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我國稍早前提出了“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”的目標，為我國應對氣候變化、加快能源轉型提供了方向指引。

目(mu)前，我國能(neng)(neng)源(yuan)領域是二氧化(hua)碳(tan)排(pai)放(fang)(fang)的主體，約占(zhan)總排(pai)放(fang)(fang)量(liang)的85%，能(neng)(neng)源(yuan)系統對實(shi)現(xian)碳(tan)排(pai)放(fang)(fang)目(mu)標起決定(ding)性作用，未(wei)來能(neng)(neng)源(yuan)碳(tan)排(pai)放(fang)(fang)應及早達峰，且盡可能(neng)(neng)控制峰值，為非能(neng)(neng)源(yuan)二氧化(hua)碳(tan)排(pai)放(fang)(fang)、非二氧化(hua)碳(tan)溫(wen)室(shi)氣(qi)體排(pai)放(fang)(fang)爭取更多空間。

在能源(yuan)碳(tan)(tan)排(pai)放(fang)中，電(dian)(dian)力系統排(pai)放(fang)約占(zhan)四成，未來(lai)電(dian)(dian)力將扮(ban)演(yan)越來(lai)越重要的角色，應(ying)通過電(dian)(dian)能替代方(fang)式減(jian)(jian)少終端用能部門的直接碳(tan)(tan)排(pai)放(fang)，并以自(zi)身加速減(jian)(jian)排(pai)推動能源(yuan)碳(tan)(tan)排(pai)放(fang)大幅降低。

電力系統碳排放有望在2025年后達峰

電力系(xi)統在(zai)能源低(di)碳(tan)發(fa)展中(zhong)承擔著越來越重要的(de)(de)作用，考慮到經(jing)濟社(she)會(hui)發(fa)展的(de)(de)電力需求和(he)各類電源的(de)(de)發(fa)展約束，以在(zai)2030年前盡早實(shi)現(xian)碳(tan)排(pai)放達(da)峰(feng)為目標，對近中(zhong)期電力低(di)碳(tan)發(fa)展進(jin)行量化分析。“十四五(wu)”和(he)“十五(wu)五(wu)”期間電力系(xi)統將呈現(xian)如下低(di)碳(tan)發(fa)展態勢：

一是新能源裝機規模將快速提升。

“十(shi)四(si)五”期間，新(xin)能(neng)源將實現“倍(bei)增”式發展，按年均增長(chang)1.2億千瓦(wa)(wa)規(gui)劃，其中(zhong)風電4500萬千瓦(wa)(wa)，光伏7500萬千瓦(wa)(wa)。2025年新(xin)能(neng)源裝機量將達到約(yue)11億千瓦(wa)(wa)，較2020年提高一倍(bei)以上，新(xin)能(neng)源裝機占比約(yue)35%。

在“十五五”期間(jian)，新能源(yuan)規模將進(jin)一(yi)步提(ti)升，2030年(nian)(nian)風電(dian)(dian)、太陽能發(fa)(fa)電(dian)(dian)裝機(ji)(ji)容(rong)量(liang)(liang)將分別(bie)達到(dao)約8.1億千(qian)瓦(wa)、9.3億千(qian)瓦(wa)，在電(dian)(dian)源(yuan)裝機(ji)(ji)容(rong)量(liang)(liang)中占(zhan)比達到(dao)約44%。新能源(yuan)發(fa)(fa)電(dian)(dian)量(liang)(liang)占(zhan)比顯著提(ti)升。2025年(nian)(nian)，新能源(yuan)發(fa)(fa)電(dian)(dian)占(zhan)比約18%，提(ti)升9個百分點。2030年(nian)(nian)，新能源(yuan)發(fa)(fa)電(dian)(dian)量(liang)(liang)達到(dao)約3.2萬(wan)億千(qian)瓦(wa)時，占(zhan)比約為(wei)28%。

二是各類電(dian)源將呈現(xian)多元化發展態勢。

“十四五”期(qi)間煤電(dian)(dian)裝機(ji)(ji)容(rong)(rong)量仍有小幅增長空間，2025年前后達峰(feng)，峰(feng)值約為12億-13億千瓦。煤電(dian)(dian)裝機(ji)(ji)容(rong)(rong)量雖將呈現先升后降趨勢，但未來較長一段時(shi)期(qi)內，我國約9億千瓦高參數(shu)大容(rong)(rong)量低(di)排放煤電(dian)(dian)機(ji)(ji)組仍將在電(dian)(dian)力(li)系統中發(fa)揮重要作用。

