碳中和目標(biāo)下的電能替代發(fā)展戰(zhàn)略研究

孫洪健

國網(wǎng)江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司 江蘇 宿遷 223800

1 “碳中和”目標(biāo)與電能替代

1.1 “碳中和”目標(biāo)

碳中和是全球主要經(jīng)濟(jì)體針對碳排放問題提出的核心發(fā)展目標(biāo)，G7中部分國家表示計(jì)劃在60年時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)變碳排放頂峰的發(fā)展局面，實(shí)現(xiàn)零排放的發(fā)展目標(biāo)。在碳排放目標(biāo)規(guī)劃方面，我國提出合理配置有限的能源資源、切實(shí)提高能源資源的效率等實(shí)踐措施，意在進(jìn)一步推動能源革命，加快其在數(shù)字化、現(xiàn)代化方面的發(fā)展進(jìn)程。2019年，全球二氧化碳總排放量中，我國碳排放量占比達(dá)到29%，在未來的發(fā)展階段內(nèi)，這一數(shù)值將會逐步下降，在節(jié)能減排核心發(fā)展理念的指導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)?，F(xiàn)階段，我國面臨著十分艱巨的減排任務(wù)，要積極面臨并應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，還需以電能替代為核心發(fā)展方向，采取科學(xué)有效的技術(shù)措施，推動能源利用效率的穩(wěn)步提升，轉(zhuǎn)變單一化的能源消費(fèi)方式[1]。由此可以看出，積極利用碳中和能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的重要目標(biāo)，從 2013年電能替代電量的 140 億千瓦時(shí)逐步上升到 2020 年的 1,938 億千瓦時(shí)，在這一逐步發(fā)展的過程當(dāng)中，電能替代減碳效果突出，具體如下圖1所示。

圖1 國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)電能替代電量

1.2 “碳中和”涉及的主要領(lǐng)域

當(dāng)前，碳中和涉及的領(lǐng)域主要分為五部分，一是植樹造林、恢復(fù)植被為主的碳匯領(lǐng)域，二是以工業(yè)、建筑等產(chǎn)業(yè)相關(guān)的節(jié)能領(lǐng)域，三是主要涵蓋商貿(mào)物流、交通運(yùn)輸?shù)臏p排領(lǐng)域，四是推廣可再生能源、提升電氣化率方面的能源電力領(lǐng)域，五是覆蓋農(nóng)業(yè)、氫能發(fā)展以及碳捕獲方面的非電力能源領(lǐng)域?，F(xiàn)階段，工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、能源消耗以及廢物處理是碳排放的主要來源。要實(shí)現(xiàn)碳中和的發(fā)展目標(biāo)，首先應(yīng)以恢復(fù)植被、組織開展植樹造林活動，以及加強(qiáng)控制碳匯交易等為著手點(diǎn)，促使自然環(huán)境吸收二氧化碳的能力得以大幅提升，然后將節(jié)能減排的思想理念滲透并融入建筑行業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)領(lǐng)域中。最后，針對性地改進(jìn)并優(yōu)化現(xiàn)有的電力系統(tǒng)，加快對可再生能源的推廣使用，進(jìn)一步提升電氣化率。拓展氫能在非電力能源系統(tǒng)內(nèi)的應(yīng)用，為碳捕獲技術(shù)的創(chuàng)新與研發(fā)提供有力支持[2]。

1.3 “碳中和”目標(biāo)下電能領(lǐng)域主要措施

實(shí)現(xiàn)碳中和的發(fā)展目標(biāo)，還需立足于全體系解決方案的完善化構(gòu)建。首先，進(jìn)一步加大清潔能源在源端的部署規(guī)模，有效替代化石能源，將風(fēng)電、光伏發(fā)電放在主體能源的位置上，最大限度內(nèi)減少對煤炭的使用與消耗。以多方向?yàn)榘l(fā)展目標(biāo)，逐漸轉(zhuǎn)變以往單方向鏈?zhǔn)降碾娔芘渲媚Ｊ健?/p>

加快電能替代在負(fù)荷端的全面推行，以工業(yè)、建筑以及交通領(lǐng)域?yàn)橹攸c(diǎn)對象，改造終端的電氣系統(tǒng)，利用清潔能源替代化石能源，有效提升終端用能的電氣化水平，最大程度上減少碳排放量。

1.4 “碳中和”目標(biāo)下能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變

轉(zhuǎn)變當(dāng)前單一化的能源結(jié)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要路徑，一方面，逐步提高可再生能源在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的部署規(guī)模，助力高耗能產(chǎn)業(yè)邁向電氣化的發(fā)展路徑。預(yù)計(jì)到2025年及2030年，含水電的清潔能源發(fā)電裝機(jī)將分別達(dá)到14.8億kW、21.9億kW，預(yù)計(jì)到2030年，非化石能源發(fā)電量在總發(fā)電量中的占比不超過50%，以大幅加快能源變革的發(fā)展速度，如圖2所示[3]。

