区域电力行业绿色转型现状和发展趋势分析

贾亚雷,马 凯，李 璐

(1.北华航天工业学院 航空宇航学院，廊坊 065000；2.邯郸市交通建设投资管理中心，邯郸 056400)

0 引 言

为实现碳达峰和碳中和目标，国家已明确提出构建以新能源为主体的新型电力系统，占全国二氧化碳排放量40%的电力行业将面临巨大的绿色转型压力。而且随着减碳任务的深入推进，各用能领域再电气化的呼声日益高涨，意味着未来一段时间内电力在终端用能的占比将进一步提高，电力需求将迎来快速增长。因此，各地区迫切需要制定合理的电力行业绿色转型路径，以尽快实现电力行业高质量的绿色转型发展。关于电力行业的绿色转型也引起了大量学者的关注，例如，陈进行(2016)从电源结构转型、能源产业技术革命和电力体制改革的角度提出了电力企业绿色转型的思路。魏一鸣等(2018)提出以政府为主导、以电力企业为主体、以节能减排为主题，政府积极引导、企业主动参与的电力行业转型路径。盛春红(2019)结合德国能源转型的经验，从电力需求侧响应和可再生能源占比等方面提出了电力行业绿色转型的建议。陈国平等(2020)从电力市场建设的角度总结了电力绿色转型的若干关键问题。相关研究围绕电源结构调整、能源技术提升、电力市场改革和碳捕集等提出了大量电力行业绿色转型措施。这些措施对于区域层面推进电力行业绿色转型具有重要的宏观指导意义，但随着双碳目标的提出，电力行业的绿色转型将更为迫切，同时赋予了更为深远的意义。为了更好的厘清电力行业低碳转型的相关概念、内涵、政策和发展趋势，本文将从现状分析出发，分别从电源结构、能源技术、碳捕集技术和能源政策四个角度深入分析当前电力行业低碳转型现状，并结合相关研究和报告对未来的发展趋势进行梳理。

1 电源结构现状及转型趋势

改革开放以来，我国经济高速发展，能源电力需求快速增长，电力行业的碳排放量占比逐年上升，加快电力行业绿色转型成为促进我国低碳转型的关键。近十余年，通过大力发展新能源和实施清洁能源替代等措施，在电力行业绿色转型方面取得了卓有成效的进展，图1和图2分别给出了2005-2019年各类型电源装机容量和发电量的占比情况。“十三五”时期，全国全口径发电量年均增长5.8%，其中非化石能源发电量年均增长10.6%，占总发电量比重提升至33.9%；煤电发电量年均增长3.5%，占总发电量比重下降至2020年的60.8%。清洁电源，尤其是低碳电源占比明显提高，整体电源结构呈低碳发展趋势。但在碳排放压力的倒逼下，需要进一步推进电力行业的深度绿色转型。从目前电力行业的运行情况和相关技术来看，电力行业持续推进绿色转型的措施主要包括优化电源结构、提升能源技术、推广碳捕集技术和推进电力市场改革等。其中优化电源结构，构建以新能源为主体的新型电力系统已被确定为电力行业的发展战略。

图1 各电源类型装机容量占比

图2 各电源类型发电量占比

中国电力企业联合会专职副理事长王志轩认为，中国已基本具备持续大幅度提高非化石能源(尤其是可再生能源)在一次能源中占比的技术和产业基础。通过持续推进终端用能的电气化水平，大幅度提高非化石能源电能在终端能源消费中的比重，可跨越或缩短以石油替代燃煤、燃气替代石油、可再生能源替代燃气的分段转型时间，完成碳中和历史使命。据彭博新能源财经(BNEF)发布的2019年《新能源市场长期展望》，可再生能源目前是全球三分之二地区最便宜的新建电源。到2030年，其成本将在全球大部分地区低于已建火电，由于风电、太阳能和储能技术成本的大幅下降，到2050年全球近一半的电力将由这两种快速发展的可再生能源供给。太阳能和风能是未来可再生能源的主体，低成本可再生能源技术是能源科技发展的重点领域。

