自2020年9月以來，碳達峰、碳中和成為能源圈內的熱門話題，風光等新能源被寄予厚望。在能源規(guī)劃中，風光等新能源得到大力支持和發(fā)展，要在30·60目標中承擔主力電源作用；而煤炭生產要受到限制，燃煤機組裝機規(guī)模甚至要裁剪。近期寒潮之下，湖南、江西等地的“拉閘限電”又讓業(yè)內外感到困惑：風光等新能源在冰凍覆雪中無法出力、省間輸電通道難當大任，各級政府被迫首選協(xié)調各種資源促進煤炭生產和運輸，保證煤電機組滿負荷運行，配合有序用電方案，才能確保民生用電不受影響。

暫時的困難，并不能阻礙碳達峰、碳中和成為中國人對美好生活的向往，更不會動搖電力行業(yè)走向“脫碳”的決心。在30·60目標下，高比例風光發(fā)電模式將成為必然的電源選擇，在可預見的時間內，“風光+大電網”也將是電力行業(yè)實現碳中和的必然技術方案。但我們還是要清醒地認識到，風光發(fā)電的大比例發(fā)展將對電網必須的轉動慣量和備用產生致命影響，嚴重威脅電網的平穩(wěn)運行，大量調節(jié)備用機組損失的機會成本和沉沒成本也會使電網的運行費用上升。在2019年倫敦大停電事故的警示之下，我國電力行業(yè)如何健康穩(wěn)定發(fā)展，謀求“安全、經濟、環(huán)保”能源不可能三角的最優(yōu)妥協(xié)點，需要廣大專業(yè)人士認真思考和討論。

電力行業(yè)注定是碳中和的重點行業(yè)

首先，電力是最大的碳排放行業(yè)。2019年全社會發(fā)電量73253億千瓦時，其中火電發(fā)電量為50450億千瓦時，折合二氧化碳排放大約50億噸，占全國碳排放總量的51%。電力行業(yè)不僅是能源供給大戶，同時還是能源消耗大戶。電網企業(yè)的網損和發(fā)電企業(yè)的廠用電合計占到全社會用電量百分之十以上，電力行業(yè)不但在生產過程中產生了碳排放，自身電力消耗也引發(fā)了相當一部分碳排放。因此，如何實現電力行業(yè)碳減排將是實現碳中和的關鍵因素之一。

其次，電力資產較為集中，易于整體考慮政策。2020年全國火電總裝機11億千瓦，90%以上的火電資產屬于國有資產，其中五大電力集團(華能、大唐、華電、國電投和國家能源)火電總裝機達5.6億千瓦，占比51%。國有企業(yè)有高度的社會責任感，落實國家政策和要求從不打折扣。全國輸電網資產集中在國網、南網、內蒙古電力公司三個電網公司，輸電網長期保持統(tǒng)一運行、統(tǒng)一調度，優(yōu)化網絡運行的空間較大。電力企業(yè)資產集中的特點，容易實現政策上、技術上的集中處理，相較其他行業(yè)有著天然的優(yōu)勢。

第三，電力行業(yè)技術和資金條件較好。實現碳達峰需要新技術投入和大量資金支持。國有電力企業(yè)的研究機構長期關注能源轉型，很好地把握了新的發(fā)電技術成果和技術發(fā)展方向，儲備了大量用于能源轉型的各類技術，擁有碳中和相關技術的專業(yè)化研究隊伍，相對于行業(yè)外的技術專家，實操能力更強，對轉型的痛點和各種設想的可行性認識更為深刻。電力企業(yè)有著雄厚的資金積累和支持，這些都為碳中和的實現提供了堅強的物質基礎。

此外，電力行業(yè)屬于社會基礎行業(yè)，事關千家萬戶。目前電力行業(yè)開始轉型，逐步建設電力現貨市場，由市場決定的電力價格可以實現用戶側引導，促進節(jié)能技術的投入使用。由此可以看出，電力行業(yè)將首先開始碳中和工作，實現用戶側引導，可實現社會生產和人民生活習慣的改變，逐漸帶動其他行業(yè)形成合力，實現全社會在碳中和方面的和諧共振。

電力行業(yè)碳中和的實施方式

高比例風光新能源是現階段電力生產側實現碳中和的必然選擇

目前全社會用電量需求還在逐年上升，而在碳捕獲與封存(Carbon Capture and Storage，簡稱CCS)技術尚不成熟的條件下，電力行業(yè)需要大力發(fā)展零碳發(fā)電技術。目前成規(guī)模的零碳發(fā)電技術一般是核電、水電、生物質和風光等非化石燃料發(fā)電技術。

水電大規(guī)模增長空間有限。水電目前已成為我國第二大主力裝機電源，裝機達3.6億千瓦，占總裝機17.7%，成為世界第一水電裝機大國。而水電發(fā)展由于資源受限、廠址選擇受限、移民安置困難、季節(jié)性豐枯期發(fā)電不均、生態(tài)保護影響大等原因，就目前的技術水平，水電在未來全社會用電量中的占比總體可能成下降趨勢。

