基于低碳理念與不同電力技術(shù)的電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型研究

程 陳

（池州學(xué)院， 安徽 池州 247100）

0 引言

全球氣候變化問(wèn)題日益嚴(yán)重，導(dǎo)致世界各國(guó)開(kāi)始關(guān)注如何采取措施減少溫室氣體排放。發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)被認(rèn)為是解決這一問(wèn)題的有效途徑之一[1]。其中，能源產(chǎn)業(yè)作為最主要的溫室氣體排放源，其轉(zhuǎn)型升級(jí)對(duì)于降低碳排放具有重要意義?？紤]到電力作為現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的核心支撐要素，電力產(chǎn)業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型成為當(dāng)下研究的重要課題[2]。電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型工作具有重要意義，其主要體現(xiàn)在降低溫室氣體排放、提高能源利用效率和保障能源安全與穩(wěn)定供應(yīng)等方面。為此在理論上探討低碳電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的路徑及實(shí)施策略具有十分重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。此次研究首先介紹了低碳理念及其在電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用，接著分析了現(xiàn)階段各種不同電力技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，提出了基于低碳理念的電力結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略。最后對(duì)未來(lái)研究方向和挑戰(zhàn)進(jìn)行了展望。

1 低碳理念及其在電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型中的應(yīng)用

1.1 低碳理念的內(nèi)涵及表現(xiàn)

低碳理念主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：降低能源消耗和溫室氣體排放，提高能源利用效率，發(fā)展可再生能源。這種理念要求在電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，充分考慮資源和環(huán)境的可持續(xù)性，由此在電力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和投資決策過(guò)程中，對(duì)各種技術(shù)進(jìn)行綜合權(quán)衡，以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的低碳化和可持續(xù)發(fā)展。

1.2 低碳理念引導(dǎo)電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型

低碳理念在電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型過(guò)程中起到引導(dǎo)作用。首先，通過(guò)提高電力產(chǎn)業(yè)的低碳水平，對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電方式進(jìn)行改進(jìn)或替代，以逐步減少溫室氣體排放[3]。其次，通過(guò)優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展清潔能源，提高新能源在電力結(jié)構(gòu)中的比例，以實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)的可持續(xù)性。

1.3 國(guó)際和國(guó)內(nèi)的低碳電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型經(jīng)驗(yàn)

為了實(shí)現(xiàn)低碳電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，國(guó)際和國(guó)內(nèi)均取得了一定程度的成功，在政策支持、技術(shù)研發(fā)等方面積累了許多值得借鑒的經(jīng)驗(yàn)例如，德國(guó)、丹麥等國(guó)家在可再生能源利用上取得了顯著成果。德國(guó)通過(guò)實(shí)施“能源轉(zhuǎn)型”計(jì)劃，大力發(fā)展風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源，截至2020 年，可再生能源在德國(guó)電力結(jié)構(gòu)中的占比超過(guò)40%。丹麥則在風(fēng)能發(fā)展上走在了世界前列，并提出了到2030 年燃煤發(fā)電完全退出、可再生能源占比達(dá)100%的目標(biāo)。

在國(guó)內(nèi)，低碳電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型也在逐漸深入。通過(guò)全國(guó)范圍的煤電淘汰和新增清潔能源裝機(jī)，以及實(shí)行碳市場(chǎng)試點(diǎn)，我國(guó)能確保碳排放達(dá)峰和碳中和的目標(biāo)逐步實(shí)現(xiàn)。截至2022 年，中國(guó)非化石能源在電力結(jié)構(gòu)中的占比已經(jīng)超過(guò)29%，呈現(xiàn)穩(wěn)步提升的態(tài)勢(shì)。這些國(guó)際和國(guó)內(nèi)的轉(zhuǎn)型經(jīng)驗(yàn)為低碳電力結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了借鑒和啟示。

2 電力技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)分析

2.1 傳統(tǒng)電力技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

火力發(fā)電是一種通過(guò)燃煤、燃?xì)獾然剂袭a(chǎn)生熱量，推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電的技術(shù)。當(dāng)前火力發(fā)電依然是全球最主要的電力來(lái)源之一[4]。在技術(shù)創(chuàng)新方面，燃煤火力發(fā)電已取得較大進(jìn)展，通過(guò)適應(yīng)低排放技術(shù)和循環(huán)流化床等新工藝，使燃煤電廠(chǎng)的排放和能耗得到一定程度的減輕[5]。而燃?xì)獍l(fā)電采用聯(lián)合循環(huán)、燃?xì)廨啓C(jī)等先進(jìn)技術(shù)，優(yōu)勢(shì)在于啟停靈活、排放較低且轉(zhuǎn)化效率較高。

水力發(fā)電是一種通過(guò)利用水能推動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電的可再生能源技術(shù)。當(dāng)前水力發(fā)電已成為可再生能源領(lǐng)域的技術(shù)成熟度較高的選項(xiàng)。但其發(fā)展速度受制于對(duì)水資源的依賴(lài)和對(duì)生態(tài)環(huán)境的挑戰(zhàn)。

