清華大學(xué)杜爾順：探尋碳視角下的新型電力系統(tǒng)

以“探索‘雙碳’路徑，風(fēng)光氫儲(chǔ)并行”為主題，由中國(guó)改革報(bào)《能源發(fā)展》周刊、中國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進(jìn)會(huì)氫能分會(huì)共同舉辦的“第七屆中國(guó)能源發(fā)展與創(chuàng)新論壇”近日在京召開。清華大學(xué)氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院助理研究員杜爾順在會(huì)上表示，雙碳目標(biāo)下，電力行業(yè)低碳化發(fā)展成為國(guó)家的重大需求與關(guān)鍵抓手，需要構(gòu)建安全-經(jīng)濟(jì)-低碳的新型電力系統(tǒng)，破解“不可能三角”難題。

 

 

杜爾順表示，電力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型，迎來前所未有的機(jī)遇，也面臨嚴(yán)峻的困難挑戰(zhàn)。從機(jī)遇看，面向碳中和目標(biāo)，未來將構(gòu)建以新型電力系統(tǒng)為核心的清潔能源體系，電力消費(fèi)需求將翻一番，從8萬億度電增長(zhǎng)到16萬億度電，終端電氣化率將顯著提升至70%以上；電力供給側(cè)，非化石能源引來前所未有的發(fā)展機(jī)遇，風(fēng)電光伏將增長(zhǎng)10倍以上。當(dāng)然，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)不是一蹴而就，目前，世界上沒有一個(gè)國(guó)家級(jí)電力系統(tǒng)能夠獨(dú)立實(shí)現(xiàn)碳中和，建設(shè)碳中和的新型電力系統(tǒng)是從0到1的突破。

 

“與其他能源形式相比，電力系統(tǒng)是發(fā)-輸-配-用統(tǒng)一調(diào)配、實(shí)時(shí)平衡的復(fù)雜大系統(tǒng)。從碳視角下，雖然碳排放主要發(fā)生在發(fā)電側(cè)，但碳排放的轉(zhuǎn)移、消費(fèi)將隨著能源電力的流動(dòng)，貫穿源-網(wǎng)-荷各個(gè)環(huán)節(jié)。面向雙碳目標(biāo)，需要‘全局統(tǒng)籌’的碳中和戰(zhàn)略，‘反向?qū)?yōu)’的碳規(guī)劃技術(shù)，以及“電碳耦合”的碳評(píng)估體系。”

 

杜爾順認(rèn)為，針對(duì)“全局統(tǒng)籌”的碳中和戰(zhàn)略，電力行業(yè)的碳中和戰(zhàn)略需要與整個(gè)能源體系相協(xié)同。根據(jù)清華大學(xué)氣候院的研究結(jié)果，中國(guó)碳中和目標(biāo)對(duì)應(yīng)減排最艱巨的1.5度目標(biāo)情景，碳中和目標(biāo)的內(nèi)涵是全部溫室氣體中和。2060年碳匯抵消非二氧化碳排放，將實(shí)現(xiàn)全部溫室氣體凈零排放。能源系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)自身凈零排放甚至負(fù)排放。因此，需要倒逼電力行業(yè)率先達(dá)峰，提前于2025~2030之間碳達(dá)峰；提前于2055年左右實(shí)現(xiàn)碳中和；力爭(zhēng)負(fù)排，2060年實(shí)現(xiàn)負(fù)排放，為其他難減排部門預(yù)留空間。

 

調(diào)研綜合各個(gè)權(quán)威研究機(jī)構(gòu)的結(jié)果共識(shí)，在我國(guó)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型過程中，非化石電源將扮演增量主體和存量替代角色，保留少量煤電，通過CCUS技術(shù)移除化石電源產(chǎn)生的碳排放，是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)凈零碳排的有效途徑。2025年左右，非化石裝機(jī)占比將突破50%；2030年新能源裝機(jī)占比將突破50%，非化石發(fā)電量占比突破50%；2060年非化石發(fā)電量占比超過90%，新能源發(fā)電量占比達(dá)到60%。

 

