中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 周百鳴

實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)是工業(yè)文明轉(zhuǎn)向生態(tài)文明的標(biāo)志，電力系統(tǒng)低碳發(fā)展是構(gòu)建可持續(xù)能源產(chǎn)業(yè)體系的根本要求，作為現(xiàn)代能源系統(tǒng)的重要組成部分，為人們工作生活提供支撐作用，但電力系統(tǒng)一次能源消耗比重過(guò)大，主導(dǎo)性發(fā)電能源的二氧化碳產(chǎn)量超標(biāo)，是“雙碳”目標(biāo)達(dá)成的主要障礙[1]。在低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展理念下，應(yīng)大力發(fā)展低碳能源技術(shù)，為電力系統(tǒng)制定碳減排目標(biāo)，通過(guò)電力系統(tǒng)碳排放的減少，提高電力系統(tǒng)能源利用效率，將低碳經(jīng)濟(jì)作為能源消費(fèi)方式，達(dá)到減少空氣污染、減緩全球變暖等目的[2]。電力系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型，必須從政策、制度、技術(shù)等多方面出發(fā)，考慮碳排放目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，在促進(jìn)市場(chǎng)化、工業(yè)化的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的“雙碳”轉(zhuǎn)型目標(biāo)，令環(huán)境生態(tài)和能源經(jīng)濟(jì)可以協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展[3]。

1 “雙碳”目標(biāo)下低碳電力系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，隨著電力系統(tǒng)負(fù)荷需求不斷增加，我國(guó)電力經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，不可再生能源被大量消耗，在碳排放總量中，電力行業(yè)排碳比例較大，承擔(dān)著重大的二氧化碳減排責(zé)任，但另一方面，電力系統(tǒng)發(fā)展空間大，電力企業(yè)已將節(jié)能減排作為電力系統(tǒng)發(fā)展目標(biāo)，把電力作為低碳發(fā)展的戰(zhàn)略中心，滿足經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)需求的同時(shí)，科學(xué)利用電力能源資源，使用清潔能源代替化石能源，電力系統(tǒng)在地理分布上具有明顯的不均衡性，電力消費(fèi)主要地區(qū)為沿海等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域，在一次能源調(diào)運(yùn)過(guò)程中，產(chǎn)生了大量且不必要的二氧化碳?xì)怏w排放，發(fā)電能力已不是成為電力系統(tǒng)唯一目標(biāo)，電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行。

當(dāng)前，電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型仍存在一些問(wèn)題：電力行業(yè)能源格局單一，無(wú)法擺脫一次能源結(jié)構(gòu)，火電機(jī)組在發(fā)電機(jī)組總?cè)萘恐姓紦?jù)很大比例，限制了低碳發(fā)展空間，一次能源污染嚴(yán)重，二氧化碳排放量大；電力企業(yè)未完全掌握電力機(jī)組的核心技術(shù)，火電裝機(jī)能效水平低，低碳電力技術(shù)自主創(chuàng)新能力較低，清潔能源發(fā)電未規(guī)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)技術(shù)來(lái)源依靠聯(lián)合設(shè)計(jì)和國(guó)外引進(jìn)，低碳電力技術(shù)自成熟度和生產(chǎn)能力不佳，電力系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)未突破創(chuàng)新瓶頸，科技研發(fā)的規(guī)模化生產(chǎn)落后，科技研發(fā)和低碳電力技術(shù)不協(xié)同和創(chuàng)新生產(chǎn)部門(mén)融合性較差，嚴(yán)重影響清潔能源市場(chǎng)的規(guī)模化發(fā)展；清潔能源不能完全上網(wǎng)，由于可再生能源負(fù)荷波動(dòng)較大，電力系統(tǒng)無(wú)法消納可再生能源電力，發(fā)電基地的棄風(fēng)現(xiàn)象、棄光現(xiàn)象愈演愈烈，電力系統(tǒng)儲(chǔ)能端發(fā)展不完善，發(fā)電機(jī)組燃料利用率低。針對(duì)以上問(wèn)題，提出相應(yīng)的解決策略，總結(jié)低碳電力系統(tǒng)發(fā)展路徑。

2 “雙碳”目標(biāo)下低碳電力系統(tǒng)發(fā)展路徑

2.1 提高清潔能源發(fā)電比重

優(yōu)化電力系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)，降低燃煤火電等一次能源的發(fā)電比例，增加可再生能源發(fā)電比重。將電力系統(tǒng)中的清潔能源產(chǎn)業(yè)，作為重點(diǎn)培育的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，增加一次能源發(fā)電的資源稅，優(yōu)先開(kāi)發(fā)水電資源，其次開(kāi)發(fā)風(fēng)電等資源。

