周孝信：建立新一代电力系统是实现“双碳目标”的必须选择

周孝信认为，我国能源转型的战略目标就是“双碳目标”。实施路径就是习总书记讲的“两个构建”。一是构建清洁低碳安全高效的能源体系；二是构建以新能源为主体的新型电力系统。具体的方向性路径包括四方面，控制化石能源总量、着力提高利用效能、实施可再生能源替代行动、深化电力体制改革。

“双碳目标”下我国能源电力系统主要指标及实现

周孝信根据自己研究团队的研究成果讲述，“根据‘双碳目标’的基本要求，考虑经济社会对能源电力安全供应需求、能源电力技术进步等因素，设定了3项经济社会和能源发展主要指标及变化趋势。”一是一次能源消费总量（亿吨标准煤当量)。在2020年49.8亿吨标准煤当量的基础上，2030年达到峰值59亿吨标准煤当量。之后，缓慢下降，2050年降到50亿吨标准煤当量，2060年降到46亿吨标准煤当量。二是非化石能源占比。在2020年15.8%的基础上，在不同时段按前低后高给定增长率增长，2030年达到25%，2050年59%，2060年89%。通过非化石能源电力增长实现。三是全社会用电量。在2020年7.5万亿千瓦时的基础上，在不同时段按前低后高给定增长率增长，2030年达10.6万亿千瓦时，2050年13.6万亿千瓦时，2060年15万亿千瓦时。2060年比2020年翻一番，而二氧化碳排放大幅降低。

实现如上目标需要在发电装机结构、发电结构设定如下目标：

装机结构。在2020～2060年间，电源装机结构不断向清洁低碳方向转型发展。2020年全国发电装机总容量22亿千瓦，非化石发电装机占比44.7%，煤电装机49.1%，风光发电装机占比24.3%。2030年，非化石发电装机占比59.2%，煤电装机占比30.7%，风光发电装机占比43.1%。2035年非化石发电装机占比68.4%，煤电装机占比22%，风光发电装机占比53.6%。2050年非化石发电装机占比80.1%，煤电装机占比8.6%，风光发电装机占比64%。2060年，全国发电装机总容量68.3亿千瓦，其中非化石能源发电装机占比94.4%，煤电装机占比1.1%，风光发电装机占比79.7%。

发电结构。2020年全国发电量是7.6亿千瓦时，非化石发电装机占比33.9%，煤电装机占比60.8%，风光发电装机占比9.5%。2030年，非化石发电装机占比46.7%，煤电装机占比44.3%，风光发电装机占比21.8%。2035年，非化石发电装机占比56.4%，煤电装机占比34.0%，风光发电装机占比30.4%。2050年非化石发电装机占比73.8%，煤电装机占比13.1%，风光发电装机占比43.4%。2060年全国发电量达15.2万亿千瓦时，非化石发电装机占比92.7%，煤电装机占比1.4%，风光发电装机占比60.7%。

这一阶段，新能源发电量占比持续提高，支撑构建新型电力系统。

新一代能源电力系统的核心指标

新一代能源电力系统的核心指标有哪些？周孝信表示，包括5个指标。一是非化石能源在一次能源消费中的比重，二是非化石能源发电量在总发电量中的比重，三是电能在终端能源消费比重，四是系统总体能源利用效率，五是能源电力系统二氧化碳排放总量。

根据研究，2020～2060年能源电力系统核心指标变化趋势是：非化石能源消费占比于2030年达到25%，2045年超过50%；非化石能源发电量占比持续提高，2045年超过70%，2060年约达到92.7%；电能在终端消费中比重大幅增长，2030年达到约34%，2050年达到约65%；能源系统总效率持续提升，2060年系统总效率超过50%（现在是33%左右）。

周孝信说，根基测算，“十四五”时期，GDP能耗降低15.5%，超过“十四五”规划指标13.5%。根据测算，2027年二氧化碳排放达到峰值，此后逐年快速下降，综合其他方法，2060年前可实现碳中和。

新一代电力系统的主要特征和关键技术

周孝信介绍，新一代电力系统的主要特征包括结构模式特征、主要技术特征。结构模式特征，一是可再生能源优先、因地制宜的多元能源结构；二是集中分布并举、协同可靠的电力生产和供应模式；三是供需互动、多能互补、节约高效的用能用电方式；四是面向全社会的平台性和综合能源电力服务。主要技术特征，一是高比例可再生能源电力系统；二是高比例电力电子装备电力系统；三是多能互补综合能源电力系统；四是信息物理融合智慧能源电力系统。

周孝信表示，新一代电力系统有8类影响全局的关键技术，即高效低成本电网支持新能源发电和非电利用技术、高可靠性低损耗新型电力电子元器件和系统技术、新型电力系统模式结构及其分析控制保护技术、安全高效低成本长寿性新型储能技术、清洁高效低成本氢能生产储运转化和应用技术、数字化、人工智能化和能源互联网技术、新型输电和超导综合输能技术、综合能源电力市场技术。其中，对于第六类技术，周孝信提出了综合能源生产单元（IEPU)和能源消费端消费单元（IECU）的概念，并指出，传统电力系统经典理论已经不适应新时代的要求，要创立新的电力系统理论。

构建“零碳电力系统”

“‘双碳目标’下，我国能源电力系统发展一种情景的初步计算分析表明，2030年风能+太阳能总装机16.1亿千瓦,符合12亿千瓦以上的目标要求；2035年风光新能源发电量比重超过50%，为构建星型电力系统、实现2060年前碳中和目标创造基础性条件。”周孝信说。

“情景计算关键指标显示，2 021～2 02 5年‘十四五’期间单位GDP能耗降低15.5%，单位GDP二氧化碳排放降低21.4%，下降幅度分别超过‘十四五’规划纲要设置的13.5%、18%指标要求；能源系统二氧化碳排放于2027年达峰，电力系统（煤电+气电）二氧化碳排放于2025年达峰。”周孝信强调，情景计算指出，2060年煤电+气电装机共约3.8亿千瓦，其中煤电装机。0.7亿千瓦，占全国总装机的1%；煤电+气电发电量共约1.1亿千瓦时，其中煤电0.22万千瓦时,占全国总发电量1.4%。

“探索在能源转型过程中融合既有煤电及二氧化碳捕集技术、可再生能源发电及电制氢制甲烷/甲醇技术，构建综合能源生产单元（IEPU)，使之成为能源电力系统中一种具有多种能源产品和灵活性调节功能的新成员期望能作为煤电低碳/无碳转型路径方案的一种选择，以支持高比例新能源电力系统安全可靠运行，助力构建‘零碳电力系统’。”周孝信认为，作为源端基地综合能源生产单元（IEPU)的探索，与终端消费分布式综合能源单元（IECU)一起，有可能成为未来综合能源电力系统的基本单元结构模式。