我國(guó)電力碳達(dá)峰、碳中和路徑研究

舒印彪 ，張麗英 ，張運(yùn)洲 ，王耀華 ，魯剛 ，元博 ，夏鵬

（1. 中國(guó)華能集團(tuán)有限公司，北京 100031；2. 國(guó)家電網(wǎng)有限公司，北京 100031；3. 國(guó)網(wǎng)能源研究院有限公司，北京 102209）

一、前言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，與全球氣候變化密切相關(guān)的極端天氣、自然災(zāi)害頻發(fā)，世界各國(guó)紛紛制定碳中性、碳中和氣候目標(biāo)，加速能源清潔低碳轉(zhuǎn)型、積極應(yīng)對(duì)氣候變化成為全球共同性議題 [1~3]。我國(guó)積極宣示并推動(dòng)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)施 [4,5]，既是踐行人類(lèi)命運(yùn)共同體的重大實(shí)踐，也體現(xiàn)了推動(dòng)世界綠色低碳轉(zhuǎn)型的決心與擔(dān)當(dāng)。在我國(guó)，能源活動(dòng)是CO2的主要排放源，相應(yīng)排放量約占全社會(huì)CO2排放量的87%、全部溫室氣體排放量的73%；其中電力部門(mén)是重要的碳排放部門(mén)（約占能源碳排放的40%），相應(yīng)排放量約為4×109t。未來(lái)，通過(guò)電能替代煤炭、石油、天然氣等化石能源的直接使用 [6]，提高終端能源消費(fèi)的電氣化水平，可顯著減少終端用能部門(mén)的直接碳排放。電力是能源轉(zhuǎn)型的中心環(huán)節(jié)、碳減排的關(guān)鍵領(lǐng)域 [7~10]，電力部門(mén)將承擔(dān)更大的減排責(zé)任，應(yīng)加快構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng) [11]，推動(dòng)能源電力低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)碳中和目標(biāo)作出重要貢獻(xiàn)。

能源電力低碳轉(zhuǎn)型對(duì)于實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)至關(guān)重要 [12]。目前國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)在世界能源低碳轉(zhuǎn)型路徑研究方面取得了豐富成果，如國(guó)際能源署（IEA）、國(guó)際可再生能源署（IRENA）等機(jī)構(gòu)按年度發(fā)布世界能源發(fā)展展望報(bào)告 [13,14]，開(kāi)發(fā)了一批綜合能源經(jīng)濟(jì)模型（代表性的有MARKEL-MACRO模型、TIMES模型、C-REM模型），為碳中和目標(biāo)下全社會(huì)、各行業(yè)脫碳轉(zhuǎn)型路徑研究提供了方向引導(dǎo)與工具支撐；國(guó)內(nèi)高校、科研院所通過(guò)設(shè)置政策情景、強(qiáng)化減排情景、2 ℃和1.5 ℃情景等假設(shè)，對(duì)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下我國(guó)能源電力轉(zhuǎn)型路徑開(kāi)展了多情景分析并獲得諸多研究成果 [15~17]。需要注意到，相較主要發(fā)達(dá)國(guó)家在自然達(dá)峰后的漫長(zhǎng)減排路徑，我國(guó)的碳排放峰值、平臺(tái)期、轉(zhuǎn)型路徑將完全不同 [18,19]，電力低碳轉(zhuǎn)型必然面臨包括規(guī)劃、政策、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟(jì)性在內(nèi)的全方位挑戰(zhàn)。統(tǒng)籌協(xié)調(diào)電力行業(yè)與全社會(huì)其他行業(yè)的減排責(zé)任和進(jìn)程，考慮新型儲(chǔ)能、CCUS（碳捕集、利用與封存）、氫能等關(guān)鍵新技術(shù)對(duì)電力低碳轉(zhuǎn)型路徑的影響 [20~22]，合理確定煤電發(fā)展定位、科學(xué)發(fā)展利用新能源、破解電力平衡挑戰(zhàn)等重大問(wèn)題，都可歸納為在多重不確定的內(nèi)外部環(huán)境下多目標(biāo)權(quán)衡與統(tǒng)籌優(yōu)化事件，需要兼顧安全、經(jīng)濟(jì)、清潔等多個(gè)方向開(kāi)展系統(tǒng)深入的研究。

針對(duì)于此，本文以我國(guó)電力行業(yè)未來(lái)承擔(dān)的碳減排實(shí)物量為主約束，根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源電力需求、資源環(huán)境等關(guān)鍵邊界條件，合理計(jì)及約束差異，構(gòu)建深度低碳、零碳、負(fù)碳3類(lèi)電力低碳轉(zhuǎn)型情景；對(duì)比分析不同情景下電源結(jié)構(gòu)布局、電力碳減排、電力供應(yīng)成本等優(yōu)化結(jié)果，辨識(shí)路徑實(shí)施亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題，以期為碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下電力轉(zhuǎn)型及中長(zhǎng)期發(fā)展研究提供基礎(chǔ)參考。

