碳中和背景下清潔能源消納問題

聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）于近日發(fā)布了一份題為《與自然和平相處》（Making Peace with Nature）的報告，指出地球正面臨著氣候變化、生物多樣性遭破壞及污染問題三大危機。報告的主要作者表示，長此以往“我們的后代將繼承一個充滿極端天氣事件的世界——這里海平面上升、動植物大量滅絕、有著不安全的糧食和水，以及未來暴發(fā)流行病的可能性越來越大的世界?！苯陙碛锌蒲形墨I報告，人類制造的碳排放已是全球火山碳排放的100倍；在過去的10～12年中，人類活動造成的二氧化碳排放總量與造成地球第5次物種大滅絕時的總量相當，達到約400億噸。呼吁減少人為碳排放的聲音逐年高漲，碳減排日益成為全球氣候治理的最大公約數(shù)，實現(xiàn)碳中和成為全球發(fā)展理念的又一次重大變革。

（來源：微信公眾號“中國電力企業(yè)管理” ID：zgdlqygl 作者：張安華）

我國向世界宣布力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰和2060年前實現(xiàn)碳中和后，“中國30·60”目標迅速在全球傳開，被國際社會認為是自1992年聯(lián)合國達成《氣候變化框架公約》以來，應(yīng)對氣候變化最重大的國家解決方案，將會給中國和全球帶來重要而深刻的積極影響，意義非凡。

碳中和目標的提出，意味著我國能源轉(zhuǎn)型將邁出更加積極的步伐，清潔能源的發(fā)展將獲得更好的社會與市場動力。有人說，清潔能源產(chǎn)業(yè)將迎來倍增的黃金時代，清潔能源產(chǎn)業(yè)要從目前的“小池塘”走向更加廣闊的“太平洋”。在預(yù)示著清潔能源將迎來更快發(fā)展之際，如何解決好未來的清潔能源消納問題，成為業(yè)界許多人關(guān)心的焦點與熱點。在群策群力的研討中，筆者提出一些自己的認知與思考。

避免用清潔能源發(fā)展的“躍進式”

應(yīng)對碳中和進程的“壓縮式”

世界銀行及英國石油公司（BP）等有關(guān)國際組織和能源機構(gòu)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，歐盟及有關(guān)經(jīng)合組織的國家和地區(qū)，從碳達峰到碳中和，跨度時間長達60年，而我國只有其一半的時間即30年，可謂是一個“壓縮式”進程，而且我國在這段時間還同時迎來了能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、能源體制改革、能源體系再造等許多需要“壓縮式”進行和完成的大事。同時，這些發(fā)達國家或后工業(yè)化國家，是在實現(xiàn)了能源消費和碳排放“雙達峰、雙下降”的情景下奔向碳中和的，我國是在能源消費和碳排放“雙上升”的情景中起步奔向碳中和，2019年我國能源碳排放量高達98億噸碳當量，基數(shù)大、時間緊，難度遠超其他國家。

我們有盡快實現(xiàn)碳中和的強烈愿望，因為我國不僅是世界上受碳排放損失最大的國家，2018年損失高達3676億美元（世界銀行數(shù)據(jù)），相當于美國的2.1倍，占國民收入（GNI）的比重達到2.6%，明顯超出1.4%的世界平均水平，更重要的是我們有早日實現(xiàn)“美麗中國”的夢想，有早日建成人類環(huán)境共同體的理想。同時，我們也有快速發(fā)展清潔能源以促使早日碳達峰的基礎(chǔ)和能力，我國有全球最龐大的風(fēng)、光發(fā)電設(shè)施制造和裝備力量，有建設(shè)和管理各種大型和超大型風(fēng)、光發(fā)電場站的實踐與經(jīng)驗。但是，我們不能憑著自己的強烈愿望毫無顧忌地“躍進式”發(fā)展風(fēng)、光發(fā)電清潔能源。

經(jīng)過多年的大力發(fā)展，我國風(fēng)、光發(fā)電清潔能源規(guī)模的增長已經(jīng)不僅僅取決于自身的制造裝備能力、技術(shù)進步水平、有關(guān)實踐經(jīng)驗等，在一定程度上也取決于整個電力系統(tǒng)的重構(gòu)速度。我國現(xiàn)有的電力系統(tǒng)是在以化石能源為主的基礎(chǔ)上建立起來的，雖然消納清潔能源的規(guī)模和效率一直在不斷提升，但是始終不盡如人意。2020年，我國風(fēng)、光發(fā)電利用率有進一步的提升，但是棄風(fēng)電量仍有166.1億千瓦時，同比上升0.5個百分點；棄光電量52.6億千瓦時，與上年基本持平。而從2020年第四季度的情況看，全國棄風(fēng)電量49.7億千瓦時，同比上升23.3%；棄光電量18.3億千瓦時，同比上升38.6%。