核電大規(guī)模增長的條件尚不具備。國內核電技術發(fā)展較快，已發(fā)展至第四代核電技術，核電裝機達4874萬千瓦，占總裝機2.4%，成為世界第三核電裝機大國。然而，核電受制于安全約束、技術難度伴隨固定投資增加、廠址選擇受限和核廢料處理困難等問題，就目前技術水平來看，核電尚不具備大規(guī)模增長的條件。

生物質發(fā)展難占“C位”。生物質發(fā)電是眾多發(fā)電類型中的一個小眾發(fā)電模式，但是由于其發(fā)電可控，二氧化碳排放為零，引起了行業(yè)內部重視。目前生物質發(fā)電主要有氣化發(fā)電和直接燃燒發(fā)電兩種形式，以直接燃燒發(fā)電較為普遍。而生物質發(fā)電由于燃料運輸半徑受限，單機容量普遍較小，造成投資成本和運行成本較大，電量占比上升空間有限。

相對于其他電源種類，風光新能源發(fā)電雖然存在季節(jié)性能源分布不均，天氣影響較大，發(fā)電出力波動性、隨機性較大等問題，但是由于風光等新能源資源豐富、地域分布廣、廠址選擇受限較小、運行成本小、固定投資成本相比水電、核電較低等優(yōu)勢，高風光電量占比的系統(tǒng)在國際上有一定的運行經驗，是現階段技術經濟條件下，實現碳中和必然選擇的電源。因此，國家也在電力規(guī)劃中重點發(fā)展風光發(fā)電，到2030年，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億千瓦以上(較2019年增長近8億千瓦)。

大電網為主消納是現階段高比例風光消納的唯一選擇

2020年中國風電、太陽能發(fā)電總裝機容量4.4億千瓦，裝機容量占比達20%。根據規(guī)劃，到2030年風電、太陽能發(fā)電裝機容量占比將達40%以上，而到2060年風電、太陽能發(fā)電裝機容量占比將接近70%。風光發(fā)電出力不可控的波動性和隨機性，造成風光發(fā)電出力曲線與電力系統(tǒng)負荷曲線不符甚至是相反。為了有效解決風光新能源的波動影響用戶電力使用平穩(wěn)的問題，目前解決平衡消納的手段主要有大電網和儲能兩種。

儲能消納風光發(fā)電的優(yōu)劣：儲能技術可以很好地起到移峰填谷作用，有效消除風光新能源的波動性。目前實施的儲能技術主要分為物理機械儲能、電化學儲能和氫儲能。物理機械儲能以抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能為代表。物理儲能的優(yōu)勢就是安全系數較高、儲能容量大、技術成熟、壽命長，而劣勢則是投資成本大、選址困難、效率低。電化學儲能以鋰電池、鉛酸電池為代表，優(yōu)勢是效率高、充放電速度快、選址容易，劣勢是投資成本大、安全系數低、環(huán)境溫度影響大。氫儲能以電解氫+氫燃料電池為代表，優(yōu)勢就是能量密度大，劣勢是技術尚不成熟，安全問題沒有徹底解決。總之，目前除了尚不成熟的儲能技術，較為成熟的抽水蓄能和化學電池儲能之外，其他儲能技術都存在投資成本過大和運行成本高的缺陷，抽水蓄能電站的綜合效率一般為0.65~0.75，而化學儲能目前的度電成本大致在0.6~0.9元千瓦時。在電網托底的條件下，京津唐地區(qū)大負荷期間如需使用高比例風光電源，則需要具備存儲50億千瓦時的能力，按目前最經濟的存儲方式也需要5萬億的投資，類推全國則需要100萬億以上投資，是目前全國電網資產的20倍以上。如不用電網托底，完全依靠配套儲能的方式，投資還要有數十倍的增加。因此，在可預見的時間內或者至少近期，在經濟性上尚無一種儲能技術可以成為風光發(fā)電消納的主要手段，就是說傳統(tǒng)的“電力不具備大規(guī)模經濟存儲條件”的規(guī)律仍然發(fā)揮作用。

大電網消納風光發(fā)電的優(yōu)劣：大電網消納風光發(fā)電就是利用電網的電能輸送能力，將風光發(fā)電發(fā)出的具有波動性、隨機性的電能及時輸送到電力需求側，利用電力系統(tǒng)內部可調節(jié)性機組的調節(jié)能力(虛擬儲能)實現風光發(fā)電消納。大電網消納風光發(fā)電相對于儲能技術的優(yōu)勢就是經濟性明顯，而存在的劣勢就是存在安全事故聯鎖反應風險，而且大電網消納容易出現經濟責任難以劃分的情況。

考慮到儲能技術突破的周期通常為20~30年，因此達成30·60目標不能寄希望于儲能技術快速解決其經濟劣勢，實現風光發(fā)電消納的唯一選擇仍是依靠大電網的電能調配手段。盡管大電網消納是風光消納的唯一經濟性現實選擇，但是要實現未來如此高比例的風光發(fā)電消納，目前仍有系列障礙難以跨越，需要加大科研力量，以問題為導向，尋求解決這些障礙的技術經濟方案。