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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。

目前，我國能(neng)(neng)(neng)源領域是二氧(yang)化(hua)碳排(pai)(pai)放(fang)的主體，約占總排(pai)(pai)放(fang)量的85%，能(neng)(neng)(neng)源系(xi)統對實現碳排(pai)(pai)放(fang)目標起決定性作用，未來能(neng)(neng)(neng)源碳排(pai)(pai)放(fang)應及早達峰，且(qie)盡(jin)可能(neng)(neng)(neng)控制峰值，為非能(neng)(neng)(neng)源二氧(yang)化(hua)碳排(pai)(pai)放(fang)、非二氧(yang)化(hua)碳溫室氣體排(pai)(pai)放(fang)爭取更多(duo)空間。

在能源碳(tan)排放(fang)(fang)中，電(dian)力系統(tong)排放(fang)(fang)約(yue)占四成，未來電(dian)力將(jiang)扮演(yan)越來越重要的角(jiao)色，應(ying)通過電(dian)能替代方式減少終端用能部門(men)的直(zhi)接碳(tan)排放(fang)(fang)，并以自身加速減排推動能源碳(tan)排放(fang)(fang)大幅降(jiang)低。

電力系統碳排放有望在2025年后達峰

電(dian)力系(xi)統在能源(yuan)低(di)(di)碳(tan)發展(zhan)中(zhong)承擔著越來越重(zhong)要的(de)作用，考(kao)慮到經濟社會發展(zhan)的(de)電(dian)力需求和(he)各類電(dian)源(yuan)的(de)發展(zhan)約束，以在2030年(nian)前盡早(zao)實現(xian)碳(tan)排放(fang)達峰為目標，對近(jin)中(zhong)期(qi)電(dian)力低(di)(di)碳(tan)發展(zhan)進行(xing)量(liang)化(hua)分析。“十(shi)四五”和(he)“十(shi)五五”期(qi)間電(dian)力系(xi)統將(jiang)呈現(xian)如下低(di)(di)碳(tan)發展(zhan)態勢：

一是新能(neng)源裝機規(gui)模(mo)將快速(su)提升。

“十四五”期間(jian)，新能源(yuan)將(jiang)(jiang)實現“倍增”式(shi)發展(zhan)，按年均增長1.2億(yi)千瓦規劃，其中風電4500萬(wan)(wan)千瓦，光(guang)伏7500萬(wan)(wan)千瓦。2025年新能源(yuan)裝(zhuang)機量將(jiang)(jiang)達到約11億(yi)千瓦，較2020年提高(gao)一倍以上，新能源(yuan)裝(zhuang)機占比約35%。

在(zai)(zai)“十五五”期間，新(xin)能源規模將(jiang)進一步提(ti)升，2030年(nian)(nian)風電(dian)、太陽能發電(dian)裝機(ji)容量(liang)將(jiang)分別達到約(yue)8.1億(yi)(yi)千瓦、9.3億(yi)(yi)千瓦，在(zai)(zai)電(dian)源裝機(ji)容量(liang)中占(zhan)比(bi)達到約(yue)44%。新(xin)能源發電(dian)量(liang)占(zhan)比(bi)顯著提(ti)升。2025年(nian)(nian)，新(xin)能源發電(dian)占(zhan)比(bi)約(yue)18%，提(ti)升9個百(bai)分點。2030年(nian)(nian)，新(xin)能源發電(dian)量(liang)達到約(yue)3.2萬億(yi)(yi)千瓦時，占(zhan)比(bi)約(yue)為28%。

二是(shi)各(ge)類(lei)電源將呈現多元化發(fa)展態勢(shi)。

“十四(si)五”期(qi)間煤(mei)電(dian)(dian)(dian)裝(zhuang)機容量(liang)仍有(you)小幅(fu)增長空間，2025年前后達峰(feng)，峰(feng)值約為12億-13億千瓦。煤(mei)電(dian)(dian)(dian)裝(zhuang)機容量(liang)雖將(jiang)呈現先升后降趨勢(shi)，但(dan)未(wei)來較長一段時(shi)期(qi)內，我國約9億千瓦高參數(shu)大容量(liang)低排放煤(mei)電(dian)(dian)(dian)機組仍將(jiang)在電(dian)(dian)(dian)力系統中發揮重要作用。

