电力行业碳达峰碳中和发展路径研究

　　内容摘要：实现碳达峰碳中和目标，电力行业既迎来转型发展的重大机遇，也面临艰巨挑战。以保障电力安全供应为基础，以低碳化、电气化、数字化为基本方向，重点研究了电力行业碳达峰时序、电源和电网结构以及电力供应成本。通过综合分析电力电量平衡、低碳电源贡献率、考虑规模化发展及技术进步的经济性，研究提出了确保2030年前、力争2028年电力行业实现碳达峰，并逐步过渡到稳中有降阶段。在此基础上，提出了碳达峰碳中和实施路径：一是构建多元化能源供应体系，形成低碳主导的电力供应格局；二是发挥电网基础平台作用，提高资源优化配置能力，支持部分地区率先达峰；三是大力提升电气化水平，服务全社会碳减排；四是大力实施管理创新，推动源网荷高效协同利用；五是大力推动技术创新，为碳中和目标奠定坚实基础；六是强化电力安全意识，防范电力安全重大风险；七是健全和完善市场机制，适应碳达峰碳中和新要求。

　　关键词：碳达峰，碳中和，能源，电力，发展路径

　　内容简介：

　　一、发展基础

　　清洁低碳转型取得新成效。截至2020年底，全国非化石能源发电装机9.6亿千瓦，占总装机的43.4%。非化石能源消费占比从2015年的12.1%提高到2019年的15.3%，提前一年完成“十三五”规划目标。截至2019年底，我国单位国内生产总值二氧化碳排放强度较2005年降低约48%，提前完成2020年碳减排目标。

　　安全高效发展达到新水平。截至2020年底，全国建成投运“十四交十六直”30个特高压工程，220千伏及以上输电线路79.4万公里，变电容量45.3亿千伏安。2019年，火电、水电、燃气轮机与核电机组的等效可用系数均达到90%以上，变压器、架空线路等主要输变电设施的可用系数均超过99%。

　　电力科技创新日新月异。核电、超超临界发电、新能源发电等技术取得积极进展，世界上输电电压等级最高、距离最远的±1100千伏准东～皖南特高压直流工程建成投运，世界首个特高压多端混合直流工程乌东德电站送广东广西工程提前投产。

　　终端用能电气化水平持续提升。2019年，我国电能占终端能源消费比重为26%，高于世界平均水平17%。2016～2019年，电能替代累计新增用电量约5989亿千瓦时，对全社会用电增长的贡献率达到38.5%。

　　市场机制建设积极推进。电力市场交易体系初步建立，各类交易方式和交易品种逐渐丰富。发电行业率先开展碳交易。截至2020年8月底，碳交易试点累计成交量约4.06亿吨二氧化碳当量，成交额约92.8亿元。

　　国际合作取得积极进展。截至2019年底，中国主要电力企业境外投资金额57.9亿美元。中国主要电网企业建成10条跨国输电线路，12回110千伏及以上与周边国家相联的线路走廊，能源互联网理念得到广泛认同。

　　实现碳达峰碳中和目标，电力行业既迎来转型发展的重大机遇，也面临艰巨挑战。欧盟等发达经济体二氧化碳排放已经达峰，从“碳达峰”到“碳中和”有50～70年过渡期。我国二氧化碳排放体量大，从碳达峰到碳中和仅有30年时间，任务更为艰巨。能源电力减排是我国的主战场，能源燃烧占全部二氧化碳排放的88%左右，电力行业排放占约41%。电力行业不仅要加快清洁能源开发利用，推动行业自身的碳减排，还要助力全社会能源消费方式升级，支撑钢铁、化工、建材等重点行业提高能源利用效率，满足全社会实现更高水平电气化要求。

　　二、电力行业碳达峰碳中和研究

　　（一）电力行业碳排放现状

　　碳排放量增长有效减缓。以2005年为基准年，全国非化石能源装机、发电量分别累计提升19、16个百分点，火电供电煤耗累计下降61.5克/千瓦时；电力行业累计减少二氧化碳排放超过160亿吨。碳排放强度持续下降。2019年，全国单位火电发电量二氧化碳排放约838克/千瓦时，比2005年下降20%；单位发电量二氧化碳排放约577克/千瓦时，比2005年下降32.7%。电力碳排放占全社会四成左右。2019年我国二氧化碳排放总量约102亿吨，电力行业、交通行业、建筑和工业碳排放占比分别为41%、28%和31%，火力发电二氧化碳排放总量约42亿吨。

　　（二）电力行业碳达峰碳中和研究

　　我国电力需求还处在较长时间的增长期。双循环发展新格局带动用电持续增长，新旧动能转换，传统用电行业增速下降，高技术及装备制造业和现代服务业将成为用电增长的主要推动力量。新型城镇化建设将推动电力需求刚性增长。能源转型发展呈现明显的电气化趋势，电能替代潜力巨大。综合考虑节能意识和能效水平提升等因素，预计2025年、2030年、2035年我国全社会用电量分别为9.5万亿、11.3万亿、12.6万亿千瓦时，“十四五”、“十五五”、“十六五”期间年均增速分别为4.8%、3.6%、2.2%。预计2025年、2030年、2035年我国最大负荷分别为16.3亿、20.1亿、22.6亿千瓦，“十四五”、“十五五”、“十六五”期间年均增速分别为5.1%、4.3%、2.4%。

