東北地區碳排放現狀分析與“雙碳”目標下新能源發展建議

張忠華，李春山，胡 杰，于 淼

(1．中國電力工程顧問集團東北電力設計院有限公司，吉林 長春 130021；2．國家電網有限公司東北分部，遼寧 沈陽 110180)

2020年9月，在第75屆聯合國大會上，中國提出“將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，力爭2030年前CO2排放達到峰值，努力爭取2060年實現碳中和”。為盡早實現“雙碳”目標，我國將加快構建以適應新能源占比逐漸提高的新型電力系統，東北地區(本文僅指遼寧、吉林和黑龍江三省)有豐富的風、光資源，新能源發展潛力巨大。

本文根據對2010—2019年東北地區碳排放特別是電力行業碳排放情況的分析，論證地區碳排放總體形勢及達峰情況，并結合地區新能源實際開發情況，提出適應東北地區能源轉型及可持續發展的新能源發展建議。

1 東北地區經濟與電力供應概況

1.1 經濟發展概況

2019年，東北地區GDP總量為50 126.5億元，同比增長4.5%，低于全國GDP增速1.5個百分點。其中，遼寧省GDP總量為24 855.3億元，同比增長5.4%；吉林省GDP總量為11 726億元，同比增長3.0%；黑龍江省GDP總量為13 544.4億元，同比增長4.0%[1-3]。

2010—2019年，東北地區GDP年均增速約為6.1%。“十二五”初期，地區GDP年增速略高于全國GDP年增速，隨著地區產業結構調整及外在經濟大環境影響，2014年以來，地區GDP增速均低于全國GDP年增速，且地區經濟總量占全國占比逐年下降，2019年占比約為5.0%，除遼寧省經濟排名居中前位外，其他兩省均排名靠后。2010—2019年，東北地區GDP增長情況如圖1所示。

圖1 2010—2019年東北地區GDP增長情況

1.2 電力供應概況

2019年，東北地區發電量4005.3億kWh，同比增長4.7%。其中，化石能源發電量2880.9億kWh，水電發電量138.1億kWh，核電發電量327.3億kWh，非水可再生能源發電量659.1億kWh。

2010—2019年，東北地區化石能源發電量占比由89.4%下降至71%，非水可再生能源發電量占比由4.1%提高到16.5%，風、光、生物質發電量不斷增加，電力清潔化程度有顯著改善，并始終高于全國電力清潔化平均水平。2010—2019年，全國及東北地區非化石能源發電量占比情況如圖2所示。

2010—2019年，東北三省非水可再生能源發電量占比也不斷提高。其中，2019年吉林省和黑龍江省非水可再生能源發電量占比均已超過20%，如表1所示，遼寧省在計入核電發電量后，非水清潔能源發電量占比也超過20%，電力清潔化程度均較高。

表1 東北三省非水可再生能源發電量占比 單位：%

圖2 2010—2019年全國及東北地區非化石能源發電量占比情況

2 東北地區碳排放及總體形勢分析

2.1 碳排放量概況

a.CO2碳排放總量

2019年，東北地區CO2排放量1015.3×106t[4]，同比增長5.2%，高于全國30省(不含西藏)平均增速1.8個百分點。其中，遼寧省、吉林省和黑龍江省CO2排放量占比分別為53%、20%和27%。

2010—2019年，東北地區CO2排放量年均增速約為1.5%，低于全國30省(不含西藏)年均增速約1.2個百分點。2010—2019年，東北地區與全國30省碳排放量對比如圖3所示，“十二五”初期，地區CO2排放量年增速較快，在經歷2013年、2014年2年平穩期后，2015年和2016年，地區CO2排放量均為負增長，2017年以后地區CO2排放量呈波動性上漲趨勢。

2010—2019年，東北地區三省CO2排放量增速變化較全國30省(不含西藏)更為劇烈。其中，“十二五”初期，吉林省和黑龍江省增速變化與全國30省(不含西藏)相反，后期三省增速變化趨勢與全國近同。2010—2019年，東北三省與全國30省碳排放量增速對比如圖4所示。