二、碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下電力轉(zhuǎn)型路徑的多情景分析方法

（一）研究模型與方法

本文采用定量和定性相結(jié)合的方式開(kāi)展具體研究。①評(píng)估電力系統(tǒng)碳預(yù)算。以碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)為約束，從經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的全局出發(fā)，綜合考慮國(guó)際碳減排現(xiàn)狀、不同行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和碳減排難度，研判2020—2060年我國(guó)電力碳排放總預(yù)算。②設(shè)置轉(zhuǎn)型情景和關(guān)鍵邊界條件?？紤]電力系統(tǒng)碳減排責(zé)任、關(guān)鍵舉措實(shí)施力度的差異性，結(jié)合國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、能源電力需求、宏觀政策目標(biāo)、能源資源潛力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等關(guān)鍵邊界條件及其參數(shù)，設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)深度低碳、零碳、負(fù)碳3類(lèi)轉(zhuǎn)型發(fā)展情景。③電力碳減排轉(zhuǎn)型路徑優(yōu)化（見(jiàn)圖1）。針對(duì)設(shè)計(jì)的3類(lèi)發(fā)展情景，采用碳達(dá)峰、碳中和電力規(guī)劃軟件包GESP-V來(lái)優(yōu)化獲得電源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型路徑、電力系統(tǒng)碳減排路徑、電力供應(yīng)成本等。GESP-V由國(guó)網(wǎng)能源研究院有限公司自主開(kāi)發(fā)，以包含新能源在內(nèi)的多區(qū)域電力規(guī)劃模型為核心，可反映電力電量平衡、碳排放約束、碳捕集改造、電制氫等減碳與新能源利用等關(guān)鍵技術(shù)的影響；集成電源規(guī)劃、生產(chǎn)模擬、政策分析等系統(tǒng)工具，可針對(duì)各類(lèi)情景下的能源電力發(fā)展路徑、電源發(fā)展規(guī)模布局、電力流向規(guī)模、傳統(tǒng)電源CCUS改造后的捕集規(guī)模、電力碳減排路徑等開(kāi)展優(yōu)化分析。④關(guān)鍵問(wèn)題分析與應(yīng)對(duì)策略建議（見(jiàn)圖2）?；诟靼l(fā)展情景下路徑優(yōu)化結(jié)果的對(duì)比，探討煤電發(fā)展定位、新能源發(fā)展利用、清潔能源多元化供應(yīng)、電力平衡等關(guān)鍵問(wèn)題，研究提出低碳轉(zhuǎn)型所需的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)、政策等建議。

圖1 碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下電力發(fā)展路徑優(yōu)化模型

圖2 碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下電力低碳轉(zhuǎn)型研究思路

（二）電力碳預(yù)算

碳預(yù)算指在特定時(shí)期中將全球地表溫度控制在給定范圍內(nèi)所對(duì)應(yīng)的累積CO2排放量上限。研究表明 [23,24]，全球最大溫升與累積CO2排放量約為線性比例關(guān)系，CCR指數(shù)可以衡量這種近似線性關(guān)系。

式（1）中，ΔT是一段時(shí)間內(nèi)的全球溫升，ET為這段時(shí)間內(nèi)累積的CO2排放量。CCR指數(shù)值通常為1.0~2.1℃/（1012t CO2）。

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（IPCC）測(cè)算 [25,26]，全球溫升控制在2 ℃以?xún)?nèi)的剩余碳預(yù)算為 1.2×1012~1.5×1012t CO2，全球溫升控制在 1.5℃以?xún)?nèi)的剩余碳預(yù)算為4.2×1011~5.8×1011t CO2。為了實(shí)現(xiàn)國(guó)際間全球碳預(yù)算的合理分配，各國(guó)研究機(jī)構(gòu)積極探索碳排放限額分配方法，雖然尚未形成統(tǒng)一的碳排放權(quán)分配方案，但基本形成以人均碳排放、累計(jì)人均碳排放為基礎(chǔ)的兩類(lèi)典型分配思路。在我國(guó)，為了將全國(guó)碳預(yù)算分解至各行業(yè)，還需考慮全社會(huì)各行業(yè)的碳排放現(xiàn)狀、碳減排難度、碳減排潛力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性差異。本研究基于全球剩余碳預(yù)算，綜合考慮國(guó)際間碳排放方案、國(guó)內(nèi)行業(yè)間碳排放現(xiàn)狀及減排能力差異，預(yù)測(cè)2020—2060 年我國(guó)電力系統(tǒng)碳排放預(yù)算為 7.8×1010~1.3×1011t CO2。

