中國電力行業(yè)“碳達峰,碳中和”的發(fā)展路徑研究

瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院 王攀

我國領(lǐng)導(dǎo)人在聯(lián)合國大會上曾宣布：中國二氧化碳排放量努力在2030年之前達到峰值，努力在2060年之前實現(xiàn)碳中和。習(xí)近平總書記在多次的講話中闡述了中國達到碳中和、碳達峰的意義以及相關(guān)的政策和措施，受到各界的廣泛關(guān)注。CO2的排放，其中最大的來源就是通過燃燒化石能源產(chǎn)生的。根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示，中國煤炭占世界消費總量的51.7%，中國石油占世界消費總量的14.5%，中國天然氣占世界消費總量的7.8%。從數(shù)據(jù)中可以得出結(jié)論，中國想要減少CO2的排放量，首先就是要降低中國煤炭的使用量。中國使用大量的煤炭，其中大約一半都是用來進行燃燒發(fā)電的。2018年的數(shù)據(jù)顯示，中國火電中產(chǎn)生的CO2排放量占全國CO2排放量的43%，是全國CO2排放的主要來源。想要減少國內(nèi)CO2的排放總量，減少電力行業(yè)使用煤炭的情況是最有效的手段。但是依據(jù)中國的國情參考，中國煤炭資源富饒、石油資源貧瘠以及相關(guān)技術(shù)的限制導(dǎo)致中國電力行業(yè)很難減少煤炭的使用量。伴隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電力行業(yè)面臨著日益增大的電力需求以及減少碳排放降低污染的政策要求，未來的發(fā)展途徑充滿挑戰(zhàn)。要結(jié)合中國的國情以及相關(guān)技術(shù)和政策，來探討出中國電力行業(yè)未來的發(fā)展途徑。

一、電力行業(yè)碳達峰、碳中和背景下CO2排放情況

（一）火電行業(yè)碳達峰時CO2排放情況

根據(jù)2018年相關(guān)的資料顯示，中國電力行業(yè)中火電行業(yè)的CO2年排放總量在全國CO2年排放總量中占43%，其總量約有43億t。2021年我國領(lǐng)導(dǎo)人在氣候峰會上曾指出：在“十四五”時期要嚴(yán)格控制煤炭的消費量增長，“十五五”時期要逐步的減少國內(nèi)煤炭的消費總量。雖然國家的政策明確指出要減少國內(nèi)的煤炭消費總量，但是中國社會正處于工業(yè)化發(fā)展階段，國內(nèi)的電力行業(yè)對煤炭的消費量還是會不斷的增加。國家在這個階段要不斷的推進“以電代煤”的政策，用相關(guān)的政策提升國內(nèi)社會整體的電氣化水平。

（二）火電行業(yè)碳中和時CO2允許排放

根據(jù)相關(guān)的資料顯示，2009年—2018年平均每年全球使用化石燃料排放出的CO2總量為350億t。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表示，中國電力行業(yè)中的火電行業(yè)在2018年的CO2排放總量占全國排放總量的43%。排除其他的外界因素，中國達到碳中和時，中國電力行業(yè)所能排放的CO2的總量約為13.5億t。

（三）電力行業(yè)碳中和時CO2預(yù)測排放

用相關(guān)的數(shù)據(jù)通過計算，可以得出當(dāng)達到全國碳中和時，全國發(fā)電機裝機容量最高能達到64.3億kW，其中的非化石能源發(fā)電機容量58億kW。全國的電力行業(yè)CO2排放量達到15.21億t，火電行業(yè)的CO2排放量達到13.18億t占全國可排放的量的41.9%，比之前的43%要低。由此可見，如果國內(nèi)CO2排放量可以達到相關(guān)的目標(biāo)排放量，其中中國電力行業(yè)做出的貢獻是相當(dāng)大的。

二、電力行業(yè)碳達峰、碳中和概念與實現(xiàn)路徑

（一）碳達峰、碳中和的基本內(nèi)容

根據(jù)聯(lián)合國公布的碳達峰相關(guān)定義，國家或者地區(qū)碳達峰指的是該國家或者地區(qū)CO2的年排放總量達到該國家或者地區(qū)的歷史最高。達到碳達峰之后就會開始進入碳排放下降的過程，所以碳達峰也是碳排放的轉(zhuǎn)折點。碳中和指的是該地區(qū)，人們生活過程中造成的CO2排放總量，和相關(guān)的CO2相關(guān)去除技術(shù)的應(yīng)用，來實現(xiàn)排放量和吸收量達到平衡。