清潔能源消納遇到問題，許多人首先想到的是電網(wǎng)，或認為電網(wǎng)建設(shè)滯后，或認為電網(wǎng)盡力不夠等。特別在電網(wǎng)公司是電力統(tǒng)購統(tǒng)銷的主體時，覺得電網(wǎng)公司承擔起清潔能源消納全部責任是理所當然的。但是，最終消納清潔能源的是電力用戶，不是電網(wǎng)，清潔能源的消納問題本質(zhì)上是供需匹配問題。所以，清潔能源的消納靠的是整個電力系統(tǒng)，而不僅僅是電網(wǎng)。過去，在清潔能源上網(wǎng)電量還不是特別大的情況下，清潔能源的消納問題在電網(wǎng)方面的協(xié)調(diào)下可以得到相應(yīng)解決，而當清潔能源電量超出一定規(guī)模后，僅靠電網(wǎng)來協(xié)調(diào)解決問題就非常困難。一般來說，當風(fēng)、光發(fā)電量占到整個電力系統(tǒng)的40%以上時，傳統(tǒng)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)方式便難以為繼。截至2020年底，我國風(fēng)電、光伏并網(wǎng)裝機容量分別為2.8億千瓦、2.5億千瓦，合計占總裝機容量的比重約為24%，全年風(fēng)電、光伏累計發(fā)電量7270億千瓦時，占全年總發(fā)電量的比重約9.8%；根據(jù)國網(wǎng)能源研究院發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2060年我國陸上風(fēng)電、光伏發(fā)電兩者裝機容量占比之和將達到約60%，兩者發(fā)電量占比之和將達到約45%，應(yīng)對如此高比例的風(fēng)、光清潔能源消納問題，僅靠在現(xiàn)有的系統(tǒng)運行模式上進行修修補補是不行的。不僅需要電源、電網(wǎng)等在構(gòu)成形態(tài)上發(fā)生高質(zhì)量的轉(zhuǎn)變，更為關(guān)鍵的是電力系統(tǒng)要與時俱進地進行高質(zhì)量的轉(zhuǎn)型、重構(gòu)、再造。而這需要時間。

所以，我們不能憑著早日實現(xiàn)碳中和的強烈愿望，盲目地推動風(fēng)、光等清潔能源大干快上。要防止出現(xiàn)激進的、與電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型優(yōu)化發(fā)展不相適應(yīng)的清潔能源急速發(fā)展情況，避免出現(xiàn)相互攀比、只顧局部利益不顧大局、不講科學(xué)的急躁競爭情形，從而避免出現(xiàn)清潔能源消納的相關(guān)問題。實現(xiàn)碳中和，不是“百米沖刺跑”，而是一場長達多年的“馬拉松”，不能操之過急。

當然，在防范“速勝”思想以免導(dǎo)致欲速則不達的同時，也要防止過分“穩(wěn)健”而導(dǎo)致后期出現(xiàn)被動局面。今年是實現(xiàn)“中國30·60”目標的開局之年，相關(guān)方面應(yīng)該認真謀劃、科學(xué)研判，制定好與碳中和進程相適應(yīng)的清潔能源階段性發(fā)展規(guī)劃，使清潔能源實現(xiàn)速度與質(zhì)量的平衡發(fā)展。尤其是要確保到2030年風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機容量達到12億千瓦以上，這是確保我國如期實現(xiàn)碳達峰和碳中和的重要底線。

抓住碳中和背景下能源發(fā)展重點

克服清潔能源消納相關(guān)難點

國家統(tǒng)計局于2020年2月發(fā)布的《2019年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》顯示，2019年末全國大陸城鎮(zhèn)常住人口8.48億人，常住人口城市化率從1990年的26.4%上升到了2019年的60.6%。預(yù)計到2035年，這一比例將達到70%以上。有關(guān)資料顯示，我國只占全國土地面積13%的百強城市，居住著全國50%以上的人口，創(chuàng)造了全國70%以上的GDP。作為第二、三產(chǎn)業(yè)重要的空間載體，我國城市的經(jīng)濟產(chǎn)出占比已經(jīng)超過90%，其能源電力占比逼近95%。有國際環(huán)保組織呼吁，全球城市約占地球陸地面積的3%，卻產(chǎn)生了全球72%的溫室氣體排放。所以，碳中和的重點在城市。

