“雙碳”目標(biāo)下電力轉(zhuǎn)型差異化路徑動(dòng)態(tài)選擇方法研究

吳明亮

（南網(wǎng)融資租賃有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

為了更好地解決全球變暖問(wèn)題，我國(guó)在2021 年的“兩會(huì)”上，明確提出了“2030 年二氧化碳排放達(dá)高峰，2060 年實(shí)現(xiàn)碳中和”的要求。目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式正由以資源為主導(dǎo)向以綠色、生態(tài)為主導(dǎo)的發(fā)展模式轉(zhuǎn)變?；谖覈?guó)富煤、貧油、少氣的能源資源狀況，進(jìn)行傳統(tǒng)煤炭和煤電產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型十分必要[1]。為達(dá)到“雙碳”的目標(biāo)，國(guó)家出臺(tái)了一系列的政策和舉措，以積極推進(jìn)煤炭電力產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型。實(shí)現(xiàn)“雙碳”，重點(diǎn)在于減少使用化石能源、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、建設(shè)新型電力體系、統(tǒng)籌考慮“清潔用能”與“能源供求均衡”，探索我國(guó)綠色、低碳能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的現(xiàn)實(shí)途徑[2]。已有的研究顯示，應(yīng)該繼續(xù)減少燃煤發(fā)電所占比例，逐步提高可再生能源發(fā)電所占比例，并穩(wěn)步提高燃?xì)獍l(fā)電所占比例。在全面推動(dòng)清潔能源利用的基礎(chǔ)上，大力發(fā)展風(fēng)能、光能等可再生能源，構(gòu)建多樣化的能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)。為促進(jìn)電力行業(yè)的轉(zhuǎn)型，文章在“雙碳”目標(biāo)下，開(kāi)展對(duì)電力轉(zhuǎn)型差異化路徑動(dòng)態(tài)選擇方法的設(shè)計(jì)研究。

1 設(shè)定“雙碳”目標(biāo)下的電力行業(yè)碳減排額度

“雙碳”目標(biāo)是指“碳達(dá)峰”和“碳中和”。前者是指在一個(gè)區(qū)域或一個(gè)產(chǎn)業(yè)中，CO2的總排放量會(huì)出現(xiàn)一個(gè)歷史最高值，并且在這個(gè)最高值以后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)逐漸減少的趨勢(shì)[3]。后者是指在“碳達(dá)峰”之后，通過(guò)采取一系列的措施，例如節(jié)能減排、碳補(bǔ)償?shù)却胧?，以抵御生產(chǎn)過(guò)程中排放的二氧化碳，從而使其凈排放量能夠達(dá)到零。當(dāng)前我國(guó)碳減排目標(biāo)正處于時(shí)間緊、任務(wù)重的困境當(dāng)中，需要通過(guò)多個(gè)部門(mén)的共同協(xié)商和配合，以及全行業(yè)的不斷努力，預(yù)計(jì)在2030—2060 年之間實(shí)現(xiàn)每年的碳減排平均速率達(dá)到8%～10%，才能夠確保在2060 年實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)[4]。根據(jù)上述目標(biāo)，確定在“雙碳”目標(biāo)下，電力行業(yè)碳減排的額度，對(duì)電力行業(yè)各項(xiàng)活動(dòng)所產(chǎn)生的二氧化碳排放量進(jìn)行計(jì)算的公式為

式中：T為電力行業(yè)在開(kāi)展各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的二氧化碳量；P為生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；δ為不同電源對(duì)應(yīng)的二氧化碳排放系數(shù)。十九大報(bào)告中關(guān)于能源體制改革的新要求，為國(guó)家能源體制改革指明了新的發(fā)展方向，對(duì)電力行業(yè)而言，要確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，加快建設(shè)高比重可再生能源的新體系。對(duì)于一個(gè)發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)“雙碳”，存在許多重大的問(wèn)題。中國(guó)的主要排放者——電力工業(yè)，應(yīng)當(dāng)爭(zhēng)取率先實(shí)現(xiàn)本行業(yè)的“雙碳”目標(biāo)。到2020 年，中國(guó)電力工業(yè)的總碳排放量將達(dá)到46 億t 左右，根據(jù)權(quán)威專(zhuān)家的預(yù)估，中國(guó)電力工業(yè)在2025—2060 年期間的碳排放量將達(dá)到690 億-927 億t 左右。

2 建立電力行業(yè)轉(zhuǎn)型差異化情景

在明確“雙碳”目標(biāo)下的電力行業(yè)碳減排額度后，分別從基準(zhǔn)情景和加速情景2 個(gè)方面建立電力行業(yè)轉(zhuǎn)型差異化情景。其中，基準(zhǔn)情景是確保能夠滿(mǎn)足“雙碳”目標(biāo)，即實(shí)現(xiàn)在2030 年達(dá)到碳達(dá)峰水平，在2060 年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)；加速情景是在2025 年使電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，在2050 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。針對(duì)2 種不同的情況，為其設(shè)置主要邊界條件，如表1 所示。

表1 電力行業(yè)轉(zhuǎn)型差異化情景邊界條件

根據(jù)上述內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)對(duì)差異化情景的建立，以此為后續(xù)路徑的動(dòng)態(tài)選擇提供依據(jù)條件。

