雙碳目標(biāo)下新疆新能源發(fā)展路徑及政策創(chuàng)新研究*

摘 要： 作為全國重要的能源基地，新疆的新能源發(fā)展和能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型具有重要意義，但目前新疆仍面臨著化石能源生產(chǎn)及消費占比大、棄風(fēng)棄光比例高和多能互補不足等關(guān)鍵問題。本文梳理了新疆能源資源稟賦以及能源生產(chǎn)、消費和貿(mào)易現(xiàn)狀，分析了新疆新能源發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)，構(gòu)建了多區(qū)域多市場博弈均衡模型，求解出不同政策情景下新能源發(fā)展路徑。研究結(jié)果表明：（1）新疆煤炭、油氣、風(fēng)光等能源資源極為豐富，發(fā)展?jié)摿薮螅唬?）新疆當(dāng)前能源生產(chǎn)及消費結(jié)構(gòu)仍以化石能源為主導(dǎo)，化石能源生產(chǎn)及消費占比均超90%，低碳轉(zhuǎn)型任務(wù)艱巨；（3）為加快實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，2020—2060年，新疆新能源發(fā)展將逐步加快；2030—2060年，新能源發(fā)電逐漸成為主導(dǎo)，同時發(fā)電總量及電力外送總量將逐年增長，電力系統(tǒng)碳排放將快速下降，并最終實現(xiàn)碳中和。本研究基于理論模型進行模擬分析，探究輸入條件與輸出結(jié)果之間的邏輯關(guān)系與變化規(guī)律，有望為新疆新能源發(fā)展提供路徑參考和決策支持。

關(guān)鍵詞： 雙碳；新疆；新能源發(fā)展路徑；能源轉(zhuǎn)型

中圖分類號：F426" " " "文獻標(biāo)識碼：A " " "DOI：10.13677/j.cnki.cn65-1285/c.2025.01.01

一、引言

2020年9月，我國政府在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上正式提出“雙碳”目標(biāo)：力爭在2030年前實現(xiàn)碳達峰，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。為推進“雙碳”目標(biāo)達成、推進碳減排進程，需加快推進能源系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型，即控制化石能源消費總量和推動能源消費結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、著力提高能源利用效率、大力開發(fā)和利用新能源1。2022年國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》2，明確提出要加快推動能源綠色低碳轉(zhuǎn)型，壯大清潔能源產(chǎn)業(yè)，實施可再生能源替代行動，推動構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，促進新能源占比逐漸提高，推動煤炭和新能源優(yōu)化組合。堅持全國一盤棋，科學(xué)有序推進碳達峰、碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)。2023年國家能源局發(fā)布《2023年能源工作指導(dǎo)意見》3，提出深入推進結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的發(fā)展目標(biāo)：煤炭消費比重穩(wěn)步下降，非化石能源占能源消費總量比重提高到18.3%左右。非化石能源發(fā)電裝機占比提高到51.9%左右，風(fēng)電、光伏發(fā)電量占全社會用電量的比重達到15.3%。穩(wěn)步推進重點領(lǐng)域電能替代。根據(jù)《中國2030年能源電力發(fā)展規(guī)劃研究及2060年展望》預(yù)測結(jié)果1，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，我國2030年和2060年清潔能源裝機規(guī)模需達到25.7億千瓦（占比67.5%）和76.8億千瓦（占比96%）。如何加快推進清潔能源的開發(fā)、利用并最終實現(xiàn)如此大規(guī)模的清潔能源系統(tǒng)建設(shè)，是“雙碳”目標(biāo)下中國亟待解決的關(guān)鍵問題。

作為中國重要的能源戰(zhàn)略基地，新疆的新能源發(fā)展、能源低碳轉(zhuǎn)型對推進全國轉(zhuǎn)型進程極為重要。圍繞“三基地一通道”的戰(zhàn)略，新疆構(gòu)建起了煤炭、油氣、風(fēng)光在內(nèi)的能源供應(yīng)體系，建成了“西氣東輸”“疆電外送”等重大工程，為全國能源供應(yīng)保障做出貢獻。未來新疆如何加快能源系統(tǒng)低碳綠色轉(zhuǎn)型，不僅影響新疆本地的發(fā)展，還事關(guān)全國能源供應(yīng)安全問題，甚至國家安全2。但是，面臨“雙碳”目標(biāo)較高的發(fā)展要求，新疆新能源發(fā)展及能源轉(zhuǎn)型仍面臨以下問題：基于新疆能源資源稟賦優(yōu)勢，截止2023年新疆化石能源生產(chǎn)和消費占比均超過90%3，且多年來居高不下，能源低碳轉(zhuǎn)型任務(wù)艱巨；近年來，盡管新疆風(fēng)、光等新能源發(fā)展速度加快，但由于本地靈活性電源裝機不足、負荷需求較小，新疆仍存在嚴重的“棄風(fēng)、棄光”問題4；同時，現(xiàn)有研究主要針對全國能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型展開，針對新疆能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的專題研究較少，亟需開發(fā)出一套新疆能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的研究方法和工具。

在此背景下，本文收集并梳理了新疆能源資源儲量、能源生產(chǎn)、能源消費及能源貿(mào)易現(xiàn)狀，分析了新疆能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型、新能源發(fā)展面臨的主要問題，構(gòu)建了多區(qū)域多市場博弈均衡模型，基于不同低碳政策設(shè)定了兩種政策情景，從新疆發(fā)電裝機規(guī)模及結(jié)構(gòu)、發(fā)電總量及結(jié)構(gòu)、電力外送總量及碳排放四個方面模擬了兩種情景下新疆的新能源發(fā)展路徑，并分析了各政策對新疆新能源發(fā)展的推動作用，最終為新疆的低碳轉(zhuǎn)型提出政策建議。

二、新疆能源資源稟賦、發(fā)展現(xiàn)狀及機遇挑戰(zhàn)

