“雙碳”目標(biāo)下水電未來(lái)發(fā)展思路淺析

中國(guó)電力建設(shè)集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 張彬

截至2021年10月，全球已有超過(guò)130多個(gè)國(guó)家和地區(qū)提出碳中和目標(biāo)或愿景，我國(guó)電力行業(yè)在推動(dòng)實(shí)現(xiàn)全社會(huì)碳達(dá)峰過(guò)程中，對(duì)交通、建筑、工業(yè)等其他重點(diǎn)行業(yè)減污降碳、實(shí)現(xiàn)提前達(dá)峰提供了有力支持。能源電力的綠色低碳發(fā)展是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵。水電作為傳統(tǒng)的可再生能源發(fā)電類(lèi)型，在構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中具有極其重要的作用。尤其是國(guó)家發(fā)布抽水蓄能中長(zhǎng)期規(guī)劃以后，抽水蓄能成為水電行業(yè)發(fā)展的新熱點(diǎn)，也為水電的未來(lái)發(fā)展提供了新思路、新挑戰(zhàn)，新契機(jī)。

我國(guó)能源發(fā)展現(xiàn)狀

1.2020年能源消費(fèi)狀況

“十三五”時(shí)期，我國(guó)能源生產(chǎn)能力穩(wěn)中有升，消費(fèi)結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化，清潔。從能源生產(chǎn)端看，原煤生產(chǎn)增速逐年回落，原油生產(chǎn)增速緩慢增長(zhǎng)，天然氣生產(chǎn)逐年加快，發(fā)電量平穩(wěn)上升。從能源消費(fèi)來(lái)看，2020年，我國(guó)能源消費(fèi)總量為49.8億噸，其中煤炭、石油、天然氣、一次電力及其他能源消耗量為28.3、9.4、4.2、7.9億噸，分別占比能源消費(fèi)總量56.8%、18.9%、8.4%、15.9%。

2020年，我國(guó)煤炭消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量達(dá)56.8%，較2019年下降0.9個(gè)百分點(diǎn)。天然氣、水電、核電、風(fēng)電等清潔能源消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的24.3%，較2019年上升1個(gè)百分點(diǎn)。我國(guó)能源革命戰(zhàn)略對(duì)煤炭資源提出“降低煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的比重,大幅提高新能源和可再生能源比重,使清潔能源基本滿(mǎn)足未來(lái)新增能源需求”的中長(zhǎng)期目標(biāo)，構(gòu)建能源節(jié)約型社會(huì)，全面推進(jìn)能源消費(fèi)方式變革步伐穩(wěn)健有力。

2.電力裝機(jī)容量及發(fā)電量

截至2020年年底，全國(guó)全口徑發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)22億千瓦，同比增長(zhǎng)9.5%。火電裝機(jī)124517萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)4.7%，占全部裝機(jī)容量的56.58%。其中：煤電107992萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)3.8%，占全部裝機(jī)容量的49.07%，首次降至50%以下；氣電9802萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)8.6%，占全部裝機(jī)容量的4.45%；核電裝機(jī)容量達(dá)4989萬(wàn)千瓦，同比增長(zhǎng)2.4%，占全部裝機(jī)容量的2.27%；可再生能源發(fā)電裝機(jī)總規(guī)模達(dá)到9.34億千瓦，占總裝機(jī)的比重達(dá)到42.4%，其中：水電3.7億千瓦、風(fēng)電2.8億千瓦、光伏發(fā)電2.5億千瓦、生物質(zhì)發(fā)電2952萬(wàn)千瓦。電源完成投資同比增長(zhǎng)，其中水電、風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電完成投資增長(zhǎng)較快。

據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2020年，全國(guó)全口徑發(fā)電量為76264億千瓦時(shí)，比上年增長(zhǎng)4.1%，增速比上年下降0.7個(gè)百分點(diǎn)。其中,水電13553億千瓦時(shí)，比上年增長(zhǎng)4.1%；火電51770億千瓦時(shí)；核電3662億千瓦時(shí)；風(fēng)電4665億千瓦時(shí)；太陽(yáng)能發(fā)電2611億千瓦時(shí)。

