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(shí)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。

目前，我國能源領(lǐng)域是二氧化碳排放的主體，約占總排放量的85%，能源系統對實(shí)現碳排放目標起決定性作用，未來(lái)能源碳排放應及早達峰，且盡可能控制峰值，為非能源二氧化碳排放、非二氧化碳溫室氣體排放爭取更多空間。在能源碳排放中，電力系統排放約占四成，未來(lái)電力將扮演越來(lái)越重要的角色，應通過(guò)電能替代方式減少終端用能部門(mén)的直接碳排放，并以自身加速減排推動(dòng)能源碳排放大幅降低。

電力系統碳排放有望在2025后達峰

電力系統在能源低碳發(fā)展中承擔著(zhù)越來(lái)越重要的作用，考慮到經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的電力需求和各類(lèi)電源的發(fā)展約束，以在2030年前盡早實(shí)現碳排放達峰為目標，對近中期電力低碳發(fā)展進(jìn)行量化分析?！笆奈濉焙汀笆逦濉逼陂g電力系統將呈現如下低碳發(fā)展態(tài)勢：

一是新能源裝機規模將快速提升?！笆奈濉逼陂g，新能源將實(shí)現“倍增”式發(fā)展，按年均增長(cháng)1.2億千瓦規劃，其中風(fēng)電4500萬(wàn)千瓦，光伏7500萬(wàn)千瓦。2025年新能源裝機量將達到約11億千瓦，較2020年提高一倍以上，新能源裝機占比約35%。在“十五五”期間，新能源規模將進(jìn)一步提升，2030年風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機容量將分別達到約8.1億千瓦、9.3億千瓦，在電源裝機容量中占比達到約44%。新能源發(fā)電量占比顯著(zhù)提升。2025年，新能源發(fā)電占比約18%，提升9個(gè)百分點(diǎn)。2030年，新能源發(fā)電量達到約3.2萬(wàn)億千瓦時(shí)，占比約為28%。

二是各類(lèi)電源將呈現多元化發(fā)展態(tài)勢?！笆奈濉逼陂g煤電裝機容量仍有小幅增長(cháng)空間，2025年前后達峰，峰值約為12億-13億千瓦。煤電裝機容量雖將呈現先升后降趨勢，但未來(lái)較長(cháng)一段時(shí)期內，我國約9億千瓦高參數大容量低排放煤電機組仍將在電力系統中發(fā)揮重要作用。同時(shí)，氣電、核電、水電穩步發(fā)展，2025年裝機容量或將分別達到約1.2億千瓦、0.9億千瓦、3.9億千瓦。2025年全國電源裝機總規模達到約30億千瓦。

三是電力碳排放將達峰并保持穩中有降態(tài)勢?！笆奈濉逼陂g電力碳排放總量增速放緩，2025年碳排放量達到約44億噸，并有望在稍后達峰，峰值控制在45億噸以?xún)?，此后穩中有降。度電排放強度顯著(zhù)下降，2025年降至約460g/kWh，較當前水平下降約120g/kWh。非化石能源特別是新能源裝機占比持續提升，是電力碳減排的主要貢獻因素。

電力系統低碳轉型的關(guān)鍵在于消納高比例新能源

遠期來(lái)看，低碳電力系統的發(fā)展更加有賴(lài)于技術(shù)創(chuàng )新突破，面臨更多不確定性。因此，應通過(guò)設置不同路徑，探討未來(lái)電力低碳發(fā)展情景。新能源大規模發(fā)展是實(shí)現碳中和愿景的必然要求，電力系統低碳轉型的關(guān)鍵在于高比例新能源的消納利用。圍繞解決高比例新能源消納的不同技術(shù)路線(xiàn)，設置以下三種路徑：路徑一主要依靠電力系統自身實(shí)現高比例新能源消納利用；路徑二是通過(guò)大規模發(fā)展電制氫，跟蹤新能源波動(dòng)性出力，助力新能源利用；路徑三是基于綠氫和煤電CCUS產(chǎn)生的二氧化碳制取甲烷、甲醇，實(shí)現電-氫-碳協(xié)同發(fā)展。