根據(jù)發(fā)電資源種類，明確電力機(jī)組的節(jié)能發(fā)電調(diào)度次序：第一為水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等電力機(jī)組；第二為地?zé)崮?、生物質(zhì)能等電力機(jī)組；第三為核能發(fā)電機(jī)組；第四為一次能源發(fā)電機(jī)組，按照碳排放水平、能耗水平，進(jìn)一步排序電力機(jī)組調(diào)度次序。電力企業(yè)盡可能全額收購(gòu)清潔能源，積極響應(yīng)政府頒布的節(jié)能發(fā)電調(diào)度政策，推行可再生能源配額制，調(diào)整電力系統(tǒng)工業(yè)結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)建設(shè)風(fēng)電基地、水電基地，以及配套送出工程，以大型基地為重點(diǎn)，結(jié)合中型基地、小型基地、蓄能電站，促進(jìn)發(fā)電基地的流域梯級(jí)綜合開(kāi)發(fā)，在沿海區(qū)域規(guī)劃海上風(fēng)電場(chǎng)，激勵(lì)高效環(huán)保機(jī)組發(fā)電，全面推進(jìn)清潔能源發(fā)電調(diào)度，建設(shè)就地消納通道，推動(dòng)集中式、分布式的光伏發(fā)電同步發(fā)展，平衡低碳環(huán)保和資源效益之間的關(guān)系，推行可再生能源配額制，梳理電力系統(tǒng)的電力機(jī)組上網(wǎng)機(jī)制，減少發(fā)電市場(chǎng)空間中的高耗能發(fā)電機(jī)組。

2.2 加大低碳電力技術(shù)研發(fā)力度

增加發(fā)電行業(yè)融資渠道，加強(qiáng)專項(xiàng)資金的監(jiān)管，用于研發(fā)和推廣低碳電力的科技創(chuàng)新技術(shù)。政府可以采用鼓勵(lì)投資、直接投資等方式，增加低碳電力技術(shù)研發(fā)的投資金額，刺激低碳電力技術(shù)創(chuàng)新，建立激勵(lì)機(jī)制，組織管理科技創(chuàng)新工作。開(kāi)展電力系統(tǒng)智能化，使用節(jié)能設(shè)備替代高耗能產(chǎn)品，應(yīng)用分布式電源，增加可再生能源的發(fā)電份額，升級(jí)發(fā)電系統(tǒng)的火電機(jī)組，全面推進(jìn)火電機(jī)組的清潔煤電技術(shù)，盡可能擴(kuò)大新能源發(fā)電的并網(wǎng)規(guī)模，建設(shè)以二代加技術(shù)為代表的核電站，加強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行管理，最大限度減少輸送過(guò)程中的電力損耗，提升資源跨區(qū)調(diào)度水平。建設(shè)低碳電力示范工程，運(yùn)行低碳電力技術(shù)，包括熱電氣循環(huán)聯(lián)產(chǎn)技術(shù)示范工程、多能互補(bǔ)技術(shù)示范工程、先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)示范工程、天然氣、水蒸汽循環(huán)發(fā)電技術(shù)示范工程、高參數(shù)筑壩示范工程等，記錄電力系統(tǒng)安全系數(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)零風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)行。

2.3 構(gòu)建電力行業(yè)減排體系

制定電力系統(tǒng)低碳發(fā)展規(guī)劃，明確居民用戶、工業(yè)企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)三個(gè)電力規(guī)劃主體，以及相應(yīng)的實(shí)施流程，構(gòu)建電力行業(yè)減排體系。針對(duì)居民用戶，充分發(fā)揮電力市場(chǎng)的作用，推廣財(cái)政補(bǔ)貼，加快節(jié)能產(chǎn)品的研發(fā)，開(kāi)展家電和LED 燈等產(chǎn)品的生態(tài)評(píng)估，加強(qiáng)節(jié)能設(shè)備的備案管理，將低碳發(fā)展作為約束性指標(biāo)，以合同能源管理模式，編制電力低碳規(guī)劃，完善電力服務(wù)支撐體系，建立電力規(guī)劃管理機(jī)制，積極回收廢舊用電產(chǎn)品，制定相關(guān)補(bǔ)貼政策，梳理節(jié)能產(chǎn)品檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，完善節(jié)能產(chǎn)品的認(rèn)證體系，改革電力投資的政府采購(gòu)政策，引導(dǎo)消費(fèi)者選擇節(jié)能產(chǎn)品，刺激居民用戶選購(gòu)節(jié)能產(chǎn)品的積極性，爭(zhēng)取節(jié)能設(shè)備和關(guān)鍵材料的國(guó)產(chǎn)化，加大節(jié)能產(chǎn)品推廣力度。