2020年，全國(guó)主要流域棄水電量約301億千瓦時(shí)，水能利用率約96.61%，較上年同期提高0.73個(gè)百分點(diǎn)；全國(guó)棄風(fēng)電量約166億千瓦時(shí)，平均利用率97%，較上年同期提高1個(gè)百分點(diǎn)；全國(guó)棄光電量52.6億千瓦時(shí)，平均利用率98%，可再生能源保持高利用率水平。據(jù)預(yù)測(cè)，2021年風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)比重較2020年底提高3個(gè)百分點(diǎn)左右，對(duì)電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)能力的需求進(jìn)一步增加。

3.水電行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)家最新水能資源調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)水電技術(shù)可開(kāi)發(fā)裝機(jī)容量6.87億千瓦。截至2020年年底，全國(guó)已開(kāi)發(fā)水電裝機(jī)容量3.7億千瓦，“十三五”年均增長(zhǎng)2.6%。從資源稟賦及裝機(jī)分布來(lái)看，近80%的資源分布和60%以上的常規(guī)水電裝機(jī)位于西部地區(qū)，四川、云南、湖北、貴州、廣西五省份水電裝機(jī)容量總和占到了全國(guó)的62.5%。抽水蓄能電站主要分布在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的華東和南方電網(wǎng)區(qū)域，合計(jì)占比超過(guò)抽水蓄能總裝機(jī)容量的50%。

2020年，我國(guó)水電裝機(jī)容量3.7億千瓦，發(fā)電量1.35萬(wàn)億千瓦時(shí)，占全部裝機(jī)容量的16.82%。2013~2019年我國(guó)水電裝機(jī)逐年增長(zhǎng)，但增速逐年下降，2019年我國(guó)水電新增裝機(jī)容量為445萬(wàn)千瓦，同比下降48.2%，下降幅度較大。

二氧化碳排放現(xiàn)狀及碳達(dá)峰、碳中和總體安排

1.能源電力二氧化碳排放情況

清華大學(xué)氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院研究結(jié)果顯示，2020年我國(guó)能源活動(dòng)二氧化碳排放100.3億噸，占全國(guó)總量的88%。據(jù)英國(guó)石油公司（BP）發(fā)布的《世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒2021（第70版）》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2020年我國(guó)能源活動(dòng)二氧化碳排放99億噸，占全國(guó)總量的81%，處于百億噸水平。

2020年，我國(guó)能源活動(dòng)二氧化碳排放結(jié)構(gòu)中，電力碳排放占據(jù)主體地位，電力行業(yè)、工業(yè)行業(yè)、交通和其他行業(yè)碳排放占比分別為44%、40%、16%；以單位火電發(fā)電量碳排放強(qiáng)度測(cè)算，火力發(fā)電二氧化碳排放量約43億噸。能源電力行業(yè)碳減排任務(wù)最重、責(zé)任最大，承擔(dān)著主力軍作用。

2.國(guó)家碳達(dá)峰、碳中和工作安排

“3060”目標(biāo)下，從中央到地方都在制定相應(yīng)策略推動(dòng)我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)如期實(shí)現(xiàn)。中共中央、國(guó)務(wù)院下發(fā)的《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》，國(guó)務(wù)院下發(fā)的《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》，對(duì)碳達(dá)峰碳中和工作作出整體部署，將完善價(jià)格政策作為碳達(dá)峰碳中和工作的重點(diǎn)任務(wù)和關(guān)鍵措施，提出了完善能源價(jià)格市場(chǎng)化形成機(jī)制、深化電價(jià)改革等相關(guān)要求。

《意見(jiàn)》指出，要積極發(fā)展非化石能源，實(shí)施可再生能源替代行動(dòng)，大力發(fā)展風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮艿?，不斷提高非化石能源消費(fèi)比重。堅(jiān)持集中式與分布式并舉，優(yōu)先推動(dòng)風(fēng)能、太陽(yáng)能就地就近開(kāi)發(fā)利用。因地制宜開(kāi)發(fā)水能。積極安全有序發(fā)展核電。合理利用生物質(zhì)能。加快推進(jìn)抽水蓄能和新型儲(chǔ)能規(guī)模化應(yīng)用。統(tǒng)籌推進(jìn)氫能“制儲(chǔ)輸用”全鏈條發(fā)展。構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，提高電網(wǎng)對(duì)高比例可再生能源的消納和調(diào)控能力。

