郭劍波：電力系統(tǒng)的低碳轉型要腳踏實地、統(tǒng)籌兼顧

自我國雙碳目標確立以來，能源領域的低碳轉型從資本市場“火”到街頭巷尾，特別是今年下半年以來，陸續(xù)出現(xiàn)在全國部分地區(qū)、乃至世界各地的能源、電力供應緊張，使傳統(tǒng)能源電力的供需平衡在雙碳進程中遭遇到挑戰(zhàn)，再度推至輿論的風口浪尖。

作為世界上最大的煤炭生產國、消費國和進口國，高碳能源資源的利用形式已深植于我國的經濟發(fā)展模式之中。在以能源結構低碳化替代、用能終端電氣化替代為主要路徑實現(xiàn)全社會低碳轉型的過程中，各行各業(yè)的發(fā)展模式發(fā)生重構的同時，也讓我們愈發(fā)看到了構建新型電力系統(tǒng)的緊迫性和重要性。

“實現(xiàn)雙碳目標，電力將變?yōu)榛A性能源。構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，需要應對充裕性、安全性等多重挑戰(zhàn)，特別是在環(huán)境目標約束下，需要提升用能經濟性，并對多元主體的責任與利益進行再分配。”

中國工程院院士，中國電力科學研究院名譽院長郭劍波在接受記者專訪時談到，“電力系統(tǒng)轉型涉及政策法規(guī)、市場機制和運行管理等各個環(huán)節(jié)的全面優(yōu)化，應在各地區(qū)、各行業(yè)統(tǒng)籌兼顧的基礎上，從社會學的角度推進低碳能源替代和有序減碳。實現(xiàn)能源系統(tǒng)的電氣化，和電力系統(tǒng)的低碳化，要依靠我們的技術創(chuàng)新、磨煉我們的政策機制，更考驗我們的市場建設。在當下，最為緊迫的，是應重新審視和界定電力的商品與安全雙重屬性的邊界，并以腳踏實地、時不我待的精神，走好雙碳時代中新型電力系統(tǒng)構建的趕考之路。”

今年下半年，在全國不同地區(qū)出現(xiàn)了因突擊完成“雙控”指標而限電限產的情況。從長期來看，碳排放約束將成為我國今后一段時期內開展能源管理工作和實現(xiàn)高質量發(fā)展的剛性約束。在您看來，在實現(xiàn)碳減排的路徑中，應如何權衡好“穩(wěn)增長”與“碳約束”之間的關系？郭劍波：

當前，“應對氣候變化是一項集體行動”，已成為國際社會的廣泛共識，控制二氧化碳排放也已進入了全球共治的軌道。未來世界能源圖景驟變，足以重寫國際經濟格局和地緣政治格局；與此同時，我國當前的經濟發(fā)展與能源、電力發(fā)展深度綁定，能源轉型的速度，從一定程度上決定了國民經濟高質量發(fā)展的進程。

從外部環(huán)境來看，今年3月上旬，歐盟通過了碳邊境調節(jié)機制的基本框架和原則方案，對從碳排放限制相對寬松的國家和地區(qū)進口的鋼鐵、水泥、鋁和化肥等商品征收碳關稅，以此達到維護和保護歐盟產業(yè)競爭力，“倒逼”其他國家減排進程等目的。有研究表明，在不同模型、不同稅率的情況下，碳關稅的征收將使我國對歐貿易總量下降10%-20%，對我國外向型企業(yè)出口貿易形成巨大壓力。

從內部環(huán)境來看，過去幾十年，我國經濟取得高速增長的同時，發(fā)展模式和產業(yè)結構不斷優(yōu)化調整，單位GDP能耗取得了一定幅度的下降。但相較于GDP的高增速，我國近年來的碳強度、單位GDP能耗的下降速度緩慢，而碳排放總量和能源消耗總量持續(xù)增長。以2018年的數(shù)據(jù)來看，單位GDP碳排放保持在0.71kg/美元的水平，高于0.41kg/美元的全球平均值；即使在2019年下降至0.69kg/美元，仍是當年全球平均水平的1.8倍。

眾所周知，實現(xiàn)碳減排有兩種主要途徑，這其中既包括降低單位能源消費的碳排放量（即實施一次能源的清潔替代），同時也有賴于單位GDP的能源消費量（即能源消費強度）下降。未來40年，雙碳目標將成為我國經濟發(fā)展的全新動能，這就要求我們在碳約束的前提下，統(tǒng)籌好經濟發(fā)展與碳減排的目標，做好推進現(xiàn)代化進程和推進碳達峰、碳中和過程中應對各種新風險、新挑戰(zhàn)的準備。