針對(duì)電網(wǎng)企業(yè)，建立需求側(cè)管理長(zhǎng)效機(jī)制，統(tǒng)一協(xié)調(diào)居民用戶的診斷服務(wù)和節(jié)能咨詢，重點(diǎn)監(jiān)控節(jié)電增效重點(diǎn)用戶，形成需求側(cè)管理工作的激勵(lì)機(jī)制，組織負(fù)荷避峰、負(fù)荷錯(cuò)峰的計(jì)劃方案，利用熱泵、冰蓄冷等技術(shù)手段，減少電網(wǎng)峰谷差，落實(shí)高耗電產(chǎn)品單位電耗限額。

2.4 推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)

建設(shè)節(jié)能調(diào)度和低碳協(xié)調(diào)配合的智能電網(wǎng)，應(yīng)用電力需求響應(yīng)機(jī)制，穩(wěn)步推進(jìn)智能用電和電能替代。引入科學(xué)的電力調(diào)度機(jī)制，引導(dǎo)居民用戶低碳用電，實(shí)現(xiàn)節(jié)能發(fā)電調(diào)度向智能電力調(diào)度的轉(zhuǎn)變，使電力系統(tǒng)電源更加接近用戶側(cè)特點(diǎn)。

探索智能電網(wǎng)技術(shù)，低碳化改造電力機(jī)組，使電網(wǎng)能夠容納大規(guī)模發(fā)電能源，接受可再生能源發(fā)電的電網(wǎng)，減少碳污染嚴(yán)重的化石能源，控制常規(guī)火電排放的二氧化碳?xì)怏w濃度，令發(fā)電機(jī)組的燃料得到充分燃燒，遵循燃料等量替代原則，混合燃燒煤炭、天然氣等一次能源和清潔能源、生物質(zhì)能源，其中生物質(zhì)包括林木和秸稈等。政府應(yīng)為智能電網(wǎng)項(xiàng)目提供政策支持，需要能源部門(mén)發(fā)出積極的市場(chǎng)信號(hào)，推廣大容量燃煤機(jī)組，限制電力系統(tǒng)的碳排放總量，在智能電網(wǎng)建設(shè)中引入綜合資源戰(zhàn)略思維，統(tǒng)一優(yōu)化電力系統(tǒng)供應(yīng)側(cè)、需求側(cè)的資源規(guī)模，結(jié)合現(xiàn)行實(shí)施的需求側(cè)管理和綜合資源規(guī)劃，凸顯用電需求側(cè)在電力系統(tǒng)中的重要作用，降低可再生能源發(fā)電負(fù)荷的波動(dòng)范圍，為低碳電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供保障。

將需求側(cè)資源響應(yīng)機(jī)制納入智能電網(wǎng)統(tǒng)籌規(guī)劃中，充分挖掘電力系統(tǒng)需求側(cè)資源潛力，對(duì)資源潛力潛在效益進(jìn)行評(píng)估，構(gòu)建現(xiàn)代能源保障體系，轉(zhuǎn)變能源供需與消費(fèi)格局，發(fā)展快速儲(chǔ)能技術(shù)，實(shí)施電能替代，推廣使用節(jié)能電器、智能電能表計(jì)等設(shè)備，預(yù)測(cè)可再生能源和不可再生能源的能效，以及電力需求側(cè)需要的電力負(fù)荷，盡可能提升預(yù)測(cè)精度，消納一次能源和清潔能源，積極促進(jìn)電力灌溉等電能替代方案，替代不可預(yù)測(cè)的能源電力，提高低碳電力系統(tǒng)能效。

3 實(shí)際案例分析

為了能夠提供具體的參考和應(yīng)用價(jià)值，幫助更好地理解上文提出的低碳電力系統(tǒng)發(fā)展路徑，并將其應(yīng)用到實(shí)際的業(yè)務(wù)中，本節(jié)通過(guò)案例分析，了解真實(shí)環(huán)境下的挑戰(zhàn)與解決方案，以及具體的實(shí)施步驟，從而更有針對(duì)性地制定自己的策略和行動(dòng)計(jì)劃。以某電力為例來(lái)說(shuō)明上述方法的有效性。該企業(yè)的規(guī)模和參數(shù)如下。