《方案》明確，大力發(fā)展新能源。全面推進(jìn)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電大規(guī)模開(kāi)發(fā)和高質(zhì)量發(fā)展，堅(jiān)持集中式與分布式并舉，加快建設(shè)風(fēng)電和光伏發(fā)電基地。加快智能光伏產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新升級(jí)和特色應(yīng)用，創(chuàng)新“光伏+”模式，推進(jìn)光伏發(fā)電多元布局。堅(jiān)持陸海并重，推動(dòng)風(fēng)電協(xié)調(diào)快速發(fā)展，完善海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈，鼓勵(lì)建設(shè)海上風(fēng)電基地。積極發(fā)展太陽(yáng)能光熱發(fā)電，推動(dòng)建立光熱發(fā)電與光伏發(fā)電、風(fēng)電互補(bǔ)調(diào)節(jié)的風(fēng)光熱綜合可再生能源發(fā)電基地。因地制宜發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電、生物質(zhì)能清潔供暖和生物天然氣。探索深化地?zé)崮芤约安ɡ四?、潮流能、溫差能等海洋新能源開(kāi)發(fā)利用。進(jìn)一步完善可再生能源電力消納保障機(jī)制。到2030年，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到12億千瓦以上。

中共中央、國(guó)務(wù)院《國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展綱要》提到，建立健全碳達(dá)峰、碳中和標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施碳達(dá)峰、碳中和標(biāo)準(zhǔn)化提升工程。主要內(nèi)容包括：加快節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)更新升級(jí)，抓緊修訂一批能耗限額、產(chǎn)品設(shè)備能效強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，提升重點(diǎn)產(chǎn)品能耗限額要求，擴(kuò)大能耗限額標(biāo)準(zhǔn)覆蓋范圍，完善能源核算、檢測(cè)認(rèn)證、評(píng)估、審計(jì)等配套標(biāo)準(zhǔn)。加快完善地區(qū)、行業(yè)、企業(yè)、產(chǎn)品等碳排放核查核算標(biāo)準(zhǔn)。制定重點(diǎn)行業(yè)和產(chǎn)品溫室氣體排放標(biāo)準(zhǔn)，完善低碳產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)制度。完善可再生能源標(biāo)準(zhǔn)，研究制定生態(tài)碳匯、碳捕集利用與封存標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施碳達(dá)峰、碳中和標(biāo)準(zhǔn)化提升工程。有關(guān)部門(mén)正研究制定碳達(dá)峰碳中和多領(lǐng)域和行業(yè)的實(shí)施方案。

國(guó)家發(fā)展改革委等部委《關(guān)于嚴(yán)格能效約束推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳的若干意見(jiàn)》《完善能源消費(fèi)強(qiáng)度和總量雙控制度方案》等行業(yè)政策相繼出臺(tái)，對(duì)實(shí)施節(jié)能降碳、能效強(qiáng)度水平都做了進(jìn)一步明確和要求。并提出了新時(shí)期做好能耗雙控工作的總體要求、主要目標(biāo)、工作任務(wù)和保障措施，對(duì)我國(guó)能源電力行業(yè)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)將發(fā)揮重要支撐作用。

能源電力行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

1.碳達(dá)峰碳中和是行業(yè)發(fā)展頂層約束

能源行業(yè)是我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的主戰(zhàn)場(chǎng)，電力行業(yè)是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的主力軍，降低存量部分碳排放總量，加大清潔能源增量供給是能源電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的基本路徑。

2.新型電力系統(tǒng)構(gòu)建是行業(yè)發(fā)展目標(biāo)

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是分階段的長(zhǎng)期過(guò)程，既要保供應(yīng)，還要注重減排。構(gòu)建新型電力系統(tǒng)是能源轉(zhuǎn)型亟需面對(duì)的現(xiàn)實(shí)要求，在實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的過(guò)程中需提升電力系統(tǒng)的靈活性和安全性。

3.清潔能源成為未來(lái)發(fā)展重點(diǎn)