核能發(fā)電是通過(guò)核反應(yīng)獲得能量，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電的一種方式。核能發(fā)電具有能源密度高、溫室氣體排放低、電力供應(yīng)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。隨著核電技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)第三代核電技術(shù)已具有較高的安全性和經(jīng)濟(jì)性，但依然面臨核廢料處理、核電站選址等問(wèn)題的挑戰(zhàn)。

2.2 可再生能源電力技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

風(fēng)能發(fā)電是利用風(fēng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能的一種清潔能源方式。在全球范圍內(nèi)，風(fēng)能發(fā)電已經(jīng)成為可再生能源領(lǐng)域增長(zhǎng)最快的技術(shù)之一。風(fēng)能發(fā)電具有綠色環(huán)保、無(wú)溫室氣體排放等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于風(fēng)能資源的不穩(wěn)定性，機(jī)組發(fā)電效率有待提升。

太陽(yáng)能發(fā)電通過(guò)光伏組件將太陽(yáng)光直接轉(zhuǎn)化為電能。在過(guò)去的幾十年里，光伏技術(shù)取得了顯著的進(jìn)步，帶來(lái)了太陽(yáng)能發(fā)電成本的大幅降低。太陽(yáng)能發(fā)電具有清潔、可再生和廣泛分布的優(yōu)點(diǎn)。然而，由于地域限制和發(fā)電效率受自然條件影響，仍待進(jìn)一步提高其發(fā)電效率和電池轉(zhuǎn)換效率。

生物質(zhì)能發(fā)電是通過(guò)利用植物、動(dòng)物以及人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行燃燒發(fā)電的一種可再生能源。生物質(zhì)能發(fā)電在資源利用和溫室氣體排放減緩上具有明顯的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。但是生物質(zhì)資源的離散性、生物質(zhì)電廠(chǎng)規(guī)模限制以及技術(shù)瓶頸等問(wèn)題成為制約該技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的主要因素。

地?zé)崮馨l(fā)電是一種利用地球內(nèi)部的高溫?zé)崮苌呻娏Φ募夹g(shù)。地?zé)崮馨l(fā)電具有能源成本低、無(wú)碳排放、能源穩(wěn)定等特點(diǎn)。但是，由于地?zé)豳Y源的分布不均和開(kāi)發(fā)成本較高，地?zé)崮馨l(fā)電目前在全球范圍內(nèi)的發(fā)展仍然較為有限。

3 基于低碳理念的電力結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略

3.1 提高電力產(chǎn)業(yè)的能源利用效率

在應(yīng)對(duì)全球氣候變化的背景下，各國(guó)政府都在積極尋求降低碳排放、促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的途徑。電力產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施，是低碳轉(zhuǎn)型的重要領(lǐng)域，同時(shí)也是碳排放的主要來(lái)源之一。因此，實(shí)現(xiàn)電力結(jié)構(gòu)的低碳優(yōu)化，對(duì)于推動(dòng)全球低碳轉(zhuǎn)型具有顯著的意義?，F(xiàn)在將重點(diǎn)探討基于低碳理念的電力結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略，如圖1 所示，優(yōu)化策略包括提高電力產(chǎn)業(yè)的能源利用效率、大力發(fā)展清潔能源、加強(qiáng)電力科技創(chuàng)新以及電網(wǎng)智能化建設(shè)等方面。

圖1 基于低碳理念的電力結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略

針對(duì)傳統(tǒng)電力技術(shù)存在的低能源利用效率等問(wèn)題，可以采取一系列措施，以提高整個(gè)電力產(chǎn)業(yè)的能源利用效率。首先，有關(guān)部門(mén)應(yīng)該提高對(duì)廣泛推廣節(jié)能設(shè)備與節(jié)約用電的理念，增強(qiáng)社會(huì)各界對(duì)能源利用效率的認(rèn)識(shí)和重視。同時(shí)，可以通過(guò)產(chǎn)業(yè)扶持、人才吸引等手段，鼓勵(lì)企業(yè)采用較高能源利用效率的技術(shù)和裝備，提高電力產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)消費(fèi)過(guò)程中的能源利用效率。

具體措施可包括：提高火力發(fā)電機(jī)組的燃料燃燒效率，降低單位能耗，縮減過(guò)程中的能源損失；采用余熱回收、熱力余熱利用等技術(shù)，提高發(fā)電過(guò)程中能量的再利用率；推廣高效、節(jié)能的電機(jī)、照明設(shè)備等；加強(qiáng)輸配電網(wǎng)的研發(fā)和裝備改造，提高輸配電環(huán)節(jié)的能源利用效率；普及節(jié)電節(jié)能的理念，提高終端用戶(hù)的能源利用效率；及時(shí)淘汰低效、高耗能的老舊設(shè)備和工藝，減少無(wú)謂的能源浪費(fèi)。

