碳中和目標下的電能替代發展戰略研究

孫洪健

國網江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司 江蘇 宿遷 223800

1 “碳中和”目標與電能替代

1.1 “碳中和”目標

碳中和是全球主要經濟體針對碳排放問題提出的核心發展目標，G7中部分國家表示計劃在60年時間內，轉變碳排放頂峰的發展局面，實現零排放的發展目標。在碳排放目標規劃方面，我國提出合理配置有限的能源資源、切實提高能源資源的效率等實踐措施，意在進一步推動能源革命，加快其在數字化、現代化方面的發展進程。2019年，全球二氧化碳總排放量中，我國碳排放量占比達到29%，在未來的發展階段內，這一數值將會逐步下降，在節能減排核心發展理念的指導下，實現碳中和目標。現階段，我國面臨著十分艱巨的減排任務，要積極面臨并應對這一挑戰，還需以電能替代為核心發展方向，采取科學有效的技術措施，推動能源利用效率的穩步提升，轉變單一化的能源消費方式[1]。由此可以看出，積極利用碳中和能夠實現節能減排的重要目標，從 2013年電能替代電量的 140 億千瓦時逐步上升到 2020 年的 1,938 億千瓦時，在這一逐步發展的過程當中，電能替代減碳效果突出，具體如下圖1所示。

圖1 國家電網經營區電能替代電量

1.2 “碳中和”涉及的主要領域

當前，碳中和涉及的領域主要分為五部分，一是植樹造林、恢復植被為主的碳匯領域，二是以工業、建筑等產業相關的節能領域，三是主要涵蓋商貿物流、交通運輸的減排領域，四是推廣可再生能源、提升電氣化率方面的能源電力領域，五是覆蓋農業、氫能發展以及碳捕獲方面的非電力能源領域。現階段，工業農業生產、能源消耗以及廢物處理是碳排放的主要來源。要實現碳中和的發展目標，首先應以恢復植被、組織開展植樹造林活動，以及加強控制碳匯交易等為著手點，促使自然環境吸收二氧化碳的能力得以大幅提升，然后將節能減排的思想理念滲透并融入建筑行業、工業生產、交通運輸等行業領域中。最后，針對性地改進并優化現有的電力系統，加快對可再生能源的推廣使用，進一步提升電氣化率。拓展氫能在非電力能源系統內的應用，為碳捕獲技術的創新與研發提供有力支持[2]。

1.3 “碳中和”目標下電能領域主要措施

實現碳中和的發展目標，還需立足于全體系解決方案的完善化構建。首先，進一步加大清潔能源在源端的部署規模，有效替代化石能源，將風電、光伏發電放在主體能源的位置上，最大限度內減少對煤炭的使用與消耗。以多方向為發展目標，逐漸轉變以往單方向鏈式的電能配置模式。

加快電能替代在負荷端的全面推行，以工業、建筑以及交通領域為重點對象，改造終端的電氣系統，利用清潔能源替代化石能源，有效提升終端用能的電氣化水平，最大程度上減少碳排放量。

1.4 “碳中和”目標下能源結構的轉變

轉變當前單一化的能源結構，是實現碳中和目標的重要路徑，一方面，逐步提高可再生能源在各個工業領域的部署規模，助力高耗能產業邁向電氣化的發展路徑。預計到2025年及2030年，含水電的清潔能源發電裝機將分別達到14.8億kW、21.9億kW，預計到2030年，非化石能源發電量在總發電量中的占比不超過50%，以大幅加快能源變革的發展速度，如圖2所示[3]。

圖2 碳中和發展目標

2 “碳中和”目標下的電能替代發展戰略

2.1 電能替代的發展戰略

在碳中和目標的指引下，電能替代應積極尋求多樣化的發展路徑。首先，秉承充分用電的基本準則，著重挖掘不同類型能源的應用潛力，助力其能力釋放，推動其價值增長，依托于對創新型技術手段的靈活運用，增加發電量，也可以采用合理增容、微增容等方式，提高電能利用率。然后，提高對電能替代創新發展的重視，將各種各樣的新技術、新材料充分利用到用戶端，打造以低成本、規?；癁楹诵牡膽媚Ｊ?，確保政策紅利被用好、用足。最后，提高交易充分性，對多方交易、源荷互動等層面展開深入探索，緊隨市場和價格驅動，將峰谷價差靈活運用起來，最大限度內降低用能費用，在促進能源系統運行效率穩步提高的基礎上，獲取更高的經濟效益。只有真正的提供有效的措施，才能夠促使碳中和目標下的電能替代發展戰略得到有效的應用和實施，從而切實推動綠色能源的發展，促進我國的可持續發展目標不斷實現。

近年來，電力電能替代發展勢頭強勁，以電螺桿熱泵+余熱回收的技術方式，實現了電能替代工業領域的新突破，將電能替代設施到能源消費層面中，并進一步提高電力在終端消費中的比重，意在切實提高對現有能源的利用效率，也為地方經濟的綠色化發展提供便利服務，實現替代電量130.25億千瓦時，同比增長23.8個百分點，相當于減少使用了727萬噸的散煤。黨的十九大報告指出，推進綠色發展、推進能源生產和消費革命，堅持全民共治、源頭防治，持續實施大氣污染防治行動。

