■ 文/羅 祾 王 娜 劉 哲

在國家提出“碳達(dá)峰、碳中和”的目標(biāo)下，整個能源行業(yè)迎來了新的挑戰(zhàn)。作為上海市碳排放的主要行業(yè)之一，電力行業(yè)在“十四五”期間將面臨技術(shù)轉(zhuǎn)型的壓力，既要保障大都市電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，又要完成在清潔、低碳背景下的綠色賦能。

上海能源電力發(fā)展特點

從目前來看，常規(guī)電源仍占據(jù)上海能源發(fā)展的主導(dǎo)地位。2019年，上海煤電裝機(jī)規(guī)模為1 499萬kW，燃機(jī)768萬kW，可再生能源共234萬kW，其他裝機(jī)規(guī)模為167萬kW，市外來電裝機(jī)規(guī)模為1 661萬kW。其中，包括煤電和燃機(jī)在內(nèi)的本地常規(guī)電源裝機(jī)占本地總裝機(jī)規(guī)模的85%，本地常規(guī)電源裝機(jī)規(guī)模與市外來電裝機(jī)規(guī)模的比例約為1.4∶1。從發(fā)電量來看，本地發(fā)電量為840億kWh，市外來電735億kWh，市外來電占比達(dá)47%。

上海市的綠色電力主要還是依賴外來電?！笆濉逼陂g本地新能源發(fā)展迅速，本地新能源裝機(jī)占比從3.5%增長至8.2%，其中，風(fēng)力發(fā)電增長主要來自海上風(fēng)力發(fā)電，光伏發(fā)電增長主要來自分布式光伏發(fā)電。但是，從總體來看，裝機(jī)占比仍然不高。2019年，上海市非化石能源（包括本地可再生能源和外來電非化石能源發(fā)電）發(fā)電量共計591億kWh，占一次能源比重為18%。其中，本地風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電25億kWh，其他非化石能源發(fā)電32億kWh，外來電非化石能源發(fā)電量為534億kWh，外來非化石能源發(fā)電量占非化石能源發(fā)電總量的90%。在可以預(yù)見的“十四五”期間，上海作為一個相對缺乏新能源資源儲備的城市，仍然需要通過引進(jìn)大量外來電實現(xiàn)降碳的目標(biāo)。

上海實現(xiàn)能源降碳面臨的主要挑戰(zhàn)

一方面，上海能源供需從中長期角度來看承壓巨大。在“雙碳”背景下，化石能源在上海發(fā)展受限將加劇上海中長期電力供需壓力。上海市內(nèi)資源匱乏，無水電以及抽水蓄能，核電廠址資源缺乏，光伏發(fā)電因地域狹小可新增規(guī)模有限。擴(kuò)建交流特高壓變電站后，上海交流電網(wǎng)受電能力尚有裕度。但是，由于中東部省份完成“雙碳”目標(biāo)都面臨極大壓力，上海周邊的江蘇、浙江等省內(nèi)部用電量都遠(yuǎn)大于上海，完全依靠華東區(qū)域統(tǒng)籌交流送電支援上海實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的難度極大。

另一方面，減排技術(shù)體系尚不成熟。國際能源署《2050年實現(xiàn)凈零排放：全球能源行業(yè)路線圖（2021）》的研究顯示，全球碳中和關(guān)鍵技術(shù)中目前有一半尚未成熟，現(xiàn)有低碳、零碳、負(fù)碳技術(shù)供給不足，基礎(chǔ)研究、成果轉(zhuǎn)化存在短板，高端核心技術(shù)仍待突破，關(guān)鍵零部件還面臨“卡脖子”問題。產(chǎn)業(yè)鏈上下游、產(chǎn)業(yè)鏈與外圍服務(wù)配套之間的聯(lián)系和協(xié)同、產(chǎn)業(yè)鏈和創(chuàng)新鏈的融合發(fā)展均有待加強(qiáng)。這些都需要上海在再生資源利用、能效提升、終端消費電氣化、零碳發(fā)電技術(shù)、儲能、氫能和數(shù)字化等多個領(lǐng)域加快推廣成熟技術(shù)以支撐二氧化碳排放高標(biāo)準(zhǔn)達(dá)峰，提前部署碳中和實施路徑和深度減排所需的各項技術(shù)，以匹配快速減排的需求。

“碳中和”領(lǐng)域的能源技術(shù)選擇

目前，學(xué)術(shù)界在碳中和的技術(shù)選擇上存在多種觀點，主要集中在如何高效清潔地利用化石能源方面。

觀點之一認(rèn)為化石能源仍會長期發(fā)揮戰(zhàn)略支撐作用。上海交通大學(xué)黃震院士提出，長期以來，煤炭對我國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展起到了戰(zhàn)略支撐作用，未來，“新能源發(fā)電+儲能”以及“火電+碳捕集、利用與封存（CCUS）”會結(jié)成一個不可或缺的技術(shù)組合，其中，CCUS是目前實現(xiàn)大規(guī)模化石能源零碳排放利用的關(guān)鍵技術(shù)。未來，結(jié)合CCUS的火力發(fā)電將會推動整個化石能源電力零碳排放，在提供保障性電力的同時，也保證了電網(wǎng)的靈活性。

觀點之二認(rèn)為科技創(chuàng)新是實現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵因素。清華大學(xué)賀克斌院士提出，“五碳并舉”是實現(xiàn)碳中和的基本路徑，主要包括：資源增效減碳，在確保達(dá)到既定經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的前提下將能源需求降到最低；能源結(jié)構(gòu)降碳，大幅提升非化石能源比例；地質(zhì)空間存碳，通過CCUS技術(shù)使二氧化碳循環(huán)再利用；生態(tài)系統(tǒng)固碳，通過生態(tài)建設(shè)使二氧化碳的碳匯能力增加；市場機(jī)制融碳，通過市場機(jī)制推動各類技術(shù)更合理、更高效地應(yīng)用。