今年下半年以來，全國多個省份陸續(xù)出現(xiàn)了突擊完成能源“雙控”指標、對“兩高”項目“一刀切”

、限電限產的現(xiàn)象，這種做法有待商榷，同時也反映出我們在政策、技術和認知等多個方面，準備得還不夠充分。

長久以來，我國的能源行業(yè)與國民經濟發(fā)展緊密結合，受制于過去的科技水平和經濟發(fā)展模式，我國產業(yè)結構中的能耗水平較高是不爭的事實，如工業(yè)體系中高耗能行業(yè)占比較大，交通運輸行業(yè)中老舊機動車能耗高且保有量多，建筑面積采暖能耗高，這些因素都給碳減排造成了一定的困難。但不容忽視的是，產業(yè)結構由高耗能、高污染、低附加值、勞動密集型產業(yè)，轉向高科技、低碳、高附加值產業(yè)的過程相對緩慢，同時還涉及民生保障等多個環(huán)節(jié)需要兼顧。與此同時，按照雙碳總量目標，到2030年，我國單位GDP二氧化碳排放要比2005年下降65%，這是碳排放總量和經濟總量掛鉤的指標。如果碳約束過強，特別是在2030年之前因降低碳排放總量而帶來經濟增長速度的下滑，反而會影響碳強度目標、國民經濟和社會發(fā)展目標的實現(xiàn)。

目前我國在多個領域已經實現(xiàn)了全產業(yè)鏈的核心競爭優(yōu)勢，這是我國實現(xiàn)從“制造大國”向“制造強國”邁進的根基。因此，未來我們需要在嚴格控制“兩高”項目盲目發(fā)展的同時，保持產業(yè)門類的齊全和產業(yè)鏈的完整，強化產業(yè)鏈的全球競爭力和影響力，以全產業(yè)鏈安全的角度統(tǒng)籌好減碳的節(jié)奏，保持好經濟韌性，進而以發(fā)展方式的根本性轉變推動國民經濟的穩(wěn)步增長。

此外，按照多個機構預測，未來一段時間內我國經濟仍會保持中高速增長，增速遠高于歐美等發(fā)達國家。進而不難判斷，我國的能源需求增量還遠未見頂，特別是在“雙碳”目標帶動電氣化快速發(fā)展的當下，城鎮(zhèn)化、清潔取暖，交通領域電能替代，都會持續(xù)拉動電力消費。

據(jù)相關統(tǒng)計預測，2060年我國非化石能源占比將達到80%以上，風、光將成為主要能源，且以電的形式進行利用。屆時，我國全社會用電量將達到15萬億千瓦時，電源總裝機約80億千瓦，電力占終端能源消費比例將達到79%-92%。且在未來實際的發(fā)展中，很有可能還會突破這些預測數(shù)值。

因此，依照未來電力在能源結構中的地位和作用，確保電力安全將成為今后能源安全的重要內涵和重要保障。今年下半年席卷全球的一次能源危機，給同處于低碳轉型期的我國，在能源供給安全方面做了很好的風險警示。未來，我們既需要在逐步降低化石能源結構占比的同時，保持新能源電量與調節(jié)性電源規(guī)模的匹配發(fā)展，同時，還要以“安全減碳”為前提，促進能源結構的進一步低碳化、清潔化轉型。

我們經常說，構建新型電力系統(tǒng)是一項復雜、艱巨的系統(tǒng)工程，在您看來，我們應該如何更好地理解新型電力系統(tǒng)的復雜性？又該如何預判、防范可能出現(xiàn)的挑戰(zhàn)與風險？

郭劍波：

構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是實現(xiàn)雙碳目標的基本支撐，也是雙碳目標在電力系統(tǒng)中的具體表現(xiàn)。從系統(tǒng)的主要特征來看，以變流器與同步機混合發(fā)電系統(tǒng)為基礎，以能源的綜合利用，信息技術、物理架構與社會行為相統(tǒng)籌，形成具有彈性的復雜巨系統(tǒng)，將成為構建新型電力系統(tǒng)的基本內涵。在我看來，要構建好新型電力系統(tǒng)，首先需要解決好電力的安全供應保障和穩(wěn)定運行兩大難題。

正如剛才提到，未來隨著電力在能源結構中的占比不斷提高，其在能源系統(tǒng)中的支柱作用不斷加強。但在現(xiàn)階段，由于電力長周期、大規(guī)模儲存的技術瓶頸仍未突破，電力的安全供應保障仍需要與能源系統(tǒng)的耦合協(xié)同來實現(xiàn)。