以工業生產為例，將新的余熱回收機房建立在原有的制冷設備旁邊，當制冷過程中有熱量不斷釋放出來時，其不再飄散到大氣中白白浪費，而是可以通過熱泵轉化成熱能，源源不斷地注入新建的熱水池中，加以儲存，再后續的生產環節中得到充分使用。在這一過程中既能夠實現資源的有效應用，同時對于環境來說也能夠有效減輕環境負擔，減緩全球變暖問題的加劇，是一種切實可行的環保措施。

2.2 “碳中和”目標帶來的發展建議

推進電能替代在各行業領域中的滲透，需要立足于當前國家能源電力布局的實際情況，以非石化能源為加速轉型的發展方向。在西部、北部地區，推進大型綜合能源基地的構建，在西南地區，建設大規模的水電基地，針對東中部地區，以分散式風電、分布式光伏的建設為核心，以滿足能源供應需求。在沿海地區，則可以以海上風電、核電等為主要發展方向。除了需要加大對光伏、風電等新能源的使用，還應著重創新對電源進行匯集、送出以及消納的多元化功能，為特高壓大電網的構建奠定良好基礎。一方面確保風光儲能得以良好互補，減輕單一能源應用的壓力。另一方面優化能源轉運的靈活性，拓寬安全消納的覆蓋范圍。通過以上措施的實施，有效地減緩了電量使用量，真正實現了以電能代替電量的目標。同時在發展的過程中減輕了環境壓力，節約了大量資源，也是綠色可持續發展觀念的有效踐行措施，有利于長期的發展規劃。

2.3 電能替代重點挖掘領域

在工業、農業生產制造領域，電能替代的主要對象是電窯爐、電鍋爐，由于生產制造行業的全流程生產工藝大多較為復雜，實際生產工作過程中往往伴隨著大量熱量的產生，加快蓄熱式工業電鍋爐在此類生產制造領域內的推廣使用，有利于減少能耗，最大限度內降低熱量損耗。與此同時，對于玻璃鑄造等工業行業，可以積極引入對多樣化電窯爐技術的應用，一方面提高現有鑄造工藝的技術水平，另一方面提高對電力能源的利用效率。對于需要運輸物料的交通運輸、物流行業，可以選擇使用電動皮帶廊，這不僅可以減少人工勞動工作量，也可以提高物料的運輸效率，為產業的現代化轉型發展提供便利的技術條件。

在鄉村電氣化領域，大力實施電能替代。聚焦國有糧倉、農產品生產加工企業、家庭農場等客戶，推廣電動插秧機、空氣源熱泵糧食電烘干、農業大棚電保溫、電動噴淋等成熟農業電氣化技術，淘汰燃煤烘干，推動糧食耕種全程電氣化，打造智能養殖、全電農家樂等農業生產新業態。聚焦直燃油治理，聯合環保、農業農村等主管部門，集中開展安全排查，全面淘汰危廢農具、鑄造爐等燃油設備。

在居民用電方面，應全面推動廚炊、洗浴邁向電氣化的發展路徑，前不久，全店廚房得以正式投運，用電磁灶為用戶帶來良好的使用體驗。全電廚房不僅受到許多企業的熱烈歡迎，也大幅減少了在電能方面的成本支出，通過測算可以發現，電能比液化氣、甲醇等更省錢，節能達30%-35%左右。與傳統廚房相比，全電廚房在經濟性、安全性以及環保性方面具有顯著優勢。聚焦商業餐飲電氣化，深入開展餐飲電氣化專項行動，推動沿街餐飲商鋪實施“瓶改電”，實現政企機關食堂全電化，打造綠色餐飲。

在交通領域，電能替代的實施范圍更廣，當前，電動汽車隨處可見，受到大眾的廣泛歡迎，機場橋載輔助動力裝置替代、港口岸電等新技術也逐漸出現在公眾視野中，被優先推廣應用到了基礎條件較好的城市地區，在未來，其必然會逐步實現全覆蓋。聚焦物流、港口、廠區等區間作業領域，推廣電動重卡、電動叉車、電動軌道機車等電動特種作業車輛。在長三角城市、環渤海、主干高速公路等核心區域與要道上，城際充換電服務網絡的構建為大眾提供了便利條件，使得充換電更為簡便易行。電動貨物裝卸、高低壓岸電系統等新型技術成果被逐漸應用到沿海、沿江等港口碼頭上，為京杭大運河的互聯互通奠定了堅實基礎，也為優質港口岸電市場的開拓與創新提供了良好條件。

3 結束語

在碳中和核心發展目標的指引下，電能替代還需積極尋求多元化的滲透路徑，拓寬當前有限的發展渠道，向新領域、新模式等層面內穩步邁進，創新出更多的替代技術與替代方法。在此基礎上，切實提升技術、裝備的能效水平，提高能源的利用率，推動電能替代在交通運輸、工業產業、居民用電等多領域內的廣泛應用。