杜爾順表示，為實(shí)現(xiàn)“全國(guó)一盤棋”的碳中和目標(biāo)與戰(zhàn)略，電力系統(tǒng)需要“反向?qū)?yōu)”的碳規(guī)劃技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電-碳耦合的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同規(guī)劃，探尋技術(shù)可行、成本可負(fù)擔(dān)的電力碳中和轉(zhuǎn)型路徑。根據(jù)清華大學(xué)電機(jī)系與低碳實(shí)驗(yàn)室最新的研究結(jié)果，未來在碳中和目標(biāo)下，我國(guó)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)將發(fā)生巨大變化。“風(fēng)光等可再生能源電量占比快速增加，多種其他低碳發(fā)電與儲(chǔ)能技術(shù)共同發(fā)展”將是雙碳目標(biāo)下我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展的重要特征。電力系統(tǒng)達(dá)到碳中和的階段時(shí)，電力負(fù)荷將主要由60億千瓦左右的風(fēng)電與光伏機(jī)組支撐，其電量滲透率將超過60%。電力網(wǎng)絡(luò)逐步從單純的電力傳輸通道轉(zhuǎn)變?yōu)橹尾煌瑓^(qū)域間電力雙向互濟(jì)與共享的平臺(tái)。此外，碳中和情景未來30年轉(zhuǎn)型總投資成本約50萬億元，考慮電源投資成本、電網(wǎng)安全運(yùn)行成本及新能源消納成本等，碳中和目標(biāo)將使終端電力供應(yīng)成本增加20%。電力系統(tǒng)碳中和轉(zhuǎn)型的道路上，宏觀政策需要關(guān)注可再生能源高質(zhì)量發(fā)展、電力市場(chǎng)建設(shè)以及對(duì)儲(chǔ)能等新興電力技術(shù)的支持。

 

“從源網(wǎng)荷的體系開始，未來怎么支撐整個(gè)大電網(wǎng)低碳模擬、評(píng)估、規(guī)劃以及引導(dǎo)用戶的需求響應(yīng)？需要探索在碳視角下‘電碳耦合’的碳評(píng)估體系。”杜爾順分析說，目前，電力行業(yè)是我國(guó)煤炭消耗和碳排放最大的單一行業(yè)。不同于其他能源系統(tǒng)，電力系統(tǒng)具有嚴(yán)格“發(fā)電-用電”實(shí)時(shí)平衡特性，電網(wǎng)連接電力生產(chǎn)和消費(fèi)，是重要的能源網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，是引領(lǐng)電力碳減排的核心樞紐，既要保障新能源大規(guī)模開發(fā)和高效利用，又要滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的用電需求。以上特性決定了電力系統(tǒng)的“減碳”絕不僅僅是源側(cè)的任務(wù)，而是需要“源-網(wǎng)-荷”全鏈協(xié)同配合。實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、全面的計(jì)量電力排放是掌握電力行業(yè)碳排放現(xiàn)狀與趨勢(shì)、挖掘電力碳減排潛力、引導(dǎo)電力用戶互動(dòng)減碳、促進(jìn)電力經(jīng)濟(jì)低碳轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)與前提，也是支撐碳市場(chǎng)健康發(fā)展的基礎(chǔ)保障。從“碳視角”厘清電力系統(tǒng)碳排放的產(chǎn)生、計(jì)量、轉(zhuǎn)移等全環(huán)節(jié)的排放特性與減排機(jī)理，建立電力系統(tǒng)全環(huán)節(jié)碳排放計(jì)量與分析的基礎(chǔ)理論與方法是建設(shè)新型電力系統(tǒng)的創(chuàng)新探索。助力“雙碳”目標(biāo)的落實(shí)，清華大學(xué)針對(duì)我國(guó)電力行業(yè)碳計(jì)量和電力用戶低碳響應(yīng)方面的不足與空白，聯(lián)合開發(fā)了基于電力碳排放流分析理論的電碳耦合評(píng)估體系與全環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)電力碳計(jì)量平臺(tái)，并開展了“全域碳計(jì)量-全鏈碳響應(yīng)-全景碳足跡”示范應(yīng)用。