（二）電力行業(yè)碳達峰、碳中和的情況

任何國家的電力行業(yè)都不能做到CO2的零排放，只要發(fā)電，在這個過程中都會產(chǎn)生CO2。化石能源發(fā)電等相關(guān)技術(shù)，由于碳捕集工程的脫除效率限制也是會產(chǎn)生一定量的CO2。所以電力行業(yè)想要通過技術(shù)自身實現(xiàn)碳中和在目前是不可能的，所能做的就是在保證地區(qū)城市供電的同時，減少在發(fā)電過程中的CO2排放量。世界上不同的國家對電力行業(yè)的CO2排放量都有一定的額度，電力行業(yè)的碳中和并不是代表著電力行業(yè)CO2零排放。

（三）電力行業(yè)碳達峰、碳中和的發(fā)展

根據(jù)世界不同地區(qū)、不同國家的經(jīng)濟實力不同、相關(guān)的技術(shù)水平不同、相關(guān)的資源量不同以及不同的地域條件，不通過國家和地區(qū)電力行業(yè)碳達峰、碳中和的發(fā)展路徑也各不相同。例如一些發(fā)達國家的碳達峰和社會經(jīng)濟的發(fā)展是同步過程，英國在1973年就已經(jīng)實現(xiàn)了碳達峰，美國在2007年也實現(xiàn)了碳達峰。這些實現(xiàn)碳達峰的國家的共同特征就是，已經(jīng)完成了國內(nèi)的工業(yè)化進入到了信息時代。這些國家的經(jīng)濟發(fā)展已經(jīng)不依靠能源消費了。為實現(xiàn)碳中和、促進社會低碳發(fā)展，國際上出現(xiàn)了許多的國際規(guī)定以及相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。世界想要達到控制溫升的目標(biāo)、21世紀(jì)中期實現(xiàn)全球碳中和的目標(biāo)，全球已經(jīng)有121個國家都提出了要在2050年之前實現(xiàn)碳中和的發(fā)展目標(biāo)和美好愿景。

三、中國電力行業(yè)碳達峰、碳中和的適宜發(fā)展渠道

（一）中國與發(fā)達國家電力行業(yè)碳達峰、碳中和相似和差異

世界上一些發(fā)達國家的碳達峰過程是和社會經(jīng)濟發(fā)展的一個自然過程，這些發(fā)達國家碳達峰時的經(jīng)濟以及完成了工業(yè)化階段，從工業(yè)化進入到了信息化階段。發(fā)達國家已經(jīng)不依靠化石能源的消費量，他們國家的電力供需量也長期處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。根據(jù)上述情況，發(fā)達國家想要達到碳中和，主要途徑就是在穩(wěn)定現(xiàn)有的電力供應(yīng)上，盡量減少產(chǎn)生的CO2。

全球的GDP總量排名中，中國居于第二，但是中國2019年的人均GDP僅僅占美國的16%。2020年中國才完全的消除貧困，計劃在2035年之前實現(xiàn)現(xiàn)代化，實現(xiàn)人均GDP能達到中等的發(fā)達國家水平。目前中國并沒有完全的完成工業(yè)化，中國目前的GDP的增長還是要依靠能源消費。所以中國電力行業(yè)在實現(xiàn)碳中和的發(fā)展道路上不僅要保證日益增長的電力需求，還要在過程中減少CO2的排放。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表示，中國社會整體用電量從2020年的7.5億千瓦時增長到2050年11.91至14.27億千瓦時，其中的增長率高達58.8%至90.3%，由此可以得出中國電力行業(yè)想要達到碳中和的困難程度是非常高的。中國已經(jīng)探明的化石能源儲量中煤炭資源占據(jù)99%，而天然氣資源僅占0.6%，所以中國想要仿照歐美等先進國家用天然氣代替煤炭進行發(fā)電這一措施是行不通的。雖然在2019年中國的天然氣進口依存度達到了49%，但是目前中國燃氣發(fā)電廠的建筑使用比例還是比較低的。由此可見，在中國普遍使用燃氣發(fā)電廠、淘汰傳統(tǒng)的燃煤電廠的做法是不可取的。