裝機(jī)容量：1000MW；發(fā)電設(shè)備數(shù)量：包括500MW 的火力發(fā)電、300MW 的風(fēng)力發(fā)電和200MW 的光伏發(fā)電。電網(wǎng)接入情況：接入主網(wǎng)和幾個(gè)地方配網(wǎng)；發(fā)電成本和效率：火力發(fā)電成本較高，但穩(wěn)定性好；風(fēng)力和光伏發(fā)電成本較低，但受天氣影響。碳排放數(shù)據(jù)：在過(guò)去一年排放了100萬(wàn)t CO2。儲(chǔ)能設(shè)備容量：安裝了100MW 的鈉硫電池儲(chǔ)能設(shè)備節(jié)能技術(shù)應(yīng)用情況：引進(jìn)了先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，提高了能效。

步驟1：優(yōu)化低碳電力系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)--清能電力積極發(fā)展風(fēng)電、水電等清潔能源，并在2023年2月開(kāi)始逐漸減少了對(duì)煤炭等化石燃料的依賴，通過(guò)優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)降低了二氧化碳排放。步驟2：加大低碳電力技術(shù)研發(fā)投入力度--清能電力公司加大對(duì)清潔煤發(fā)電技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用，并進(jìn)行技術(shù)本土化，成立了低碳電力技術(shù)聯(lián)盟，促進(jìn)各方資源共享、合作互惠，提高了清能電力的技術(shù)實(shí)力和競(jìng)爭(zhēng)力。步驟3：制定電力系統(tǒng)低碳發(fā)展規(guī)劃--清能電力公司與相關(guān)政府部門(mén)合作制定了低碳發(fā)展規(guī)劃，明確了清能電力在減排方面的責(zé)任和目標(biāo)，并得到政府的支持和獎(jiǎng)勵(lì)。步驟4：建設(shè)智能電網(wǎng)--清能電力積極推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)，提高發(fā)電機(jī)組燃料燃燒效率，應(yīng)用電力需求響應(yīng)機(jī)制，提高電網(wǎng)消納能源能力，從而更靈活地適應(yīng)清潔能源的接入，減少了對(duì)傳統(tǒng)高耗能、高污染能源的依賴。

對(duì)于這個(gè)電力企業(yè)，通過(guò)以下方式優(yōu)化了低碳電力系統(tǒng)的電源結(jié)構(gòu)：一是增加清潔能源比重。增加風(fēng)電、水電、光伏等清潔能源的裝機(jī)容量，減少對(duì)傳統(tǒng)煤炭發(fā)電的依賴。二是提升能源利用效率。采用先進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)、高效燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)等，提高傳統(tǒng)發(fā)電裝置的效率，減少單位發(fā)電量的二氧化碳排放。三是采用可再生能源互補(bǔ)技術(shù)。結(jié)合風(fēng)電與太陽(yáng)能等不穩(wěn)定可再生能源，展開(kāi)互補(bǔ)發(fā)電，降低系統(tǒng)波動(dòng)性，提升發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

針對(duì)發(fā)電廠安裝大容量?jī)?chǔ)能設(shè)備，可以采取以下措施進(jìn)行優(yōu)化：一是安裝大型儲(chǔ)能設(shè)備。如鈉硫電池、鈦酸鋰電池等儲(chǔ)能技術(shù)，用于平衡風(fēng)光電發(fā)電的間歇性特點(diǎn)，提供平穩(wěn)的電力輸出。二是采用抽蓄式水電站。通過(guò)在谷時(shí)段利用電力將水抽升至高位蓄能，用于高峰時(shí)段釋放水能，降低其期電網(wǎng)容量。三是利用超級(jí)電容器和超導(dǎo)磁儲(chǔ)能。用于短期的功率平衡，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和調(diào)度靈活性。

在制定電力系統(tǒng)低碳發(fā)展規(guī)劃方面，這個(gè)電力企業(yè)可以采取以下步驟：一是確定發(fā)展目標(biāo)。明確企業(yè)低碳發(fā)展的總體目標(biāo)，如減少二氧化碳排放，提高能源利用效率等。二是強(qiáng)化政策支持。爭(zhēng)取政府的支持與激勵(lì)政策，如稅收優(yōu)惠、補(bǔ)貼扶持等，以促進(jìn)低碳發(fā)展規(guī)劃的實(shí)施。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了低碳電力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，從清潔能源、高新技術(shù)、減排體系等角度出發(fā)，提出電力系統(tǒng)達(dá)到“雙碳”目標(biāo)的發(fā)展路徑，對(duì)我國(guó)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型具有重要意義，電力企業(yè)也要提高決策能動(dòng)性和自主性，積極落實(shí)以上發(fā)展路徑。由于國(guó)內(nèi)各省份存在顯著地域特征，其電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型也存在明顯差異，在今后的研究中，會(huì)對(duì)地區(qū)差異進(jìn)行具體分析，得到符合各省特征的低碳轉(zhuǎn)型路徑。