3.2 大力發(fā)展清潔能源

為實(shí)現(xiàn)碳排放減少目標(biāo)，必須在電力結(jié)構(gòu)中大力發(fā)展清潔能源，提高清潔能源在整個(gè)能源結(jié)構(gòu)中的占比。清潔能源具有低碳、可再生、環(huán)境友好等特點(diǎn)，不僅有利于減少溫室氣體排放，還有助于提升國(guó)家能源安全，促進(jìn)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展。首先風(fēng)能作為清潔能源的一種，具有無(wú)窮盡、可再生的特點(diǎn)，且其開(kāi)發(fā)過(guò)程中無(wú)溫室氣體排放。因此，大力發(fā)展風(fēng)能有助于減少碳排放，達(dá)到碳減排的目標(biāo)。其次還應(yīng)該大力支持太陽(yáng)能發(fā)展。太陽(yáng)能是一種綠色、可再生的能源，發(fā)展太陽(yáng)能可以有效發(fā)揮清潔能源在減少碳排放方面的作用。為了推動(dòng)太陽(yáng)能的發(fā)展，相關(guān)政府部門(mén)可以考慮采取多種扶持措施，如加大對(duì)光伏項(xiàng)目的金融服務(wù)優(yōu)惠，推動(dòng)光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，推廣綠色建筑等。再次，發(fā)展生物質(zhì)能。生物質(zhì)能利用農(nóng)林廢棄物等作為原料，既可以提高資源的利用效率，還能減少化石能源的消耗，減少溫室氣體排放。

3.3 加強(qiáng)電力科技創(chuàng)新

為實(shí)現(xiàn)低碳電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，必須加強(qiáng)電力科技創(chuàng)新。關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源發(fā)展、降低能源產(chǎn)業(yè)的碳排放、提升低碳經(jīng)濟(jì)的競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)份額等方面具有至關(guān)重要的作用。因此，在低碳技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展廣泛而深入的科技創(chuàng)新，并實(shí)現(xiàn)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化成實(shí)際的應(yīng)用，是迫切需要解決的問(wèn)題。

政府、企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)之間需要加強(qiáng)合作，形成一個(gè)利益共享、風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)、資源共享的聯(lián)合創(chuàng)新體系。這樣的體系應(yīng)該涵蓋從基礎(chǔ)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、示范應(yīng)用、到成果轉(zhuǎn)化等各個(gè)環(huán)節(jié)，并深入推進(jìn)聚焦于低碳電力技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域的重大科技專(zhuān)項(xiàng)研發(fā)計(jì)劃。政府在這一過(guò)程中既要承擔(dān)積極的引導(dǎo)作用，也要加大對(duì)創(chuàng)新型企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的支持力度，使其成為低碳技術(shù)創(chuàng)新的重要主體。

在低碳技術(shù)創(chuàng)新方面，特別需要關(guān)注碳捕獲、貯存、利用等一系列新興技術(shù)領(lǐng)域的研究和發(fā)展。通過(guò)對(duì)這些方面的創(chuàng)新，才能實(shí)現(xiàn)在低碳電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，減輕企業(yè)環(huán)境責(zé)任負(fù)擔(dān)，提升能源效率及經(jīng)濟(jì)效益的作用。

3.4 電網(wǎng)智能化建設(shè)

為適應(yīng)更多清潔能源接入電力系統(tǒng)的需求，電網(wǎng)智能化成為實(shí)現(xiàn)電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵手段。智能電網(wǎng)可以提高調(diào)度精度，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，有效解決可再生能源發(fā)電的間歇性和不穩(wěn)定性問(wèn)題。因此，需要完善電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，積極推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)，以實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度、需求響應(yīng)等先進(jìn)功能，進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行能力。

4 結(jié)語(yǔ)

電力結(jié)構(gòu)的低碳轉(zhuǎn)型是當(dāng)前全球氣候變化和能源轉(zhuǎn)型背景下的重要議題，通過(guò)分析低碳理念并結(jié)合各種電力技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)，為電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型提供了策略建議。研究結(jié)果顯示，提高能源利用效率、大力發(fā)展清潔能源、加強(qiáng)電力科技創(chuàng)新和促進(jìn)電網(wǎng)智能化建設(shè)是實(shí)現(xiàn)低碳電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵措施。另外，還需要考慮結(jié)合國(guó)際和國(guó)內(nèi)的低碳電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型經(jīng)驗(yàn)，不斷完善政策支持體系，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)與創(chuàng)新，以期在全球范圍內(nèi)促進(jìn)低碳電力結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型與發(fā)展。低碳電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型仍面臨諸多挑戰(zhàn)，如不同電力技術(shù)的整合與協(xié)同、系統(tǒng)穩(wěn)定性和調(diào)度問(wèn)題、轉(zhuǎn)型過(guò)程中的政策和市場(chǎng)機(jī)制等。因此，未來(lái)研究需要在已有基礎(chǔ)上，進(jìn)一步關(guān)注電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型過(guò)程中的系統(tǒng)性問(wèn)題，以期為實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展提供更多可行性方案。