同(tong)時，氣(qi)電、核電、水(shui)電穩步發展，2025年裝(zhuang)機容量或將分(fen)別達(da)到約(yue)1.2億千(qian)瓦、0.9億千(qian)瓦、3.9億千(qian)瓦。2025年全國電源(yuan)裝(zhuang)機總(zong)規模達(da)到約(yue)30億千(qian)瓦。

三是電(dian)力(li)碳排放將達峰并(bing)保持穩中有(you)降態勢(shi)。

“十四五”期間(jian)電(dian)力碳排(pai)放(fang)總量增(zeng)速放(fang)緩，2025年碳排(pai)放(fang)量達到約44億(yi)噸(dun)，并(bing)有(you)望在(zai)稍后達峰(feng)，峰(feng)值控制在(zai)45億(yi)噸(dun)以內，此(ci)后穩中有(you)降(jiang)。度電(dian)排(pai)放(fang)強度顯著(zhu)下(xia)降(jiang)，2025年降(jiang)至約460g/kWh，較當(dang)前(qian)水平下(xia)降(jiang)約120g/kWh。非化石能源(yuan)特別是(shi)新能源(yuan)裝機占比持續提升，是(shi)電(dian)力碳減排(pai)的主要貢獻因素(su)。

電力系統低碳轉型的關鍵在于消納高比例新能源

遠期來看(kan)，低(di)碳(tan)電力系統(tong)的(de)發(fa)展(zhan)更(geng)加(jia)有賴于(yu)技術(shu)創新突(tu)破，面臨更(geng)多不確定性(xing)。因此，應通過設置不同路徑(jing)，探(tan)討未來電力低(di)碳(tan)發(fa)展(zhan)情景(jing)。新能(neng)源(yuan)大規模發(fa)展(zhan)是(shi)實現碳(tan)中和(he)愿景(jing)的(de)必然要求，電力系統(tong)低(di)碳(tan)轉型的(de)關鍵在于(yu)高比例新能(neng)源(yuan)的(de)消納利用。

圍繞解(jie)決高比(bi)(bi)例新能源消(xiao)納的(de)不同(tong)技術路(lu)線，設置以下三種路(lu)徑(jing)：路(lu)徑(jing)一主要依靠電(dian)(dian)力(li)系統自身實現(xian)高比(bi)(bi)例新能源消(xiao)納利用；路(lu)徑(jing)二是通(tong)過大規(gui)模發(fa)(fa)展(zhan)電(dian)(dian)制氫，跟(gen)蹤新能源波動性出(chu)力(li)，助力(li)新能源利用；路(lu)徑(jing)三是基于(yu)綠氫和煤電(dian)(dian)CCUS產(chan)生的(de)二氧化(hua)碳制取甲(jia)烷(wan)、甲(jia)醇，實現(xian)電(dian)(dian)-氫-碳協(xie)同(tong)發(fa)(fa)展(zhan)。

路徑一：依靠電力系統自身消納利用高比例新能源

新(xin)(xin)能(neng)(neng)源(yuan)主要(yao)通過(guo)轉化為電(dian)(dian)力(li)(li)(li)進行(xing)利用(yong)，提(ti)升電(dian)(dian)力(li)(li)(li)系統(tong)(tong)自身的(de)新(xin)(xin)能(neng)(neng)源(yuan)消納利用(yong)能(neng)(neng)力(li)(li)(li)是未來能(neng)(neng)源(yuan)電(dian)(dian)力(li)(li)(li)低碳發(fa)展(zhan)的(de)基本要(yao)求和(he)關(guan)鍵所在。該路徑下，需(xu)(xu)要(yao)電(dian)(dian)力(li)(li)(li)系統(tong)(tong)源(yuan)、網(wang)、荷、儲(chu)(chu)各環節全面發(fa)力(li)(li)(li)，持續優化電(dian)(dian)源(yuan)結構，加強互聯電(dian)(dian)網(wang)建(jian)設(she)，挖掘需(xu)(xu)求響(xiang)應資源(yuan)，推動新(xin)(xin)型儲(chu)(chu)能(neng)(neng)快速發(fa)展(zhan)，增強系統(tong)(tong)對新(xin)(xin)能(neng)(neng)源(yuan)的(de)消納利用(yong)能(neng)(neng)力(li)(li)(li)。但隨(sui)著新(xin)(xin)能(neng)(neng)源(yuan)滲透(tou)率大(da)(da)幅提(ti)高，電(dian)(dian)力(li)(li)(li)系統(tong)(tong)的(de)靈活(huo)調節能(neng)(neng)力(li)(li)(li)和(he)安(an)全穩定運行(xing)將面臨更大(da)(da)考驗(yan)，新(xin)(xin)能(neng)(neng)源(yuan)發(fa)展(zhan)規模可能(neng)(neng)受限。