（三）發(fā)展情景與關(guān)鍵邊界條件

以2060年為目標(biāo)年，考慮電力系統(tǒng)不同的碳減排責(zé)任、減排關(guān)鍵舉措的不同實(shí)施力度，設(shè)計(jì)了電力系統(tǒng)深度低碳、零碳、負(fù)碳3類(lèi)轉(zhuǎn)型發(fā)展情景（見(jiàn)表1），剖析實(shí)現(xiàn)碳中和不同路徑下存在的重要問(wèn)題，推演各種發(fā)展路徑的可行性及面臨挑戰(zhàn)。

表1 電力低碳轉(zhuǎn)型的主要情景

1. 電力需求預(yù)測(cè)結(jié)果

綜合考慮經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能節(jié)電、電能替代、電制氫等影響因素，未來(lái)我國(guó)電力需求的增長(zhǎng)空間還很大（見(jiàn)圖3）：2030年全社會(huì)用電量約為1.18×1013kW·h，2040—2045年電力需求增長(zhǎng)趨于飽和（年均增速低于1%），2060年全社會(huì)用電量約為1.57×1013kW·h；遠(yuǎn)期可再生能源制氫電量占比持續(xù)提升，2060年約為1.7×1012kW·h。

圖3 2020—2060年全社會(huì)用電量預(yù)測(cè)結(jié)果

2. 其他關(guān)鍵邊界條件

電力低碳轉(zhuǎn)型路徑優(yōu)化除了受電力需求影響以外，還受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)、能源需求、非化石能源結(jié)構(gòu)占比、非化石能源開(kāi)發(fā)潛力及目標(biāo)、碳減排關(guān)鍵目標(biāo)、電力碳預(yù)算等關(guān)鍵邊界條件約束（見(jiàn)表2）。

表2 電力低碳轉(zhuǎn)型優(yōu)化的其他關(guān)鍵邊界條件

三、電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型路徑

針對(duì)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的路徑優(yōu)化問(wèn)題，本研究以2020—2060年電力供應(yīng)成本最低為優(yōu)化目標(biāo)，以各類(lèi)電源裝機(jī)、發(fā)電量、CCUS改造規(guī)模等為優(yōu)化變量，兼顧電力電量平衡、碳預(yù)算、可再生能源發(fā)電資源等約束條件，建立了電力系統(tǒng)多情景優(yōu)化規(guī)劃模型，優(yōu)化得到不同情景下電力系統(tǒng)碳減排路徑、電力供應(yīng)成本變化情況。

（一）電源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型路徑

電源轉(zhuǎn)型路徑整體呈現(xiàn)出了電源結(jié)構(gòu)不斷清潔化發(fā)展的態(tài)勢(shì)，非化石能源裝機(jī)和發(fā)電量占比穩(wěn)步提升，逐步演變?yōu)橐孕履茉礊橹黧w的新型電力系統(tǒng)。對(duì)于零碳情景，①在電源裝機(jī)結(jié)構(gòu)方面（見(jiàn)圖4），2030年電力系統(tǒng)總裝機(jī)達(dá)到4×109kW，非化石能源裝機(jī)占比從2020年的46%提高至64%；2060年總裝機(jī)達(dá)到7.1×109kW，非化石能源裝機(jī)占比提升至89%；②在發(fā)電量結(jié)構(gòu)方面（見(jiàn)圖5），2030 年電力系統(tǒng)總發(fā)電量達(dá)到1.18×1013kW·h，非化石能源發(fā)電量占比從2020年的36%提升至51%；2060 年電力系統(tǒng)總發(fā)電量達(dá)到1.57×1013kW·h，非化石能源發(fā)電量占比提升至92%，煤電電量占比降至4%。對(duì)于深度低碳、負(fù)碳情景，2060年非化石能源裝機(jī)占比分別為85%、92%，2060年非化石能源發(fā)電量占比分別為88%、94%。

圖4 零碳情景下2020—2060年電源裝機(jī)結(jié)構(gòu)

圖5 零碳情景下2020—2060年發(fā)電量結(jié)構(gòu)

（二）電力系統(tǒng)碳減排路徑

電力碳減排路徑主要分為碳達(dá)峰、深度低碳、碳中和3個(gè)階段，各階段的電力碳減排演化路徑特征表述如下。

在碳達(dá)峰階段，對(duì)于零碳情景，2028年前后電力系統(tǒng)碳排放達(dá)峰，峰值約為4.4×109t CO2（不含供熱碳排放），約占能源燃燒CO2峰值的49%，其中煤電排放約4×109t CO2、氣電排放約4×108t CO2。電力行業(yè)要承擔(dān)其他行業(yè)電氣化帶來(lái)的碳排放轉(zhuǎn)移，同時(shí)碳達(dá)峰階段的新增電力需求難以完全由非化石能源發(fā)電滿足，兩方面因素共同導(dǎo)致電力碳排放達(dá)峰可能滯后于其他行業(yè)，但整體上有利于全社會(huì)碳排放的提前達(dá)峰。對(duì)于負(fù)碳情景，電力系統(tǒng)將承擔(dān)更多的碳減排責(zé)任，預(yù)計(jì)2025年前后碳排放達(dá)峰，較零碳低峰值情景提前2~3 a；相應(yīng)碳排放峰值降低至4.1×109t CO2。對(duì)于深度低碳情景，預(yù)計(jì)“十五五”時(shí)期末段電力碳排放達(dá)峰，相應(yīng)峰值約提高至 4.7×109t CO2。