“節(jié)能減排、新能源、綠色環(huán)保、智慧監(jiān)控”等新理念已逐漸深入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活。隨著新一輪電力體制改革和互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、清潔能源技術(shù)的不斷發(fā)展，電力行業(yè)深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，能源高效利用、清潔能源開(kāi)發(fā)、減少污染物排放等持續(xù)推進(jìn)，助力電力行業(yè)清潔、高效和可持續(xù)發(fā)展。在新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建過(guò)程中，風(fēng)電、光伏、水電、核電等清潔能源均需要提出合理的發(fā)展規(guī)劃，逐步承擔(dān)主要發(fā)電任務(wù)和系統(tǒng)安全穩(wěn)定責(zé)任。

4.煤電機(jī)組功能轉(zhuǎn)型

當(dāng)前，煤電仍然是主力電源，承擔(dān)著穩(wěn)定電力系統(tǒng)運(yùn)行安全的主體責(zé)任。隨著我國(guó)能源轉(zhuǎn)型的加速，煤電將由長(zhǎng)期以來(lái)的電力和電量保障，逐步轉(zhuǎn)向?yàn)橹饕峁╇娏ΡＵ?、安全備用、系統(tǒng)服務(wù)。新能源加速發(fā)展和用電特性的變化，電力系統(tǒng)對(duì)調(diào)峰容量的需求將不斷提高，煤電未來(lái)一段時(shí)間仍將是最經(jīng)濟(jì)可靠的調(diào)峰電源，隨著“三改聯(lián)動(dòng)”統(tǒng)籌推進(jìn)，煤電市場(chǎng)定位將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┛煽咳萘俊㈦娏亢挽`活性的調(diào)節(jié)型電源。

5.抽水蓄能是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要支撐

抽水蓄能具有調(diào)峰，調(diào)頻，調(diào)相，儲(chǔ)能，系統(tǒng)備用和黑啟動(dòng)等“六大功能”，在保障大電網(wǎng)安全，促進(jìn)新能源消納，提升全系統(tǒng)性能，助力鄉(xiāng)村振興和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，是新型電力系統(tǒng)的重要組成部分。應(yīng)對(duì)風(fēng)光等新能源大規(guī)模高比例發(fā)展，電力系統(tǒng)峰谷差加大，電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)電源需求大的趨勢(shì)。隨著我國(guó)抽水蓄能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃的實(shí)施，抽水蓄能將是當(dāng)前和未來(lái)一段時(shí)期滿(mǎn)足電力系統(tǒng)需求的關(guān)鍵方式和市場(chǎng)熱點(diǎn)，發(fā)展空間大。

水電行業(yè)的市場(chǎng)發(fā)展機(jī)遇

1.存量常規(guī)水電迎來(lái)新發(fā)展模式

現(xiàn)代電網(wǎng)覆蓋范圍大，各種電源存在互補(bǔ)性，特別是考慮到水資源利用、水電靈活啟動(dòng)和調(diào)峰調(diào)頻功能，水電將成為清潔能源發(fā)展的重要板塊。同時(shí)，在水電站發(fā)電側(cè)，可以搭配新能源實(shí)現(xiàn)一體化開(kāi)發(fā)，充分發(fā)揮水電容量效益。

2.抽水蓄能成為支撐電網(wǎng)系統(tǒng)的重要儲(chǔ)能方式

抽水蓄能電站除了具備常規(guī)水電站的各種容量效益以外，更是因?yàn)槠洹疤罟取惫δ?，其調(diào)峰范圍可以達(dá)到本身裝機(jī)容量的兩倍以上，為風(fēng)電、光伏等新能源的發(fā)展提供更好的條件。抽水蓄能電站選址靈活，不受大江大河制約，生態(tài)環(huán)境保護(hù)和移民安置相對(duì)簡(jiǎn)單，工程建設(shè)和機(jī)組制造越來(lái)越成熟。

3.經(jīng)濟(jì)環(huán)保成為制約水電開(kāi)發(fā)的瓶頸

經(jīng)濟(jì)上可開(kāi)發(fā)的水電資源已經(jīng)基本開(kāi)發(fā)完畢，隨著水電開(kāi)發(fā)逐漸向西部推進(jìn)，新建水電工程勘察、施工難度加大，水電工程直接建設(shè)成本不斷增加。同時(shí)，水電開(kāi)發(fā)進(jìn)一步強(qiáng)化了環(huán)境保護(hù)理念，甚至影響到部分河流水電規(guī)劃和環(huán)境影響評(píng)價(jià)等前期工作及項(xiàng)目建設(shè)。

