“雙碳”目標下低碳電力系統發展路徑分析

中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司 周百鳴

實現“雙碳”目標是工業文明轉向生態文明的標志，電力系統低碳發展是構建可持續能源產業體系的根本要求，作為現代能源系統的重要組成部分，為人們工作生活提供支撐作用，但電力系統一次能源消耗比重過大，主導性發電能源的二氧化碳產量超標，是“雙碳”目標達成的主要障礙[1]。在低碳經濟的發展理念下，應大力發展低碳能源技術，為電力系統制定碳減排目標，通過電力系統碳排放的減少，提高電力系統能源利用效率，將低碳經濟作為能源消費方式，達到減少空氣污染、減緩全球變暖等目的[2]。電力系統的低碳轉型，必須從政策、制度、技術等多方面出發，考慮碳排放目標優化問題，在促進市場化、工業化的同時，實現電力系統的“雙碳”轉型目標，令環境生態和能源經濟可以協調可持續發展[3]。

1 “雙碳”目標下低碳電力系統發展現狀

現階段，隨著電力系統負荷需求不斷增加，我國電力經濟高速發展，不可再生能源被大量消耗，在碳排放總量中，電力行業排碳比例較大，承擔著重大的二氧化碳減排責任，但另一方面，電力系統發展空間大，電力企業已將節能減排作為電力系統發展目標，把電力作為低碳發展的戰略中心，滿足經濟穩定增長需求的同時，科學利用電力能源資源，使用清潔能源代替化石能源，電力系統在地理分布上具有明顯的不均衡性，電力消費主要地區為沿海等經濟發達區域，在一次能源調運過程中，產生了大量且不必要的二氧化碳氣體排放，發電能力已不是成為電力系統唯一目標，電力系統低碳轉型勢在必行。

當前，電力系統低碳轉型仍存在一些問題：電力行業能源格局單一，無法擺脫一次能源結構，火電機組在發電機組總容量中占據很大比例，限制了低碳發展空間，一次能源污染嚴重，二氧化碳排放量大；電力企業未完全掌握電力機組的核心技術，火電裝機能效水平低，低碳電力技術自主創新能力較低，清潔能源發電未規定技術標準，多數技術來源依靠聯合設計和國外引進，低碳電力技術自成熟度和生產能力不佳，電力系統關鍵技術未突破創新瓶頸，科技研發的規模化生產落后，科技研發和低碳電力技術不協同和創新生產部門融合性較差，嚴重影響清潔能源市場的規模化發展；清潔能源不能完全上網，由于可再生能源負荷波動較大，電力系統無法消納可再生能源電力，發電基地的棄風現象、棄光現象愈演愈烈，電力系統儲能端發展不完善，發電機組燃料利用率低。針對以上問題，提出相應的解決策略，總結低碳電力系統發展路徑。

2 “雙碳”目標下低碳電力系統發展路徑

2.1 提高清潔能源發電比重

優化電力系統電源結構，降低燃煤火電等一次能源的發電比例，增加可再生能源發電比重。將電力系統中的清潔能源產業，作為重點培育的經濟利潤增長點，增加一次能源發電的資源稅，優先開發水電資源，其次開發風電等資源。

根據發電資源種類，明確電力機組的節能發電調度次序：第一為水能、風能、太陽能等電力機組；第二為地熱能、生物質能等電力機組；第三為核能發電機組；第四為一次能源發電機組，按照碳排放水平、能耗水平，進一步排序電力機組調度次序。電力企業盡可能全額收購清潔能源，積極響應政府頒布的節能發電調度政策，推行可再生能源配額制，調整電力系統工業結構，重點建設風電基地、水電基地，以及配套送出工程，以大型基地為重點，結合中型基地、小型基地、蓄能電站，促進發電基地的流域梯級綜合開發，在沿海區域規劃海上風電場，激勵高效環保機組發電，全面推進清潔能源發電調度，建設就地消納通道，推動集中式、分布式的光伏發電同步發展，平衡低碳環保和資源效益之間的關系，推行可再生能源配額制，梳理電力系統的電力機組上網機制，減少發電市場空間中的高耗能發電機組。