在深度低碳階段，電力排放達(dá)峰后進(jìn)入短暫平臺(tái)期（2~3 a），之后碳減排速度整體呈先慢后快的下降趨勢(shì)。隨著新能源、儲(chǔ)能技術(shù)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)一步提高、新一代CCUS技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用規(guī)模擴(kuò)大，電力系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)深度低碳。在零碳情景下，2050年電力碳排放降低到1×109t CO2以下。

在碳中和階段，2060年電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零碳（見(jiàn)圖6）。在零碳情景下，煤電、氣電碳排放分別為5.3×108t CO2、2.5×108t CO2（不計(jì) CCUS 碳捕集量），煤電、氣電、生物質(zhì)發(fā)電的CCUS碳捕集量 分 別 為 3.2×108t CO2、1.2×108t CO2、3.4×108t CO2。

圖6 零碳情景下2020—2060年電力碳排放和吸收?qǐng)D

（三）電力供應(yīng)成本分析

根據(jù)不同情景下電源裝機(jī)結(jié)構(gòu)、發(fā)電量結(jié)構(gòu)、火電機(jī)組CCUS改造情況，統(tǒng)計(jì)得到電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型路徑下、規(guī)劃周期內(nèi)的投資成本、運(yùn)行成本、碳排放環(huán)境成本結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖7）。不同碳減排路徑對(duì)低碳技術(shù)、非化石能源需求存在差異，電力轉(zhuǎn)型成本與承擔(dān)的減排量、實(shí)施的減排力度呈明顯的正相關(guān)關(guān)系。在零碳情景下，按4%貼現(xiàn)率考慮，2020—2060年全規(guī)劃周期電力供應(yīng)成本貼現(xiàn)到2020 年約為60萬(wàn)億元，其中新增投資在電力系統(tǒng)規(guī)劃費(fèi)用組成中的占比最大（約為42%）。相對(duì)于零碳情景，負(fù)碳情景下的新能源并網(wǎng)比例迅速提高，對(duì)靈活資源、輸配電網(wǎng)、碳捕捉利用設(shè)備的投入也將大幅增加，電力供應(yīng)成本提高約17%。深度低碳情景下的電力供應(yīng)成本最低，較零碳情景降低約12%。

圖7 不同情景下的電力供應(yīng)成本及構(gòu)成

零碳情景下的不同碳減排路徑對(duì)比表明（見(jiàn)圖8）：在相同電力碳預(yù)算的情景下，先慢后快的“上凸曲線”減排路徑，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)相對(duì)更好；若電力碳減排路徑保持勻速的“下斜直線”或先快后慢的“下凹曲線”趨勢(shì)，將對(duì)新能源規(guī)模、脫碳技術(shù)應(yīng)用提出更高要求，預(yù)計(jì)2020—2060年電力成本需提高4%~8%。因此，碳達(dá)峰、碳中和路徑的制定，應(yīng)統(tǒng)籌考慮經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)律、關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展成熟度等客觀因素，合理分配不同歷史時(shí)期的碳減排責(zé)任，避免“搶跑式”“運(yùn)動(dòng)式”減碳，力求符合實(shí)際、切實(shí)可行。

圖8 零碳情景下不同碳減排路徑對(duì)比圖

測(cè)算數(shù)據(jù)表明，電力供應(yīng)成本近中期波動(dòng)上升，中遠(yuǎn)期先進(jìn)入平臺(tái)期然后逐步下降。在零碳情景下，為滿足新增的用電需求，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，各類(lèi)電源尤其是新能源需高速發(fā)展，相應(yīng)電力投資將保持在較高水平。新能源電量滲透率超過(guò)15%后，系統(tǒng)成本到達(dá)快速增長(zhǎng)的臨界點(diǎn)，測(cè)算的2025年、2030年系統(tǒng)成本分別是2020年的2.3倍、3倍；上述因素將推動(dòng)供電成本波動(dòng)上升，預(yù)計(jì)2020—2025年、2025—2030年、2030—2040年電力供應(yīng)成本投入分別約14.5 萬(wàn)億元、16.1萬(wàn)億元、33.0萬(wàn)億元（不考慮折現(xiàn)）；2045年前后電力供應(yīng)成本投入進(jìn)入平臺(tái)期，電力需求轉(zhuǎn)入低速增長(zhǎng)階段，電力基礎(chǔ)設(shè)施新增投資較少，電力需求主要由上網(wǎng)邊際成本很低的新能源發(fā)電提供，系統(tǒng)運(yùn)行成本進(jìn)入平臺(tái)期。