　　研究对“十四五”及中长期电源发展设置了新能源、核电不同发展节奏的三种情景，情景一是新能源加速发展，2030年电力行业碳排放达峰，投资最省。情景二是核电+新能源加速发展，2028年电力行业碳达峰，投资比情景一高0.6万亿元。情景三新能源跨越式发展，2025年电力行业碳达峰，投资比情景一高1.6万亿元，但“十四五”期间主要依赖电化学储能技术成熟度，具有不确定性。综合分析，推荐情景二，2030年前、力争2028年电力行业碳达峰，峰值规模47亿吨左右。

　　“十四五”期间，为保障电力供应安全，需要新增一定规模煤电项目。水电、核电项目建设工期长，一般需要5年左右时间，“十四五”期间新投产规模比较确定，预计到2025年水电达到4.7亿千瓦（含抽水蓄能0.8亿千瓦），核电0.8亿千瓦。新能源按照年均新增0.7亿千瓦考虑，到2025年风电达到4.0亿千瓦，太阳能发电达到5.0亿千瓦。由于新能源可参与电力平衡的容量仅为10～15%，为保障电力供应安全，满足电力实时平衡要求，“十四五”期间，需新增煤电1.9亿千瓦。考虑退役情况，到2025年煤电装机达到12.5亿千瓦。

　　“十五五”中后期，电力行业实现碳排放达峰，并逐步过渡到稳中有降阶段。“十五五”期间，按照新能源年均新增1.2亿千瓦，核电年均增加8～10台机组。预计2030年左右煤电装机达峰，电力行业碳排放于2028年达峰。“十六五”期间，电动汽车广泛参与系统调节，进一步支撑更大规模新能源发展。新能源年均新增2.0亿千瓦，核电发展节奏不变。新能源、核电、水电等清洁能源发电低碳贡献率分别为58%、20%、22%，电力行业碳排放进入稳中有降阶段。

　　碳达峰碳中和目标的实现将推高发电成本。考虑规模化发展及技术进步，核电、新能源及储能设施的建设成本呈加速下降趋势。但由于新能源属于低能量密度电源，为满足电力供应，需要建设更大规模的新能源装机，导致电源和储能设施年度投资水平大幅上升，据测算，“十四五”“十五五”“十六五”期间，电源年度投资分别为6340亿、7360亿、8300亿元（“十一五”“十二五”“十三五”期间，电源年度总投资分别为3588亿、3831亿、3524亿元）。相比2020年，2025年发电成本提高14.6%，2030年提高24.0%，2035年提高46.6%。

　　重大技术创新助力电力行业实现碳中和目标。诸如碳中性气体、液体燃料取得重大突破,包括氢、氨和烃类等载体可以长期储存电力或用于发电，将大范围替代火电机组，增加系统转动惯量，保障大电网稳定运行，电力生产进入低碳、零碳阶段，并辅以碳捕集、林业碳汇，实现电力行业碳中和。实现碳中和，将以新型电力系统为基础平台，特高压输电技术、智能电网技术、长周期新型储能技术、氢能利用技术、碳捕集技术等绿色低碳前沿技术创新为依托，共同推进目标实现。

　　三、实施路径

　　（一）构建多元化能源供应体系

　　坚持集中式和分布式并举，大力提升风电、光伏发电规模。以西南地区主要河流为重点，有序推进流域大型水电基地建设。安全有序发展核电，合理布局适度发展气电。按照“控制增量、优化存量”的原则，发挥煤电托底保供作用，适度安排煤电新增规模。因地制宜发展生物质发电，推进分布式能源发展。

　　（二）发挥电网基础平台作用

　　优化电网主网架建设，新增一批跨区跨省输电通道，建设先进智能配电网，提高资源优化配置能力。支持部分地区率先达峰。

　　（三）大力提升电气化水平

　　深入实施工业领域电气化升级，大力提升交通领域电气化水平，积极推动建筑领域电气化发展，加快乡村电气化提升工程建设。

　　（四）推动源网荷高效协同利用

　　多措并举提高系统调节能力，提升电力需求侧响应水平。推动源网荷储一体化和多能互补发展，推进电力系统数字化转型和智能化升级。

　　（五）大力推动技术创新

　　推动抽水蓄能、储氢、电池储能、固态电池、锂硫电池、金属空气等新型储能技术跨越式发展。促进低碳化发电技术广泛应用与智能电网技术迭代升级，加大前瞻性降碳脱碳技术创新力度。

　　（六）强化电力安全意识

　　强化新能源发电出力的随机性和间歇性给电力供应安全、电力电子设备的广泛接入给大电网安全运行、技术创新存在不确定性等带来的风险识别。加强应急保障体系建设，防范电力安全重大风险。

　　（七）健全和完善市场机制

　　积极发挥碳市场低成本减碳作用，加快建设全国统一电力市场，持续深化电力市场建设。推动全国碳市场与电力市场协同发展。

　　四、保障措施

　　制定电力行业碳达峰行动方案、开展电力行业碳达峰碳中和重大问题研究、加大关键技术研发投入支持力度、推动形成科学合理的电价机制、实施财税金融投资政策引导、推动“双碳”目标电力行业任务落地实施。