圖2 碳中和發(fā)展目標(biāo)

2 “碳中和”目標(biāo)下的電能替代發(fā)展戰(zhàn)略

2.1 電能替代的發(fā)展戰(zhàn)略

在碳中和目標(biāo)的指引下，電能替代應(yīng)積極尋求多樣化的發(fā)展路徑。首先，秉承充分用電的基本準(zhǔn)則，著重挖掘不同類型能源的應(yīng)用潛力，助力其能力釋放，推動其價(jià)值增長，依托于對創(chuàng)新型技術(shù)手段的靈活運(yùn)用，增加發(fā)電量，也可以采用合理增容、微增容等方式，提高電能利用率。然后，提高對電能替代創(chuàng)新發(fā)展的重視，將各種各樣的新技術(shù)、新材料充分利用到用戶端，打造以低成本、規(guī)?；癁楹诵牡膽?yīng)用模式，確保政策紅利被用好、用足。最后，提高交易充分性，對多方交易、源荷互動等層面展開深入探索，緊隨市場和價(jià)格驅(qū)動，將峰谷價(jià)差靈活運(yùn)用起來，最大限度內(nèi)降低用能費(fèi)用，在促進(jìn)能源系統(tǒng)運(yùn)行效率穩(wěn)步提高的基礎(chǔ)上，獲取更高的經(jīng)濟(jì)效益。只有真正的提供有效的措施，才能夠促使碳中和目標(biāo)下的電能替代發(fā)展戰(zhàn)略得到有效的應(yīng)用和實(shí)施，從而切實(shí)推動綠色能源的發(fā)展，促進(jìn)我國的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)不斷實(shí)現(xiàn)。

近年來，電力電能替代發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，以電螺桿熱泵+余熱回收的技術(shù)方式，實(shí)現(xiàn)了電能替代工業(yè)領(lǐng)域的新突破，將電能替代設(shè)施到能源消費(fèi)層面中，并進(jìn)一步提高電力在終端消費(fèi)中的比重，意在切實(shí)提高對現(xiàn)有能源的利用效率，也為地方經(jīng)濟(jì)的綠色化發(fā)展提供便利服務(wù)，實(shí)現(xiàn)替代電量130.25億千瓦時(shí)，同比增長23.8個(gè)百分點(diǎn)，相當(dāng)于減少使用了727萬噸的散煤。黨的十九大報(bào)告指出，推進(jìn)綠色發(fā)展、推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，堅(jiān)持全民共治、源頭防治，持續(xù)實(shí)施大氣污染防治行動。

以工業(yè)生產(chǎn)為例，將新的余熱回收機(jī)房建立在原有的制冷設(shè)備旁邊，當(dāng)制冷過程中有熱量不斷釋放出來時(shí)，其不再飄散到大氣中白白浪費(fèi)，而是可以通過熱泵轉(zhuǎn)化成熱能，源源不斷地注入新建的熱水池中，加以儲存，再后續(xù)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中得到充分使用。在這一過程中既能夠?qū)崿F(xiàn)資源的有效應(yīng)用，同時(shí)對于環(huán)境來說也能夠有效減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)，減緩全球變暖問題的加劇，是一種切實(shí)可行的環(huán)保措施。

2.2 “碳中和”目標(biāo)帶來的發(fā)展建議

推進(jìn)電能替代在各行業(yè)領(lǐng)域中的滲透，需要立足于當(dāng)前國家能源電力布局的實(shí)際情況，以非石化能源為加速轉(zhuǎn)型的發(fā)展方向。在西部、北部地區(qū)，推進(jìn)大型綜合能源基地的構(gòu)建，在西南地區(qū)，建設(shè)大規(guī)模的水電基地，針對東中部地區(qū)，以分散式風(fēng)電、分布式光伏的建設(shè)為核心，以滿足能源供應(yīng)需求。在沿海地區(qū)，則可以以海上風(fēng)電、核電等為主要發(fā)展方向。除了需要加大對光伏、風(fēng)電等新能源的使用，還應(yīng)著重創(chuàng)新對電源進(jìn)行匯集、送出以及消納的多元化功能，為特高壓大電網(wǎng)的構(gòu)建奠定良好基礎(chǔ)。一方面確保風(fēng)光儲能得以良好互補(bǔ)，減輕單一能源應(yīng)用的壓力。另一方面優(yōu)化能源轉(zhuǎn)運(yùn)的靈活性，拓寬安全消納的覆蓋范圍。通過以上措施的實(shí)施，有效地減緩了電量使用量，真正實(shí)現(xiàn)了以電能代替電量的目標(biāo)。同時(shí)在發(fā)展的過程中減輕了環(huán)境壓力，節(jié)約了大量資源，也是綠色可持續(xù)發(fā)展觀念的有效踐行措施，有利于長期的發(fā)展規(guī)劃。