由于(yu)新能(neng)源(yuan)發電出(chu)力(li)存在高度波動(dong)性(xing)和(he)不確定性(xing)，隨(sui)著(zhu)裝機規模(mo)逐步擴(kuo)大(da)，其出(chu)力(li)波動(dong)范圍(wei)和(he)波動(dong)速(su)率也將日益增(zeng)大(da)。因此，亟(ji)需多措并舉(ju)提升(sheng)系統(tong)靈活調(diao)節(jie)能(neng)力(li)。在電源(yuan)側激發多元電源(yuan)的協同調(diao)節(jie)潛能(neng)，在電網側實(shi)現更加靈活優化的運行方式(shi)，在負荷側推(tui)動(dong)需求(qiu)響應常(chang)態(tai)化，在儲(chu)能(neng)側引導(dao)各類(lei)儲(chu)能(neng)資(zi)源(yuan)參與(yu)系統(tong)調(diao)節(jie)。

此外(wai)，新(xin)能(neng)源大量接入導(dao)致系統轉動慣量降(jiang)(jiang)低，頻率問題逐漸(jian)凸顯，動態(tai)無功支撐能(neng)力降(jiang)(jiang)低，易誘(you)發機理復雜的(de)寬頻震蕩，當發生大規模脫網(wang)時將以潮流轉移等形式引(yin)發級聯故障，擴大停(ting)電范圍，引(yin)發惡性循環。

因此，亟(ji)需加強“雙高(gao)”（高(gao)比例新能源、高(gao)度電(dian)力電(dian)子化）電(dian)力系(xi)統的運行機理和穩定(ding)特性研究，對多類型電(dian)力電(dian)子裝(zhuang)備精(jing)準(zhun)建(jian)模(mo)，進行系(xi)統動態仿真，通過(guo)廣泛部(bu)署同步(bu)調相機等設施提高(gao)電(dian)壓支(zhi)撐能力，持(chi)續完(wan)善“三道防線”。

路徑二：以電-氫協同助力新能源消納利用

利(li)用清潔能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)發電制氫(qing)(qing)(qing)被稱為綠氫(qing)(qing)(qing)，是未(wei)來氫(qing)(qing)(qing)能(neng)發展的(de)重要(yao)方向。電制氫(qing)(qing)(qing)設備(bei)能(neng)夠容許較大程度的(de)輸(shu)入(ru)電力波動，大規模制氫(qing)(qing)(qing)是平抑新(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)出力波動的(de)有效(xiao)途徑。該路徑下，可充(chong)分發揮制氫(qing)(qing)(qing)負(fu)荷的(de)靈(ling)活性(xing)，通(tong)過離網、并網等方式大規模部署電制氫(qing)(qing)(qing)設施，在源(yuan)(yuan)(yuan)側(ce)和網側(ce)實時跟蹤(zong)新(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)發電波動性(xing)出力，有效(xiao)解決高比例新(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)下電力系(xi)統的(de)靈(ling)活調節問題。