路徑一——依靠電力系統自身消納利用高比例新能源

新能源主要通過(guò)轉化為電力進(jìn)行利用，提升電力系統自身的新能源消納利用能力是未來(lái)能源電力低碳發(fā)展的基本要求和關(guān)鍵所在。該路徑下，需要電力系統源、網(wǎng)、荷、儲各環(huán)節全面發(fā)力，持續優(yōu)化電源結構，加強互聯(lián)電網(wǎng)建設，挖掘需求響應資源，推動(dòng)新型儲能快速發(fā)展，增強系統對新能源的消納利用能力。但隨著(zhù)新能源滲透率大幅提高，電力系統的靈活調節能力和安全穩定運行將面臨更大考驗，新能源發(fā)展規?？赡苁芟?。

由于新能源發(fā)電出力存在高度波動(dòng)性和不確定性，隨著(zhù)裝機規模逐步擴大，其出力波動(dòng)范圍和波動(dòng)速率也將日益增大。因此，亟需多措并舉提升系統靈活調節能力。在電源側激發(fā)多元電源的協(xié)同調節潛能，在電網(wǎng)側實(shí)現更加靈活優(yōu)化的運行方式，在負荷側推動(dòng)需求響應常態(tài)化，在儲能側引導各類(lèi)儲能資源參與系統調節。

此外，新能源大量接入導致系統轉動(dòng)慣量降低，頻率問(wèn)題逐漸凸顯，動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐能力降低，易誘發(fā)機理復雜的寬頻震蕩，當發(fā)生大規模脫網(wǎng)時(shí)將以潮流轉移等形式引發(fā)級聯(lián)故障，擴大停電范圍，引發(fā)惡性循環(huán)。因此，亟需加強“雙高”（高比例新能源、高度電力電子化）電力系統的運行機理和穩定特性研究，對多類(lèi)型電力電子裝備精準建模，進(jìn)行系統動(dòng)態(tài)仿真，通過(guò)廣泛部署同步調相機等設施提高電壓支撐能力，持續完善“三道防線(xiàn)”。

路徑二——以電-氫協(xié)同助力新能源消納利用

利用清潔能源發(fā)電制氫被稱(chēng)為綠氫，是未來(lái)氫能發(fā)展的重要方向。電制氫設備能夠容許較大程度的輸入電力波動(dòng)，大規模制氫是平抑新能源出力波動(dòng)的有效途徑。該路徑下，可充分發(fā)揮制氫負荷的靈活性，通過(guò)離網(wǎng)、并網(wǎng)等方式大規模部署電制氫設施，在源側和網(wǎng)側實(shí)時(shí)跟蹤新能源發(fā)電波動(dòng)性出力，有效解決高比例新能源下電力系統的靈活調節問(wèn)題。

從氫能制取-儲運-終端利用環(huán)節來(lái)看，堿性電解水和質(zhì)子交換膜電解水能接受波動(dòng)性電源輸入，適合作為消納新能源的主要電制氫技術(shù)。儲運是制約氫能大規模發(fā)展的關(guān)鍵因素。氣態(tài)儲運效率低，液體儲運成本高，安全、經(jīng)濟的儲運技術(shù)有待突破。目前國內儲氫罐關(guān)鍵材料依賴(lài)進(jìn)口，低溫液氫技術(shù)、儲氫材料技術(shù)與國外先進(jìn)水平存在較大差距，產(chǎn)業(yè)化相距甚遠。在氫能的終端利用方面，氫能在重卡等終端消費細分市場(chǎng)具有一定應用前景，可作為電能的重要補充，預計2050年氫能在我國終端能源消費中占比有望達到10%左右。