目前我国全社会用电量需求还在逐年上升，在碳捕获与封存技术尚不成熟的条件下，电力行业的低碳转型将以大力发展零碳发电技术，提高零碳电源占比为主。目前，技术成熟且成规模的零碳发电技术主要有核电、水电、生物质、风电和太阳能等非化石燃料发电技术。其中，水电受自然资源约束大规模增长空间有限；传统的核裂变发电受制于核燃料、厂址等因素，发展空间也十分有限，而核聚变技术短期内仍不具备商业应用的条件；生物质受制于能量密度低、收集难度大等因素，可在农村地区进行分布式开发，但大规模发展空间有限。相对于其他电源类型，风光新能源发电虽然存在季节性能源分布不均，天气影响较大，发电出力波动性较大等问题，但是由于风光等新能源具有资源丰富、地域分布广、厂址选择受限小、运行成本低、固定投资成本比水电和核电低等优势，高风光电量占比的电力系统在国际上已有一定的运行经验，是现阶段技术经济条件下，实现碳中和必然选择的电源，也是我国构建以新能源为主题的新型电力系统的主要电源类型。目前，国家已明确提出，到2030年，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。

综合来看，我国的电源结构仍以燃煤发电为主，随着新能源电力装机建设的不断加快，以及燃煤发电机组的逐步淘汰，未来我国将逐步构建成以新能源为主体的电源结构，从而推动电力行业低碳转型发展。

2 能源技术发展现状及趋势

能源转型不仅伴随着产业结构调整，同时更需要能源科技创新的支撑，能源技术进步与能源转型相互促进，正在深刻改变能源发展趋势和世界能源格局。当前，新一轮能源技术革命正在孕育兴起，新的能源科技成果不断涌现，新兴能源技术正以前所未有的速度快速迭代，可再生能源发电、先进储能技术、氢能技术、能源互联网技术等具有重大产业变革前景的颠覆性技术应运而生。当下，全球能源转型不断提速，能源系统逐步向低碳化、清洁化、分散化和智能化方向发展。未来，低成本可再生技术将成为能源科技发展的主流，能源数字技术将成为引领能源产业变革、实现创新发展的驱动力。储能、氢能、先进核能等前瞻性、颠覆性技术将从根本上改变能源世界的图景。

大规模储能系统的应用，使得能源转换与利用更加高效，实现能源的时空平移，以解决能源在生产、传输以及使用环节的不同步性等问题。随着氢能和燃料电池关键技术的逐步突破，各国争相将发展氢能产业提升到国家能源战略高度，大力推进氢能产业链布局与技术创新。目前，包括物理储能、电化学储能、储热、储氢等在内的多种储能技术类型，在新能源并网、电动汽车、智能电网、微电网、分布式能源系统、家庭储能系统、无电地区供电工程等应用场景下，展露出了巨大的发展潜力，市场前景广阔。在核能领域，确保可持续性、安全性、经济性和防核扩散能力的先进技术是研发的重点，主要研究方向包括开发固有安全特性的第四代反应堆系统、燃料循环利用及废料嬗变堆技术，以及核聚变示范堆的设计与实现。

综合来看，随着双碳目标的深入推进，能源技术将发挥越来越重要的作用，甚至可以说，双碳目标能否顺利实现需要能源技术持续突破来进行保障。从目前的情况来看，电力系统对新能源的消纳能力仍十分有限，如何确保以新能源为主体的电力系统的稳定运行是当前电力行业迫切需要解决的关键技术问题，这涉及电力系统运行、储能、电源响应和用户管理等一系列技术。在推进双碳目标中，要不断加大对新技术的投入力度，争取以能源低碳转型为契机，抢占技术高低，驱动经济社会更高质量发展。

3 碳捕集技术发展现状及趋势

碳捕集利用与封存(CCUS)是指将二氧化碳从排放源中分离后，或转化利用，或直接封存，以实现二氧化碳减排的技术过程。CCUS是国际公认的能够实现化石能源大规模直接减排和低碳利用的技术，是我国实现碳中和目标技术组合中的重要构成部分，是各国碳中和目标实现的重要支撑。IPCC第五次评估报告《综合评估》结论中指出，如果没有CCUS技术，碳减排成本将会成倍增加，估计增幅平均高达138%。国际能源署近日发布的《CCUS在低碳发电系统中的作用》报告也指出，CCUS技术是化石燃料电厂降低排放的关键解决方案。如果不用CCUS，要实现全球气候目标可能需要关闭所有化石燃料发电厂。

