全面認(rèn)識新能源發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)

華北電力大學(xué)新型能源系統(tǒng)與碳中和研究院 王志軒

碳達(dá)峰是實現(xiàn)碳中和路徑上的轉(zhuǎn)折點。減少二氧化碳排放是實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的主要任務(wù)，主要措施是大力發(fā)展非化石能源，尤其是大力發(fā)展以風(fēng)電、光伏發(fā)電為代表的新能源發(fā)電。2021年9月印發(fā)的《中共中央、國務(wù)院關(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》提出，到2030年，非化石能源消費比重達(dá)到25%左右，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機容量達(dá)到12億千瓦以上；到2060年，非化石能源消費比重達(dá)到80%以上。由于我國水電裝機受技術(shù)條件及經(jīng)濟(jì)性的影響，可開發(fā)的容量越來越少，核電發(fā)展受廠址條件、資源等約束也難以大規(guī)模持續(xù)開發(fā)，大力發(fā)展新能源發(fā)電將是提高我國非化石能源消費比重的重中之重。

國家《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》把“到2025年，非化石能源消費比重提高到20%左右，非化石能源發(fā)電量比重達(dá)到39%左右”作為“能源低碳轉(zhuǎn)型成效顯著”的重要目標(biāo)之一，同時提出了2035年“非化石能源消費比重在2030年達(dá)到25%的基礎(chǔ)上進(jìn)一步大幅度提高，可再生能源發(fā)電成為主體電源”，進(jìn)一步指出在“十四五”時期要“加快發(fā)展風(fēng)電、太陽能發(fā)電”。

六方面考量新能源發(fā)展

一種能源替代另一種能源，不是能源品種的簡單替代，而是能源系統(tǒng)的整體轉(zhuǎn)型，并引導(dǎo)經(jīng)濟(jì)社會的全面轉(zhuǎn)型。因此，新能源要實現(xiàn)大力發(fā)展，必須兼具獨特性和傳統(tǒng)性。獨特性表現(xiàn)在巨大的生命力，能夠成為推動能源系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)社會轉(zhuǎn)型的根本動力；傳統(tǒng)性表現(xiàn)在與能源系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)的融合，使之平穩(wěn)轉(zhuǎn)型。這也是我國推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)實施必須要堅持先立后破、傳統(tǒng)能源的逐步退出必須建立在新能源安全可靠替代的基礎(chǔ)上的要義所在。要實現(xiàn)新能源的大力發(fā)展，應(yīng)從近零碳、可持續(xù)、新技術(shù)、規(guī)?；?、商品屬性、可靠性6個方面來考量。

近零碳。近零碳是指新能源成為能源商品的全生命周期過程要達(dá)到近零碳排放。在不考慮碳移除或者碳交易情況下，現(xiàn)實中并不存在“零碳”商品能源。近零碳的概念并不統(tǒng)一，其涵義應(yīng)是“零碳”一次能源在開發(fā)、轉(zhuǎn)換、加工為商品能源全生命周期中盡可能減少碳排放。

可持續(xù)。一方面是指新能源應(yīng)具有“可再生性”，取之不盡、用之不竭；另一方面，新能源在開發(fā)利用全生命周期盡量減少對生態(tài)環(huán)境的“負(fù)外部性”影響，包括控制污染，減少對綠水青山、地表植被等的破壞等。

新技術(shù)。新技術(shù)是條件和動力要素。這里的“條件”是動態(tài)的、相對的，所有能源都不可能永遠(yuǎn)是新能源，而現(xiàn)在之所以是新能源，關(guān)鍵的表征是新技術(shù)要素對新能源發(fā)展的貢獻(xiàn)仍然處于顯著甚至是指數(shù)型階段。同時，與傳統(tǒng)能源相比，新能源在某些方面仍然存在著不足和短板。因此，要持續(xù)不斷通過技術(shù)創(chuàng)新，極大發(fā)揮新能源的長處，著力克服其不足，保持其“新”的特性。

規(guī)?；?。規(guī)?；切履茉础按罅Πl(fā)展”的前提也是結(jié)果，反之，不成熟的新能源是不可能規(guī)?；痛罅Πl(fā)展的。從宏觀層面看，規(guī)?；瘧?yīng)當(dāng)包括三個方面，有成熟的商業(yè)模式、有產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)、在能源總份額中有一定比例。一般而言，新能源規(guī)模化才會更具有經(jīng)濟(jì)性；規(guī)模化與標(biāo)準(zhǔn)化也是相輔相成的，二者互為推動。

商品屬性。商品屬性是新能源成熟的重要標(biāo)志。不具有商品屬性的新能源，是難以通過市場檢驗的，也不可能成為主體能源或者電源主體。而成為商品能源的關(guān)鍵，是新能源必須以自身的特點和優(yōu)勢與傳統(tǒng)能源進(jìn)行市場競爭。