同(tong)時，氣(qi)電(dian)、核電(dian)、水電(dian)穩步發展，2025年裝(zhuang)機容量或將分(fen)別達到約1.2億千(qian)(qian)瓦(wa)、0.9億千(qian)(qian)瓦(wa)、3.9億千(qian)(qian)瓦(wa)。2025年全國電(dian)源裝(zhuang)機總規模達到約30億千(qian)(qian)瓦(wa)。

三是(shi)電力碳排放(fang)將達峰并保持穩中有降態勢。

“十四五(wu)”期間電(dian)力碳(tan)排(pai)(pai)放總量增速放緩，2025年碳(tan)排(pai)(pai)放量達到約44億(yi)噸，并(bing)有望在稍(shao)后達峰(feng)，峰(feng)值控制在45億(yi)噸以內(nei)，此后穩(wen)中有降。度(du)電(dian)排(pai)(pai)放強度(du)顯著(zhu)下降，2025年降至約460g/kWh，較當前水平下降約120g/kWh。非(fei)化石能(neng)源特(te)別是新能(neng)源裝機(ji)占比持續提升，是電(dian)力碳(tan)減排(pai)(pai)的主要(yao)貢獻(xian)因素。

電力系統低碳轉型的關鍵在于消納高比例新能源

遠期來(lai)看，低碳電力(li)系統(tong)的(de)發(fa)(fa)展(zhan)更(geng)加有賴(lai)于技術創(chuang)新(xin)(xin)突(tu)破(po)，面臨更(geng)多不確定性。因(yin)此(ci)，應(ying)通過設置不同路徑，探討未(wei)來(lai)電力(li)低碳發(fa)(fa)展(zhan)情景(jing)。新(xin)(xin)能(neng)源大規模(mo)發(fa)(fa)展(zhan)是實現(xian)碳中(zhong)和愿(yuan)景(jing)的(de)必(bi)然要求，電力(li)系統(tong)低碳轉型的(de)關鍵在于高比例新(xin)(xin)能(neng)源的(de)消納(na)利(li)用。

圍繞解決高(gao)比(bi)例(li)新能源(yuan)消(xiao)(xiao)納的不同(tong)技術路(lu)(lu)線(xian)，設置以(yi)下(xia)三種(zhong)路(lu)(lu)徑：路(lu)(lu)徑一(yi)主要依靠電(dian)力系統自身實(shi)(shi)現高(gao)比(bi)例(li)新能源(yuan)消(xiao)(xiao)納利(li)用(yong)；路(lu)(lu)徑二(er)(er)是通過大(da)規模發展(zhan)電(dian)制氫(qing)，跟蹤(zong)新能源(yuan)波動性(xing)出力，助力新能源(yuan)利(li)用(yong)；路(lu)(lu)徑三是基于綠氫(qing)和煤電(dian)CCUS產(chan)生(sheng)的二(er)(er)氧化碳制取甲烷、甲醇，實(shi)(shi)現電(dian)-氫(qing)-碳協同(tong)發展(zhan)。

路徑一：依靠電力系統自身消納利用高比例新能源

新(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)主要(yao)(yao)通(tong)過轉化為電(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)進行(xing)利(li)(li)用(yong)，提升(sheng)電(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)系(xi)(xi)統自身的新(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)消納(na)利(li)(li)用(yong)能(neng)力(li)(li)(li)(li)是未來(lai)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)電(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)低碳(tan)發(fa)(fa)展(zhan)的基本要(yao)(yao)求和(he)關鍵(jian)所在。該路徑(jing)下(xia)，需要(yao)(yao)電(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)系(xi)(xi)統源(yuan)(yuan)(yuan)、網(wang)、荷(he)、儲(chu)各環節全面(mian)發(fa)(fa)力(li)(li)(li)(li)，持續優化電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)(yuan)結構，加(jia)強互聯電(dian)(dian)網(wang)建設，挖掘需求響應資源(yuan)(yuan)(yuan)，推動新(xin)型儲(chu)能(neng)快速發(fa)(fa)展(zhan)，增強系(xi)(xi)統對(dui)新(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)的消納(na)利(li)(li)用(yong)能(neng)力(li)(li)(li)(li)。但隨(sui)著新(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)滲透率大幅提高，電(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)系(xi)(xi)統的靈活(huo)調節能(neng)力(li)(li)(li)(li)和(he)安全穩定運行(xing)將面(mian)臨更(geng)大考驗，新(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)發(fa)(fa)展(zhan)規(gui)模可能(neng)受限(xian)。