（二）節(jié)能摻燒引領(lǐng)，保留適度火電機組裝

中國電力行業(yè)在實現(xiàn)碳中和的過程中，國家可以出臺政策，先要淘汰或者關(guān)停減少效率比較低的、燃燒消耗比較高的、使用時間比較長的老式發(fā)電機組。低碳發(fā)展的其中一個重要發(fā)展方向就是煤炭和生活垃圾以及生物質(zhì)等物質(zhì)進行混合燃燒。煤炭與這些生物物質(zhì)進行混合燃燒的優(yōu)點就是，可以利用生物物質(zhì)燃料減少煤炭資源的使用，甚至是完全代替煤炭資源。進行混合燃燒可以很有效的降低燃炭發(fā)電廠的CO2排放總量。燃煤電廠利用大容量的燃煤發(fā)電機組高效率的優(yōu)勢，提升生物物質(zhì)的發(fā)電效率。發(fā)電廠可以對已有的燃煤發(fā)電機組進行改造，這樣就可以省去購買設(shè)備的投資，降低生物物質(zhì)發(fā)電的成本。

混合燃燒發(fā)電在國內(nèi)外都有豐富的技術(shù)經(jīng)驗，國內(nèi)也有很多的電廠在發(fā)電過程中摻燒污水處理廠產(chǎn)生的污泥。采用生活垃圾摻燒發(fā)電方式的電廠主要為有循化流化床鍋爐的發(fā)電廠，也有的電廠會把城市中的生活垃圾和一定量的煤粉、煤渣進行參配用來混合燃燒。

中國在2020年底全國的發(fā)電裝機總?cè)萘窟_到22億kW，這并不代表這些發(fā)電機組可以同時進行發(fā)電。全國風(fēng)力發(fā)電機在冬季一月份左右只為能維持在裝機率10%的發(fā)電率，冬季我國全境內(nèi)風(fēng)力資源比較少。冬季用點高峰期又是在晚上，所以太陽能發(fā)電并不能進行良好的工作。冬季處于枯水期，水力發(fā)電也是在這個季節(jié)作用比較小的，再加上一些機組進行停機檢修的狀況以及區(qū)域分配的為題，冬季缺電就成為比較常見的問題了。在進行碳中和的發(fā)展道路上還要保證火電機組的保留率，這樣可以保證在極端季節(jié)或者是其他發(fā)電方式不能正常工作的狀況下仍然可以保證社會的電力供應(yīng)。

（三）低碳能源關(guān)鍵，發(fā)展風(fēng)電與光伏發(fā)電

低碳能源總共有八種，目前中國對水電資源的開發(fā)程度已經(jīng)處于比較高的水平。核電和地?zé)岚l(fā)電的場地選址比較困難，潮汐發(fā)電雖然已經(jīng)建成相應(yīng)的規(guī)模但是并沒有大力的推廣。目前我國能減少煤電進行發(fā)電的可再生能源發(fā)電方式就是風(fēng)電與光伏發(fā)電這兩種發(fā)電方式。中國在近年來，風(fēng)電和光伏發(fā)電的建設(shè)得到大力的支持，規(guī)模也在不斷的擴大。將來為要滿足中國社會的用電需求，達到碳中和時的中國除水電資源之外的可再生能源發(fā)電將預(yù)計達到50億kW。其中主要的發(fā)電方式就是風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電，其中也有少量的地?zé)岚l(fā)電和潮汐發(fā)電。

四、結(jié)束語

綜上，電力行業(yè)要達到碳中和并不是代表著CO2的排放量為零，中國達到碳中和時電力行業(yè)允許排放的CO2的限量應(yīng)該為約13.5億t。碳達峰是指的是碳排放達到巔峰的時間以及巔峰的峰值，中國達到炭巔峰時，電力行業(yè)的CO2排放量限額應(yīng)該約為47億t。中國電力行業(yè)在達到碳達峰、碳中和的未來發(fā)展過程中，應(yīng)該要貫徹實行節(jié)能摻燒，降低碳排放，同時也要保證保留的火電機組達到8億kW這個限額。國家大力的發(fā)展風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電，以及推進儲能項目的建設(shè)和推進。