四、實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型亟待解決的重大問(wèn)題

在電力低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑下，以風(fēng)能、光伏為代表的新能源將成為電力供應(yīng)主體，給現(xiàn)有電力系統(tǒng)帶來(lái)戰(zhàn)略性、全局性變革 [27]。在供給側(cè)，新能源逐步成為裝機(jī)和電量的主體；在用戶(hù)側(cè)，分布式電源、多元負(fù)荷、儲(chǔ)能等發(fā)/用電一體的“產(chǎn)消者”大量涌現(xiàn)；在電網(wǎng)側(cè)，以大電網(wǎng)為主導(dǎo)、多種電網(wǎng)形態(tài)相融并存的格局逐步形成。電力系統(tǒng)整體運(yùn)行的機(jī)理必然出現(xiàn)深刻變化，為了推動(dòng)我國(guó)電力碳達(dá)峰、碳中和發(fā)展目標(biāo)的實(shí)施落地，還需要重點(diǎn)關(guān)注以下四方面問(wèn)題。

（一）科學(xué)確定煤電發(fā)展定位

煤電與非化石能源并非簡(jiǎn)單的此消彼長(zhǎng)，而應(yīng)是協(xié)調(diào)互補(bǔ)的發(fā)展關(guān)系，解決好煤電發(fā)展問(wèn)題是我國(guó)穩(wěn)妥實(shí)現(xiàn)電力低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。煤電由電量主體轉(zhuǎn)變?yōu)槿萘恐黧w，在為新能源發(fā)展騰出電量空間的同時(shí)，提供靈活調(diào)節(jié)能力以確保能源供給安全。目前，我國(guó)煤電裝機(jī)容量約1.08×109kW，其中約9×108kW的是高參數(shù)、大容量煤電機(jī)組；應(yīng)合理利用這些優(yōu)質(zhì)存量資產(chǎn)，科學(xué)謀劃煤電退出路徑，協(xié)調(diào)好煤電與可再生能源的發(fā)展節(jié)奏，防止煤電大規(guī)模過(guò)快退出而影響電力安全穩(wěn)定供應(yīng)。

圖10 零碳情景下2020—2060年煤電發(fā)電量及利用小時(shí)數(shù)

圖11 零碳情景下煤電CCUS改造規(guī)模及碳捕集量

綜合考慮，按照“增容控量”“控容減量”“減容減量”3個(gè)階段來(lái)謀劃煤電發(fā)展路徑（見(jiàn)圖 9~11）。①“增容控量”階段。“十四五”時(shí)期煤電發(fā)展難以“急剎車(chē)”，裝機(jī)容量仍需有一定的增長(zhǎng)，在此基礎(chǔ)上要嚴(yán)控發(fā)電量增長(zhǎng)；裝機(jī)容量峰值約為1.25×109kW，發(fā)電量先于裝機(jī)2~3 a達(dá)峰，峰值約為5.1×1012kW·h；新增煤電主要發(fā)揮高峰電力平衡和應(yīng)急保障作用并提供轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。②“控容減量”階段?！笆逦濉睍r(shí)期煤電進(jìn)入裝機(jī)峰值的平臺(tái)期，發(fā)電量、耗煤量穩(wěn)步下降，更多承擔(dān)系統(tǒng)調(diào)節(jié)、高峰電力平衡的功能；預(yù)計(jì)2030年煤電發(fā)電量達(dá)到5×1012kW·h，較峰值降低1×109kW·h，煤電發(fā)電利用小時(shí)數(shù)降低到4000 h以下；“十五五”時(shí)期煤電CCUS改造進(jìn)入示范應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)化培育的初期階段，2025年、2030 年累計(jì)改造規(guī)模為2×106kW、1×107kW，碳捕集規(guī)模為8×106t/a、3.7×107t/a。③“減容減量”階段。2030 年以后，煤電裝機(jī)和發(fā)電量穩(wěn)步下降，一部分逐步退出常規(guī)運(yùn)行而作為應(yīng)急備用；遠(yuǎn)期加裝CCUS設(shè)備，逐步增加“近零脫碳機(jī)組”并形成碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展新模式；2060年煤電裝機(jī)降至4×108kW，相應(yīng)占比下降為5.6%。

圖9 零碳情景下2020—2060年各類(lèi)型煤電裝機(jī)結(jié)構(gòu)

（二）拓展新能源發(fā)展模式和多元化利用

新能源將逐步演變?yōu)橹黧w電源，宜堅(jiān)持集中式與分布式開(kāi)發(fā)并舉，分階段優(yōu)化布局。我國(guó)新能源發(fā)電資源豐富，風(fēng)能、光伏發(fā)電的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)量分別達(dá)到3.5×109kW、5×109kW，相關(guān)成本也因快速的技術(shù)進(jìn)步、合理的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)而處于快速下降通道。我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)完整，光伏組件、風(fēng)力機(jī)整機(jī)的年產(chǎn)能分別達(dá)到1.5×108kW、6×107kW，為大規(guī)模、高強(qiáng)度、可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用提供了堅(jiān)實(shí)保障（見(jiàn)圖12,13）。