（一）新疆能源資源稟賦

獨特的地形地貌與自然環(huán)境，賦予了新疆優(yōu)越的資源稟賦。從地質(zhì)結(jié)構(gòu)上看，新疆在全球構(gòu)造帶中處于古亞洲構(gòu)造域的核心，地下蘊藏了豐富的化石能源和礦產(chǎn)資源。從自然環(huán)境看，新疆地處內(nèi)陸，四周有高山阻隔，氣候干燥少雨，日照充足，中部和兩盆地區(qū)地勢平坦，擁有豐富的風(fēng)能和太陽能資源。

1.煤炭資源

新疆煤炭儲量豐富，位列全國第二。2022年的預(yù)測數(shù)據(jù)顯示，新疆煤炭資源量達2.19萬億噸，占國內(nèi)煤炭資源量的40%，新疆已探明約364.52億噸煤炭儲備量，占全國儲量的17.5%，是國內(nèi)已探明煤炭資源儲備量僅次于山西的省份。煤炭種類齊全，長焰煤最多，其次是不粘煤以及氣煤，這三種煤炭種類約占新疆煤炭資源的80%，且埋藏淺、易開采。

2.油氣資源

新疆油氣資源豐富，石油資源量達209億噸，占全國石油資源總量的27%；已探明石油儲量達7億噸，位列全國第一。天然氣資源量達10萬億立方米，占全國陸地天然氣資源總量的28%，在全國十大氣田中排名第三，僅次于陜西和四川；已探明天然氣儲量1.148萬億立方米，位列全國第3。

3.風(fēng)能資源

新疆風(fēng)能資源量位列全國第二。新疆的風(fēng)能資源總儲量為9.57億千瓦，占全國風(fēng)能資源總量的近37%。新疆風(fēng)能資源主要分布在阿拉山口風(fēng)區(qū)、塔城老風(fēng)口風(fēng)區(qū)、額爾齊斯河河谷風(fēng)區(qū)、三塘湖—淖毛湖風(fēng)區(qū)、哈密東南部風(fēng)區(qū)、哈密十三間房風(fēng)區(qū)、吐魯番小草湖風(fēng)區(qū)、達坂城風(fēng)區(qū)、羅布泊風(fēng)區(qū)九大風(fēng)區(qū)（如表1所示）。九大風(fēng)區(qū)總面積達15.5[×]104km2，風(fēng)能資源總儲量達4.30[×]108kW，估算可裝機容量達3.37[×]108kW，年均可利用小時數(shù)達5 000小時，風(fēng)能資源開發(fā)潛力巨大1。

4.太陽能資源

新疆地處中國西北地區(qū)，常年干旱少雨，加之地貌以平原和高原為主，前者對陽光的遮擋少，后者比其它地形能接收到更強的太陽輻射，因此新疆地區(qū)太陽能輻射較強，太陽能資源豐富，大部分屬于I類太陽能資源區(qū)。圖1展示了全國水平面總輻射量的分布，新疆年均日照小時數(shù)為2 500—3 500小時，年總太陽輻射量為5 000—6 400MJ/m2。新疆戈壁沙漠地區(qū)的年均日照小時數(shù)更是高達3 200—3 400小時2。

（二）新疆能源生產(chǎn)、消費與貿(mào)易現(xiàn)狀

1.能源生產(chǎn)現(xiàn)狀

2003—2023年，新疆能源生產(chǎn)總量逐年增加，但始終以化石能源為主體34。新疆能源生產(chǎn)總量及結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如圖2所示，2003年，新疆能源生產(chǎn)總量為0.7億噸標(biāo)煤，煤炭和石油產(chǎn)量均為0.3億噸標(biāo)煤，天然氣產(chǎn)量為0.1億噸標(biāo)煤，化石能源生產(chǎn)總量占比約為97.3%；非化石能源產(chǎn)量約為0.02億噸標(biāo)煤，占比約為2.7%。到2023年，新疆能源生產(chǎn)總量增至4.4億噸標(biāo)煤，其中，煤炭產(chǎn)量增至3.1億噸標(biāo)煤，石油產(chǎn)量增至0.6億噸標(biāo)煤，天然氣產(chǎn)量增至0.5億噸標(biāo)煤。10年來，化石能源產(chǎn)量占比呈現(xiàn)小幅下降，降至93%；非化石能源產(chǎn)量增至0.3億噸標(biāo)煤，占比增至7%。雖然新疆化石能源生產(chǎn)占比有所下降，但與實現(xiàn)新疆能源結(jié)構(gòu)低碳化、綠色化轉(zhuǎn)型的目標(biāo)仍相差甚遠。

近10年，新疆新能源發(fā)展較快，其中，風(fēng)光發(fā)電累計裝機規(guī)模逐步擴大。圖3、4、5展示了2014—2023年新疆風(fēng)電及光伏發(fā)電累計發(fā)電裝機容量的變動趨勢，2014年，新疆風(fēng)光累計發(fā)電裝機容量為1 129.9萬千瓦，其中，風(fēng)電累計裝機規(guī)模達803.9萬千瓦，光伏發(fā)電累計裝機規(guī)模達326萬千瓦。到2023年，新疆風(fēng)光發(fā)電累計裝機容量增至6 183.6萬千瓦，風(fēng)電裝機規(guī)模增至3 257.8萬千瓦，光伏發(fā)電裝機規(guī)模增至2 900.6萬千瓦。

