基于低碳理念與不同電力技術的電力結構轉型研究

程 陳

（池州學院， 安徽 池州 247100）

0 引言

全球氣候變化問題日益嚴重，導致世界各國開始關注如何采取措施減少溫室氣體排放。發展低碳經濟被認為是解決這一問題的有效途徑之一[1]。其中，能源產業作為最主要的溫室氣體排放源，其轉型升級對于降低碳排放具有重要意義。考慮到電力作為現代社會經濟活動的核心支撐要素，電力產業的低碳轉型成為當下研究的重要課題[2]。電力結構轉型工作具有重要意義，其主要體現在降低溫室氣體排放、提高能源利用效率和保障能源安全與穩定供應等方面。為此在理論上探討低碳電力結構轉型的路徑及實施策略具有十分重要的現實價值。此次研究首先介紹了低碳理念及其在電力結構轉型中的應用，接著分析了現階段各種不同電力技術的發展現狀及趨勢。在此基礎上，提出了基于低碳理念的電力結構優化策略。最后對未來研究方向和挑戰進行了展望。

1 低碳理念及其在電力結構轉型中的應用

1.1 低碳理念的內涵及表現

低碳理念主要體現在以下三個方面：降低能源消耗和溫室氣體排放，提高能源利用效率，發展可再生能源。這種理念要求在電力產業發展過程中，充分考慮資源和環境的可持續性，由此在電力結構設計和投資決策過程中，對各種技術進行綜合權衡，以實現電力系統的低碳化和可持續發展。

1.2 低碳理念引導電力結構轉型

低碳理念在電力結構轉型過程中起到引導作用。首先，通過提高電力產業的低碳水平，對傳統發電方式進行改進或替代，以逐步減少溫室氣體排放[3]。其次，通過優化電力結構，大力發展清潔能源，提高新能源在電力結構中的比例，以實現電力供應的可持續性。

1.3 國際和國內的低碳電力結構轉型經驗

為了實現低碳電力結構轉型，國際和國內均取得了一定程度的成功，在政策支持、技術研發等方面積累了許多值得借鑒的經驗例如，德國、丹麥等國家在可再生能源利用上取得了顯著成果。德國通過實施“能源轉型”計劃，大力發展風能、太陽能等清潔能源，截至2020 年，可再生能源在德國電力結構中的占比超過40%。丹麥則在風能發展上走在了世界前列，并提出了到2030 年燃煤發電完全退出、可再生能源占比達100%的目標。

在國內，低碳電力結構轉型也在逐漸深入。通過全國范圍的煤電淘汰和新增清潔能源裝機，以及實行碳市場試點，我國能確保碳排放達峰和碳中和的目標逐步實現。截至2022 年，中國非化石能源在電力結構中的占比已經超過29%，呈現穩步提升的態勢。這些國際和國內的轉型經驗為低碳電力結構的發展提供了借鑒和啟示。

2 電力技術發展現狀及趨勢分析

2.1 傳統電力技術發展現狀

火力發電是一種通過燃煤、燃氣等化石燃料產生熱量，推動汽輪機發電的技術。當前火力發電依然是全球最主要的電力來源之一[4]。在技術創新方面，燃煤火力發電已取得較大進展，通過適應低排放技術和循環流化床等新工藝，使燃煤電廠的排放和能耗得到一定程度的減輕[5]。而燃氣發電采用聯合循環、燃氣輪機等先進技術，優勢在于啟停靈活、排放較低且轉化效率較高。

水力發電是一種通過利用水能推動渦輪機發電的可再生能源技術。當前水力發電已成為可再生能源領域的技術成熟度較高的選項。但其發展速度受制于對水資源的依賴和對生態環境的挑戰。

核能發電是通過核反應獲得能量，進而驅動汽輪發電的一種方式。核能發電具有能源密度高、溫室氣體排放低、電力供應穩定等優點。隨著核電技術的不斷發展，我國第三代核電技術已具有較高的安全性和經濟性，但依然面臨核廢料處理、核電站選址等問題的挑戰。

2.2 可再生能源電力技術發展現狀

風能發電是利用風力驅動風力發電機組產生電能的一種清潔能源方式。在全球范圍內，風能發電已經成為可再生能源領域增長最快的技術之一。風能發電具有綠色環保、無溫室氣體排放等優點。然而，由于風能資源的不穩定性，機組發電效率有待提升。

太陽能發電通過光伏組件將太陽光直接轉化為電能。在過去的幾十年里，光伏技術取得了顯著的進步，帶來了太陽能發電成本的大幅降低。太陽能發電具有清潔、可再生和廣泛分布的優點。然而，由于地域限制和發電效率受自然條件影響，仍待進一步提高其發電效率和電池轉換效率。

生物質能發電是通過利用植物、動物以及人類活動產生的有機物質進行燃燒發電的一種可再生能源。生物質能發電在資源利用和溫室氣體排放減緩上具有明顯的環保優勢。但是生物質資源的離散性、生物質電廠規模限制以及技術瓶頸等問題成為制約該技術進一步發展的主要因素。

地熱能發電是一種利用地球內部的高溫熱能生成電力的技術。地熱能發電具有能源成本低、無碳排放、能源穩定等特點。但是，由于地熱資源的分布不均和開發成本較高，地熱能發電目前在全球范圍內的發展仍然較為有限。