4.應(yīng)兼顧農(nóng)村小水電開(kāi)發(fā)

我國(guó)農(nóng)村水電資源豐富，分布面廣，在山區(qū)、丘陵地帶的1600多個(gè)縣有小水電資源，其建設(shè)周期短，見(jiàn)效快，具有分散開(kāi)發(fā)、就近供電、不需要遠(yuǎn)距離高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)小水電工程的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，既可以減緩大城市的用電壓力，也可以加快實(shí)現(xiàn)農(nóng)村電氣化進(jìn)程。

云南大朝山水電站。 資料圖

相關(guān)建議

1.加大龍頭水庫(kù)電站的建設(shè)和常規(guī)水電站的蓄能功能改造

可快速更好地為風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)展提供支撐。一方面，混合式的抽水蓄能對(duì)于服務(wù)新能源具有地理位置、時(shí)效上的優(yōu)勢(shì)；另一方面，在很多地方新建抽水蓄能電站的市場(chǎng)空間、經(jīng)濟(jì)性存在一定不確定性，而由常規(guī)水電站改造的混合式抽水蓄能，往往運(yùn)行成本比較低。

2.統(tǒng)籌資源、電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)實(shí)施水風(fēng)光一體化項(xiàng)目

加快金沙江、黃河上游等流域具備大型水風(fēng)光一體化開(kāi)發(fā)條件的能源基地開(kāi)發(fā)，充分實(shí)現(xiàn)水電和風(fēng)光電優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，加快清潔能源發(fā)展步伐。

3.政府層面盡快落實(shí)常規(guī)水電、抽水蓄能等輔助服務(wù)市場(chǎng)化機(jī)制

全面實(shí)施容量?jī)r(jià)格，黑啟動(dòng)、調(diào)峰調(diào)頻價(jià)格，填谷儲(chǔ)能補(bǔ)償機(jī)制（火電提高利用小時(shí)數(shù)的分?jǐn)偅履茉礈p少棄風(fēng)棄光的效益分?jǐn)偅?，鼓?lì)發(fā)電企業(yè)尤其新能源發(fā)電企業(yè)自身建設(shè)抽水蓄能電站，通過(guò)儲(chǔ)能提高電能質(zhì)量。

4.建議對(duì)有條件的大中型水電結(jié)合工程建設(shè)條件和老舊機(jī)組升級(jí)改造，進(jìn)行水電的擴(kuò)機(jī)增容

近幾年水電技術(shù)可開(kāi)發(fā)量雖然有大幅度提高。但由于水電遠(yuǎn)離東部負(fù)荷中心、開(kāi)發(fā)難度大、投資高。因此需要對(duì)一些水電站進(jìn)行改造。改造后在水電站發(fā)電端，可以進(jìn)一步搭配新能源開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)容量效益的充分發(fā)揮。考慮到生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求，在生態(tài)環(huán)境脆弱或者會(huì)引起惡化的小流域的一些老舊小水電以修復(fù)生態(tài)為主，實(shí)施改造甚至拆除。

5.建議有條件水電站參加碳排放交易，獲取碳收益

部分有條件的小水電企業(yè)可以視機(jī)參加國(guó)際碳排放交易，增加除了電量收益之外的“碳收入”。逐步完善并滲透全國(guó)碳市場(chǎng)交易體系，分步有序推動(dòng)其他重點(diǎn)排放行業(yè)納入全國(guó)碳市場(chǎng)，充分運(yùn)用市場(chǎng)機(jī)制，降低全社會(huì)碳減排成本。

6.建議水電積極拓展綜合智慧能源功能

東部負(fù)荷側(cè)的水電場(chǎng)站，要充分發(fā)揮自身在網(wǎng)架中的調(diào)節(jié)功能，積極融入智慧城市、綠電交通等新業(yè)態(tài)；在西部區(qū)域，積極探索開(kāi)展水電制氫業(yè)務(wù)，為社會(huì)提供規(guī)模、穩(wěn)定、綠色的氫源，因地制宜發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)。