從經(jīng)濟性來(lái)看，現階段氫氣的終端應用領(lǐng)域和經(jīng)濟競爭力相對不高，但隨著(zhù)電制氫技術(shù)的成熟、新能源發(fā)電成本持續降低以及氫氣儲運瓶頸的突破，電制氫將實(shí)現規?；a(chǎn)，“綠氫”全鏈條經(jīng)濟性將逐步增強。預計2030年之后綠氫的熱當量成本有望與油氣大致相當。同時(shí)，從電力系統調節角度看，未來(lái)電制氫裝置的初始投資與儲能大致相當，同時(shí)可產(chǎn)生氫、氧等產(chǎn)品，收益方式更加多元，建設電制氫裝置將是提供系統靈活性的一種可能路徑。

路徑三——以電-氫-碳協(xié)同實(shí)現全鏈條優(yōu)化

在發(fā)揮電制氫靈活調節性能的基礎上，通過(guò)在煤電機組加裝CCUS，為系統保留轉動(dòng)慣量的同時(shí)可捕捉二氧化碳，與綠氫廣泛結合大規模制取甲烷或甲醇，在終端替代進(jìn)口油氣。從全環(huán)節來(lái)看，該路徑不僅可以有效支撐大規模新能源消納利用、促進(jìn)煤電資產(chǎn)的高效低碳延壽使用，還可以大幅降低我國能源對外依存度、提升國家能源安全，綜合效益顯著(zhù)。

相較于氫氣，甲烷和甲醇更易存儲和運輸。從儲存來(lái)看，甲烷的液化溫度高于氫氣，液化成本較低；甲醇無(wú)需液化。從運輸來(lái)看，氫氣管道造價(jià)較高，且甲烷可注入天然氣管道；甲醇可通過(guò)汽運方式運輸。從安全性來(lái)看，相較于氫氣，甲烷的擴散系數更低、點(diǎn)火能量更高，更加安全；甲醇作為液體，不易擴散，安全性高。未來(lái)，隨著(zhù)新能源度電成本的下降，甲烷和甲醇在終端利用的經(jīng)濟性將逐步顯現，可作為動(dòng)力替代進(jìn)口油氣。初步測算表明，當新能源度電成本降至0.1元/kWh左右時(shí)，制取的甲醇相比傳統油氣具有價(jià)格競爭力。

同時(shí)，制取甲烷或甲醇為火電廠(chǎng)CCUS捕集的二氧化碳提供了應用場(chǎng)景，是發(fā)展循環(huán)碳經(jīng)濟的可行方式。我國未來(lái)仍將存在大量高參數大容量低排放煤電機組，如何利用好現有的高效率煤電機組是未來(lái)我國電力低碳發(fā)展亟待回答的重大問(wèn)題。煤電加裝CCUS在實(shí)現凈零排放的同時(shí)，保留了系統轉動(dòng)慣量，有助于保障電力系統安全穩定運行，是符合我國國情的戰略性選擇。從經(jīng)濟性來(lái)看，預計2030年前后我國加裝CCUS的度電增量成本和新能源并網(wǎng)的度電系統成本大致相當，都在0.2元/kWh左右，加裝CCUS相較于發(fā)展新能源替代煤電并不會(huì )明顯推高系統成本。隨著(zhù)第二代CCUS技術(shù)的逐步成熟，2050年CCUS技術(shù)的成本有望進(jìn)一步下降至100元/噸左右，煤電加裝CCUS的度電增量成本有望下降至約0.1元/kWh，經(jīng)濟競爭力更加明顯。

總體來(lái)看，以上三種路徑各有千秋，未來(lái)電力系統低碳發(fā)展應當是多種路徑融合發(fā)展的結果。電力系統需要不斷提升自身對高比例新能源的消納利用能力，同時(shí)充分發(fā)揮電制氫的調節作用，并積極探索電制甲醇等P2X技術(shù)路線(xiàn)，共同支撐新能源的大規模發(fā)展。

展望未來(lái)，我國電力低碳化發(fā)展路徑將大致經(jīng)歷以下三個(gè)階段：近期，以電力系統支撐新能源消納利用為主；中期，僅依靠電力系統消納高比例新能源難度日益增大，需探索電、氫、碳多元耦合發(fā)展方式；遠期，多元化路徑并存，要多措并舉支撐大規模新能源消納利用，助力循環(huán)碳經(jīng)濟發(fā)展。

（文章來(lái)源：中國能源報）