圖3 2010—2019年東北地區與全國30省碳排放量對比

圖4 2010—2019年東北三省與全國30省碳排放量增速對比

b.電力行業CO2碳排放量

2019年，東北地區電力行業CO2排放量523.3×106t，同比增長4.9%，約占地區CO2排放量的51.5%，與全國30省(不含西藏)占比基本持平。其中，遼寧省、吉林省和黑龍江省電力行業CO2排放量占比分別為47%、22%和31%。

2010—2019年，東北地區電力行業CO2排放量年均增速約為2.4%，低于全國30省(不含西藏)年均增速1個百分點，主要呈現增長態勢。地區電力行業CO2排放量占比基本維持在50%左右，近期占比有增大趨勢。2010—2019年，東北地區與全國30省電力行業碳排放量對比如圖5所示。

2010—2019年，東北地區三省電力行業CO2排放量增速變化較全國30省(不含西藏)更為劇烈，除黑龍江省增速變化與全國30省(不含西藏)相反，遼寧省和吉林省增速變化趨勢與全國相近，具體增速對比情況如圖6所示。

圖5 2010—2019年東北地區與全國30省電力行業碳排放量對比

圖6 2010—2019年東北三省與全國30省電力行業碳排放量增速對比

2.2 碳排放強度分析

本文碳排放強度按碳排放量與GDP的比值[5]設定，電力行業碳排放強度按行業碳排放量與發電量的比值設定。

經計算，2010—2019年，東北地區碳排放強度由3.13 t/萬元GDP降低到2.03 t/萬元GDP，高于全國30省(不含西藏)平均碳排放強度；下降幅度為34.6%，低于全國30省(不含西藏)平均下降幅度。

2010—2019年，東北地區電力行業碳排放強度由31.8 t/萬kWh降低到25.3 t/萬kWh，高于全國30省(不含西藏)電力行業平均碳排放強度；下降幅度為20.2%，低于全國30省(不含西藏)平均下降幅度。近期全國30省及東北地區碳排放強度統計如表2所示。

表2 近期全國30省及東北地區碳排放強度統計

2.3 碳排放脫鉤性分析

根據2002年經濟合作與發展組織(OECD)提出的脫鉤理論[6]，碳排放彈性系數按碳排放量增速與經濟增長增速比值。參考OECD 脫鉤理論及Tapio脫鉤模型[7]，本文設定電力行業碳排放彈性系數為電力碳排放量增速與電力發電量增速的比值。

通常，碳排放彈性系數的脫鉤狀態可分為4種類型，分別為弱脫鉤、強脫鉤、衰退型脫鉤及負脫鉤[8]。其中，當碳排放量增速與經濟(或發電量)增速均為正值，且碳排放量增速更小時，為弱脫鉤；當經濟(或發電量)正增長而碳排放量負增長時，為強脫鉤；而當碳排放量增速與經濟(或發電量)增速均為負值，且碳排放量降速更大時，為衰退型脫鉤；其他情況均為負脫鉤。因此，通過分析地區碳排放彈性系數特別是碳排放量占比較大的電力行業碳排放彈性系數，對判斷地區碳達峰情況具有重要意義。

經計算，2010—2019年，東北地區碳排放彈性系數由2010年的1.06波動性調整至2019年的1.16。其中，“十二五”期間主要呈現弱脫鉤性，“十三五”以來，彈性系數波動性較大，總體呈現負脫鉤性，2019年碳排放量增速明顯加快。

2010—2019年，東北地區電力行業碳排放彈性系數由2010年的0.98波動性調整至2019年的1.06，整體呈現弱脫鉤性，個別年份出現表象性負脫鉤。東北地區及地區電力行業碳排放彈性系數變化情況如圖7所示。

圖7 2010—2019年東北地區碳排放彈性系數變化

2.4 碳排放總體形勢判斷

從碳排放量看，東北地區碳排放總量特別是電力行業碳排放量仍在波動性增長；從碳排放強度看，東北地區碳排放強度及電力行業碳排放強度均有明顯下降，但與全國30省(不含西藏)仍有一定差距；從碳排放彈性系數來說，近期東北地區碳排放系數呈負脫鉤性，而電力行業碳排放系數呈弱脫鉤性。