近年來，新疆氫能產(chǎn)業(yè)逐步起步，規(guī)劃并啟動了多個氫能示范項目，氫能發(fā)展勢頭良好。2023年6月，新疆庫車綠氫示范項目宣布正式投產(chǎn)，該項目全面投產(chǎn)后，每年能夠生產(chǎn)約2萬噸綠氫，并提供給當(dāng)?shù)厮訜捇褂茫磕隃p碳約48.5萬噸。2023年7月，克拉瑪依市政府發(fā)布了《克拉瑪依市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2023—2025年）》（下稱“行動計劃”）1。明確提出要立足克拉瑪依市“綠氫”“綠電”“綠熱”的需求，圍繞“風(fēng)光制氫、石化用氫、氫電供能”產(chǎn)業(yè)鏈，推進氫儲能調(diào)峰電站、綠電制氫、零碳城區(qū)等先行項目建設(shè)。該計劃還提出，目標(biāo)到2025年，基本形成氫能制、儲、運、加、用的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈延伸和配套企業(yè)聚集，建設(shè)“新疆氫能港”。氫儲能調(diào)峰電站新型儲能示范項目通過電解水制氫，將可再生能源儲存起來，在需要時進行釋放。2023年9月，氫儲能調(diào)峰電站新型儲能示范項目在克拉瑪依市啟動，該項目首期建設(shè)400兆瓦光伏發(fā)電場，年發(fā)電量5.6億度，配套21萬千瓦時氫儲能調(diào)峰電站，年制氫量1.3億立方米，通過氫燃料電池發(fā)電，年產(chǎn)穩(wěn)定綠電電量約3.6億千瓦時，預(yù)計可實現(xiàn)碳減排約30萬噸。

2.能源消費現(xiàn)狀

2003—2023年，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，新疆能源消費總量逐年增加，但化石能源仍占主導(dǎo)。新疆能源消費總量及結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如圖6所示，2003年，新疆能源消費總量為0.4億噸標(biāo)煤，煤炭和石油消費量分別為0.2億噸標(biāo)煤和0.1億噸標(biāo)煤，天然氣消費量為0.1億噸標(biāo)煤，化石能源消費量在能源消費總量中的占比約為95.1%；非化石能源消費量約為0.02億噸標(biāo)煤，占比約為4.9%。到2023年，新疆能源消費總量增至2.3億噸標(biāo)煤，其中，煤炭消費量增至1.4億噸標(biāo)煤，石油消費量增至0.2億噸標(biāo)煤，天然氣消費量增至0.2億噸標(biāo)煤，化石能源消費量占比有顯著下降，降至約79.9%；非化石能源消費量增至0.5億噸標(biāo)煤，占比增至約20.1%。近10年來，新疆能源消費結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果顯著，但相比“雙碳”目標(biāo)下的轉(zhuǎn)型要求，新疆能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化空間仍較大。

圖7展示了2015—2022年全國與新疆棄風(fēng)率、棄光率。近年來，新疆對風(fēng)電的消納能力有所提升，但棄風(fēng)率仍高于全國平均水平。根據(jù)國家能源局報告統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2015年，全國棄風(fēng)率為24.8%，新疆棄風(fēng)率為32%；到2022年，全國棄風(fēng)率有大幅下降，全國棄風(fēng)率降至2.8%，新疆棄風(fēng)率降低至4.6%，但仍高于全國平均。近年來，新疆對光伏發(fā)電的消納能力也有所提升，棄光率逐步降低并接近全國平均水平。2015年，全國棄光率為10.1%，新疆棄光率為15.5%；到2022年，全國棄光率降至1.7%，新疆棄光率降至2%，但仍高于全國平均水平12。通過分析可知，近年來隨著可再生能源的快速發(fā)展，新疆棄風(fēng)、棄光問題有所緩解，但是到2022年，新疆棄風(fēng)率和棄光率仍高于全國平均水平，未來仍需繼續(xù)提升可再生能源電力消納能力。

3.能源貿(mào)易現(xiàn)狀

通過對比新疆能源生產(chǎn)與能源消費總量可知，新疆能源生產(chǎn)總量始終高于能源消費量，這是由于新疆發(fā)揮著為其他省份供應(yīng)能源產(chǎn)品的重要作用，近年來，新疆向其他省份輸送大量的煤炭和電力，逐漸形成“疆煤外運”和“疆電外送”兩大輸送業(yè)務(wù)。

（1）疆煤外運。疆煤外運是指通過鐵路、公路等一列手段將新疆本地開采的煤炭資源運輸?shù)接行枨蟮钠渌貐^(qū)和國家。最常見、最主要的外運手段是鐵路運輸。通過鐵路布局，新疆煤炭將運往自治區(qū)內(nèi)多地及西藏、青海、甘肅等省份3。

近年來，新疆煤炭向外省的輸送規(guī)模逐年增大。2019年以前疆煤外運量穩(wěn)定在1 500萬噸左右，2019年后加速增長，得益于煤田建設(shè)的完成，產(chǎn)能得到完全釋放，2023年疆煤外運量突破1億噸（圖8）45678。通過分析疆煤外運的原因可知，一方面，新疆具有煤炭資源儲量大、質(zhì)量高、開采難度較小等能源供應(yīng)優(yōu)勢，另一方面，中國多年來以煤炭為消費主體的能源消費結(jié)構(gòu)決定了全國的煤炭需求較大，而資源稟賦的限制使得部分省份煤炭供應(yīng)能力較弱，隨著各省經(jīng)濟的發(fā)展，以上地區(qū)煤炭的供需缺口逐步擴大，疆煤外運的總量隨之增加。

疆煤外運在新疆對外能源貿(mào)易戰(zhàn)略中占據(jù)重要地位，過去的煤炭產(chǎn)能大部分一直為本地消化，但在市場缺口不斷擴大、其他煤炭供應(yīng)地區(qū)供應(yīng)能力減弱的環(huán)境下，隨著鐵路擴容，逐步形成以鐵路為主、公路為輔的運輸模式，加上運輸成本的逐步降低，新疆正在成為甘青寧川渝乃至東南沿海地區(qū)煤炭產(chǎn)品的可靠供應(yīng)源。