2.2 加大低碳電力技術研發力度

增加發電行業融資渠道，加強專項資金的監管，用于研發和推廣低碳電力的科技創新技術。政府可以采用鼓勵投資、直接投資等方式，增加低碳電力技術研發的投資金額，刺激低碳電力技術創新，建立激勵機制，組織管理科技創新工作。開展電力系統智能化，使用節能設備替代高耗能產品，應用分布式電源，增加可再生能源的發電份額，升級發電系統的火電機組，全面推進火電機組的清潔煤電技術，盡可能擴大新能源發電的并網規模，建設以二代加技術為代表的核電站，加強電網運行管理，最大限度減少輸送過程中的電力損耗，提升資源跨區調度水平。建設低碳電力示范工程，運行低碳電力技術，包括熱電氣循環聯產技術示范工程、多能互補技術示范工程、先進燃氣輪機技術示范工程、天然氣、水蒸汽循環發電技術示范工程、高參數筑壩示范工程等，記錄電力系統安全系數，實現電力系統零風險運行。

2.3 構建電力行業減排體系

制定電力系統低碳發展規劃，明確居民用戶、工業企業、電網企業三個電力規劃主體，以及相應的實施流程，構建電力行業減排體系。針對居民用戶，充分發揮電力市場的作用，推廣財政補貼，加快節能產品的研發，開展家電和LED 燈等產品的生態評估，加強節能設備的備案管理，將低碳發展作為約束性指標，以合同能源管理模式，編制電力低碳規劃，完善電力服務支撐體系，建立電力規劃管理機制，積極回收廢舊用電產品，制定相關補貼政策，梳理節能產品檢測標準，完善節能產品的認證體系，改革電力投資的政府采購政策，引導消費者選擇節能產品，刺激居民用戶選購節能產品的積極性，爭取節能設備和關鍵材料的國產化，加大節能產品推廣力度。

針對電網企業，建立需求側管理長效機制，統一協調居民用戶的診斷服務和節能咨詢，重點監控節電增效重點用戶，形成需求側管理工作的激勵機制，組織負荷避峰、負荷錯峰的計劃方案，利用熱泵、冰蓄冷等技術手段，減少電網峰谷差，落實高耗電產品單位電耗限額。

2.4 推進智能電網建設

建設節能調度和低碳協調配合的智能電網，應用電力需求響應機制，穩步推進智能用電和電能替代。引入科學的電力調度機制，引導居民用戶低碳用電，實現節能發電調度向智能電力調度的轉變，使電力系統電源更加接近用戶側特點。

探索智能電網技術，低碳化改造電力機組，使電網能夠容納大規模發電能源，接受可再生能源發電的電網，減少碳污染嚴重的化石能源，控制常規火電排放的二氧化碳氣體濃度，令發電機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、生物質能源，其中生物質包括林木和秸稈等。政府應為智能電網項目提供政策支持，需要能源部門發出積極的市場信號，推廣大容量燃煤機組，限制電力系統的碳排放總量，在智能電網建設中引入綜合資源戰略思維，統一優化電力系統供應側、需求側的資源規模，結合現行實施的需求側管理和綜合資源規劃，凸顯用電需求側在電力系統中的重要作用，降低可再生能源發電負荷的波動范圍，為低碳電力系統的穩定性提供保障。

將需求側資源響應機制納入智能電網統籌規劃中，充分挖掘電力系統需求側資源潛力，對資源潛力潛在效益進行評估，構建現代能源保障體系，轉變能源供需與消費格局，發展快速儲能技術，實施電能替代，推廣使用節能電器、智能電能表計等設備，預測可再生能源和不可再生能源的能效，以及電力需求側需要的電力負荷，盡可能提升預測精度，消納一次能源和清潔能源，積極促進電力灌溉等電能替代方案，替代不可預測的能源電力，提高低碳電力系統能效。