當前中國的城鎮(zhèn)化正步入城市群都市圈時代。有關(guān)方面表示，預(yù)計到2030年，我國2億新增城鎮(zhèn)人口的80%左右將分布在19個城市群。以中心城市為引領(lǐng)的都市圈城市群，是當前以及未來支撐我國經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的主要平臺。城市的交通、基礎(chǔ)設(shè)施、第二和第三產(chǎn)業(yè)、信息和互聯(lián)網(wǎng)、居民生活等，需要大量的能源，尤其需要名副其實的清潔能源，是清潔能源具有廣闊前景的用武之地，是助力未來巨量清潔能源消納的“能源湖”。

能源技術(shù)在不斷進步，能源技術(shù)進步的核心是高效化、智慧化，從而要求未來能源體系的核心是電氣化。不論是城市能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、能源系統(tǒng)重構(gòu)、能源體系升級，還是城市能源網(wǎng)新建，主要發(fā)展方向是電氣化或再電氣化，電能在終端用能的比例將不斷上升。有關(guān)方面表示，目前我國的交通用能領(lǐng)域電氣化率只有約1%，2050年要上升到30%以上；目前建筑用能領(lǐng)域的電氣化率若在25%左右，2050年要提升至60%以上；目前工業(yè)用能的電氣化率約為30%，2050年要提高到70%以上。據(jù)有關(guān)方面研究測算，未來僅在交通、建筑、信息領(lǐng)域的電能替代所產(chǎn)生的電力需求，就相當于新增一個電力系統(tǒng)。

按照工信部提出的2025年全國電動車保有量3000萬輛測算，屆時其年用電量將達到約500億千瓦時。如果運用有關(guān)技術(shù)能夠使電動汽車自有電池的電力與電網(wǎng)的電力實現(xiàn)交互利用，將可以大力增強電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)的靈活性，甚至可以重構(gòu)電力系統(tǒng)調(diào)峰儲能模式，進而有力提升清潔能源消納占比水平。

隨著碳中和目標的不斷推進，光伏發(fā)電將會在城市能源發(fā)展方面發(fā)揮重要作用。在光伏發(fā)電與儲能成本不斷下降的情景下，分布式光伏+儲能，將可以大量應(yīng)用于智慧建筑、智慧城市管理、信息數(shù)據(jù)處理、科研基地、工業(yè)園區(qū)、光伏車棚、光伏充電、光伏幕墻、移動光伏電源、居民生活用電等許多方面。有關(guān)研究表示，在信息領(lǐng)域，2025年的5G基站總需求將會達到約600萬個，僅此一項的年用電力需求即達到1000億千瓦時。而數(shù)據(jù)中心的能源需求，2025年的用電量可達4000億千瓦時。

所以，我們要不斷提升城市能源體系建設(shè)理念，抓住城市能源體系變革、升級與發(fā)展的巨大機遇，做好清潔能源發(fā)展的科學(xué)布局，提升清潔能源的消納水平。要改變對于我國能源稟賦“缺油、少氣、多煤”的傳統(tǒng)理解，風(fēng)能、太陽能等能源同樣是我國能源稟賦中的重要資源，在做能源規(guī)劃和建設(shè)布局時應(yīng)將所有能源類型一視同仁加以科學(xué)考慮。破除過去依賴“西電東送”、“北煤南運”等平衡能源供求思維，樹立起“外來能源與身邊能源相結(jié)合”、“集中式供電與分布式發(fā)電相結(jié)合”等新的能源平衡思想。通過數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，因地制宜地積極發(fā)展分布式能源、虛擬電廠、微型電網(wǎng)、綜合能源系統(tǒng)、智慧能源系統(tǒng)、風(fēng)光儲一體化、發(fā)供用一體化、海上陸面地下能源資源相結(jié)合等能源系統(tǒng)，不斷創(chuàng)新能源利用模式、能源管理方式、能源發(fā)展形式，減少清潔能源長距離輸送，提高清潔能源就地生產(chǎn)和消納水平，使用能負荷地的能源資源得到充分、有效、合理利用，使清潔能源的消納障礙最大程度地得到化解。