（2）疆電外送。作為我國重要的能源戰(zhàn)略基地，新疆自2010年啟動“疆電外送”工作以來，先后建成了4條疆電外送通道，形成了“內(nèi)供四環(huán)網(wǎng)、外送四通道”的主網(wǎng)架格局。如圖9，疆電外送量一直呈現(xiàn)上升趨勢，2019年前平穩(wěn)增長、幅度較緩；2019年后迅速增長，一年后外送量就突破了千億大關(guān)。《新疆電力工業(yè)統(tǒng)計年鑒》統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示，2013年至2023年，新疆外送電量從432億千瓦時增長至7 408億千瓦時，年復(fù)合增長率達到23.1%，相當(dāng)于就地轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)煤224億噸。截至2023年底，新疆累計外送電量7 408億千瓦時，其中，外送新能源電量2 133億千瓦時，占比從5.7%增長至27.3%，相當(dāng)于減少排放二氧化碳17 152萬噸、二氧化硫54萬噸、氮氧化物47萬噸12。

未來隨著新疆能源基地的建設(shè)、新能源發(fā)電裝機容量的擴大以及技術(shù)創(chuàng)新的推進，新疆能源外送將繼續(xù)為我國能源供應(yīng)和經(jīng)濟發(fā)展做出重要貢獻。無論是疆煤外運還是疆電外送，都將進一步擴大規(guī)模，緩解我國的能源供應(yīng)壓力，新疆在未來能源貿(mào)易中的戰(zhàn)略地位將逐步提高，成為國家可靠的能源供應(yīng)基地。

（三）新疆能源低碳轉(zhuǎn)型面臨的機遇與挑戰(zhàn)

1.新疆能源低碳轉(zhuǎn)型的機遇

（1）能源資源豐富，多種新能源發(fā)展?jié)摿Υ蟆Ｐ陆L(fēng)能、太陽能等新能源資源儲量豐富，開發(fā)潛力巨大。新疆風(fēng)能資源總量位列全國第二，風(fēng)能總儲量為9.57億千瓦；太陽能資源豐富，大部分屬于I類太陽能資源區(qū)。同時，由于近年來新疆新能源發(fā)展較快，已具備一定的能源發(fā)展基礎(chǔ)，未來新疆多種新能源的發(fā)展空間較大3。

（2）地質(zhì)條件優(yōu)異，碳匯發(fā)展?jié)摿Υ蟆Ｐ陆牡匦味鄻有浴⑸锒鄻有院拓S富的自然資源有利于其大力發(fā)展碳匯項目。新疆地域遼闊，地形地貌復(fù)雜多樣，且擁有大量的荒漠、草原、森林等土地資源，新疆森林面積為1.24億畝，森林覆蓋率為5.02%，未來能夠利用以上土地資源，通過植樹造林、草地恢復(fù)等方式增加森林、綠地面積，提高植被覆蓋率，推行碳匯項目、吸收二氧化碳。此外，新疆的政策支持也有利于碳匯的發(fā)展。中國政府一直鼓勵新疆發(fā)揮地理和資源優(yōu)勢，加大生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護力度。新疆政府也制定了一系列政策，支持碳匯項目的開展，如提供資金支持、技術(shù)指導(dǎo)、政策優(yōu)惠等。這些政策的支持為新疆碳匯的發(fā)展提供了有力保障。

（3）地理位置優(yōu)越，對內(nèi)對外貿(mào)易融合發(fā)展?jié)摿Υ蟆Ｐ陆c八國接壤，地理位置具有較大優(yōu)勢，作為絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)有巨大的貿(mào)易潛力。在互聯(lián)互通方面，將重點建設(shè)以烏魯木齊市為中心的現(xiàn)代綜合立體交通樞紐，全面建設(shè)“絲綢之路經(jīng)濟帶”的南北中綜合基礎(chǔ)設(shè)施，并打造了環(huán)塔里木盆地和環(huán)準(zhǔn)噶爾盆地的綜合運輸管線。目前，烏魯木齊機場完成了與世界21個國家、33個地方政府的主要城市通航任務(wù)，東連西出的綜合立體交通網(wǎng)絡(luò)已基本形成。在經(jīng)貿(mào)投資方面，新疆積極構(gòu)建面向“一帶一路”各個國家的現(xiàn)代商貿(mào)物流體系，正逐漸由過去的物流通道變成國際物流集散地。作為絲綢之路經(jīng)濟帶的核心區(qū)，新疆在“一帶一路”建設(shè)中具有重要地位。中國政府積極推動“一帶一路”能源領(lǐng)域、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、經(jīng)貿(mào)往來等方面的合作，為新疆的經(jīng)濟發(fā)展提供了新的機遇。

2.新疆能源低碳轉(zhuǎn)型的挑戰(zhàn)

（1）化石能源生產(chǎn)與消費占比仍較高。能源生產(chǎn)方面，原煤自2012年起占比基本維持在50%以上，原油和天然氣占比逐年縮小，非化石能源占比逐年增加，但至2023年仍然不足10%。能源消費方面，煤炭占比近年來一直保持在60%以上，原油和天然氣占比逐年縮小，非化石能源占比不斷擴大，但僅有20%。由此可見，新疆的能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)均呈現(xiàn)出化石能源占比較高、非化石能源占比較低的特點。盡管近年來風(fēng)、光等新能源的開發(fā)規(guī)模有所增長，但高比例的能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)并未發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變，化石能源的占比依然遠高于世界和國內(nèi)平均水平。因此，新疆要實現(xiàn)降低化石能源發(fā)電比例以達成減排目標(biāo)的任務(wù)仍較為艱巨。

（2）新能源電力消納能力有待提高。盡管新疆風(fēng)、光資源豐富，且目前裝機規(guī)模較大，但由于風(fēng)、光電易受氣象因素影響，具有明顯的間歇性、波動性和隨機性的特點，加之電力需求不足，使得棄風(fēng)棄光問題始終較為嚴重。到2022年，雖然新疆棄風(fēng)、棄光率有顯著下降，但仍顯著高于全國平均水平，未來隨著可再生能源快速發(fā)展，新疆需要進一步提升可再生能源電力消納能力。

