我国电力行业应对碳达峰面临的风险挑战与对策建议

李秋白，张亚平，王圣,4

(1.国家能源集团科学技术研究院，南京 210023；2.清洁高效燃煤发电与污染控制国家重点实验室，南京 210023；3.东南大学能源与环境学院，南京 210096；4.国家环境保护大气物理模拟与污染控制重点实验室，南京 210031)

气候变化是当今人类面临的重大全球性挑战，积极应对气候变化是实现我国可持续发展的内在要求，是加强生态文明建设的重要抓手，是我国推动构建人类命运共同体的重大历史担当。习近平总书记宣布我国二氧化碳排放达峰与实现碳中和的愿景，并在气候雄心峰会上进一步宣布国家自主贡献最新举措，这均显示了中国作为负责任的大国，应对全球气候变化的责任和担当、果断勇敢的全球治理行动力，更彰显出中国未来发展的目标导向和价值取向[1]。

电力行业作为碳排放大户，正在迎来最强挑战，结合我国能源结构，电力行业需要推动化石能源发电低碳化、一次能源发电清洁化和清洁能源发电常态化[2-3]。电力行业作为我国经济发展的基础性行业，不仅要保障我国经济的平稳高质量发展，还要思考如何实现自身的高质量发展；不仅要实现自身的能源低碳化，还要实现能源结构优化；不仅在碳达峰、碳中和与减碳方面需要走在全行业前列，更需要坚持系统观念，用系统学方法来协同应对[4]。

1 我国电力行业实现碳达峰的形势分析

1.1 从世界角度看我国电力行业碳达峰形势

世界主要发达国家工业化和城市化进程完成较早，经济转型也早于其它国家。美国、欧盟和日本的碳排放峰值均已出现。美国、加拿大和澳大利亚等国家，人均二氧化碳排放峰值在20 t/a左右，排放总量峰值一般出现在2005年以后，这类国家往往属于奢侈型排放。德国、英国和比利时等国家，人均二氧化碳排放峰值在10～15 t/a，排放总量峰值一般出现在1970年左右，这类国家属于减排先锋国家，实现了经济和减排的双赢。意大利和西班牙等国家，人均二氧化碳排放峰值在10 t/a以下，排放总量峰值一般出现在2005年前后，这类国家人均排放比英德还低，但经济发展水平属于第二梯队。

碳中和是应对全球温室效应问题的一个重要环境管理工具。公开提出迈向碳中和的国家有挪威、葡萄牙、新西兰、马尔代夫、冰岛、哥斯达黎加和梵蒂冈等。公开提出迈向碳中和的城市有丹麦哥本哈根、德国弗莱堡、加拿大的温哥华和道森克里克市、韩国大田、阿联酋阿布扎比和澳大利亚布里斯本等。

2019年11月，欧盟发布《欧洲绿色协议》，提出到2030年二氧化碳排放较1990年减排55%，到2050年实现“碳中和”目标。2018年美国加州提出到2030年之前60%电力将来自可再生能源，2045年之前实现只用“无碳能源”发电。

所以，从全球层面的角度，我国经济结构一方面需要高质量发展，另一方面碳减排、碳达峰以及碳中和的压力还是比较大，尤其是电力及能源行业。

1.2 从全国角度看我国电力行业碳达峰形势

实现碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会变革。我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。党中央要求要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，拿出抓铁有痕的劲头，如期实现2030年前碳达峰和2060年前碳中和的目标。针对我国“30·60”目标，总书记做了多次重要指示与要求。

2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上正式宣布，“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”，明确了我国二氧化碳排放达峰与实现碳中和的愿景。

2020年12月12日，习近平总书记在气候雄心峰会上进一步宣布，“到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，森林蓄积量将比2005年增加60亿m3，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿kW·h以上”。

2021年4月22日，习近平总书记在领导人气候峰会上进一步对能源行业提出最新要求，“中国将严控煤电项目，‘十四五’时期严控煤炭消费增长、‘十五五’时期逐步减少”。

自2014年提出“四个革命、一个合作”能源安全新战略以来，我国能源转型取得显著成绩。截至2019年底，单位GDP碳排放量相比2005年已经下降48.1%，但化石能源在能源结构中的比例仍然高达84.7%，化石能源发电装机占比也达到55%，电力及能源行业排放的二氧化碳排放总量依然保持增长态势，二氧化碳减排压力巨大。