3 實際案例分析

為了能夠提供具體的參考和應用價值，幫助更好地理解上文提出的低碳電力系統發展路徑，并將其應用到實際的業務中，本節通過案例分析，了解真實環境下的挑戰與解決方案，以及具體的實施步驟，從而更有針對性地制定自己的策略和行動計劃。以某電力為例來說明上述方法的有效性。該企業的規模和參數如下。

裝機容量：1000MW；發電設備數量：包括500MW 的火力發電、300MW 的風力發電和200MW 的光伏發電。電網接入情況：接入主網和幾個地方配網；發電成本和效率：火力發電成本較高，但穩定性好；風力和光伏發電成本較低，但受天氣影響。碳排放數據：在過去一年排放了100萬t CO2。儲能設備容量：安裝了100MW 的鈉硫電池儲能設備節能技術應用情況：引進了先進的燃氣輪機技術，提高了能效。

步驟1：優化低碳電力系統電源結構--清能電力積極發展風電、水電等清潔能源，并在2023年2月開始逐漸減少了對煤炭等化石燃料的依賴，通過優化電源結構降低了二氧化碳排放。步驟2：加大低碳電力技術研發投入力度--清能電力公司加大對清潔煤發電技術的研發和應用，并進行技術本土化，成立了低碳電力技術聯盟，促進各方資源共享、合作互惠，提高了清能電力的技術實力和競爭力。步驟3：制定電力系統低碳發展規劃--清能電力公司與相關政府部門合作制定了低碳發展規劃，明確了清能電力在減排方面的責任和目標，并得到政府的支持和獎勵。步驟4：建設智能電網--清能電力積極推進智能電網建設，提高發電機組燃料燃燒效率，應用電力需求響應機制，提高電網消納能源能力，從而更靈活地適應清潔能源的接入，減少了對傳統高耗能、高污染能源的依賴。

對于這個電力企業，通過以下方式優化了低碳電力系統的電源結構：一是增加清潔能源比重。增加風電、水電、光伏等清潔能源的裝機容量，減少對傳統煤炭發電的依賴。二是提升能源利用效率。采用先進的燃氣輪機、高效燃氣蒸汽聯合循環發電技術等，提高傳統發電裝置的效率，減少單位發電量的二氧化碳排放。三是采用可再生能源互補技術。結合風電與太陽能等不穩定可再生能源，展開互補發電，降低系統波動性，提升發電系統的穩定性。

針對發電廠安裝大容量儲能設備，可以采取以下措施進行優化：一是安裝大型儲能設備。如鈉硫電池、鈦酸鋰電池等儲能技術，用于平衡風光電發電的間歇性特點，提供平穩的電力輸出。二是采用抽蓄式水電站。通過在谷時段利用電力將水抽升至高位蓄能，用于高峰時段釋放水能，降低其期電網容量。三是利用超級電容器和超導磁儲能。用于短期的功率平衡，提高系統的響應速度和調度靈活性。

在制定電力系統低碳發展規劃方面，這個電力企業可以采取以下步驟：一是確定發展目標。明確企業低碳發展的總體目標，如減少二氧化碳排放，提高能源利用效率等。二是強化政策支持。爭取政府的支持與激勵政策，如稅收優惠、補貼扶持等，以促進低碳發展規劃的實施。

4 結語

本文介紹了低碳電力系統的發展現狀，從清潔能源、高新技術、減排體系等角度出發，提出電力系統達到“雙碳”目標的發展路徑，對我國能源戰略轉型具有重要意義，電力企業也要提高決策能動性和自主性，積極落實以上發展路徑。由于國內各省份存在顯著地域特征，其電力系統低碳轉型也存在明顯差異，在今后的研究中，會對地區差異進行具體分析，得到符合各省特征的低碳轉型路徑。