（3）多能互補能源管理體系有待完善。新疆多能源互補運營管理體系有待完善。多能互補的基本原理是利用資源的自然互補性，同時充分利用儲能設(shè)施的靈活性，覆蓋風(fēng)能和太陽能對電網(wǎng)的影響，提高整個能源系統(tǒng)的端到端利用效率。多能源互補是提高新能源利用水平和運行效率的重要舉措。未來隨著風(fēng)能、光伏、生物質(zhì)能等多種新能源的快速發(fā)展，如何充分利用風(fēng)、太陽能等資源的自然互補性，推進多重能源互補的運行管理，也是新疆能源轉(zhuǎn)型所面臨的巨大挑戰(zhàn)。

三、基于多區(qū)域多市場均衡模型的新能源發(fā)展路徑

（一）多區(qū)域多市場均衡模型

1.模型框架

為探究全國多區(qū)域和多市場均衡下的新疆新能源發(fā)展路徑，參考已有研究，本文構(gòu)建了多區(qū)域多市場均衡模型1。該模型考慮了各省電力生產(chǎn)商、電力交易商在碳市場、電力市場和綠證市場中的交易關(guān)系。

由于中國電力零售價格是由政府管制的固定電價，因此本文假設(shè)終端用戶的電力消費不受省間電力市場交易的影響。基于這一假設(shè)，該模型僅考慮了電力生產(chǎn)商和電力交易商兩類市場參與者。如圖10所示，每個省有且僅有一個電力生產(chǎn)商和一個電力交易商。各省的生產(chǎn)商是該省所有發(fā)電機組的集合，而交易商代表該省的電力零售商和電力運營商的集合。電力生產(chǎn)商可以通過電力市場向電力交易商售電。該模型考慮了包含水電、核電的可再生能源配額制，配額目標(biāo)應(yīng)由各省電力交易商完成。交易商之間可以在全國綠證市場交易綠證。上述所有主體均以自身利益最大化（或成本最小化）為目標(biāo)。

2.模型方程

（1）電力生產(chǎn)商

省份r的生產(chǎn)商需要通過決策在m月t類發(fā)電技術(shù)的發(fā)電總量[ppstr，m]、t類發(fā)電技術(shù)的新增裝機容量[pgnewtr]、出售和購買的碳配額量[ctstr、ctbtr、CCER的]購買量[ccerbtr]、綠證的出售量[recstr]來實現(xiàn)其利潤最大化。其目標(biāo)方程如式3.1所示。其中，各項分別是售電的總收益、碳交易的收益、[CCER]的成本、出售綠證的收益、新建發(fā)電機組的資金成本。

①目標(biāo)函數(shù)

[maxTNPtr=mppstr，m?priceppr，m?PPVCtr+ctstr?ctbtr?pricecarbon?ccerbtr?priceCCER+recstr?pricerec?pgnewtr?PGFCt#（3.1）]

其中，[ priceppr，m]表示m月r省的售電價格，[PPVCtr]表示r省t類發(fā)電技術(shù)的發(fā)電單位成本，[pricecarbon]為碳價，[priceCCER]為CCER交易價格，[pricerec]為綠證的交易價格，[PGFCt]為t類發(fā)電機組新建的單位資本成本。

②約束條件

a.發(fā)電能力約束：m月r省的發(fā)電總量不應(yīng)超過該月r省的最大發(fā)電能力

[0≤INIPGtr+pgnewtr?MAXCFt，r，m?Hoursm?ppstr，m⊥αtr，m≥0，?t，r，m#3.2]

其中，[INIPGtr]為m月r省t類發(fā)電設(shè)備的初始裝機容量，[MAXCFt，r，m]為m月r省t類發(fā)電機組的容量因子上限，[Hoursm]為發(fā)電機組m月的運行小時數(shù)，[αtr，m]為對偶變量。

b.碳交易約束：r省發(fā)電碳排放應(yīng)該由CCER、碳交易全部抵消

[0≤mppstr，m?CarbonCaptr?EFt+ctbtr?ctstr+ccerbtr⊥δtr≥0，?t，r#3.3]

其中，[CarbonCaptr]為r省t類發(fā)電技術(shù)的碳交易基準(zhǔn)線，[EFt]為t類發(fā)電技術(shù)的碳排放系數(shù)，[δtr]為對偶變量。若r省的單位發(fā)電碳排放量超過碳交易基準(zhǔn)線，超過部分應(yīng)該用碳配額凈購買量（[ctbtr?ctstr]）和CCER購買量（[ccerbtr]）抵消。

c.CCER交易約束：CCER的購買量應(yīng)不超過CCER配額抵消量的上限。

[0≤CCERLimit?mppstr，m?EFt?ccerbtr⊥εtr≥0，?t，r#3.4]

其中，[CCERLimit]表示CCER配額可以抵消的比率，[εtr]為對偶變量。CCER的購買總量應(yīng)不超過總排放量的一定比例。

d.綠證交易約束：r省綠證出售量應(yīng)不超過本省參與綠證交易的新能源的發(fā)電量

[0≤mppstr，m?isRGt?recstr⊥θtr≥0，?t，r#3.5]

其中，[recstr]為t年r省的綠證出售量，[isRGt]用來判斷發(fā)電類型是否為參與綠證交易的新能源發(fā)電技術(shù)，若是則為1，若不是則為0。

（2）電力交易商

省份r的電力交易商需要通過決策在m月從[r']省電力購買量[ppbr，r'，m]、綠證購買總量[recbr]、新增電力傳輸服務(wù)量[trnewr'，r]來實現(xiàn)其成本最小化。其目標(biāo)方程如式3.6所示。式中各項分別代表r省購電成本、購買綠證的成本和新建電力傳輸設(shè)備的資金成本。

①目標(biāo)函數(shù)

[minTCr=r'，mppbr，r'，m?priceppr'，m+TRVCr'，r+recbr?pricerec+trnewr'，r?TRFCr'，r#3.6]