由(you)于新(xin)能源(yuan)發電出(chu)力存在高度波(bo)(bo)動性和不確定性，隨(sui)著裝機規模(mo)逐步擴大(da)，其(qi)出(chu)力波(bo)(bo)動范圍和波(bo)(bo)動速率(lv)也將日(ri)益(yi)增大(da)。因此，亟需多措并舉提升系統(tong)靈活調節能力。在電源(yuan)側(ce)(ce)(ce)激發多元電源(yuan)的(de)協同(tong)調節潛能，在電網(wang)側(ce)(ce)(ce)實(shi)現更加靈活優(you)化的(de)運(yun)行方式，在負荷側(ce)(ce)(ce)推動需求(qiu)響應常(chang)態化，在儲(chu)能側(ce)(ce)(ce)引導各(ge)類儲(chu)能資源(yuan)參與系統(tong)調節。

此外，新能(neng)源大(da)量接(jie)入導致系統轉(zhuan)動(dong)慣量降低，頻率問(wen)題逐(zhu)漸凸顯，動(dong)態無功支撐能(neng)力降低，易誘(you)發(fa)(fa)(fa)機理復雜的寬頻震蕩，當發(fa)(fa)(fa)生大(da)規模(mo)脫網(wang)時將以潮流轉(zhuan)移(yi)等形式引發(fa)(fa)(fa)級聯(lian)故障，擴大(da)停(ting)電(dian)范圍(wei)，引發(fa)(fa)(fa)惡性(xing)循(xun)環。

因此，亟(ji)需(xu)加強(qiang)“雙高(gao)”（高(gao)比(bi)例新能源、高(gao)度電(dian)力(li)電(dian)子化）電(dian)力(li)系統的運行(xing)機理(li)和穩定特性研究，對(dui)多類型電(dian)力(li)電(dian)子裝(zhuang)備精準建模，進行(xing)系統動態仿(fang)真，通(tong)過廣泛部署同步(bu)調相(xiang)機等設(she)施提高(gao)電(dian)壓(ya)支撐(cheng)能力(li)，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(yong)清潔(jie)能(neng)(neng)源發電(dian)(dian)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)被稱(cheng)為(wei)綠氫(qing)(qing)(qing)，是未(wei)來氫(qing)(qing)(qing)能(neng)(neng)發展的重要方向。電(dian)(dian)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)設(she)備能(neng)(neng)夠容(rong)許較大(da)(da)程度的輸入(ru)電(dian)(dian)力波動(dong)，大(da)(da)規模(mo)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)是平抑新能(neng)(neng)源出(chu)(chu)力波動(dong)的有效途(tu)徑。該路徑下(xia)，可充分發揮制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)負荷的靈(ling)活性，通(tong)過(guo)離網(wang)、并網(wang)等方式大(da)(da)規模(mo)部署電(dian)(dian)制(zhi)氫(qing)(qing)(qing)設(she)施，在源側和網(wang)側實時跟(gen)蹤新能(neng)(neng)源發電(dian)(dian)波動(dong)性出(chu)(chu)力，有效解決(jue)高(gao)比例(li)新能(neng)(neng)源下(xia)電(dian)(dian)力系統的靈(ling)活調節問題。

從氫(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)制取-儲運(yun)-終端利用環節(jie)來看，堿性(xing)(xing)電(dian)解水(shui)和質子交換膜電(dian)解水(shui)能(neng)接(jie)受波(bo)動性(xing)(xing)電(dian)源輸入，適(shi)合作(zuo)(zuo)為(wei)消納新能(neng)源的(de)主要電(dian)制氫(qing)(qing)(qing)(qing)技術。儲運(yun)是制約氫(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)大規模發展的(de)關鍵因素(su)。氣態儲運(yun)效率低(di)，液體(ti)儲運(yun)成本高，安全、經濟的(de)儲運(yun)技術有待突破。目前(qian)國內儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)罐(guan)關鍵材料依賴進(jin)口，低(di)溫液氫(qing)(qing)(qing)(qing)技術、儲氫(qing)(qing)(qing)(qing)材料技術與國外先進(jin)水(shui)平(ping)存在(zai)(zai)(zai)較大差距，產業(ye)化相距甚遠。在(zai)(zai)(zai)氫(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)的(de)終端利用方面，氫(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)在(zai)(zai)(zai)重(zhong)卡等終端消費細分市場具有一定應(ying)用前(qian)景，可作(zuo)(zuo)為(wei)電(dian)能(neng)的(de)重(zhong)要補(bu)充，預計2050年氫(qing)(qing)(qing)(qing)能(neng)在(zai)(zai)(zai)我國終端能(neng)源消費中(zhong)占比有望達到(dao)10%左右(you)。

