电力系统碳达峰、碳中和的基本逻辑

2020年9月22日，我国在第七十五届联合国大会一般性辩论上提出“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争在2030年前达到峰值，努力争取在2060年前实现碳中和”。同日，在国家财经委员会第九次财经委员会会议上，提出要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实现可再生能源替代行动，深化电力体系改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。

 

“双碳”是最近几年非常高频的词汇，被众多机构、公司广泛研究、探讨，本文对电力系统碳中和、碳达峰目的、举措等相关问题做了初步研究，希望可以让大家了解电力系统碳中和、碳达峰基本逻辑，引发思考。

 

说一说为什么电力系统的“双碳”是我国“双碳”工作的重中之重。

 

首先，从分类看，据IEA数据显示，2018年我国排放的二氧化碳总量中，发电及供热占比为51%，工业28%，交通10%，建筑6%，农业1%，其他4%。发电行业碳排放占到我国碳排放总量五成，改善空间巨大；

 

其次，从产业集中度看，电力系统中的电源、电网环节产业集中度非常高，且绝大部分为中央企业、省属国有企业，改革阻力相对较小；

 

再次，交通领域的新能源汽车，工业的电气化改造，需要更多电力输出，只有从源端减少碳排放，才能从根本上尽早实现碳达峰、碳中和。

 

电力系统的“双碳”活动是围绕以光伏、风电为代表的新能源大比例消纳展开的。新能源的广泛应用带来了碳排放的减少，但新能源发电受光照、风力等气候因素影响，发电不稳定，且与用电峰谷曲线不匹配，在“源随荷动“的技术背景下，必将出现发电高峰期电力使用不足，弃电严重；需求高峰期，电力供应不足，影响电网安全。

 

针对新能源发电的实际问题，我国从以下几个方面采取措施，提高新能源的消纳能力。

 

电源端：

 

首先，运用“风光水火储”一体化，减小电力波动。通过储能、火电、水电的调节作用，实现电源端的稳定供应，获得合理的送电曲线，提升通道利用效率。“风光水火储”是一个大概念，从实际使用情况看，为新能源电站提供储能配套的“风光储一体化”将逐步成为新能源电站的标配；“十四五”期间，将进行大量火电机组的调峰改造，“风光火储一体化“将稳妥推进；在水电资源丰富的地区，将因地制宜开展”风光水储“一体化建设。

 

其次，通过煤电、气电的低碳化技术及CCUS技术，减少传统能源的碳排放。

 

再次，通过电源端合理配置储能，有效提高备用容量，在发电高峰存储电能，在用电高峰释放电能，进行调峰，有效提高电源输出质量。

 

电网端：

 

首先，通过构建特高压输电网络，西电东送，将西北地区不能就近消纳的过剩电能输送至用电集中的东部地区。减少弃电，充分发挥了西北地区资源禀赋，又支援了东部地区的电力供应。

 

其次是“源网荷储一体化“建设，通过开展”区域（省）源网荷储一体化“、”市（县）源网荷储一体化、“园区源网荷储一体化”建设，改变“源随荷动“的电网调度模式，实现源、网、荷、储深度协同。推进局部电力平衡，降低对大电网调节支撑需求。

 

用户端：

 

通过“虚拟电厂“，整合自用/公用分布式能源、储能及可控负荷，汇聚形成发电量可观的“虚拟电厂”，调节用电负荷并对大电网形成有效支撑。

 

储能端：

 

储能端做为新型电力系统的重要组成部分是电力碳达峰、碳中和的重要环节。目前已经处于应用、研究阶段的储能技术有，抽水蓄能技术、电化学储能技术、机械与电磁储能技术、相变储能技术、氢储能技术，并发展出相应分支技术。从2020年储能存量情况看，抽水储能装机容量约占总装机容量的89%，电化学储能约占9%，其中锂电池储能约占8%，其他储能受成本及技术影响应用还比较少。短期来看，电化学储能成本将快速降低，“十四五”末期，其储能成本有望接近或达到抽水蓄能储能成本，“十五五”末期，有望低于抽水储能成本。长期来看，压缩空气储能、氢储能市场空间广阔，有望成为长周期储能的中坚力量。

 

机制方面：

 

全面放开发电用电计划、全面建立需求响应机制、完善电力系统中长期交易、完善辅助服务交易机制、深化电力现货交易、构建全国统一的电力市场体系、完善峰谷电价调节机制，促进新能源电站及储能建设。

 

电力系统的碳达峰、碳中和路长且阻，但逻辑清晰、前景光明。

 

作者：王志刚，北大纵横合伙人