不斷提高清潔能源出力的可預(yù)測性

整體提升電力系統(tǒng)的靈活性

風(fēng)、光發(fā)電清潔能源之所以會遇到較大的消納問題，其中一個重要原因是其發(fā)電出力具有較大的難以預(yù)測性。其出力曲線往往與負荷曲線不相匹配，有些情況下甚至是背道而馳。如果清潔能源的可預(yù)測性能夠達到傳統(tǒng)能源的可預(yù)測性水平，可以在很大程度上減少清潔能源消納的障礙。

我國目前風(fēng)、光發(fā)電清潔能源的預(yù)測水平，一般認為日前預(yù)測精度小于40%，兩三個小時預(yù)測精度在80%左右，而國外較先進的預(yù)測水平24小時準確率達到90%以上，說明我國風(fēng)、光發(fā)電清潔能源的出力預(yù)測水平尚有較大的提升空間。

我國目前的風(fēng)、光發(fā)電清潔能源，占比還相對較小，還屬于扶植照顧對象，出力的預(yù)測性差、波動性大，對系統(tǒng)產(chǎn)生的一些問題和困難，電網(wǎng)和傳統(tǒng)能源會盡力幫助解決，清潔能源可以在一定程度上“任任性”；將來清潔能源的占比要大幅提高，成為主體能源，一些傳統(tǒng)能源被擠走，不能再出力相幫了，清潔能源要承擔起主體責任，也無法再“任性”了。所以，提高出力的預(yù)測性，平衡好出力的波動性，是風(fēng)、光發(fā)電清潔能源必須要跨越的鐵檻。

為了盡快適應(yīng)“中國30·60”目標對清潔能源高占比要求，上述問題的解決，時間上不宜拖延，速度上不能慢慢來，而是應(yīng)盡快提上議事日程。

提高風(fēng)、光發(fā)電清潔能源出力的可預(yù)測性，除了要提高對風(fēng)速風(fēng)向、光照強度等天氣因素預(yù)測的準確性、增強預(yù)測的持續(xù)性等，更重要的是要利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)提升預(yù)測的科學(xué)化智慧化水平，創(chuàng)新預(yù)測手段和方式，并借助國外的先進經(jīng)驗，對標先進的實踐典范，開拓性、創(chuàng)造性地開展相關(guān)工作，持續(xù)性、強制性提高有關(guān)工作能力。從而使清潔能源的消納水平不斷獲得提升。

當然，提升風(fēng)、光發(fā)電清潔能源的消納水平，增強電力系統(tǒng)應(yīng)對清潔能源擾動的靈活性，也是一個非常重要的問題。關(guān)于靈活性，不是新話題，業(yè)界已議多時。這里想提出的是，增強靈活性，不能只盯著煤電，而是要整體性提高電力系統(tǒng)的靈活性。

一是因為煤電之外，加入其他因素參與靈活性調(diào)節(jié)，效果也同樣不錯。有研究團隊報告，讓氣電、儲能及需求響應(yīng)等多種資源參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，棄風(fēng)電量可減少近40%，煤電啟停次數(shù)可下降近30%。二是推進“源網(wǎng)荷儲一體化”、“風(fēng)光水火儲一體化”等也可以較好地增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)的靈活性。三是煤電的靈活性改造技術(shù)、成本投入和環(huán)境影響等存在局限性。四是如果只是指望煤電來解決靈活性問題，將會使煤電的減量化進程大受影響，進而影響碳達峰目標的實現(xiàn)進程。

解決清潔能源的消納問題，既不能僅僅依靠提升煤電的靈活性，也不能僅僅依靠電源側(cè)的靈活性改進，而是應(yīng)該多管齊下、綜合施策，電源側(cè)與需求側(cè)共同努力，源網(wǎng)荷與配送儲共同提升，數(shù)字化與智慧化攜手共進。

當然，解決清潔能源消納問題的根本性辦法，是努力構(gòu)建適應(yīng)大規(guī)模高比例清潔能源發(fā)展的新型電力系統(tǒng)。當前的電力系統(tǒng)是以傳統(tǒng)能源為基礎(chǔ)建立起來的，只有進行整體性變革或重構(gòu)，才能迎來適應(yīng)清潔能源大發(fā)展的嶄新局面。

本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2021年02期，作者系中國社會科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展研究中心副主任