碳達峰常見判斷方法包括與最新碳排放量數據對比，歷史碳排放量已達最高水平；在碳排放量達峰后5年內，地區碳排放量減少10%以上等[9]。按照上述判斷方法，東北地區碳排放仍未實現達峰，電力行業達峰趨勢快于整體發展。因此，“雙碳”目標下，東北地區碳達峰壓力較大，產業結構和能源消費結構仍有待進一步優化調整，對新能源的高質量可持續性發展需求迫切。

3 東北地區新能源發展情況及面臨的形勢

3.1 風資源情況及風電發展現狀

東北地區處于“三北”風能資源豐富區，所屬吉林省和黑龍江省均已納入全國九大大型風電基地，東北地區風電潛在可開發量約為5.2億kW。

2019年，東北地區風電裝機約為2000.4萬kW，同比增長6.8%，占全國風電裝機的9.6%。地區風電已開發量約為潛在可開發量的4%。

2019年，東北地區風電發電量約437.7億kWh，同比增長10.9%，占全國風電發電量的10.8%。

3.2 光資源情況及光伏發展現狀

東北地區光資源較為豐富，屬于太陽能輻照的二類地區。其中，遼寧省年太陽能輻射量為5103 MJ/m2，年日照時數2100～2600 h；吉林省年太陽能輻射量為5052 MJ/m2，年日照時數2200～3000 h；黑龍江省年太陽能輻射量為4400～5028 MJ/m2，年日照時數2242～2842 h。據統計，東北地區光伏潛在可開發量約為4.3億kW[10]。

2019年，東北地區光伏裝機約為891.4萬kW，同比增長14.0%，占全國光伏裝機的4.4%。地區光伏已開發量約為潛在可開發量的2%。

2019年，東北地區光伏發電量約為114.4億kWh，同比增長49.8%，占全國光伏發電量的5.1%。

3.3 新能源消納情況

受消納能力限制，黑龍江省、吉林省和蒙東地區均在“十三五”初期出現風電建設紅色預警。在采取魯固直流外送、火電機組靈活性改造、大用戶直供等多項措施后，電網調峰能力逐漸好轉，新能源接納水平顯著提高。2019年，除蒙東赤峰地區風電建設仍為橙色預警外，其他地區均為綠色。

2019年，東北地區新能源利用率99.0%，較2016年提高18.3個百分點。其中，風電利用率98.8%，光伏利用率99.5%，新能源利用水平較2016年均有明顯提高，具體對比情況如圖8所示。

圖8 2016年和2019年東北地區新能源利用率對比

3.4 新能源發展面臨的形勢

a.新能源定位調整

東北地區風、光資源較為豐富。目前，風電及光伏已成為地區第2、第3大裝機容量電源，但其發電量合計僅占地區發電量的13.8%，新能源已開發量僅為潛在可開發量的3%，新能源利用程度明顯偏低。在“雙碳”目標背景下，東北地區新能源將迎來新一輪大發展，新能源定位也將由補充電源過渡為主力電源，需重新理清和定位新能源在電力系統中發揮的作用及應承擔的責任。

b.電力系統靈活性需求

受風、光等新能源發電間歇性和波動性特點影響，隨著風電、光伏接入系統規模的不斷增加，系統出力可控性顯著降低，系統運行的隨機性和不確定性增加，對電力系統靈活性資源需求明顯提高。目前，東北地區系統靈活性資源主要體現在電源側，即利用常規火電調峰能力及靈活性改造、抽水蓄能電站及電化學儲能等，靈活性資源來源較為單一，靈活性資源不足問題日益突出。

c.資源與需求匹配度不高

東北地區風、光豐富資源地區通常為系統結構較為薄弱地區，如吉林省松白地區、黑龍江東部地區等，風、光資源與電網及負荷呈現典型的逆向分布特點[11]。地區風、光資源開發以規模化、集中式電站為主，通常采用電力匯集方式，經長距離、高電壓等級送出后在更大范圍內消納。地區內資源開發與并網需求、消納需求匹配度不高，送出及消納矛盾較為突出。