圖12 零碳情景下2020—2060年風(fēng)電發(fā)電裝機(jī)結(jié)構(gòu)

在風(fēng)電方面，近期應(yīng)因地制宜發(fā)展東部、中部地區(qū)的分散式風(fēng)電和海上風(fēng)電，優(yōu)先就地消納，同時(shí)穩(wěn)步推進(jìn)西部、北部地區(qū)的風(fēng)電基地集約化開(kāi)發(fā)；遠(yuǎn)期隨著東部、中部地區(qū)的分散式風(fēng)電資源基本開(kāi)發(fā)完畢，風(fēng)電開(kāi)發(fā)重心重回西部、北部地區(qū)，同時(shí)海上風(fēng)電逐步向遠(yuǎn)海拓展，預(yù)計(jì)2060年風(fēng)電裝機(jī)容量為2×109kW（含海上風(fēng)電的5×108kW）。

在太陽(yáng)能方面，近期仍以光伏發(fā)電為主導(dǎo)，優(yōu)先發(fā)展東部、中部地區(qū)的分布式光伏，西部、北部地區(qū)則推動(dòng)建設(shè)集中式太陽(yáng)能發(fā)電基地；中遠(yuǎn)期，包括光熱發(fā)電在內(nèi)的太陽(yáng)能發(fā)電基地建設(shè)將在西北地區(qū)及其他有條件的區(qū)域持續(xù)擴(kuò)大規(guī)模，預(yù)計(jì)2060年太陽(yáng)能裝機(jī)容量為2.6×109kW（含光熱發(fā)電的2.5×108kW）。

圖13 零碳情景下2020—2060年太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)結(jié)構(gòu)

著眼中遠(yuǎn)期發(fā)展，單純依靠電力系統(tǒng)難以充分實(shí)現(xiàn)新能源利用，因而跨系統(tǒng)發(fā)展循環(huán)碳經(jīng)濟(jì)是新能源多元化利用的重要方式。宜積極運(yùn)用綠電制氫、氣、熱等電力多元化轉(zhuǎn)換（Power-to-X）和跨能源系統(tǒng)利用方式，與火電CCUS捕獲的CO2結(jié)合來(lái)制取甲醇、甲烷等（應(yīng)用于工業(yè)原料領(lǐng)域），全面擴(kuò)大碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)規(guī)模。

（三）構(gòu)建多元化清潔能源供應(yīng)體系

未來(lái)各類(lèi)型清潔電源的發(fā)展定位是電力低碳轉(zhuǎn)型的焦點(diǎn)問(wèn)題。單純依賴(lài)新能源增長(zhǎng)并不科學(xué)，需要在統(tǒng)籌平衡、功能互補(bǔ)的前提下，明確各類(lèi)型電源發(fā)展定位，注重能源綠色低碳轉(zhuǎn)型與靈活性調(diào)節(jié)資源補(bǔ)短板并重，實(shí)現(xiàn)“水核風(fēng)光儲(chǔ)”等各類(lèi)電源協(xié)同發(fā)展。

一是積極推進(jìn)水電開(kāi)發(fā)，安全有序發(fā)展核電。2030年以前加快開(kāi)發(fā)西南地區(qū)的優(yōu)質(zhì)水電站址資源，而2030年后重點(diǎn)推進(jìn)西藏自治區(qū)的水電開(kāi)發(fā)；2030年水電總裝機(jī)容量為4×108kW以上，年發(fā)電量約為1.6×1012kW·h，開(kāi)發(fā)率（不含西藏水電）超過(guò)80%；2040年水電基本開(kāi)發(fā)完畢，2060年裝機(jī)容量保持在5×108kW以上。在確保安全的前提下有序發(fā)展核電，2030年前年均開(kāi)工6~8臺(tái)機(jī)組，2030 年核電裝機(jī)容量約為1.2×108kW；隨沿海站址資源開(kāi)發(fā)完畢，2030年后適時(shí)啟動(dòng)內(nèi)陸核電建設(shè)，2060 年裝機(jī)容量增長(zhǎng)至在4×108kW左右。

二是適度發(fā)展氣電，增強(qiáng)電力系統(tǒng)的靈活性并實(shí)現(xiàn)電力多元化供應(yīng)。氣電的度電排放約為煤電的50%且靈活調(diào)節(jié)性能優(yōu)異，適度發(fā)展是保障電力安全穩(wěn)定供應(yīng)的現(xiàn)實(shí)選擇；氣電定位以調(diào)峰為主，預(yù)計(jì)2030年、2060年裝機(jī)容量分別為2.2×108kW、4×108kW。未來(lái)仍需重視天然氣對(duì)外依存度、發(fā)電成本、技術(shù)類(lèi)型等問(wèn)題，積極探索天然氣摻氫、氫氣和CO2制取天然氣等碳循環(huán)模式作為補(bǔ)充氣源。