從(cong)氫(qing)能(neng)(neng)(neng)制取-儲(chu)運-終端利用環(huan)節來看，堿性電(dian)解水和質子交換膜電(dian)解水能(neng)(neng)(neng)接受波動性電(dian)源(yuan)輸入(ru)，適(shi)合作為(wei)消納(na)新能(neng)(neng)(neng)源(yuan)的(de)(de)主要電(dian)制氫(qing)技(ji)術(shu)。儲(chu)運是制約(yue)氫(qing)能(neng)(neng)(neng)大(da)規模發展的(de)(de)關鍵因素。氣態儲(chu)運效率低，液(ye)體儲(chu)運成本高(gao)，安全(quan)、經濟(ji)的(de)(de)儲(chu)運技(ji)術(shu)有待突破。目(mu)前國(guo)(guo)內(nei)儲(chu)氫(qing)罐(guan)關鍵材料依(yi)賴進(jin)口(kou)，低溫液(ye)氫(qing)技(ji)術(shu)、儲(chu)氫(qing)材料技(ji)術(shu)與國(guo)(guo)外(wai)先進(jin)水平存在(zai)較大(da)差距，產業化相距甚遠。在(zai)氫(qing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)終端利用方(fang)面(mian)，氫(qing)能(neng)(neng)(neng)在(zai)重(zhong)卡等終端消費(fei)細分市場(chang)具有一定(ding)應用前景，可作為(wei)電(dian)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)重(zhong)要補充，預計2050年(nian)氫(qing)能(neng)(neng)(neng)在(zai)我(wo)國(guo)(guo)終端能(neng)(neng)(neng)源(yuan)消費(fei)中占比(bi)有望達到10%左右。

從經(jing)濟性(xing)(xing)來看，現階段(duan)氫(qing)(qing)氣(qi)的(de)(de)終端應用領域和經(jing)濟競爭力相(xiang)對不高(gao)，但(dan)隨著電(dian)制(zhi)氫(qing)(qing)技術(shu)的(de)(de)成熟、新(xin)能源發電(dian)成本(ben)持續降低以及氫(qing)(qing)氣(qi)儲(chu)運瓶頸的(de)(de)突破，電(dian)制(zhi)氫(qing)(qing)將實現規模化生產，“綠氫(qing)(qing)”全鏈條(tiao)經(jing)濟性(xing)(xing)將逐步增強。預計2030年之后綠氫(qing)(qing)的(de)(de)熱(re)當量成本(ben)有望與(yu)油氣(qi)大致相(xiang)當。同時，從電(dian)力系(xi)統調節角(jiao)度看，未來電(dian)制(zhi)氫(qing)(qing)裝置的(de)(de)初始投資與(yu)儲(chu)能大致相(xiang)當，同時可(ke)產生氫(qing)(qing)、氧等產品(pin)，收益方式(shi)更加多元，建設(she)電(dian)制(zhi)氫(qing)(qing)裝置將是(shi)提供系(xi)統靈活性(xing)(xing)的(de)(de)一種可(ke)能路徑。

路徑三：以電-氫-碳協同實現全鏈條優化

在(zai)發揮電制氫(qing)(qing)靈活調節(jie)性能(neng)的基礎上，通(tong)過(guo)在(zai)煤(mei)電機組加裝CCUS，為系統保留轉動慣量的同時可捕捉二氧(yang)化(hua)碳，與綠氫(qing)(qing)廣泛(fan)結合大規模(mo)(mo)制取甲烷(wan)或甲醇，在(zai)終端替代進口油氣。從全環節(jie)來看，該路徑不僅(jin)可以有效支撐大規模(mo)(mo)新能(neng)源消納(na)利用(yong)、促進煤(mei)電資產的高(gao)效低碳延壽使用(yong)，還可以大幅(fu)降(jiang)低我國能(neng)源對外依存度、提升國家能(neng)源安全，綜(zong)合效益顯著。

相(xiang)較于(yu)氫(qing)氣(qi)，甲(jia)(jia)烷(wan)(wan)和(he)甲(jia)(jia)醇(chun)更(geng)易存儲和(he)運(yun)(yun)輸(shu)。從(cong)儲存來(lai)看(kan)，甲(jia)(jia)烷(wan)(wan)的液(ye)化(hua)溫度高于(yu)氫(qing)氣(qi)，液(ye)化(hua)成本較低(di)；甲(jia)(jia)醇(chun)無需液(ye)化(hua)。從(cong)運(yun)(yun)輸(shu)來(lai)看(kan)，氫(qing)氣(qi)管道(dao)造價較高，且甲(jia)(jia)烷(wan)(wan)可注入(ru)天(tian)然氣(qi)管道(dao)；甲(jia)(jia)醇(chun)可通過汽運(yun)(yun)方式運(yun)(yun)輸(shu)。從(cong)安(an)(an)全性來(lai)看(kan)，相(xiang)較于(yu)氫(qing)氣(qi)，甲(jia)(jia)烷(wan)(wan)的擴散系數更(geng)低(di)、點火能量(liang)更(geng)高，更(geng)加安(an)(an)全；甲(jia)(jia)醇(chun)作為液(ye)體，不易擴散，安(an)(an)全性高。