從經(jing)(jing)濟性(xing)(xing)來看，現階段氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)的(de)終(zhong)端應用領域(yu)和經(jing)(jing)濟競(jing)爭力(li)相(xiang)對(dui)不高，但隨著電(dian)(dian)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)技術的(de)成熟(shu)、新(xin)能(neng)源發電(dian)(dian)成本持續降低(di)以及氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)儲運瓶頸(jing)的(de)突(tu)破(po)，電(dian)(dian)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)將(jiang)實現規模化生產(chan)，“綠(lv)氫(qing)(qing)(qing)”全鏈條(tiao)經(jing)(jing)濟性(xing)(xing)將(jiang)逐步(bu)增強。預計2030年(nian)之后綠(lv)氫(qing)(qing)(qing)的(de)熱當量成本有望與油(you)氣(qi)大(da)(da)致相(xiang)當。同(tong)時(shi)，從電(dian)(dian)力(li)系統調節角度(du)看，未來電(dian)(dian)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)裝置(zhi)的(de)初始投資與儲能(neng)大(da)(da)致相(xiang)當，同(tong)時(shi)可產(chan)生氫(qing)(qing)(qing)、氧(yang)等產(chan)品，收(shou)益方式更(geng)加多元(yuan)，建設(she)電(dian)(dian)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(qing)裝置(zhi)將(jiang)是提供系統靈(ling)活性(xing)(xing)的(de)一種可能(neng)路徑。

路徑三：以電-氫-碳協同實現全鏈條優化

在發揮電制氫靈活調節性能(neng)(neng)的(de)基礎上，通過(guo)在煤電機組(zu)加裝CCUS，為系統(tong)保留轉動慣(guan)量(liang)的(de)同時可捕(bu)捉二氧化碳，與(yu)綠氫廣泛結合(he)大(da)(da)(da)規模制取甲烷(wan)或(huo)甲醇，在終(zhong)端(duan)替代(dai)進(jin)口油氣。從全(quan)環節來(lai)看，該路徑不僅可以(yi)有效(xiao)支撐大(da)(da)(da)規模新(xin)能(neng)(neng)源消納(na)利(li)用(yong)、促進(jin)煤電資產的(de)高(gao)效(xiao)低(di)碳延壽使(shi)用(yong)，還可以(yi)大(da)(da)(da)幅降低(di)我(wo)國(guo)(guo)能(neng)(neng)源對外(wai)依存(cun)度、提升國(guo)(guo)家能(neng)(neng)源安(an)全(quan)，綜合(he)效(xiao)益顯著。

相(xiang)較(jiao)于氫氣(qi)，甲(jia)(jia)(jia)烷和甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)更易(yi)存儲(chu)和運(yun)(yun)輸(shu)。從儲(chu)存來(lai)看(kan)，甲(jia)(jia)(jia)烷的液化(hua)溫度高于氫氣(qi)，液化(hua)成(cheng)本較(jiao)低；甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)無需液化(hua)。從運(yun)(yun)輸(shu)來(lai)看(kan)，氫氣(qi)管(guan)道造價較(jiao)高，且甲(jia)(jia)(jia)烷可注(zhu)入天然氣(qi)管(guan)道；甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)可通過汽運(yun)(yun)方式(shi)運(yun)(yun)輸(shu)。從安全(quan)性來(lai)看(kan)，相(xiang)較(jiao)于氫氣(qi)，甲(jia)(jia)(jia)烷的擴(kuo)散(san)系數更低、點火(huo)能量(liang)更高，更加安全(quan)；甲(jia)(jia)(jia)醇(chun)作(zuo)為液體(ti)，不易(yi)擴(kuo)散(san)，安全(quan)性高。