觀點之三認(rèn)為高效清潔地使用化石能源是需要突破的關(guān)鍵技術(shù)。南方科技大學(xué)劉科院士提出了5條碳中和路徑：一是通過現(xiàn)有煤化工與可再生能源結(jié)合實現(xiàn)低碳能源系統(tǒng)，一方面可以利用現(xiàn)有的煤制甲醇實現(xiàn)近零碳排放，另一方面通過太陽能、風(fēng)能、核能電解水制備綠氫和氧氣，合成氣不經(jīng)水汽變換，這樣就能使煤制甲醇廠不再排放二氧化碳，再用甲醇取代汽柴油開車，或甲醇和水在線制氫發(fā)電推動燃料電池汽車或作為電動車的充電寶；二是利用微礦分離技術(shù)，在煤燃燒前，把可燃物與含污染物的礦物質(zhì)分離開，從源頭上解決煤污染的問題，同時以低成本生產(chǎn)甲醇、氫氣等高附加值的化學(xué)品；三是實現(xiàn)光伏與農(nóng)業(yè)的綜合發(fā)展，將光伏與農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、水資源利用及沙漠治理并舉，實現(xiàn)光伏和沙漠治理結(jié)合，以及光伏和農(nóng)業(yè)聯(lián)合減碳；四是峰谷電與熱儲能綜合利用；五是利用可再生能源制甲醇，開展分布式發(fā)電的推廣。

上海低碳能源的技術(shù)路線

能源技術(shù)進(jìn)步是實現(xiàn)碳中和的基礎(chǔ)，在尋找上海碳中和技術(shù)路線的方法論上，技術(shù)的主線可以通過綜合考慮不同低碳能源供應(yīng)技術(shù)的成本，在保障能源安全供應(yīng)的前提下，尋找成本最低或者次低值來獲得最優(yōu)或者較優(yōu)的路線圖，為能源領(lǐng)域的“十四五”以及今后的技術(shù)規(guī)劃提供參考。

在能源需求側(cè)，工業(yè)和建筑業(yè)需要節(jié)能技術(shù)，交通、服務(wù)業(yè)需要減排技術(shù)；在能源供給側(cè)，首先需要電力領(lǐng)域碳中和，而后再形成非電領(lǐng)域碳中和。在電力領(lǐng)域碳中和需要推廣可再生能源和儲能發(fā)展。在非電領(lǐng)域需要提高電氣化率，推廣氫能、碳捕集技術(shù)。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域要實現(xiàn)“碳排放+固廢排放”與森林碳吸收的平衡。

在面向“雙碳”目標(biāo)時，能源電力的技術(shù)進(jìn)步可分為3個階段來完成。

2021年至2030年是高質(zhì)量實現(xiàn)碳達(dá)峰的階段。重點要在節(jié)能技術(shù)、減排技術(shù)和清潔電力技術(shù)上發(fā)力。其中：節(jié)能技術(shù)重點降低工業(yè)能耗和消費電耗；減排技術(shù)聚焦在大型火電降低煤耗及灰氫技術(shù)上；清潔電力技術(shù)集中在太陽能、海上風(fēng)電、電網(wǎng)平穩(wěn)消納技術(shù)及儲能上。

2030年至2050年是碳中和的關(guān)鍵期。在此階段，電力行業(yè)要率先實現(xiàn)零碳排放需要大力發(fā)展與儲能融合良好的光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等清潔電力技術(shù)。在其他能源領(lǐng)域重點布局天然氣裂解或甲烷重整等藍(lán)氫技術(shù)并加快向綠氫過渡，同時配合使用CCUS技術(shù)，實現(xiàn)零碳排放。在零碳輔助技術(shù)方面，需要重點布局能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，攻關(guān)液氫儲運等瓶頸技術(shù)和高溫超導(dǎo)等新材料技術(shù)。此外，還要重視可再生能源回收利用與能源再生，如可再生資源回收利用技術(shù)、電池回收、垃圾發(fā)電、可降解材料等。

2050年至2060年是碳中和的決勝期。在此階段，上海風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等清潔能源項目已經(jīng)開發(fā)完畢，碳中和目標(biāo)日趨嚴(yán)格，需要在開發(fā)綠氫等零碳能源增量的基礎(chǔ)上深化對化石能源的清潔利用。此時應(yīng)實現(xiàn)CCUS技術(shù)的重點突破，并進(jìn)一步在空氣碳捕集等負(fù)碳技術(shù)方面取得顯著成效。

結(jié)合上海自身的資源稟賦，在實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的路徑上著眼于能源電力技術(shù)的“十四五”規(guī)劃，上海應(yīng)廣泛推廣節(jié)能減排技術(shù)和提高能效、可再生能源等成熟技術(shù)的應(yīng)用，強(qiáng)化基礎(chǔ)研究和前沿技術(shù)布局，提前有序部署氫能、儲能、CCUS等新興技術(shù)，以及溫室氣體的管控與減排技術(shù)，為碳中和增加技術(shù)儲備、積蓄技術(shù)實力。

“全球碳中和關(guān)鍵技術(shù)中目前有一半尚未成熟，現(xiàn)有低碳、零碳、負(fù)碳技術(shù)供給不足，基礎(chǔ)研究、成果轉(zhuǎn)化存在短板，高端核心技術(shù)仍待突破，關(guān)鍵零部件還面臨“卡脖子”問題。