其中，[ priceppr'，m]為[r']省的電力交易價格，[TRVCr'，r]為電力傳輸?shù)膯挝怀杀荆琜pricerec]為綠證的交易價格，[TRFCr'，r]為新建電力傳輸設(shè)備的資本成本。

②約束條件

a.考慮輸電損耗后的購電量應(yīng)滿足該省電力需求

[0=r'ppbr，r'，m?TReffr'，r?DEMr，m⊥ζr，misfree，?r，m#3.7]

其中，[TReffr'，r]為輸電效率，[DEMr，m]為電力需求。

b.電力傳輸約束：r省從[r']省購買的電力總量應(yīng)不超過兩省之間的電力傳輸容量

[0≤INITRr'，r+trnewr'，r?Hoursm?ppbr，r'，m⊥θr，r'，m≥0，?r，m#3.8]

其中，[INITRr'，r]為r省與[r']省之間電力傳輸設(shè)備的初始裝機容量，[trnewr'，r]為r省與[r']省之間電力輸送設(shè)備的新增裝機容量，[Hoursm]為m月電力輸送設(shè)備的運行小時數(shù)。

c.可再生能源配額制度約束：r省綠證購買總量應(yīng)大于或等于該省電力消費總量乘以該省的可再生能源配額比率

[0≤recbr?mDEMr，m?RPSr⊥κr≥0，?r#3.9]

其中，[RPSr]為r省的可再生能源配額比率，[DEMr，m]為電力需求。

（3）市場出清條件

a.發(fā)電總量應(yīng)等于電力購買總量

[0=tppstr，m?r'ppbr'，r，m⊥priceppr，misfree，?r，m#3.10]

b.碳配額出售總量應(yīng)等于碳配額購買總量

[0=t，rctstr?t，rctbtr⊥pricecarbonisfree#3.11]

c.綠證出售總量應(yīng)等于綠證購買總量

[0=t，rrecstr?rrecbr⊥pricerecisfree#3.12]

（4）模型求解條件

[0≤PGFCt?mαtr，m?MAXCFt，r，m?βtr?CVtr⊥pgnewtr≥0，?t，r#3.13]

[0≤?priceppr，m?PPVCtr+αtr，??CarbonCaptr?EFt?δtr?CCERLimit?EFt?εtr?θtr?isRGt⊥ppstr，m≥0，?t，r，m#3.14]

[0≤pricecarbon?δtr⊥ctbtr≥0，?t，r#3.15]

[0≤?pricecarbon+δtr⊥ctstr≥0，?t，r#3.16]

[0≤?pricerec+θtr⊥recstr≥0，?t，r#3.17]

[0≤priceppr'，m+TRVCr'，r+DisFeer?ζr，m?TReffr'，r+θr，r'，?⊥ppbr，r'，m≥0，?r，r'，m#3.18]

[0≤pricerec?κr⊥recbr≥0，?r#3.19]

[0≤TRFCr，r'?mθr'，r，m?Hoursm?ιr'，r⊥trnewr，r'≥0，?r，r'#3.20]

上述多區(qū)域多市場均衡模型通過結(jié)合市場出清條件和兩類市場主體優(yōu)化問題的一階條件求解。該模型在一般代數(shù)模型系統(tǒng)（General Algebraic Modeling System，GAMS）中編程為混合互補問題，并由PATH solver求解。

（二）數(shù)據(jù)與情景設(shè)計

1.可再生能源發(fā)電機組年利用小時數(shù)上限

本文基于2017年中國各省當(dāng)?shù)貧夂驐l件數(shù)據(jù)（如風(fēng)速、太陽輻射強度和溫度等）計算得到各省風(fēng)電、光伏發(fā)電的最大容量因子，最終獲得各省風(fēng)電和光伏發(fā)電機組年利用小時數(shù)上限（參考已有研究，本文統(tǒng)一考慮京津冀地區(qū)，如圖11）。

2.電力需求數(shù)據(jù)

本文基于全國各省電力需求勻速增長的假設(shè)預(yù)測了2020—2060年各省電力消費量。各省的電力消費增長率根據(jù)2016年和2017年的數(shù)據(jù)獲得。預(yù)測結(jié)果如圖12所示。到2060年，全國41.3%的電力消費集中于京津冀、山東、江蘇、浙江和廣東5個地區(qū)，其次是內(nèi)蒙古、河南、四川、新疆4個省份，電力消費量占全國電力消費總量的17.5%，而其他20個省份電力消費總量占全國電力消費總量的41.2%。

3.技術(shù)經(jīng)濟數(shù)據(jù)

本文從國家能源局收集了各省煤炭、天然氣、生物質(zhì)燃料價格數(shù)據(jù)（如圖13），參考美國核能研究所（NEI）公布的數(shù)據(jù)，本文將鈾燃料價格設(shè)定為181.6萬元/噸，基于學(xué)習(xí)曲線測算了2020—2060年不同發(fā)電技術(shù)、CCS技術(shù)、儲能技術(shù)相關(guān)設(shè)備建設(shè)投資的資本成本、運行維護成本（圖14和圖15）。

4.情景設(shè)計

（三）結(jié)果與分析

1.新疆發(fā)電裝機規(guī)模及結(jié)構(gòu)

2020—2060年新疆地區(qū)累計發(fā)電裝機容量如圖16所示。在“雙碳”目標(biāo)和一系列碳中和政策的指引下，未來新疆地區(qū)化石能源發(fā)電裝機容量將逐漸減少，新能源發(fā)電裝機規(guī)模將快速增加。