從物理架構上來看，未來，能源系統(tǒng)將會逐步衍化形成以電網(wǎng)為樞紐平臺的綜合能源系統(tǒng)——電、熱、冷、氣等能源深度耦合，在工業(yè)、交通、建筑等領域廣泛替代，將實現(xiàn)多類型能源轉化與互補，以及多種儲能設備、用能負荷，乃至于多系統(tǒng)間的協(xié)調配合，以提高能源系統(tǒng)的安全性、靈活性和綜合利用效率。

與此同時，新型電力系統(tǒng)還應加強能源體系供應側和消費側的多元化和互通互濟，通過不同類別、不同形式的能源存儲與轉換，規(guī)避可能出現(xiàn)在轉型過程中的各類風險。其中，綜合利用氫能、低碳利用化石能源等多種能源供給形式，加之宜電則電、宜氣則氣、宜熱則熱的能源利用原則，將成為構建能源體系下穩(wěn)定電力系統(tǒng)的重要依據(jù)。

從系統(tǒng)的功能、角色和定位來看，未來新型電力系統(tǒng)在經濟社會中將會肩負起更加重大的社會責任、政治責任和經濟責任。因此，在建立電力系統(tǒng)與社會系統(tǒng)、電力行業(yè)與其他行業(yè)協(xié)防協(xié)控的風險管控機制基礎上，更應站在社會行為學的角度，來重新界定電力的安全屬性與商品屬性，并加緊構建“生命線工程”。

一方面，在電力市場中凸顯電力的商品屬性，通過市場手段釋放綜合能源系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的靈活調節(jié)資源潛力；另一方面，設計布局“生命線工程”，建立足夠多的可靠電源保障能源安全底線，實現(xiàn)對保障性負荷的供給安全，同時使整個系統(tǒng)有足夠的彈性，具有對極端事件的預防、抵御、響應及快速恢復供電的能力。

從確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行來看，隨著新能源逐步占據(jù)裝機主體、電量主體、出力主體和責任主體的地位，系統(tǒng)的運行管理機制、安全穩(wěn)定控制方式等多個技術層面問題，以及相應的體制機制都需要進行優(yōu)化重構。

首先，由于新能源利用小時數(shù)低、保障出力低、出力分布大、功率預測絕對誤差大、日內功率波動大等特性，給系統(tǒng)的充裕性帶來極大挑戰(zhàn)。為了應對這一風險，需要在安全性（損失負荷承受度）與經濟性之間進行權衡。同時，在維系電力供應保障與經濟性的微妙平衡中，必將催生商業(yè)模式、物質鏈、信息鏈和價值鏈的重塑，由此還會衍化出“產銷者”、虛擬電廠等同時具有供需雙重屬性的主體，各主體間的利益平衡關系發(fā)生變化且交織耦合，對市場交易、管理機制和政策引導機制的設計提出了更高要求。

其次，新能源與常規(guī)機組的成本構成、設備特性及支撐能力差異巨大，是典型的低邊際成本、高系統(tǒng)成本發(fā)電類型。為了確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，既需要提升新能源設備的并網(wǎng)特性，同時也需要與大電網(wǎng)、兜底電源和其他類型的靈活調節(jié)資源等配合，實現(xiàn)安全供電保障，但這又意味著額外的成本與投資，并且隨著風、光發(fā)電比重的不斷增加，系統(tǒng)“代價”就會越來越高。

但在我看來，新型電力系統(tǒng)所面臨的充裕性挑戰(zhàn)也好、安全性風險也罷，都是物理層面的，是可以通過技術手段加以化解的矛盾。構建新型電力系統(tǒng)復雜性，難就難在如何在環(huán)境、安全、經濟的三角“矛盾”中，統(tǒng)籌協(xié)同多個目標，優(yōu)化、構建與發(fā)展需要相匹配的政策機制、市場與價格機制，以及相應的監(jiān)管機制。

新型電力系統(tǒng)構建是一個富有挑戰(zhàn)性、開創(chuàng)性和戰(zhàn)略性的工程。特別是在多種能源參與市場交易和競爭的建模、算法和出清技術尚不成熟，市場模式設計與新型電力系統(tǒng)建設運營之間的交互影響缺乏有效評價機制時，如何通過責、權、利的合理劃分，為系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和長遠規(guī)劃提供支撐。

當前，業(yè)內對電力市場在構建新型電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用寄予厚望。在您看來，電力市場是否可以在環(huán)境、安全與經濟的“不可能三角”中斡旋多重目標？我國的低碳轉型及相關市場機制建設又該延循何種軌跡有序推進？

