清华大学杜尔顺：探寻碳视角下的新型电力系统

以“探索‘双碳’路径，风光氢储并行”为主题，由中国改革报《能源发展》周刊、中国产业发展促进会氢能分会共同举办的“第七届中国能源发展与创新论坛”近日在京召开。清华大学气候变化与可持续发展研究院助理研究员杜尔顺在会上表示，双碳目标下，电力行业低碳化发展成为国家的重大需求与关键抓手，需要构建安全-经济-低碳的新型电力系统，破解“不可能三角”难题。

 

 

杜尔顺表示，电力行业低碳转型，迎来前所未有的机遇，也面临严峻的困难挑战。从机遇看，面向碳中和目标，未来将构建以新型电力系统为核心的清洁能源体系，电力消费需求将翻一番，从8万亿度电增长到16万亿度电，终端电气化率将显著提升至70%以上；电力供给侧，非化石能源引来前所未有的发展机遇，风电光伏将增长10倍以上。当然，构建新型电力系统不是一蹴而就，目前，世界上没有一个国家级电力系统能够独立实现碳中和，建设碳中和的新型电力系统是从0到1的突破。

 

“与其他能源形式相比，电力系统是发-输-配-用统一调配、实时平衡的复杂大系统。从碳视角下，虽然碳排放主要发生在发电侧，但碳排放的转移、消费将随着能源电力的流动，贯穿源-网-荷各个环节。面向双碳目标，需要‘全局统筹’的碳中和战略，‘反向寻优’的碳规划技术，以及“电碳耦合”的碳评估体系。”

 

杜尔顺认为，针对“全局统筹”的碳中和战略，电力行业的碳中和战略需要与整个能源体系相协同。根据清华大学气候院的研究结果，中国碳中和目标对应减排最艰巨的1.5度目标情景，碳中和目标的内涵是全部温室气体中和。2060年碳汇抵消非二氧化碳排放，将实现全部温室气体净零排放。能源系统要实现自身净零排放甚至负排放。因此，需要倒逼电力行业率先达峰，提前于2025~2030之间碳达峰；提前于2055年左右实现碳中和；力争负排，2060年实现负排放，为其他难减排部门预留空间。

 

调研综合各个权威研究机构的结果共识，在我国电力系统低碳转型过程中，非化石电源将扮演增量主体和存量替代角色，保留少量煤电，通过CCUS技术移除化石电源产生的碳排放，是实现电力系统净零碳排的有效途径。2025年左右，非化石装机占比将突破50%；2030年新能源装机占比将突破50%，非化石发电量占比突破50%；2060年非化石发电量占比超过90%，新能源发电量占比达到60%。

 

杜尔顺表示，为实现“全国一盘棋”的碳中和目标与战略，电力系统需要“反向寻优”的碳规划技术，实现电-碳耦合的源网荷储协同规划，探寻技术可行、成本可负担的电力碳中和转型路径。根据清华大学电机系与低碳实验室最新的研究结果，未来在碳中和目标下，我国电力系统结构形态将发生巨大变化。“风光等可再生能源电量占比快速增加，多种其他低碳发电与储能技术共同发展”将是双碳目标下我国电力系统发展的重要特征。电力系统达到碳中和的阶段时，电力负荷将主要由60亿千瓦左右的风电与光伏机组支撑，其电量渗透率将超过60%。电力网络逐步从单纯的电力传输通道转变为支撑不同区域间电力双向互济与共享的平台。此外，碳中和情景未来30年转型总投资成本约50万亿元，考虑电源投资成本、电网安全运行成本及新能源消纳成本等，碳中和目标将使终端电力供应成本增加20%。电力系统碳中和转型的道路上，宏观政策需要关注可再生能源高质量发展、电力市场建设以及对储能等新兴电力技术的支持。

 

“从源网荷的体系开始，未来怎么支撑整个大电网低碳模拟、评估、规划以及引导用户的需求响应？需要探索在碳视角下‘电碳耦合’的碳评估体系。”杜尔顺分析说，目前，电力行业是我国煤炭消耗和碳排放最大的单一行业。不同于其他能源系统，电力系统具有严格“发电-用电”实时平衡特性，电网连接电力生产和消费，是重要的能源网络平台，是引领电力碳减排的核心枢纽，既要保障新能源大规模开发和高效利用，又要满足经济社会发展的用电需求。以上特性决定了电力系统的“减碳”绝不仅仅是源侧的任务，而是需要“源-网-荷”全链协同配合。实时、准确、全面的计量电力排放是掌握电力行业碳排放现状与趋势、挖掘电力碳减排潜力、引导电力用户互动减碳、促进电力经济低碳转型的基础与前提，也是支撑碳市场健康发展的基础保障。从“碳视角”厘清电力系统碳排放的产生、计量、转移等全环节的排放特性与减排机理，建立电力系统全环节碳排放计量与分析的基础理论与方法是建设新型电力系统的创新探索。助力“双碳”目标的落实，清华大学针对我国电力行业碳计量和电力用户低碳响应方面的不足与空白，联合开发了基于电力碳排放流分析理论的电碳耦合评估体系与全环节实时电力碳计量平台，并开展了“全域碳计量-全链碳响应-全景碳足迹”示范应用。