三是合理統(tǒng)籌抽水蓄能和新型儲(chǔ)能發(fā)展。近中期，在站址資源滿足要求的條件下，應(yīng)優(yōu)先開(kāi)發(fā)抽水蓄能以保證電力平衡并提供系統(tǒng)慣量；中遠(yuǎn)期需進(jìn)一步挖掘優(yōu)質(zhì)站址資源，預(yù)計(jì)2060年抽水蓄能裝機(jī)容量達(dá)到4×108kW。為滿足電力平衡、新能源消納等需求，中遠(yuǎn)期新型儲(chǔ)能將取得快速發(fā)展，預(yù)計(jì)2060年裝機(jī)容量達(dá)到2×108kW。

（四）務(wù)實(shí)解決電力平衡與供應(yīng)保障問(wèn)題

電力平衡是電力低碳轉(zhuǎn)型亟需面對(duì)的重大難題和挑戰(zhàn)，如近期受電煤供應(yīng)緊張、煤炭?jī)r(jià)格漲幅明顯等因素的影響，多地出現(xiàn)了限產(chǎn)限電現(xiàn)象，引發(fā)各方高度關(guān)注。值得指出的是，一定時(shí)期內(nèi)煤炭仍是我國(guó)重要的“兜底”保障能源，應(yīng)在妥善解決電煤市場(chǎng)供需、秩序、價(jià)格等問(wèn)題的基礎(chǔ)上，著力構(gòu)建多元化的清潔能源供應(yīng)體系，以此充分保障電力供應(yīng)的充裕性。

近期，煤電仍是保障電力平衡的主力電源。新能源具有有效出力不穩(wěn)定且偏小的特點(diǎn)（見(jiàn)圖14），預(yù)計(jì)2025年、2030年在電力平衡中的貢獻(xiàn)度占比分別為6%、7%，而煤電的相應(yīng)占比高達(dá)57%、48%。充分挖掘需求側(cè)資源也是保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行、促進(jìn)新能源消納的重要方式，預(yù)計(jì)2030年、2060年可利用規(guī)模超過(guò)最大負(fù)荷的6%、15%。為此，未來(lái)應(yīng)從規(guī)劃設(shè)計(jì)、市場(chǎng)培育、機(jī)制完善、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面著手，建立健全需求側(cè)資源利用體系。

圖14 2020—2060年我國(guó)各類(lèi)電源電力平衡貢獻(xiàn)圖

遠(yuǎn)期，保障電力平衡依賴(lài)多元化的清潔能源。預(yù)計(jì)2060年全國(guó)電力平衡容量需求為2.8×109~3.2×109kW；風(fēng)能、光伏的裝機(jī)規(guī)模約為4.6×109kW，但參與電力平衡的有效容量?jī)H約4×108~5×109kW，僅能滿足約15%的電力平衡容量需求；水電、核電、氣電、生物質(zhì)等清潔能源對(duì)電力平衡容量的貢獻(xiàn)度達(dá)到40%，抽水蓄能與新型儲(chǔ)能的貢獻(xiàn)度為17%，CCUS改造、調(diào)峰、應(yīng)急備用煤電電力的貢獻(xiàn)度分別為5%、5%、3%。

著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，我國(guó)電源發(fā)展存在多種路徑，具有高度的不確定性；為了化解各種不確定性伴生的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)建立更加穩(wěn)定的電力供應(yīng)體系，提升極端情形下電力安全供應(yīng)保障水平。基于碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)約束，設(shè)置了煤電裝機(jī)的平穩(wěn)削減、加速削減兩種情景，據(jù)此模擬電力供應(yīng)的保障情況（見(jiàn)圖 15）。①平穩(wěn)削減情景。2060年全國(guó)煤電裝機(jī)容量保留8×108kW，其中近零脫碳機(jī)組裝機(jī)容量為3.8×108kW，靈活調(diào)節(jié)機(jī)組裝機(jī)容量為2.2×108kW，應(yīng)急備用機(jī)組裝機(jī)容量為2×108kW。2030年后，通過(guò)延壽、新建機(jī)組替換退役機(jī)組，保持煤電裝機(jī)容量平緩下降，同時(shí)提高“退而不拆”的應(yīng)急備用煤電規(guī)模；需配置的新能源裝機(jī)規(guī)模為3.9×109kW。②加速削減情景。2060年全國(guó)煤電裝機(jī)容量保留4×108kW，其中近零脫碳機(jī)組裝機(jī)容量為1.5×108kW，靈活調(diào)節(jié)機(jī)組裝機(jī)容量為1.5×108kW，應(yīng)急備用機(jī)組裝機(jī)容量為1×108kW。2030年后，煤電裝機(jī)的自然退役規(guī)模快速增加，有較小規(guī)模的延壽和退役替換機(jī)組；需配置的新能源裝機(jī)規(guī)模為4.6×109kW。