郭劍波：

在我看來，近期是我國能源轉型期，主要任務是市場、法規(guī)、技術體系的搭建與研發(fā)；中期是新型電力系統(tǒng)的形成期，主要任務是完善政策法規(guī)和電力市場機制，解決新型電力系統(tǒng)構建和安全穩(wěn)定運行問題；遠期是新一代能源系統(tǒng)的形成期，主要解決能源近零排放和能源電力安全問題，最終全面建成以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。在這一系列過程中，需要我們回答好以下兩方面問題。

第一個問題，在構建新型電力系統(tǒng)的過程中，我們應該如何站在環(huán)境目標的視角，來做好能源電力經濟這篇大文章？

能源發(fā)展，在沒有顛覆性技術出現(xiàn)之前，始終都會面臨著“三難”問題，特別是對于我國當前所處的發(fā)展階段而言，電力供應的經濟性直接關系到我國實現(xiàn)高質量發(fā)展的進程。從當前國際高比例新能源系統(tǒng)的運行經驗來看，系統(tǒng)總成本上升推高終端用戶用能成本的案例比比皆是。比如我們常說的能源轉型先驅德國，在以棄核棄煤推動能源轉型的道路上，德國目前的居民電價折合人民幣為2.4元/度，達到歐洲最高水平，且仍呈上漲趨勢。

實現(xiàn)我國經濟的高質量發(fā)展，體現(xiàn)在電力系統(tǒng)低碳轉型的過程中不單單是更清潔、更高效，其深層次含義，還要求我們關注全社會為之所付出的轉型成本或“代價”，以及每一個投資者的商業(yè)可持續(xù)性。如果我們不能實現(xiàn)以更低的成本或“代價”實現(xiàn)低碳能源電力供應的目標，或者以犧牲投資者或市場主體利益為前提，都是不可持續(xù)、且終將導致高質量發(fā)展淪為一紙空談。

未來，無論是系統(tǒng)運行機制設計，還是市場邏輯架構，都必須區(qū)分商業(yè)可持續(xù)發(fā)展和全社會視角的可持續(xù)發(fā)展雙重命題。這其中，體制機制設計既要關注電力作為基礎能源的作用，以及電力的商品與安全雙重屬性，同時，還需要關注合理的定價機制和成本傳導機制，通過多元化的能源供應格局，和不同地區(qū)間差異化的資源優(yōu)化配置，選擇出更低的成本路徑滿足用戶的用能需求，由此，以更低的“代價”實現(xiàn)能源電力的低碳轉型。

第二個問題，目前我國或者國際電力市場架構，均是建立在傳統(tǒng)交流電力系統(tǒng)之上的。這樣的市場架構中隱含的“假設”，在新型電力系統(tǒng)到來時還是否依然存在或成立？

首先，由新能源發(fā)電的出力特性、資源特性，以及設備特性所決定，若想完全實現(xiàn)100%新能源供電，就必須以數(shù)倍于最高負荷的裝機來滿足用電需求，但這就會帶來極度豐饒和極度短缺交替出現(xiàn)的市場形態(tài)；這也意味著，過去建立在穩(wěn)定一次能源系統(tǒng)上的電力市場，必須轉變?yōu)榛诓环€(wěn)定一次能源基礎上穩(wěn)定的電力市場形態(tài)，這是當前我國電力市場建設面臨的最大挑戰(zhàn)。

其次，如果未來系統(tǒng)仍保持同步交流機制，隨著新能源占比的增大，系統(tǒng)安全在持續(xù)惡化，為了保證系統(tǒng)安全，就需要增加儲能等設施和靈活性調節(jié)資源，但這也帶來多元市場主體在責任與利益上進行再劃分與再分配的需求。

因此，我們必須構建一個多元化的電力市場，基于產品的特性，以及其在電力系統(tǒng)中提供安全可靠供電的貢獻程度和價值來設計其市場機制。與此同時，容量市場也好，輔助服務市場也好，市場機制的構建均應以系統(tǒng)物理條件作為市場構建的邊界，然后再把電力電量作為物理平臺上的交換商品進行價值變現(xiàn)。

總體而言，無論是新型電力系統(tǒng)建設，還是能源電力系統(tǒng)的低碳轉型，都需要通過創(chuàng)新引領、發(fā)揮制度保障，來解決電力的安全問題；通過技術與非技術手段的組合，統(tǒng)籌協(xié)調，解決經濟層面的問題；最后也是最為重要的，是以腳踏實地、時不我待的精神，回答好時代賦予能源電力系統(tǒng)的歷史命題。