2.3 電能替代重點(diǎn)挖掘領(lǐng)域

在工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)制造領(lǐng)域，電能替代的主要對象是電窯爐、電鍋爐，由于生產(chǎn)制造行業(yè)的全流程生產(chǎn)工藝大多較為復(fù)雜，實(shí)際生產(chǎn)工作過程中往往伴隨著大量熱量的產(chǎn)生，加快蓄熱式工業(yè)電鍋爐在此類生產(chǎn)制造領(lǐng)域內(nèi)的推廣使用，有利于減少能耗，最大限度內(nèi)降低熱量損耗。與此同時(shí)，對于玻璃鑄造等工業(yè)行業(yè)，可以積極引入對多樣化電窯爐技術(shù)的應(yīng)用，一方面提高現(xiàn)有鑄造工藝的技術(shù)水平，另一方面提高對電力能源的利用效率。對于需要運(yùn)輸物料的交通運(yùn)輸、物流行業(yè)，可以選擇使用電動皮帶廊，這不僅可以減少人工勞動工作量，也可以提高物料的運(yùn)輸效率，為產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型發(fā)展提供便利的技術(shù)條件。

在鄉(xiāng)村電氣化領(lǐng)域，大力實(shí)施電能替代。聚焦國有糧倉、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)加工企業(yè)、家庭農(nóng)場等客戶，推廣電動插秧機(jī)、空氣源熱泵糧食電烘干、農(nóng)業(yè)大棚電保溫、電動噴淋等成熟農(nóng)業(yè)電氣化技術(shù)，淘汰燃煤烘干，推動糧食耕種全程電氣化，打造智能養(yǎng)殖、全電農(nóng)家樂等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)新業(yè)態(tài)。聚焦直燃油治理，聯(lián)合環(huán)保、農(nóng)業(yè)農(nóng)村等主管部門，集中開展安全排查，全面淘汰危廢農(nóng)具、鑄造爐等燃油設(shè)備。

在居民用電方面，應(yīng)全面推動廚炊、洗浴邁向電氣化的發(fā)展路徑，前不久，全店廚房得以正式投運(yùn)，用電磁灶為用戶帶來良好的使用體驗(yàn)。全電廚房不僅受到許多企業(yè)的熱烈歡迎，也大幅減少了在電能方面的成本支出，通過測算可以發(fā)現(xiàn)，電能比液化氣、甲醇等更省錢，節(jié)能達(dá)30%-35%左右。與傳統(tǒng)廚房相比，全電廚房在經(jīng)濟(jì)性、安全性以及環(huán)保性方面具有顯著優(yōu)勢。聚焦商業(yè)餐飲電氣化，深入開展餐飲電氣化專項(xiàng)行動，推動沿街餐飲商鋪實(shí)施“瓶改電”，實(shí)現(xiàn)政企機(jī)關(guān)食堂全電化，打造綠色餐飲。

在交通領(lǐng)域，電能替代的實(shí)施范圍更廣，當(dāng)前，電動汽車隨處可見，受到大眾的廣泛歡迎，機(jī)場橋載輔助動力裝置替代、港口岸電等新技術(shù)也逐漸出現(xiàn)在公眾視野中，被優(yōu)先推廣應(yīng)用到了基礎(chǔ)條件較好的城市地區(qū)，在未來，其必然會逐步實(shí)現(xiàn)全覆蓋。聚焦物流、港口、廠區(qū)等區(qū)間作業(yè)領(lǐng)域，推廣電動重卡、電動叉車、電動軌道機(jī)車等電動特種作業(yè)車輛。在長三角城市、環(huán)渤海、主干高速公路等核心區(qū)域與要道上，城際充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建為大眾提供了便利條件，使得充換電更為簡便易行。電動貨物裝卸、高低壓岸電系統(tǒng)等新型技術(shù)成果被逐漸應(yīng)用到沿海、沿江等港口碼頭上，為京杭大運(yùn)河的互聯(lián)互通奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也為優(yōu)質(zhì)港口岸電市場的開拓與創(chuàng)新提供了良好條件。

3 結(jié)束語

在碳中和核心發(fā)展目標(biāo)的指引下，電能替代還需積極尋求多元化的滲透路徑，拓寬當(dāng)前有限的發(fā)展渠道，向新領(lǐng)域、新模式等層面內(nèi)穩(wěn)步邁進(jìn)，創(chuàng)新出更多的替代技術(shù)與替代方法。在此基礎(chǔ)上，切實(shí)提升技術(shù)、裝備的能效水平，提高能源的利用率，推動電能替代在交通運(yùn)輸、工業(yè)產(chǎn)業(yè)、居民用電等多領(lǐng)域內(nèi)的廣泛應(yīng)用。