首先，新疆地區(qū)化石能源發(fā)電裝機容量逐漸減少。2020年，新疆地區(qū)煤炭發(fā)電裝機量約為0.7億千瓦。在DC和PF政策情景下，到2030年，煤電累計裝機分別達0.9億千瓦和0.6億千瓦，配套CCS技術(shù)的煤電裝機均達0.02億千瓦，燃氣發(fā)電裝機分別達0.03億千瓦和0.01億千瓦；到2060年，煤電裝機分別降至0.4億千瓦和0.1億千瓦，且配套CCS技術(shù)的煤電裝機分別達0.45億千瓦和0.12億千瓦，傳統(tǒng)的和配套CCS技術(shù)的燃氣發(fā)電機組裝機分別為0.09億千瓦和0億千瓦，傳統(tǒng)高排放的化石能源發(fā)電機組實現(xiàn)大規(guī)模退出。

同時，由于風(fēng)能、太陽能等資源豐富，新疆地區(qū)新能源發(fā)電機組裝機容量增長較快，成為全國重要的新能源發(fā)電機組建設(shè)基地。2020年，新疆新能源發(fā)電機組裝機容量為0.37億千瓦，風(fēng)電和光伏發(fā)電裝機規(guī)模分別達0.24億千瓦和0.13億千瓦，生物質(zhì)能發(fā)電裝機低于0.1億千瓦。在DC和PF政策情景下，到2030年，新能源發(fā)電裝機分別增至0.33億千瓦和1.18億千瓦，風(fēng)電裝機容量分別達0.18億千瓦和0.58億千瓦，光伏發(fā)電裝機容量分別達0.15億千瓦和0.6億千瓦，生物質(zhì)能發(fā)電裝機增長較慢。這是由于2030年仍處于全國能源低碳轉(zhuǎn)型的前期，光伏風(fēng)電及生物質(zhì)等新能源發(fā)電技術(shù)仍處于發(fā)展階段，存在成本較高的問題，因此在全國的發(fā)電技術(shù)布局中，新疆能夠以其豐富的風(fēng)光資源作為依托，承擔(dān)起大規(guī)模光伏風(fēng)電等新能源發(fā)電機組的建設(shè)任務(wù)。到2060年，隨著碳中和目標(biāo)的加快實現(xiàn)，新能源發(fā)電裝機分別增至6億千瓦和8.37億千瓦，風(fēng)電裝機分別達2.85億千瓦和3.85億千瓦，光伏發(fā)電裝機分別達3.15億千瓦和4.35億千瓦，生物質(zhì)能發(fā)電裝機分別達0億千瓦和0.17億千瓦。

2.新疆發(fā)電總量及結(jié)構(gòu)

2020—2060年新疆發(fā)電總量如圖17所示，2020—2030年間，新疆化石能源發(fā)電總量呈現(xiàn)穩(wěn)步下降趨勢，2030—2060年，新疆新能源發(fā)電總量快速增長并逐步成為新疆的主導(dǎo)發(fā)電類型。

首先，新疆化石能源發(fā)電呈現(xiàn)2020—2030年緩慢減少、2030年及之后快速減少直至退出的發(fā)展趨勢。2020年，新疆煤炭發(fā)電總量為3 761.7億千瓦時，天然氣發(fā)電總量為3.5億千瓦時。在DC和PF政策情景下，到2030年，新疆化石能源發(fā)電總量分別達4 782.3億千瓦時和3 349.9億千瓦時。其中，煤炭發(fā)電總量分別達4 729.9億千瓦時和3 266.2億千瓦時，配套CCS技術(shù)的煤炭發(fā)電總量分別達18.7億千瓦時和78.8億千瓦時，天然氣發(fā)電總量分別達33.7億千瓦時和4.9億千瓦時。到2060年，新疆化石能源發(fā)電總量分別降至1 359.7億千瓦時和293億千瓦時，其中，傳統(tǒng)煤炭和配套CCS技術(shù)的煤炭發(fā)電總量分別降至1 297.2億千瓦時和293億千瓦時。

其次，新疆新能源發(fā)電規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢。2020年，新疆新能源發(fā)電總量為449.1億千瓦時，其中風(fēng)電規(guī)模最大，為249.8億千瓦時，光伏發(fā)電規(guī)模為199.3億千瓦時。在DC和PF政策情景下，到2030年，新疆新能源發(fā)電總量分別達352.6億千瓦時和1 251.9億千瓦時，其中，風(fēng)電規(guī)模分別達194.7億千瓦時和617.9億千瓦時，光伏發(fā)電規(guī)模分別達157.9億千瓦時和634億千瓦時。到2060年，新疆新能源發(fā)電總量分別增至6 348.2億千瓦時和8 898.8億千瓦時，其中風(fēng)電和光伏發(fā)電規(guī)模分別增至3 015.4億千瓦時、3 332.8億千瓦時和4 073.5億千瓦時和4 602.5億千瓦時，且在PF情景下，生物質(zhì)能發(fā)電規(guī)模增至222.8億千瓦時。

3.新疆向外省的電力輸送

2020—2060年新疆向外省的電力輸送總量如圖18所示，兩種政策情景下新疆向外省輸送的電力總量均呈現(xiàn)逐年增長的態(tài)勢。2020年，新疆向外省輸送的電力總量為1 472.43億千瓦時，占新疆發(fā)電總量的32.9%。在DC和PF政策情景下，到2030年，外送疆電總量分別增至1 576.11億千瓦時和1 659.45億千瓦時；到2060年，外送疆電總量分別增至2 661.24億千瓦時和3 883.93億千瓦時，在新疆發(fā)電總量中的占比分別達27.3%和34.2%。

通過分析以上結(jié)果發(fā)現(xiàn)，為推動全國實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，新疆將始終發(fā)揮著為其他省份補充電力供應(yīng)的重要作用。同時，在單獨實施碳交易政策的情景（DC情景）下，由于全國化石能源發(fā)電裝機及發(fā)電總量不受嚴格控制，其他省份能夠同時基于化石能源發(fā)電和新能源發(fā)電滿足大部分的電力需求，因此，從新疆購入的電力相對較少；而在實施政策組合的情景（PF情景）下，全國嚴格控制了煤電的新建，并且逐年提升可再生能源配額比例、對可再生能源發(fā)電做出要求，這大幅度促進了全國各省可再生能源裝機規(guī)模的增長和可再生能源發(fā)電總量的增長，但由于可再生能源資源在各省分布不均，內(nèi)地多省可再生能源資源儲量和可再生能源發(fā)電裝機規(guī)模有限，而新疆可再生能源資源豐富，且地廣人稀，發(fā)電裝機建設(shè)規(guī)模潛力較大，因此，相比DC情景，PF情景下新疆向外省輸送的電力總量更大。

