng)濟(jì)，2019，27（12）：10-14.