4 適應東北地區新能源發展的建議

4.1 提升電力系統靈活性

電力系統靈活性一般指在一定時間尺度下，電力系統通過優化調配各類可用資源，以一定成本適應發電、電網及負荷隨機變化的能力[12]。隨著新能源接入系統的規模及比例不斷增長，電力系統靈活性需求更加強烈，建議從源、網、荷、儲幾個方面聯合互動，全面提升電力系統靈活性。

a.電源側

東北地區現有靈活性電源主要為火電、水電及抽水蓄能電站，且受現有電源結構影響，火電為主力調節電源，調節手段較為單一。建議進一步采取豐富電源靈活性的措施，包括加快抽水蓄能電站布局建設，加大煤電靈活性改造力度，推動風光儲互補互濟聯合送出模式形成，謀劃燃氣調峰電站建設等。

b.電網側

東北電網目前經魯固特高壓直流和高嶺背靠背直流與華北電網連接。受資源與負荷分布不均衡等因素影響，東北電網為典型的送端電網，隨著新能源的大規模接入，地區電力電量的送出需求更加迫切。建議以松遼清潔能源基地為平臺，加快跨省跨區輸電通道建設，推動新能源特高壓直流輸電通道、多端直流輸電通道的謀劃落地。

此外，建議充分利用中俄東線天然氣資源，探索電、氣雙網循環發展模式，推動氣電產業和清潔能源的高效融合發展。氣、電雙網循環系統設想如圖9所示。

圖9 氣、電雙網循環系統設想

c.負荷側

受氣候及地理環境影響，東北地區供暖需求大，供暖期長。在“雙碳”目標的新形勢下，煤電發展將更為謹慎科學。為滿足持續增長的供暖需要，建議開展“互聯網+”清潔供暖技術，充分利用互聯網調節控制策略，將風電、光伏等新能源轉換成供熱主力。

d.儲能側

儲能能夠為電網運行提供調峰、調頻、備用、黑啟動、需求響應支撐等多種服務，是提升傳統電力系統靈活性、經濟性和安全性的重要手段。建議大力發展壓縮空氣、飛輪、超級電容等新興儲能技術，鼓勵可再生能源場站合理配置儲能系統，允許儲能系統與機組聯合或作為獨立主體參與輔助服務交易，通過完善輔助服務補償(市場)機制建立儲能系統促進可再生能源消納的長效機制。

此外，生物質能源作為優質的零碳燃料，與常規燃煤供熱相比，其供熱可有效降低顆粒物及二氧化硫排放量。東北地區有豐富的生物質能，但現有開發程度不足。建議以北歐國家生物質能供熱的成功經驗為借鑒，在秸稈等農林作物豐富的農村地區，合理推廣生物質供熱技術，調整優化地區供熱模式。

4.2 因地制宜促進新能源高質量發展

東北地區除遼寧省為具有較長海岸線的受端電網外，吉林省和黑龍江省均為典型的內陸送端電網。建議因地制宜采取有針對性的新能源高質量發展策略。其中，遼寧省煉油行業較發達，對氫氣需求量較大，可考慮利用遼寧西部、北部較豐富的陸上風電資源及沿海城市較好的海上風電資源實現規模化制氫產業；吉林省松白地區、黑龍江省西部地區風、光資源較為豐富，建議聯合形成松遼風光儲一體化基地，采用特高壓直流輸電技術集中將新能源送至華北等負荷中心。

5 結論

a.通過對東北地區碳排放總體形勢的分析，地區碳排放仍未實現達峰，電力行業達峰趨勢快于整體發展，地區產業結構和能源消費結構仍有待進一步優化調整，對新能源的高質量可持續性發展需求迫切。

b.東北地區具有較豐富的風、光資源，但已開發率明顯偏低。作為中國實現“雙碳”目標的重要清潔能源基地，東北地區新能源高質量發展仍面臨火電與新能源傳統定位轉換調整、電力系統靈活性資源需求增加、資源與需求匹配度不高等多種挑戰。

c.結合東北地區新能源及電力系統發展實際，提出從源、網、荷、儲幾個方面全面提升電力系統靈活性，根據東北三省資源及負荷特點因地制宜發展新能源等,有效促進東北地區新能源高質量發展的相關建議。