自2006年以来，CCUS就被列为中国中长期技术发展规划的前沿技术，并得到国家科研资金的大力支持。2006年至今，中国给予CCUS的研发资金支持从未中断，支持资金面向自由探索、基础研究、技术开发和工程示范等多个阶段，覆盖包括捕集、运输、利用和封存在内的全流程技术链条，形成了比较广泛和稳定的CCUS研究队伍。下一步将进一步规范CCUS技术标准，不断加强CCUS技术研发和储备，鼓励和支持CCUS大型项目的建设和示范推广，广泛开展CCUS领域国际交流和务实合作，推进绿色金融与CCUS结合，加快CCUS商业化部署。

综合来看，目前碳捕集技术仍处于试点运行阶段，短期内推广应用的成本过高。但随着新能源占比的逐步提高，电力系统的稳定性将受到严重的冲击，为确保电力系统的稳定运行，目前主流声音还是秉持保留一定比例火力发电的观点。这就迫切需要配套发展低成本的碳捕集技术，因此，碳捕集技术也将是低碳转型的重要方向。

4 电力市场及相关政策发展趋势

国际上，实现高比例风光发电运行的国家，无一不是已经建立了以电力现货市场机制为核心的现代电力市场体系，可见市场化有利于推动风光等新能源的消纳。电力系统的正常运行需要理清各个环节之间的经济关系，利用市场这个配置资源的有效手段调节各方的权利责任，让市场来选择电力行业碳中和的实施方式，在优胜劣汰的竞争中筛选出性价比最高的消纳方式。高比例风光发电+大电网的实施方式下，风光发电消纳需要可调节能源的大力配合，就更需要电力现货市场来厘清这复杂的经济关系，需要市场发现最真实的风光发电消纳成本，才能让用户信服地接受用电成本的合理上升。目前我国电力现货市场建设如火如荼，8个现货试点稳步推进，其他电力市场建设紧跟其后，风光发电平等参与市场也将拨云见日。为了“30·60目标”的实现，电力现货市场必须稳步加快建设，以市场手段实现电力资源的配置，助力实现碳中和。

在电源建设方面，为尽快实现新能源对火力发电的替代，同时满足电力需求的快速增长，未来一段时间内需要建设大量的新能源装机，这就要求利用市场手段鼓励大量社会资本参与新能源建设。另外，能源技术的研发、碳捕集技术的推进都需要大量资金，这同样需要通过政策引导吸引资本进入。在存量火力发电机组退出方面，由于我国火力发电机组平均使用寿命不到13年，按照自然退役的速度显然难以实现双碳目标，因此需要重点考虑如何使用市场手段加快存量火力发电机组的退出。

碳排放交易作为促进碳中和目标实现的重要市场手段，国家已颁布《碳排放权交易管理办法(试行)》，并从2021年2月1日起实施。目前全国碳市场发电行业第一个履约周期已正式启动，2225家发电企业将分到碳排放配额，这些企业年排放量都达到了2.6万吨二氧化碳当量。从交易模式看，碳交易市场以配额交易为主导，辅以核证自愿减排量(CER)交易。

综合来看，电力市场及相关能源政策近期将会陆续出台，如何制定相关政策以及如何分析政策对电力行业发展的影响将是电力行业需要重点研究的问题。

5 结束语

在双碳目标下，各地区电力行业都面临着迫切的低碳转型任务。从电源结构来看，我国整体电源结构仍以燃煤发电为主，但新能源发电发展迅速，区域层面受资源禀赋和经济发展水平影响，电源结构差异较大。未来的整体发展趋势将是逐步实现新能源对火力发电的替代，区域电力行业则需要结合实际协同推进。从能源技术来看，能源技术发展迅猛，但突破性技术仍有待加强，未来在能源领域技术驱动效应将愈加明显，对于区域电力行业，抢占技术高低将是决定低碳转型成败的关键。从碳捕集技术来看，短期内仍不具备大规模应用的条件，但未来十年左右将是推进双碳目标的关键技术。电力市场和能源政策是推进双碳目标过程中重要的管理手段，区域电力行业需要充分研究相关政策对本区域电力行业的影响，同时需要结合区域实际制定合理的引导政策，从而更好更快的推进双碳目标进程。