“双碳”目标下电力转型差异化路径动态选择方法研究

吴明亮

（南网融资租赁有限公司，广东 广州 510000）

0 引 言

为了更好地解决全球变暖问题，我国在2021 年的“两会”上，明确提出了“2030 年二氧化碳排放达高峰，2060 年实现碳中和”的要求。目前，我国经济发展模式正由以资源为主导向以绿色、生态为主导的发展模式转变。基于我国富煤、贫油、少气的能源资源状况，进行传统煤炭和煤电产业的转型十分必要[1]。为达到“双碳”的目标，国家出台了一系列的政策和举措，以积极推进煤炭电力产业的转型。实现“双碳”，重点在于减少使用化石能源、调整能源结构、建设新型电力体系、统筹考虑“清洁用能”与“能源供求均衡”，探索我国绿色、低碳能源转型发展的现实途径[2]。已有的研究显示，应该继续减少燃煤发电所占比例，逐步提高可再生能源发电所占比例，并稳步提高燃气发电所占比例。在全面推动清洁能源利用的基础上，大力发展风能、光能等可再生能源，构建多样化的能源生产和消费结构。为促进电力行业的转型，文章在“双碳”目标下，开展对电力转型差异化路径动态选择方法的设计研究。

1 设定“双碳”目标下的电力行业碳减排额度

“双碳”目标是指“碳达峰”和“碳中和”。前者是指在一个区域或一个产业中，CO2的总排放量会出现一个历史最高值，并且在这个最高值以后会出现一个逐渐减少的趋势[3]。后者是指在“碳达峰”之后，通过采取一系列的措施，例如节能减排、碳补偿等措施，以抵御生产过程中排放的二氧化碳，从而使其净排放量能够达到零。当前我国碳减排目标正处于时间紧、任务重的困境当中，需要通过多个部门的共同协商和配合，以及全行业的不断努力，预计在2030—2060 年之间实现每年的碳减排平均速率达到8%～10%，才能够确保在2060 年实现“双碳”目标[4]。根据上述目标，确定在“双碳”目标下，电力行业碳减排的额度，对电力行业各项活动所产生的二氧化碳排放量进行计算的公式为

式中：T为电力行业在开展各项生产活动时所产生的二氧化碳量；P为生产活动的基础数据；δ为不同电源对应的二氧化碳排放系数。十九大报告中关于能源体制改革的新要求，为国家能源体制改革指明了新的发展方向，对电力行业而言，要确保电网的安全稳定，加快建设高比重可再生能源的新体系。对于一个发展中国家来说，要实现“双碳”，存在许多重大的问题。中国的主要排放者——电力工业，应当争取率先实现本行业的“双碳”目标。到2020 年，中国电力工业的总碳排放量将达到46 亿t 左右，根据权威专家的预估，中国电力工业在2025—2060 年期间的碳排放量将达到690 亿-927 亿t 左右。

2 建立电力行业转型差异化情景

在明确“双碳”目标下的电力行业碳减排额度后，分别从基准情景和加速情景2 个方面建立电力行业转型差异化情景。其中，基准情景是确保能够满足“双碳”目标，即实现在2030 年达到碳达峰水平，在2060 年实现碳中和目标；加速情景是在2025 年使电力行业实现碳达峰，在2050 年前实现碳中和。针对2 种不同的情况，为其设置主要边界条件，如表1 所示。

表1 电力行业转型差异化情景边界条件

根据上述内容，实现对差异化情景的建立，以此为后续路径的动态选择提供依据条件。

3 构建差异化路径动态选择模型

结合当前综合资源战略规划目标，将电力行业供给侧与需求侧资源成本同时考虑到电力转型目标中，并构建以全社会总成本最小为目标的函数，具体计算公式为

式中：minC为社会总成本最小目标；Xij为传统电厂装机容量；Hij为传统电厂年利用小时数；Lij为平准化度电成本；i为规划期内年数；j为发电厂类型序编号；T为规划期结束年份；K为电厂总数；t为规划其内的第某一年。目标函数模型的约束条件可以从能源利用角度、环境保护角度等多方面设置，例如包括能效电厂年装机容量约束、污染物排放约束、电力需求约束等。所有约束条件与目标函数共同组成差异化路径动态选择模型[5]。最终选择的方案需要在满足各项约束条件的基础上，达到全社会总成本最小目标。

4 实例应用分析

为验证提出的动态选择方法在实际应用中是否具备可行性，选择以当前电力行业发展背景为基础，结合当前实际情况，为其进行转型差异化路径的动态选择。首先，在基准情景电力结构下，可采用表2 所示的电力转型方案。到2030 年，传统电源的发电量超过70%，煤电仍将是电力系统中最重要的发电任务，在供给侧电源中，发电量占比居首位，其次为常规水电和气电，最后是太阳能光伏发电。到2060 年，在供应侧，太阳能光伏发电的比例将居于首位，陆地风力发电的比例紧随其后，并且2 者的比例总和将达到50%以上。

表2 基准情景下电力转型方案

对加速情景的电力转型方案进行设计，得到如表3 所示的结果。

表3 加速情景下电力转型方案

在加快发展的背景下，我国电力工业的碳排放将会提早达峰，到2030 年，尽管煤炭发电仍是世界上最大的发电大国，但新能源发电也将出现追赶。太阳能光伏和风力发电排名也较为靠前。在2060 年，风力发电占比较大。可再生能源发电量占比从2030年开始逐渐提升，随后提升速度明显上升。

对2 种转型方案的碳排放情况进行对比，得到如图1 所示的结果。

图1 两种转型方案对比结果图

从图1 可以看出，在基准情景下，能够充分满足在2030 年实现碳达峰目标，随后随着时间的推移呈现出逐渐下降的趋势，在2060 年达到负排放。在加速情景下，电力行业需要采取更加严格的碳排放控制措施，在2050 年便能够达到负排放。上述2 种方案均能够实现“双碳”目标，电力行业可根据发展的实际情况，合理选择基准情景或加速情景方案，实现电力转型。

5 结 论

文章将“双碳”作为目标，针对电力行业的转型问题，提出了一种差异化路径动态选择方法。通过本文研究，分别从基准情景下和加速情景下确定了2种不同的路径选择方案，并能够以10 年为单位实现对路径变化的动态调整。但由于研究时间有限，在研究过程中，针对每一年具体发展情况并未进行深入研究，且对于电力需求的预测是针对现有数据的延伸，未考虑其他多方面影响因素。因此，针对这些问题，为进一步促进电力行业转型，在后续的研究中还将进行深入探索。