未來，隨著新能源度電成本(ben)的下降(jiang)，甲(jia)(jia)烷和甲(jia)(jia)醇在終端利用的經(jing)濟性將(jiang)逐(zhu)步顯(xian)現，可作為動力替代進(jin)口油(you)氣。初步測(ce)算(suan)表(biao)明，當(dang)新能源度電成本(ben)降(jiang)至0.1元/kWh左右時，制取的甲(jia)(jia)醇相比(bi)傳統油(you)氣具有(you)價格競爭力。

同(tong)時(shi)，制取甲(jia)烷或甲(jia)醇為火電(dian)(dian)廠CCUS捕集的二(er)氧化碳提(ti)供了應用(yong)場景，是(shi)發(fa)展(zhan)循(xun)環碳經濟的可行方式。我(wo)(wo)國(guo)未來仍將存(cun)在大量(liang)高參(can)數大容量(liang)低排(pai)放煤電(dian)(dian)機(ji)組(zu)(zu)，如何利用(yong)好現有的高效率煤電(dian)(dian)機(ji)組(zu)(zu)是(shi)未來我(wo)(wo)國(guo)電(dian)(dian)力(li)低碳發(fa)展(zhan)亟待回答的重大問(wen)題(ti)。煤電(dian)(dian)加裝(zhuang)CCUS在實現凈(jing)零排(pai)放的同(tong)時(shi)，保(bao)留了系(xi)統(tong)轉動慣量(liang)，有助于(yu)保(bao)障電(dian)(dian)力(li)系(xi)統(tong)安(an)全穩定運行，是(shi)符合我(wo)(wo)國(guo)國(guo)情的戰(zhan)略性選擇。

從經濟性來(lai)看(kan)，預計2030年前后我國加裝(zhuang)(zhuang)CCUS的度(du)電增(zeng)量成(cheng)本(ben)(ben)和(he)新能源并網的度(du)電系統(tong)成(cheng)本(ben)(ben)大致相當，都(dou)在0.2元/kWh左(zuo)右，加裝(zhuang)(zhuang)CCUS相較(jiao)于發展(zhan)新能源替(ti)代煤(mei)電并不會明(ming)顯(xian)(xian)推高系統(tong)成(cheng)本(ben)(ben)。隨著第二代CCUS技術的逐步成(cheng)熟，2050年CCUS技術的成(cheng)本(ben)(ben)有望進一步下降至100元/噸左(zuo)右，煤(mei)電加裝(zhuang)(zhuang)CCUS的度(du)電增(zeng)量成(cheng)本(ben)(ben)有望下降至約(yue)0.1元/kWh，經濟競爭力更加明(ming)顯(xian)(xian)。

總體來看，以上三種(zhong)路徑(jing)各有千秋(qiu)，未來電(dian)力系(xi)統(tong)低碳發(fa)(fa)展應當是多(duo)種(zhong)路徑(jing)融合發(fa)(fa)展的結果。電(dian)力系(xi)統(tong)需要(yao)不(bu)斷(duan)提升自身對高比例新(xin)能(neng)源的消納(na)利用(yong)(yong)能(neng)力，同時充分發(fa)(fa)揮電(dian)制(zhi)氫(qing)的調節作用(yong)(yong)，并積極探索電(dian)制(zhi)甲醇等P2X技術(shu)路線(xian)，共同支撐新(xin)能(neng)源的大規模(mo)發(fa)(fa)展。

展(zhan)望未(wei)來，我國電(dian)力(li)(li)低碳化發展(zhan)路徑將(jiang)大致經(jing)歷以(yi)下(xia)三個階(jie)段：近期，以(yi)電(dian)力(li)(li)系(xi)統支撐新能源消納(na)利用為主(zhu)；中(zhong)期，僅依靠(kao)電(dian)力(li)(li)系(xi)統消納(na)高(gao)比例新能源難度日益增大，需(xu)探索(suo)電(dian)、氫、碳多元(yuan)耦(ou)合(he)發展(zhan)方式；遠期，多元(yuan)化路徑并存，要多措并舉支撐大規模新能源消納(na)利用，助力(li)(li)循環(huan)碳經(jing)濟發展(zhan)。

注：本文作者(zhe)：張運洲，系國網能源研究院有限公司(si)董事長(chang)(chang)（院長(chang)(chang)）；代紅(hong)才、張寧(ning)，均(jun)供職于該公司(si)。