可靠性?？煽啃允侵改茉垂?yīng)的安全性、穩(wěn)定性、便捷性、可備用性。能源電力的可靠供應(yīng)可以從兩個方面理解：一是新能源自身具有一定的可靠性；二是在能源系統(tǒng)中有明確的定位，與能源系統(tǒng)一起提供能源電力的可靠供應(yīng)。從新能源自身來看，安全性是指不因新能源大力發(fā)展而直接引起大規(guī)模能源供應(yīng)的安全事件（包括不發(fā)生供應(yīng)充足性風(fēng)險和人身、財產(chǎn)安全風(fēng)險），穩(wěn)定性是指能源供應(yīng)的連續(xù)性和可控性，可備用性是指具有一定的應(yīng)對自然條件變化的能源供應(yīng)能力，便捷性是指新能源發(fā)展對終端消費用戶盡量不產(chǎn)生福利損失。

大力推動新能源發(fā)展

新能源并不是六個方面全部得到“滿分”才能夠大規(guī)模發(fā)展，而是要從六個方面分析新能源及傳統(tǒng)能源各自的特點，以促進(jìn)新能源不斷創(chuàng)新和能源體系逐漸適應(yīng)新能源特性，快速、平穩(wěn)實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)下的能源轉(zhuǎn)型。

我國新能源經(jīng)過近20年的發(fā)展有了長足的進(jìn)步，光伏發(fā)電、風(fēng)電得到了大力發(fā)展。從近零碳方面看，全生命周期的光伏發(fā)電組件如晶硅材料生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步使碳排放強度不斷下降，環(huán)境污染不斷改善。從可持續(xù)性看，太陽能及風(fēng)能生來就是可持續(xù)的，且在開發(fā)過程中不斷完善生態(tài)環(huán)保要求和措施。從新技術(shù)看，通過不斷創(chuàng)新使新能源發(fā)電效率不斷躍上新臺階，運用數(shù)字化技術(shù)、電力電子技術(shù)、新型儲能技術(shù)等使新能源與微電網(wǎng)及大電網(wǎng)的融合性不斷提高。從規(guī)?；瘉砜矗覈夥惋L(fēng)電的裝機容量與自身比，在經(jīng)歷了十多年的超高速發(fā)展階段后，累積并網(wǎng)均達(dá)到2億千瓦以上，且占我國新增電力裝機的主要部分。從商品屬性看，對新增的新能源發(fā)電上網(wǎng)電價補貼已經(jīng)絕大部分取消或大量削減，新能源在一定程度上參與到電力市場之中。從安全性、穩(wěn)定性、便捷性、可備用性幾個要素看，新能源發(fā)展都有不同程度的進(jìn)步，特別是隨著新能源發(fā)電在終端能源消費比重中的提高，對于減少我國石油對外依存度高帶來的能源安全風(fēng)險將逐步發(fā)揮重要作用。因此，不論從推進(jìn)“雙碳”工作要求上、從新能源發(fā)展積累的經(jīng)驗上，還是從新能源與傳統(tǒng)能源協(xié)同上、從對新能源技術(shù)發(fā)展預(yù)測上，我們都對新能源大力發(fā)展有充分信心。

低碳性、可持續(xù)性、新技術(shù)潛力以及規(guī)?；瘧?yīng)用，為新能源發(fā)展提供了長期利好以及實踐經(jīng)驗。無論是從“雙碳”“1+N”政策體系看，還是從“十四五”規(guī)劃綱要看，以及從“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃看，大力發(fā)展新能源有了目標(biāo)、規(guī)劃、政策措施、能源改革等方面的大力支持，具有十分廣闊的發(fā)展空間。

新能源發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

從能源系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)看，新能源與傳統(tǒng)能源相比還存在不同程度的差距，尤其是在穩(wěn)定性和商品能源屬性兩個方面還存在較大差距。

從光伏、風(fēng)電的發(fā)電特性看挑戰(zhàn)。光伏、風(fēng)電特點是能量密度低，隨機性、波動性、不穩(wěn)定性強，這些特點與新能源的可再生性一樣與生俱來，是客觀規(guī)律使然。能量密度低，說明了要大量占用土地或者其他地表資源，除了必要的分散式開發(fā)外，仍然需要新能源在大范圍優(yōu)化配置，從而需要電能輸送以及與其他能源電力的匹配。隨機性、波動性、不穩(wěn)定性三者間既有一定的獨立性，又互相影響，共同造成新能源發(fā)電在功率上可控性差、與用戶對電力電量需求的匹配性差、與大電網(wǎng)的運行規(guī)律協(xié)調(diào)性差，從而對電力平衡和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。如中國煤電、水電、核電的年利用小時數(shù)分別可達(dá)5500小時、3500小時、7000小時左右，煤電、核電的利用小時數(shù)還可以更高，但是風(fēng)力發(fā)電年平均利用小時數(shù)2200小時左右，光伏發(fā)電年平均利用小時數(shù)1200小時左右。更重要的是，即便是同樣的利用小時數(shù)或者同樣的可發(fā)電量，并不等于具有相同的電力支撐。根據(jù)已有數(shù)據(jù)，一些地區(qū)的光伏發(fā)電在電力平衡時出力幾乎為零。

