重点行业碳中和路径-电力部门

　　中国电力部门的减排脱碳是中国实现2030年碳达峰和2060年碳中和目标的关键部分和重要行动抓手， 也对全球气候变化温升控制目标的实现具有重要价值。

　　在碳中和路径下，电力系统面临着重大的结构性调整，从当前以高温室气体排放的化石燃料为基础的电力生产结构，逐渐调整为以零碳排放的可再生能源为主体，配合高灵活性的电力传输供应网络，构建现代化新型零碳电力系统。随着碳中和路径下工业、交通、建筑等能源需求部门电气化水平的不断提高，未来经济社会对零碳电力的需求将迅猛扩张，这也将成为中国电力部门低碳转型的新挑战和新机遇。

　　根据王灿和张九天(2021)，电力部门碳中和的三个阶段如下：

　　第一阶段(2021～2030年)，主要目标是实现电力部门的碳排放达峰。主要工作：在电力生产侧，光伏和风电等可再生能源成本持续下降，新能源发电低于标杆电价水平，核能、水电稳步发展，煤炭等化石能源发电需求量和使用量达峰，电力系统碳排放达峰;针对火力发电进行灵活性改造，使其具有以更低的成本为电力系 统稳定提供辅助支持的能力;规范可再生能源电力生产标准，减少因规范不匹配导致的弃风弃光问题。在电力传输供应侧，持续推进特高压电网建设，增强电网的传输能力，推进灵活性电网技术的研发，与可再生能源并网能力相匹配，加大力度推进储能技术的研发，推进智能化需求侧响应管理系统的研发。在此阶段中，非化石能源发电量占比将从2020年的32%增长至2030年的46%～53%，非化石能源装机量将从2020年的43%增长 至2030年的65%～69%(中金公司，2020;落基山研究所和能源转型委员会，2021)。当前主要研究认为，电力系统有较大的可能性在2030年前甚至是2025年左右实现碳达峰(能源基金会，2020;清华大学气候变化与可持 续发展研究院，2020)。

　　第二阶段(2031～2045年)，主要目标是实现电力部门的碳排放的快速下降。主要工作：在电力生产侧，可再生能源的发电量和装机占比不断增加，通过非化石能源发电补足新增电力需求增量，并逐渐通过非化石能 源发电加速替代已有化石能源产能存量;在电力传输供应侧，灵活性电网技术基本成熟，与非化石能源高比例装机发展速度相匹配，智能化的生产与用户需求双向管理技术基本成熟，新商业运营模式出现。在此阶段将实现电力需求侧储能技术的率先应用，期间储能成本将显著下降，并实现可再生能源电力生产端加储能成 本低于标杆电价水平(中金公司，2020)，加速可再生能源的部署发展。到2045年，非化石能源发电量将增长至 88%左右，装机量将达到94%左右(中金公司，2020)，电力部门的碳排放量随着高比例可再生能源的应用而显著下降。

　　第三阶段(2046～2060年)，主要目标是实现电力部门的碳中和。主要工作：通过长期发展，氢能生产技术成本达到具有竞争力的水平，随着以工业为主的电力需求侧部门对氢能使用的增加，电解制氢所需要的电力供给进一步增长。因此，从电力生产侧，非化石能源发电技术随着电力需求的增加进一步增长，并在上一阶段 的基础上进一步完成必要的化石能源发电的存量替代;从电力传输供应侧，灵活性电网技术完全成熟，智能化的电力生产与消费匹配技术完全成熟并广泛应用于电力系统管理调度，电力部门完全实现碳中和。现有研究认为，电力部门有很大的可能性在2050年左右实现零碳排放(能源基金会，2020;清华大学气候变化与可持续发展研究院，2020)，并于2060年利用生物质能等技术实现电力部门的负碳排放，从而促进全经济系统于2060年实现碳中和(能源基金会，2020)。到2050年，电力部门的发电量将达到11万亿～18万亿千瓦时，其中非化石能源发电量占比约80%～94%，化石能源发电量占6%～20%。

　　提高能源需求部门的电气化水平，并确保电力生产来源于零碳资源，是现有研究公认的实现碳中和目标 的关键。因此，电力系统的低碳转型同时面临着零碳能源替代的结构性调整、高电气化水平的电力需求扩张两方面的挑战，而这也被全球越来越多的国家视为碳中和愿景下的新需求和新机遇。已有研究基于不同的情景假设，预测了中国碳中和路径下电力生产的规模和机构构成，如表1所示。研究结果普遍认为，中国在碳中和愿景下2050年的发电量在11万亿～18万亿千瓦时左右，相较于2020年中国总发电量7.6万亿千瓦时提高了 0.4～1.4倍，而其中80%将用于建筑、轻型公路运输、铁路运输和工业等部门直接电气化的终端消费，20%用于生产氢气、合成氨等以电力为基础的燃料生产(能源转型委员会，2020)。

　　当前，电力部门零碳转型路径已经较为明晰，但是必要的支撑性技术仍处于研发或待研发阶段，碳中和图景的实现需要突破性技术的支持，特别需要关注当前仍不太成熟、成本较高，但发挥战略性关键作用的技术。提高电力系统稳定性高度依赖电网技术、储能技术、分布式可再生能源技术和需求侧响应技术，然而与已经具备竞争力的可再生能源发电技术相比，上述技术的应用成本仍较为高昂，部分技术仍处于研发阶段，尚未有成熟的应用案例。安全稳定的电力供应对零碳电力系统的构建至关重要，是当前面临的重要技术热点和难点。

　　在电源侧，以风电、太阳能发电为主的可再生能源发电技术，虽然经过多年的发展培育，其经济成本已经具备一定的竞争力，但是发电效率和经济效益仍有待进一步提高。核能、生物质能、CCUS技术作为未来零碳电力系统中重要的组成部分，在未来的碳中和路径中不可或缺，相关技术的更新换代、研发推广至关重要。此外，基于技术研发进程，兼顾能源转型的综合影响，从研究的角度合理规划现有化石能源发电产能退役路径， 配合以科学的政策引导，对电力系统以更经济有效的方式进行零碳转型至关重要。