所以，从国家层面的角度，我国电力行业必须要主动践行党中央的号召，要围绕二氧化碳排放达峰与中和主题，目标制定、技术研发、结构转型和管理制度等系统谋划，进一步强化前瞻性思考、全局性谋划、战略性布局和整体性推进。

2 我国电力行业应对碳达峰的风险挑战

碳达峰和碳中和的“30·60”目标对于我国能源电力低碳化转型提出的要求，主要体现在能源结构与发电结构调整，虽然能源与电力行业积极响应号召，为碳减排做出最大的努力，但是也存在诸多方面的风险与挑战[5-6]。

2.1 可再生能源发电不稳定性所带来的风险

根据预测，到“十四五”末，我国非水可再生能源发电装机约占38%。鉴于风电、光电自身的资源转化受制于自然条件因素，其有效性有所降低，风电和光伏的实际发电量比预计结果要少近一半，并网消纳则更低，很多情况下风电和光伏装机规模，并不会形成有效的或预期的生产力。加上清洁能源最大的挑战是其固有的周期性特点，所以在实际运行中，会存在一定的风险。

2020年底，我国“风电之都”内蒙乌兰察布市出现供电困难，大部分与上述原因有关。所以在实现碳达峰与碳中和目标过程中，如何解决大力发展风电光电与其自身的不稳定性是风险与挑战之一。

2.2 经济发展与能源结构调整所带来的风险

要实现碳达峰与碳中和，参照国际经验，化石能源和非化石能源的消费比例一般达到1∶9左右，被称为“一九定律”，而目前我国这一比例大约是5.5∶1。我国产业结构偏重，能源结构偏煤，化石能源占比高于世界平均水平，减碳压力巨大。但是当前我国仍处于社会主义初级阶段，发展仍然是第一要务。我们一方面需要通过技术创新解决双碳目标下的存量问题，更要通过新技术解决双碳目标下的增量问题。

一方面要实现高质量发展，另一方面要率先实现碳达峰，所以在实现碳达峰与碳中和目标过程中，如何解决我国经济发展与能源结构调整的协同是风险与挑战之一。

2.3 传统火电应急与调峰定位所带来的风险

要实现“30·60”目标，对当前以化石能源为主的电力行业来说是极大的挑战。大规模发展风电和光伏，势必要求当前的大部分火电成为深度调峰、应急电源以及灵活性改造，同时也带来了巨大的资产闲置或损失。2020年底的电荒，让我们认识到一刀切式的煤电去产能动摇了工业用电基础，风电和光伏不足以填补去煤电后的用能空白。如果煤电被超规律削弱，预计风电和光伏的实际消纳将非常困难。

所以，无论是对于工业生产的支撑，还是对于新能源发电的稳定与保障，如何科学解决传统火电与新能源发电之间的关系，如何合理对传统火电进行定位，是我国电力行业应对碳达峰的风险与挑战之一。

2.4 尚没有成熟的碳减排技术所带来的风险

对于能源发电行业的碳减排，末端治理非常重要，但是电力行业的CCS/CCU技术，目前还仅限于二氧化碳10～15万t/a的捕集量，与燃煤电厂的烟气量相比，被捕集并应用的烟气量不足5%，所以当前的碳捕集技术还有较大的上升空间。另外，要想实现燃煤发电行业温室气体排放控制，需要尽快出台相关的浓度排放标准，浓度排放标准是实现总量控制的基础，也是进行减排考核的基础。在燃煤电厂系统开展燃烧前、燃烧后和富氧燃烧等各种二氧化碳捕集技术也不够成熟。

所以，在实现碳达峰与碳中和目标过程中，对于二氧化碳末端治理而言，当前不够成熟的碳减排技术，以及缺失相应的标准，也是电力行业应对碳达峰的风险与挑战之一。

3 我国电力行业应对碳达峰的对策建议

“十四五”期间，我国电力行业低碳发展将以“降低能耗”为首要技术路径与主要目标，围绕结构性减碳、协同性减碳、技术性减碳、管理性减碳四个方面系统开展，“十四五”末初步构成清洁低碳、安全高效的现代能源体系，实现在能源生产侧实现清洁替代，在能源消费侧实现电能替代[7-13]。

3.1 降低能耗是电力碳减排的首要技术路径

我国单位GDP能耗是当前世界平均水平的1.4～1.5倍，据估算若能达到世界平均，每年可减少13亿t标准煤的消费，折算可减排34亿t二氧化碳，大约占我国2020年能源碳排放总量的1/3。因此，对于能源行业而言，相比拓展二氧化碳资源化利用途径，节能提效才是实现碳达峰、碳中和的第一优选，降低能耗是碳减排的首要技术路径。

