电力行业碳达峰、碳中和的实施路径思考

朱长明 张文军 高凌峰 李旭

摘要：本文介绍了碳达峰、碳中和的背景、定义，目前中国电力行业的现状及无碳发电的前景，探索碳达峰和碳中和的路径。

关键词：碳达峰;碳中和;灵活性改造;无碳发电

1碳达峰、碳中和的背景

随着人类经济的发展和人口的增多，全球CO2排放量快速上升。自从18世纪中期以来，人类开始大量燃烧化石能源，这些化石能源主要是从储存在地下的碳组成的，其来源主要是埋藏在地下的植物（动物）经千万年的复杂反应生成的石油、煤等，通过燃烧这些不可再生能源，造成了大量的CO2排放，这也是造成全球变暖的最重要原因。

2什么是碳中和、碳达峰

碳达峰，就是指在某一个时点，二氧化碳的排放量不再增长而是达到峰值，之后逐渐回落。

碳中和是指：国家、企业、产品、活动、个人在一定的时间内直接或者间接产生的二氧化碳或温室气体的排放总量，通过植树造林，节能减排等方式来抵消自身产生的二氧化碳或者温室气体的排放量，从而实现正负抵消，相对“零排放”，碳中和又名为Carbonneutral。

目前提出碳中和目标的国家有126个，我国也在2020年承诺二氧化碳排放力度争取在2030年前达到峰值，争取在2060年前实现碳中和。

3我国电力行业发展的现状及未来

我国目前以火力发电占主，新能源占比不断提升。

3.1对火力发电的改造、利用

2020年，中国煤电装机容量10.8亿千瓦，占总装机容量的49.1%，煤电发电量占总发电量60.8%。煤电消耗了我国约54%的煤炭使用量，产生的二氧化碳排放占全国总排放量的43%，是需要减碳的主体。

3.1.1加快淘汰火电落后产能。对不符合环保、能耗、技术等法律法规标准的煤电机组，应强制关停;对超龄运行、亏损严重、安全环保不达标的老小机组，应主动关停，并加大机组的节能减排改造力度。

3.1.2开展火电灵活性改造。加快火电灵活性改造，火电行业应该逐步转换观念，从电网的支撑者、压舱石转变为调节能源、补充能源。为此，火电机组都应实进行大规模灵活性改造，逐步将火电机组最小出力降到20%以下，同时对具备条件的机组进行供热改造，实现对小锅炉、小机组的替代。

3.1.3推进火电厂减碳技术的发展。根据CO2分离回收方法的不同，电厂烟气CO2捕集技术可分为富氧燃烧技术、燃烧前捕集技术和燃烧后捕集技术。二氧化碳是地球上最丰富的碳资源，如果能实现资源化，进行循环利用，将大大减小温室效应排放，为人类可持续发展寻求一条新的出路。

3.2通过光伏、风电、核电、水电、生物质能来实现无碳发电

光伏、风电、核电、水电、生物质能等非化石能源都将获得更加广阔的发展空间，在未来将是电源增量的主体，并在远期成为能源电力系统的主力，将满足绝大部分的能源电量需求和电力支撑需求。

3.2.1在可再生能源发电中，光伏和风电被寄予了厚望。根据预测全球光伏和风能在总发电量中的占比将从目前的7%，提升至2040年的24%。但是光伏、风电有明显的季节性、时段性，其发电比重的逐步提升会增大电力系统的波动性。

3.2.2核电的建设

从全球来看，核能已经成为世界低碳能源的重要组成，2020年全球核电总发电量达到了2.553万千瓦时，贡献了世界约三分之一的低碳电量，帮助全球避免了至少29亿吨的碳排放，节省了全球能源排放量的10%。

在确保安全的前提下，我们应积极有序发展核电。预计到2035年，在运和在建核电装机容量合计将达到2亿千瓦。在“十四五”规划及中长期规划中，核能在我国清洁低碳能源系统中的将起到更大的减碳作用。

3.2.3水电的建设

中国水电装机容量全球第一，也是我国第二大供给电源，由于水资源开发基本殆尽、厂址选择要求高、移民安置成本上升、丰枯期发电不均、生态环境影响大等原因，水电在未来装机容量占比总体可能成下降趋势。

3.2.4生物质发电很难占据主流

生物质发电是众多发电类型中的一个小规模发电模式，但是由于其二氧化碳排放为零，成为碳中和的有效途径。目前生物质发电以直接燃烧发电较为普遍。而生物质发电受到燃料运输困难且成本高，机组容量较小，较难实现规模化，电量占比上升空间有限。

3.3储能技术的发展

随着储能技术进步、成本降低，正逐步具备商业运营条件。根据在电力系统中的接入点不同，BESS可分为：接入输电网中的BESS，接入配电网中的BESS、接入用户端的BESS、接入发电侧的BESS。大型能量型储能可用于全球能源互联网调峰填谷。抽水蓄能、压缩空气储能等大型的、可长时间储能的设施，可用于大电网调峰。液流电池储能量大、循环次数多、寿命长，可作为电网调峰储能装置的补充。氢储能可用于存储富余的风能和太阳能，为燃料电池汽车提供动力。

3.4氢能产业的发展

对于氢能的电力化利用主要有两种途径。一种是将氢能用于类似于燃气轮机的设备用于发电。另一种是利用氢气与氧气发生化学反应生成水并释放出电能。

从目前的发展情况来看，两种氢能利用方式都还存在一定弊端，技术不成熟，成本较高、运输/存储复杂、催化剂价格昂贵制约着氢能源的发展，氢能发展依旧任重道远。

3.5完善绿色低碳政策和市场体系

“碳金融”的发展也成为市场关注的新热点。2021年7月16日，备受瞩目的全国碳市场正式上线交易。全国发电行业的2000多家重点排放单位被纳入全国碳市场，年排放二氧化碳超过了40亿吨。通过利用碳中和债券、绿色债券、碳排放权抵质押融资等多种创新型碳金融产品，可以倒逼电力企业挖掘减排空间，有利电力行业低碳發展。

4结论

碳排放、碳中和方案的提出标着着电力行业转型迫在眉睫，我们应该积极响应国家的战略部署，通过科技创新、体制创新、能源创新，构建低碳能源企业，应对全球变暖的不利局面，塑造我国良好的国际形象，这是机遇，也是挑战，历史上，英国在煤炭时代成为了日不落帝国，美国利用石油成为了世界超级大国，那么碳中和时代会不会诞生另一个大国呢？

参考文献：

[1]王志轩，叶雷.发展循环经济促进电力工业可持续发展[J].中国电力，2004（11）：5-9.

[2]黄前康.简要分析新能源发电技术现阶段的实际情况[J].城市建设理论研究（电子版），2017（11）：214.

作者简介：朱长明（1986-），男，毕业于江苏大学能动学院，工程师，从事于电厂运行工作。

张文军（1992-），男，毕业于河北科技大学机械学院，助理工程师，从事于电厂运行工作。

高凌峰（1992-），男，毕业于江苏大学能动学院，助理工程师，从事于电厂运行工作。

李旭（1996-），男，毕业于河南理工大学，助理工程师，从事于电厂运行工作。