從新能源應(yīng)用方式看挑戰(zhàn)。新能源發(fā)電能量密度低、分布廣泛、便于分散使用，千家萬戶均可自發(fā)自用，但難以保證高質(zhì)量用電，用戶仍然需要與電網(wǎng)連接。分布式電源是新能源發(fā)展的重要途徑，主要采用“自發(fā)自用、余量上網(wǎng)、電網(wǎng)調(diào)節(jié)”的運營模式。隨著分布式發(fā)電更多地接入配電網(wǎng)，由分布式電源和相關(guān)儲能、調(diào)控、保護(hù)設(shè)施構(gòu)成的微電網(wǎng)和主動配電網(wǎng)增多，將更大地改變原有電力負(fù)荷特性，增加了電網(wǎng)調(diào)節(jié)難度，降低系統(tǒng)效能。新能源與其他傳統(tǒng)能源同處于一個電力系統(tǒng)中，這就形成了新能源與其他能源的耦合關(guān)系，但從認(rèn)識規(guī)律到把握規(guī)律還需要采用數(shù)字仿真、物理模擬等手段深入研究。當(dāng)新能源滲透率較低（比如少于10%）時，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行機制仍然可以應(yīng)對新能源發(fā)電對系統(tǒng)的影響。但隨著新能源滲透率增加，影響機制更為復(fù)雜、影響范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

從新能源發(fā)展對儲能的影響看挑戰(zhàn)。當(dāng)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的“源隨荷動”運行機制轉(zhuǎn)變?yōu)樾履茉窗l(fā)展條件下的“源網(wǎng)荷儲備”運行機制時，電力系統(tǒng)運行特點將發(fā)生根本性變化。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)儲能主要配置在電網(wǎng)側(cè)。在新型電力系統(tǒng)中，為了適應(yīng)不同地區(qū)、不同電源電力負(fù)荷特點，儲能會以多種方式配置在網(wǎng)、源、荷側(cè)，使傳統(tǒng)的單向電能配置模式改變成雙向、多向、多能配置模式；電力系統(tǒng)原有各個環(huán)節(jié)由區(qū)分明顯轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷ト诤系牟糠植粩嘣龃?。為了滿足構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的要求，在電源側(cè)要有充足、穩(wěn)定、具有一定靈活性的電源或用于調(diào)節(jié)的儲能設(shè)施（如抽水蓄能），在系統(tǒng)中不僅要設(shè)置必要的事故備用、負(fù)荷備用、檢修備用機組，也要有應(yīng)對正常氣象條件如連續(xù)三四天的陰天或靜風(fēng)天氣（在傳統(tǒng)能源電力體系下并不構(gòu)成風(fēng)險條件）給電力系統(tǒng)帶來新的能源安全風(fēng)險的備用機組。這些機組如何既發(fā)揮好戰(zhàn)略備用作用，又能盡可能減少系統(tǒng)成本是一個需要深化研究的新問題。

“十四五”期間，盡管可再生能源快速發(fā)展，但發(fā)電量占比仍然較低，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定風(fēng)險層面的問題主要出現(xiàn)在局部環(huán)節(jié)，主要是解決局部新能源發(fā)展與電網(wǎng)協(xié)調(diào)問題，部分地區(qū)供需緊張問題，保障煤炭安全供應(yīng)、防止由于電煤的量價大幅波動帶來的系統(tǒng)風(fēng)險問題，以及進(jìn)一步提高煤電機組的靈活性調(diào)節(jié)功能問題。

為了有效防范以上各種風(fēng)險，新型電力系統(tǒng)必然是一個以可再生能源為主體，水電、核電、天然氣發(fā)電、儲能以及煤電等協(xié)調(diào)運行的多元電力體系。新能源逐步替代傳統(tǒng)化石能源的過程是一個持續(xù)數(shù)十年的漸進(jìn)過程，中國碳中和目標(biāo)年已經(jīng)確定，能源替代過程既需要快速，也需要平穩(wěn)。解決替代過程中新能源發(fā)展的種種問題與解決化石能源被替代中的問題同等重要，二者之間本質(zhì)上是一個問題的兩個方面，需要同步規(guī)劃和實施。