3 構(gòu)建差異化路徑動(dòng)態(tài)選擇模型

結(jié)合當(dāng)前綜合資源戰(zhàn)略規(guī)劃目標(biāo)，將電力行業(yè)供給側(cè)與需求側(cè)資源成本同時(shí)考慮到電力轉(zhuǎn)型目標(biāo)中，并構(gòu)建以全社會(huì)總成本最小為目標(biāo)的函數(shù)，具體計(jì)算公式為

式中：minC為社會(huì)總成本最小目標(biāo)；Xij為傳統(tǒng)電廠(chǎng)裝機(jī)容量；Hij為傳統(tǒng)電廠(chǎng)年利用小時(shí)數(shù)；Lij為平準(zhǔn)化度電成本；i為規(guī)劃期內(nèi)年數(shù)；j為發(fā)電廠(chǎng)類(lèi)型序編號(hào)；T為規(guī)劃期結(jié)束年份；K為電廠(chǎng)總數(shù)；t為規(guī)劃其內(nèi)的第某一年。目標(biāo)函數(shù)模型的約束條件可以從能源利用角度、環(huán)境保護(hù)角度等多方面設(shè)置，例如包括能效電廠(chǎng)年裝機(jī)容量約束、污染物排放約束、電力需求約束等。所有約束條件與目標(biāo)函數(shù)共同組成差異化路徑動(dòng)態(tài)選擇模型[5]。最終選擇的方案需要在滿(mǎn)足各項(xiàng)約束條件的基礎(chǔ)上，達(dá)到全社會(huì)總成本最小目標(biāo)。

4 實(shí)例應(yīng)用分析

為驗(yàn)證提出的動(dòng)態(tài)選擇方法在實(shí)際應(yīng)用中是否具備可行性，選擇以當(dāng)前電力行業(yè)發(fā)展背景為基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng)前實(shí)際情況，為其進(jìn)行轉(zhuǎn)型差異化路徑的動(dòng)態(tài)選擇。首先，在基準(zhǔn)情景電力結(jié)構(gòu)下，可采用表2 所示的電力轉(zhuǎn)型方案。到2030 年，傳統(tǒng)電源的發(fā)電量超過(guò)70%，煤電仍將是電力系統(tǒng)中最重要的發(fā)電任務(wù)，在供給側(cè)電源中，發(fā)電量占比居首位，其次為常規(guī)水電和氣電，最后是太陽(yáng)能光伏發(fā)電。到2060 年，在供應(yīng)側(cè)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的比例將居于首位，陸地風(fēng)力發(fā)電的比例緊隨其后，并且2 者的比例總和將達(dá)到50%以上。

表2 基準(zhǔn)情景下電力轉(zhuǎn)型方案

對(duì)加速情景的電力轉(zhuǎn)型方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，得到如表3 所示的結(jié)果。

表3 加速情景下電力轉(zhuǎn)型方案

在加快發(fā)展的背景下，我國(guó)電力工業(yè)的碳排放將會(huì)提早達(dá)峰，到2030 年，盡管煤炭發(fā)電仍是世界上最大的發(fā)電大國(guó)，但新能源發(fā)電也將出現(xiàn)追趕。太陽(yáng)能光伏和風(fēng)力發(fā)電排名也較為靠前。在2060 年，風(fēng)力發(fā)電占比較大?？稍偕茉窗l(fā)電量占比從2030年開(kāi)始逐漸提升，隨后提升速度明顯上升。

對(duì)2 種轉(zhuǎn)型方案的碳排放情況進(jìn)行對(duì)比，得到如圖1 所示的結(jié)果。

圖1 兩種轉(zhuǎn)型方案對(duì)比結(jié)果圖

從圖1 可以看出，在基準(zhǔn)情景下，能夠充分滿(mǎn)足在2030 年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)，隨后隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)，在2060 年達(dá)到負(fù)排放。在加速情景下，電力行業(yè)需要采取更加嚴(yán)格的碳排放控制措施，在2050 年便能夠達(dá)到負(fù)排放。上述2 種方案均能夠?qū)崿F(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，電力行業(yè)可根據(jù)發(fā)展的實(shí)際情況，合理選擇基準(zhǔn)情景或加速情景方案，實(shí)現(xiàn)電力轉(zhuǎn)型。

5 結(jié) 論

文章將“雙碳”作為目標(biāo)，針對(duì)電力行業(yè)的轉(zhuǎn)型問(wèn)題，提出了一種差異化路徑動(dòng)態(tài)選擇方法。通過(guò)本文研究，分別從基準(zhǔn)情景下和加速情景下確定了2種不同的路徑選擇方案，并能夠以10 年為單位實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑變化的動(dòng)態(tài)調(diào)整。但由于研究時(shí)間有限，在研究過(guò)程中，針對(duì)每一年具體發(fā)展情況并未進(jìn)行深入研究，且對(duì)于電力需求的預(yù)測(cè)是針對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的延伸，未考慮其他多方面影響因素。因此，針對(duì)這些問(wèn)題，為進(jìn)一步促進(jìn)電力行業(yè)轉(zhuǎn)型，在后續(xù)的研究中還將進(jìn)行深入探索。