同时还需要全社会建筑业、制造业和交通业等全行业都要重视节能降耗，抓住碳达峰过程中的“牛鼻子”工程，真正实现协同性、系统性节能与降耗，进一步推进绿色低碳循环发展，加快资源节约型、环境友好型社会建设，争取尽快实现碳达峰。

3.2 强化可再生能源发电结构减排重要作用

“十四五”需要结合能源资源特点，分区域进一步强化陆上风电、海上风电和光伏发电等可再生能源的作用，加强生物质能发电及抽水蓄能等作为补充，并进一步结合储能和氢能等新技术，提升可再生能源在能源供应中的稳定性。

同时，还要重视跨跨区的区外清洁能源来电，尤其是区外水电。大幅提升化石能源清洁利用水平，推进煤炭清洁高效开发利用和减量替代，加快提升清洁能源开发利用，显著提高清洁能源消费占比，坚持绿色为先，推动低碳发展。

3.3 加强核电作为清洁能源发电的重要补充

“十四五”在确保安全的前提下，可以沿海高效发展核电。用核电替代部分煤电，对于保障我国日益增长的能源需求，优化能源结构、减少对化石能源的依赖，实施高质量发展战略具有不可替代的重要作用。加强核电安全高效发展，是实现短期碳排放达峰、长期碳中和的有效路径之一。

同时，建议依托目前成熟的核电基地，打造落地的“零碳城市”或“零碳示范区域”，以及加快推进部分在役核电机组的供热改造。

3.4 着力发展储能为可再生能源发电做保障

发展清洁能源发电是实现“30·60”目标的重中之重，而发展电化学储能则是清洁能源及可再生能源发电可持续发展的关键，只有解决了储能这个问题，才能解决风电、太阳能发电自身间隙性缺陷，才能解决风电、太阳能发电对电网的不稳定冲击。“十四五”期间，需要突破现有储能技术发展瓶颈，发展有针对性的储能技术和集成关键技术，以及储能系统与电网接入之间的耦合。

同时，需要结合自身能源特点，因地制宜地发展“太阳能发电”、“太阳能发电+储能”、“风能发电”、“风能发电+储能”不同模式的有机组合，进一步提高风电和太阳能发电的价值与有效性。

3.5 研发与利用氢能发电最大程度减污降碳

氢能作为“21世纪的终极能源”，其开发与利用已成为新一轮世界能源变革的重要方向，被称作“绿氢”的可再生能源制氢，其制备过程实现了“零碳排放”。“十四五”期间，需要在氢能发展上突破关键核心技术，重点破解可再生能源电解水制氢、液氢、氢燃料电池系统集成等领域的核心技术，提升产业核心竞争力，以“氢能发电”作为清洁能源发电的有力补充，深入推进低碳转型，加速优化能源结构。

同时，培养珠三角、长三角、京津冀等氢能产业集聚区，综合配套发展、错位发展和互补发展的发展格局，进一步完善氢能产业发展规划，将氢能发电在条件成熟的地区全方位建设成为清洁能源的第二梯队。

3.6 提升碳交易与碳金融的管理水平及能力

加快研究符合我国行业特点的碳排放权交易市场机制，结合全国碳排放权交易市场的启动与运行，有效推进碳市场建设，结合“30·60”目标，大力发展低碳绿色金融，尽快构建包括碳交易及碳税制度、绿色金融标准、激励机制、产品体系等在内的成熟的绿色金融体系。要将碳交易与碳金融等产品与能源等主要产业的中长期绿色发展规划和区域布局有机结合，编制绿色产业和重点项目投融资规划，建立绿色产业规划与绿色金融发展规划之间的动态协调机制。

同时，从我国能源碳达峰、碳中和的角度，需要进一步创新适合于清洁能源项目的产品和服务；探索支持能源行业绿色和低碳转型所需的有针对性的金融产品和服务；鼓励设立绿色基金和转型基金，支持绿色低碳产业的股权投资，满足能源行业的转型融资需求；积极发展能效信贷、绿色债券和绿色信贷资产证券化等创新产品；探索建立节能降耗显著企业绿色股票的绿色通道机制；探索碳金融和碳衍生产品；大力开发和推广可再生能源保险创新型绿色金融产品；结合全国碳排放权交易市场的启动与运行，尽快将控排范围从能源行业扩展到其他主要高耗能工业行业以及交通和建筑领域等，有效推进碳市场建设。