3 基于低碳理念的電力結構優化策略

3.1 提高電力產業的能源利用效率

在應對全球氣候變化的背景下，各國政府都在積極尋求降低碳排放、促進能源結構優化的途徑。電力產業是國民經濟的基礎設施，是低碳轉型的重要領域，同時也是碳排放的主要來源之一。因此，實現電力結構的低碳優化，對于推動全球低碳轉型具有顯著的意義。現在將重點探討基于低碳理念的電力結構優化策略，如圖1 所示，優化策略包括提高電力產業的能源利用效率、大力發展清潔能源、加強電力科技創新以及電網智能化建設等方面。

圖1 基于低碳理念的電力結構優化策略

針對傳統電力技術存在的低能源利用效率等問題，可以采取一系列措施，以提高整個電力產業的能源利用效率。首先，有關部門應該提高對廣泛推廣節能設備與節約用電的理念，增強社會各界對能源利用效率的認識和重視。同時，可以通過產業扶持、人才吸引等手段，鼓勵企業采用較高能源利用效率的技術和裝備，提高電力產業在生產消費過程中的能源利用效率。

具體措施可包括：提高火力發電機組的燃料燃燒效率，降低單位能耗，縮減過程中的能源損失；采用余熱回收、熱力余熱利用等技術，提高發電過程中能量的再利用率；推廣高效、節能的電機、照明設備等；加強輸配電網的研發和裝備改造，提高輸配電環節的能源利用效率；普及節電節能的理念，提高終端用戶的能源利用效率；及時淘汰低效、高耗能的老舊設備和工藝，減少無謂的能源浪費。

3.2 大力發展清潔能源

為實現碳排放減少目標，必須在電力結構中大力發展清潔能源，提高清潔能源在整個能源結構中的占比。清潔能源具有低碳、可再生、環境友好等特點，不僅有利于減少溫室氣體排放，還有助于提升國家能源安全，促進綠色經濟發展。首先風能作為清潔能源的一種，具有無窮盡、可再生的特點，且其開發過程中無溫室氣體排放。因此，大力發展風能有助于減少碳排放，達到碳減排的目標。其次還應該大力支持太陽能發展。太陽能是一種綠色、可再生的能源，發展太陽能可以有效發揮清潔能源在減少碳排放方面的作用。為了推動太陽能的發展，相關政府部門可以考慮采取多種扶持措施，如加大對光伏項目的金融服務優惠，推動光伏產業技術創新，推廣綠色建筑等。再次，發展生物質能。生物質能利用農林廢棄物等作為原料，既可以提高資源的利用效率，還能減少化石能源的消耗，減少溫室氣體排放。

3.3 加強電力科技創新

為實現低碳電力結構轉型，必須加強電力科技創新。關鍵核心技術研發和應用在實現可持續能源發展、降低能源產業的碳排放、提升低碳經濟的競爭力和市場份額等方面具有至關重要的作用。因此，在低碳技術領域開展廣泛而深入的科技創新，并實現技術成果轉化成實際的應用，是迫切需要解決的問題。

政府、企業和科研機構之間需要加強合作，形成一個利益共享、風險共擔、資源共享的聯合創新體系。這樣的體系應該涵蓋從基礎研究、技術開發、示范應用、到成果轉化等各個環節，并深入推進聚焦于低碳電力技術創新領域的重大科技專項研發計劃。政府在這一過程中既要承擔積極的引導作用，也要加大對創新型企業和科研機構的支持力度，使其成為低碳技術創新的重要主體。

在低碳技術創新方面，特別需要關注碳捕獲、貯存、利用等一系列新興技術領域的研究和發展。通過對這些方面的創新，才能實現在低碳電力結構轉型的過程中，減輕企業環境責任負擔，提升能源效率及經濟效益的作用。

3.4 電網智能化建設

為適應更多清潔能源接入電力系統的需求，電網智能化成為實現電力結構轉型的關鍵手段。智能電網可以提高調度精度，增強系統穩定性，有效解決可再生能源發電的間歇性和不穩定性問題。因此，需要完善電網基礎設施，積極推進智能電網建設，以實現智能調度、需求響應等先進功能，進一步提高電力系統的穩定運行能力。

4 結語

電力結構的低碳轉型是當前全球氣候變化和能源轉型背景下的重要議題，通過分析低碳理念并結合各種電力技術的發展現狀及趨勢，為電力結構轉型提供了策略建議。研究結果顯示，提高能源利用效率、大力發展清潔能源、加強電力科技創新和促進電網智能化建設是實現低碳電力結構轉型的關鍵措施。另外，還需要考慮結合國際和國內的低碳電力結構轉型經驗，不斷完善政策支持體系，加強技術研發與創新，以期在全球范圍內促進低碳電力結構的轉型與發展。低碳電力結構轉型仍面臨諸多挑戰，如不同電力技術的整合與協同、系統穩定性和調度問題、轉型過程中的政策和市場機制等。因此，未來研究需要在已有基礎上，進一步關注電力結構轉型過程中的系統性問題，以期為實現低碳經濟與可持續發展提供更多可行性方案。