未(wei)來，隨著新能源度(du)電成本的下降，甲烷和甲醇(chun)在(zai)終(zhong)端利用的經濟性將逐步顯現(xian)，可作(zuo)為動力替代進口油氣。初步測(ce)算(suan)表明，當新能源度(du)電成本降至0.1元/kWh左(zuo)右時，制取的甲醇(chun)相(xiang)比傳統油氣具(ju)有價格競爭力。

同時(shi)，制取甲烷或甲醇為火(huo)電(dian)(dian)(dian)廠(chang)CCUS捕集的(de)二氧化碳提供了應用場(chang)景，是發展循環(huan)碳經濟的(de)可行(xing)方式(shi)。我(wo)(wo)國(guo)未來仍將存在大量高參(can)數大容(rong)量低(di)排放(fang)煤(mei)電(dian)(dian)(dian)機組(zu)，如何利用好現有(you)的(de)高效(xiao)率煤(mei)電(dian)(dian)(dian)機組(zu)是未來我(wo)(wo)國(guo)電(dian)(dian)(dian)力低(di)碳發展亟待回答(da)的(de)重大問題。煤(mei)電(dian)(dian)(dian)加裝CCUS在實現凈零排放(fang)的(de)同時(shi)，保留(liu)了系統轉動(dong)慣(guan)量，有(you)助于保障電(dian)(dian)(dian)力系統安全(quan)穩(wen)定運行(xing)，是符合我(wo)(wo)國(guo)國(guo)情的(de)戰(zhan)略(lve)性選(xuan)擇。

從經濟性(xing)來看，預計2030年前后我國(guo)加(jia)(jia)裝(zhuang)(zhuang)CCUS的度(du)電(dian)增(zeng)量(liang)成(cheng)(cheng)(cheng)本和新能(neng)源并網的度(du)電(dian)系(xi)(xi)統(tong)成(cheng)(cheng)(cheng)本大致相(xiang)當(dang)，都(dou)在0.2元/kWh左(zuo)右，加(jia)(jia)裝(zhuang)(zhuang)CCUS相(xiang)較于發展新能(neng)源替代煤(mei)電(dian)并不會明顯(xian)推(tui)高系(xi)(xi)統(tong)成(cheng)(cheng)(cheng)本。隨(sui)著第二代CCUS技術的逐步(bu)成(cheng)(cheng)(cheng)熟，2050年CCUS技術的成(cheng)(cheng)(cheng)本有望進一(yi)步(bu)下降至(zhi)100元/噸左(zuo)右，煤(mei)電(dian)加(jia)(jia)裝(zhuang)(zhuang)CCUS的度(du)電(dian)增(zeng)量(liang)成(cheng)(cheng)(cheng)本有望下降至(zhi)約0.1元/kWh，經濟競爭力更加(jia)(jia)明顯(xian)。

總體(ti)來看，以上三(san)種路(lu)徑各有(you)千秋，未(wei)來電(dian)力(li)(li)系統低碳發展應當是多種路(lu)徑融合發展的結果。電(dian)力(li)(li)系統需要不斷提升自(zi)身(shen)對高比例(li)新(xin)能(neng)(neng)源的消納利用(yong)能(neng)(neng)力(li)(li)，同時充(chong)分發揮(hui)電(dian)制氫的調(diao)節作(zuo)用(yong)，并積極(ji)探(tan)索(suo)電(dian)制甲醇等P2X技術(shu)路(lu)線(xian)，共同支撐新(xin)能(neng)(neng)源的大規模(mo)發展。

展(zhan)望(wang)未來，我(wo)國電力(li)(li)(li)低碳化發展(zhan)路徑將大致經歷以下三個(ge)階(jie)段：近期(qi)(qi)，以電力(li)(li)(li)系(xi)統(tong)支(zhi)撐(cheng)新(xin)(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)消納(na)(na)利(li)用為主；中期(qi)(qi)，僅依靠(kao)電力(li)(li)(li)系(xi)統(tong)消納(na)(na)高比例(li)新(xin)(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)難度日益增大，需探(tan)索(suo)電、氫、碳多元耦合發展(zhan)方式；遠期(qi)(qi)，多元化路徑并存，要多措并舉支(zhi)撐(cheng)大規模新(xin)(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)消納(na)(na)利(li)用，助力(li)(li)(li)循環(huan)碳經濟(ji)發展(zhan)。

注：本文作者：張運洲，系(xi)國(guo)網能源(yuan)研究院有(you)限公司董事長（院長）；代(dai)紅才、張寧，均供職于(yu)該公司。