4.新疆電力系統(tǒng)碳排放路徑

圖19展示了2020—2060年新疆電力系統(tǒng)碳排放路徑。2020年，新疆電力系統(tǒng)碳排放總量為3.3億噸，煤炭發(fā)電幾乎是唯一的排放來源。在DC和PF政策情景下，到2030年，新疆電力系統(tǒng)碳排放總量分別達3.7億噸和2.6億噸，且全部來源于煤炭發(fā)電；到2060年，新疆電力系統(tǒng)碳排放總量分別降至0.2億噸和0.01億噸，其中，煤電碳排放分別降至0.1億噸和0.09億噸，其他化石能源發(fā)電碳排放總量分別降至0.1億噸和0億噸，生物質(zhì)配套CCS分別實現(xiàn)0億噸和0.08億噸的負碳排放。

四、結(jié)論及政策建議

本文收集新疆能源發(fā)展的歷史數(shù)據(jù)，分析新疆能源消費、供應(yīng)、貿(mào)易的發(fā)展現(xiàn)狀及其機遇挑戰(zhàn)，構(gòu)建多區(qū)域多市場均衡模型，基于模型模擬不同政策情景下新疆新能源的發(fā)展路徑。最終得到以下結(jié)論：

（一）研究結(jié)論

不論是在單一政策情景還是多種政策組合情景下，新疆地區(qū)均呈現(xiàn)由化石能源逐步轉(zhuǎn)向新能源的發(fā)展路徑。

（1）發(fā)電累計裝機容量及結(jié)構(gòu)方面，新疆地區(qū)化石能源發(fā)電在2030年前依然為主導(dǎo)，到2030之后其裝機規(guī)模開始快速下降，到2060年，新能源發(fā)電逐步成為主導(dǎo)。

（2）發(fā)電總量及結(jié)構(gòu)方面，新疆作為全國電力供應(yīng)大省，其發(fā)電總量逐年攀升，且新能源發(fā)電占比最高。電力傳輸方面，由于新能源資源豐富且消納能力不足，新疆向外省輸送的電力總量逐年增加，到2060年超3 800億千瓦時，是全國電力供應(yīng)的重要基地。

（3）碳排放路徑方面，新疆地區(qū)電力系統(tǒng)碳排放將于2030年達峰，而后快速下降并在2060年降至0.2億噸。在政策組合情景下，全國及新疆地區(qū)電力系統(tǒng)將快速實現(xiàn)碳減排，到2060年，在全國電力系統(tǒng)能夠在2050年提前實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的基礎(chǔ)上，新疆地區(qū)電力系統(tǒng)碳排放也將快速下降至0.01億噸，實現(xiàn)碳中和。

（4）政策效果方面，化石能源發(fā)電限制政策促進煤電加快配套CCS裝置，并在實施初期避免了火電機組新建帶來碳排放的繼續(xù)增長；綠證交易政策對風(fēng)電、光伏發(fā)電及其他新能源發(fā)電裝機規(guī)模的擴大、發(fā)電結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變具有較好的引導(dǎo)作用；碳交易政策對傳統(tǒng)煤炭配套建設(shè)CCS技術(shù)、鼓勵風(fēng)電等新能源發(fā)電裝機都具有較為顯著的促進作用。在此基礎(chǔ)上，限制煤電、可再生能源配額制和綠證交易政策、碳交易政策三種政策的配合實施，能夠加快促進新疆地區(qū)煤電退出、以風(fēng)光為代表的新能源快速發(fā)展，從而加快碳減排進程。

（二）政策建議

基于多政策情景對新疆新能源發(fā)展路徑的模擬結(jié)果可知，協(xié)同實施多項碳中和政策有助于同時加快新疆地區(qū)化石能源的清潔轉(zhuǎn)型和新能源的大規(guī)模發(fā)展，據(jù)此，本文為新疆未來加快能源低碳轉(zhuǎn)型提出以下政策建議：

（1）對于新疆地區(qū)的能源轉(zhuǎn)型，應(yīng)繼續(xù)加快以碳交易、可再生能源配額制和綠證交易政策為代表的多項碳中和政策協(xié)同推進。

（2）在建設(shè)“三基地一通道”的基礎(chǔ)上，未來新疆應(yīng)該繼續(xù)加快“五基地三通道”的建設(shè)，繼續(xù)完善大型油氣生產(chǎn)加工和儲備基地、大型煤炭煤電煤化工基地、大型風(fēng)光基地、大型CCUS基地和大型氫能基地的建設(shè)，繼續(xù)加快能源資源陸上大通道、能源互聯(lián)網(wǎng)信息大通道及“一帶一路”國際貿(mào)易通道的完善和建設(shè)。

（3）針對化石能源轉(zhuǎn)型政策，應(yīng)加強對化石能源行業(yè)企業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的行政和資金支持。針對碳交易政策，應(yīng)健全企業(yè)碳排放監(jiān)測、報告和核實機制，根據(jù)新疆地區(qū)碳減排目標(biāo)、交易市場發(fā)展?jié)摿Φ葍?yōu)化碳定價機制，鼓勵更多企業(yè)積極參與碳交易。

（4）針對可再生能源配額制和綠證交易政策，加大可再生能源的政策、財政支持力度，加快推進技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，健全“綠證”配額購買和考核制度，完善電力輔助服務(wù)、電力現(xiàn)貨等電力市場運行方式。