清華大學杜爾順：探尋碳視角下的新型電力系統(tǒng)

以“探索‘雙碳’路徑，風光氫儲并行”為主題，由中國改革報《能源發(fā)展》周刊、中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進會氫能分會共同舉辦的“第七屆中國能源發(fā)展與創(chuàng)新論壇”近日在京召開。清華大學氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院助理研究員杜爾順在會上表示，雙碳目標下，電力行業(yè)低碳化發(fā)展成為國家的重大需求與關(guān)鍵抓手，需要構(gòu)建安全-經(jīng)濟-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，迎來前所未有的機遇，也面臨嚴峻的困難挑戰(zhàn)。從機遇看，面向碳中和目標，未來將構(gòu)建以新型電力系統(tǒng)為核心的清潔能源體系，電力消費需求將翻一番，從8萬億度電增長到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)展機遇，風電光伏將增長10倍以上。當然，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)不是一蹴而就，目前，世界上沒有一個國家級電力系統(tǒng)能夠獨立實現(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、實時平衡的復(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、消費將隨著能源電力的流動，貫穿源-網(wǎng)-荷各個環(huán)節(jié)。面向雙碳目標，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”的碳評估體系。”

 

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

 

調(diào)研綜合各個權(quán)威研究機構(gòu)的結(jié)果共識，在我國電力系統(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，非化石裝機占比將突破50%；2030年新能源裝機占比將突破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)電量占比達到60%。

 

杜爾順表示，為實現(xiàn)“全國一盤棋”的碳中和目標與戰(zhàn)略，電力系統(tǒng)需要“反向?qū)?yōu)”的碳規(guī)劃技術(shù)，實現(xiàn)電-碳耦合的源網(wǎng)荷儲協(xié)同規(guī)劃，探尋技術(shù)可行、成本可負擔的電力碳中和轉(zhuǎn)型路徑。根據(jù)清華大學電機系與低碳實驗室最新的研究結(jié)果，未來在碳中和目標下，我國電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)將發(fā)生巨大變化。“風光等可再生能源電量占比快速增加，多種其他低碳發(fā)電與儲能技術(shù)共同發(fā)展”將是雙碳目標下我國電力系統(tǒng)發(fā)展的重要特征。電力系統(tǒng)達到碳中和的階段時，電力負荷將主要由60億千瓦左右的風電與光伏機組支撐，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)域間電力雙向互濟與共享的平臺。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)安全運行成本及新能源消納成本等，碳中和目標將使終端電力供應(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、電力市場建設(shè)以及對儲能等新興電力技術(shù)的支持。

 

“從源網(wǎng)荷的體系開始，未來怎么支撐整個大電網(wǎng)低碳模擬、評估、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’的碳評估體系。”杜爾順分析說，目前，電力行業(yè)是我國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)具有嚴格“發(fā)電-用電”實時平衡特性，電網(wǎng)連接電力生產(chǎn)和消費，是重要的能源網(wǎng)絡(luò)平臺，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)濟社會發(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。實時、準確、全面的計量電力排放是掌握電力行業(yè)碳排放現(xiàn)狀與趨勢、挖掘電力碳減排潛力、引導(dǎo)電力用戶互動減碳、促進電力經(jīng)濟低碳轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)與前提，也是支撐碳市場健康發(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、計量、轉(zhuǎn)移等全環(huán)節(jié)的排放特性與減排機理，建立電力系統(tǒng)全環(huán)節(jié)碳排放計量與分析的基礎(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”目標的落實，清華大學針對我國電力行業(yè)碳計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估體系與全環(huán)節(jié)實時電力碳計量平臺，并開展了“全域碳計量-全鏈碳響應(yīng)-全景碳足跡”示范應(yīng)用。