圖15 2020—2060年全國(guó)煤電裝機(jī)情景對(duì)比

相較加速削減情景，平穩(wěn)削減情景對(duì)無(wú)風(fēng)無(wú)光、陰雨冰凍等極端天氣的電力供應(yīng)保障能力顯著提升；但系統(tǒng)冗余備用成本有著較大增加， CCUS改造需求時(shí)間提前且數(shù)量上升（如2060年的碳捕集量需達(dá)到1.4×109t），整個(gè)規(guī)劃期的電力供應(yīng)成本提高約4%。

五、對(duì)策建議

（一）優(yōu)化電力行業(yè)頂層設(shè)計(jì)，穩(wěn)妥規(guī)劃電力轉(zhuǎn)型節(jié)奏

統(tǒng)籌確定各省份、各行業(yè)的碳減排預(yù)算，特別是進(jìn)一步明確電力行業(yè)碳預(yù)算，科學(xué)制定并實(shí)施相應(yīng)的碳排放達(dá)峰時(shí)間與主要指標(biāo)。在加快發(fā)展新能源、水電、核電等非化石能源的基礎(chǔ)上，綜合考慮電力供應(yīng)保障、系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)資源等需求，協(xié)調(diào)煤電退出規(guī)模、節(jié)奏以及可再生能源發(fā)展；積極采取煤電延壽、退役煤電轉(zhuǎn)為應(yīng)急備用機(jī)組等措施，預(yù)防因火電大規(guī)模快速退出而影響電力安全穩(wěn)定供應(yīng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。密切關(guān)注碳預(yù)算、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、技術(shù)、政策等內(nèi)外部環(huán)境的變化，滾動(dòng)優(yōu)化電力低碳轉(zhuǎn)型路徑，動(dòng)態(tài)調(diào)整電力低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展節(jié)奏。

（二）實(shí)施綠色低碳核心科技攻關(guān)，統(tǒng)籌電力全鏈條的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)布局

加強(qiáng)國(guó)家科技戰(zhàn)略引領(lǐng)，論證并制定新型電力系統(tǒng)科技發(fā)展規(guī)劃，編制電力行業(yè)碳中和技術(shù)發(fā)展路線圖，針對(duì)性部署領(lǐng)域重大專(zhuān)項(xiàng)攻關(guān)計(jì)劃。建議圍繞新型電力系統(tǒng)構(gòu)建，培育國(guó)家實(shí)驗(yàn)室及創(chuàng)新平臺(tái)，在國(guó)家級(jí)科技計(jì)劃中支持一批重大技術(shù)項(xiàng)目，盡快在新型清潔能源發(fā)電，新型電力系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行、安全穩(wěn)定控制，新型先進(jìn)輸電，新型儲(chǔ)能與電氫碳協(xié)同利用等技術(shù)方向取得突破；加快先進(jìn)適用技術(shù)研發(fā)、示范、規(guī)?；瘧?yīng)用，構(gòu)建與新型電力系統(tǒng)建設(shè)深度融合的“政產(chǎn)學(xué)研用”技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新體系；持續(xù)加強(qiáng)碳中和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和示范工程支持力度，完善配套的科技政策體系，促進(jìn)電力行業(yè)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。

（三）完善利益平衡、統(tǒng)籌兼顧的市場(chǎng)機(jī)制，建立綠色金融政策保障體系

發(fā)揮市場(chǎng)在資源配置方面的決定性作用，以市場(chǎng)化手段解決新能源系統(tǒng)利用成本顯著提高的問(wèn)題。積極探索容量補(bǔ)償機(jī)制，挖掘電力系統(tǒng)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”靈活性資源配置潛力，保障新能源的高效利用及用戶(hù)供電的可靠性。完善電力等能源品種價(jià)格的市場(chǎng)化形成機(jī)制，優(yōu)化差別化電價(jià)、分時(shí)電價(jià)、居民階梯電價(jià)政策，發(fā)揮促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、緩解電力供應(yīng)緊張矛盾的積極作用?？茖W(xué)設(shè)置碳排放總量控制目標(biāo)、配額分配方式，建立碳價(jià)與電價(jià)的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)碳交易與其他綠色交易品種的協(xié)調(diào)。發(fā)揮政府投資的引導(dǎo)作用，構(gòu)建與碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)相匹配的投融資政策體系。有序推進(jìn)綠色低碳金融產(chǎn)品和服務(wù)開(kāi)發(fā)，設(shè)立碳減排貨幣政策工具；建立綠色信貸評(píng)估機(jī)制，完善綠色金融政策框架。