“雙碳”目標下我國電力行業低碳轉型的思路探討

杜冬梅，曹冬惠，何青

（華北電力大學能源動力與機械工程學院，北京 102206）

2020 年9 月22 日，習近平主席在第75 屆聯合國大會上正式提出了我國“二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取2060 年前實現碳中和”的目標。習近平主席還提出了后疫情時代推動世界經濟“綠色復蘇”的設想，各國要樹立創新、協調、綠色、開放、共享的新發展理念，抓住新一輪科技革命和產業變革的歷史性機遇，推動疫情后世界經濟“綠色復蘇”，匯聚起可持續發展的強大合力[1]。

“碳達峰”是指二氧化碳排放量達到歷史最高值，然后經歷平臺期進入持續下降的過程，是二氧化碳排放量由增轉降的歷史拐點，標志著碳排放與經濟發展實現脫鉤。達峰目標包括達峰年份和峰值。“碳中和”是指某個地區在一定時間內（一般指1 年）人為活動直接和間接排放的二氧化碳，與其通過植樹造林等吸收的二氧化碳相互抵消，實現二氧化碳“凈零排放”[2]。

“雙碳”目標不僅是我國應對氣候變化對世界做出的莊嚴承諾，更是我國未來幾十年發展的主基調。電力行業已經成為我國整個能源系統的核心，同時交通運輸、工業生產、建筑以及畜牧業等行業對電力系統的需求日益趨高。因此，在電力行業開展低碳減排轉型對踐行“雙碳”目標具有重要作用。

1 電力行業的發展現狀

1.1 社會用電量

根據中國電力企業聯合會對2015—2021 年全國電力工業統計的數據[3]，就增速對比來看，2020 年社會用電量增速較低，這主要是因為2020 年全面爆發的新冠肺炎疫情所致。在全民疫情防控下，大多數企業面臨短暫的停業停產，企業用電需求下降。這類情況在下半年有所改善，2020 年整體用電量平穩增長。2016—2020 年，全國用電量呈現上升趨勢，但是全國用電量的平均增長量相對于“十二五”時期的6.3%有所降低。由于2016 年產業結構升級，2016 年社會用電總量較2015 年增加明顯。2021 年全國用電總量較2020 年同比增速10.3%，達到83 128 億kW·h。圖1 為2015—2021 年全國全社會用電量和增速情況[3]。

1.2 社會發電量

據中國電力企業聯合會全國電力工業統計的數據[3]，2015—2021 年社會發電量逐年遞增，但發電量增速是波動的。2016 年發電量同比增速4.93%，2018 年上升到8.40%，2020 年下降到4.05%，2021 年同比增速上升到9.8%。

圖2 為2015—2021 年全國發電量和增速情況[3]。表1 為2015—2021 年全國社會發電總量、非化石能源發電量、占比情況[3]。由2015—2021 年社會發電量對比來看，非化石能源發電量逐年遞增，說明非化石能源在近幾年占的比重越來越大。

表1 2015—2021 年全國社會發電總量和非化石能源發電量及其占比Tab.1 The total social power generation,non-fossil energy power generation and its proportion from 2015 to 2021 in China

1.3 電力裝機結構

圖3 為2011—2021 年全國電力裝機總量、增速情況[3]。由中國電力企業聯合會2011—2021 年全國電力工業統計的數據[3]來看，2020 年全國電力裝機增速相較于2016—2019 年提升明顯，主要是因為2020 年的水電、風電以及太陽能發電等新能源裝機量增加明顯。2011—2021 年，電力裝機容量一直保持平穩上升的趨勢，裝機總量也由2011 年的10.6 萬kW 逐步增長至2021 年的23.7 萬kW，增速為7.9%。

“十二五”時期電力裝機平均增速為9.54%，其中非化石能源裝機容量逐年遞增，且非化石能源裝機容量平均增加占比為30.8%。“十三五”時期電力裝機平均增速為7.62%，其中非化石能源裝機容量逐年遞增，并且2019—2020 年增速明顯，其間非化石能源裝機容量平均增加占比為39.52%。

從裝機增速看，2020 年火電裝機容量增速為4.7%左右，比2019 年的3.9%增加了近0.8 百分點；2021 年火電裝機容量增速為4.1%。2020 年太陽能發電裝機容量為25 343 萬kW，同比上年增速為24%左右，增速提高7 百分點；2021 年太陽能發電裝機容量為30 656 萬kW，同比增速下降2.9 百分點。2021 年風電機組裝機容量增速為16.7%。2020 年水電裝機容量增速平緩，相對增速較慢，為3.4%；2021 年增速上升至5.7%。2021 年核電機組裝機容量增速與2020 年增速均在6.7%左右。對比近2 年數據得知，各類型能源的裝機容量增速存在一定變化。表2 為2011—2012 年全國電力裝機結構情況[3]。表3 為2011—2015 年非化石能源占比情況[3]。

表2 2011—2021 年全國電力裝機結構 單位：萬kWTab.2 The installed power installation structure from 2011 to 2021 in China

表3 2011—2021 年非化石能源占比情況Tab.3 The proportion of non-fossil energy from 2011 to 2021 in China

1.4 全國電力投資

根據國家能源局公布的2011—2021 年全國電力工業統計數據來看[4]，“十三五”以來，全國電力投資由2016 年的8 839 億元，先經歷了2017、2018 年的下降后，又經歷了2019 年、2020 年和2021 年連續3 年的上升。在“十三五”時期，風電投資上升明顯，2020 年已經達到了2 618 億元；火電投資一直呈下降趨勢，說明2016—2020 年火電所占比重逐漸下降。2021 年的全國電力投資達到10 481 億元，同比增長2.9%。其中，電源工程建設投資為5 530 億元，電網工程建設投資為4 951 億元。2021 年電源工程投資中，風電投資為2 478 億元，占比53%，在各能源投資中占較大比重，也在一定程度上說明風電能源的發展頗受青睞。圖4 為2021 年全國電源投資的構成情況[4]。表4 為2011—2021 年全國電力投資情況[4]。

表4 2011—2021 年全國電力投資情況 單位：億元Tab.4 The power investment from 2011 to 2021 in China

1.5 發電新增設備容量

根據國家能源局公布的2011—2021 年全國電力工業統計數據[4]來看，2015—2019 年間發電新增設備容量、水電和火電裝機容量沒有一定趨勢的變化。2020 年“雙碳”目標出臺，火電新增裝機容量由正增長轉變成為負增長，開始響應“雙碳”目標；太陽能發電裝機容量則繼續保持正增長率，呈現上升趨勢。

表5 為2015—2021 年的全國基建新增發電裝機容量情況[4]。表6 為2015—2021 年全國基建新增發電裝機容量增長率情況[4]。

表5 2015—2021 年全國基建新增發電裝機容量 單位：萬kWTab.5 The newly installed power generation capacity of infrastructure from 2015 to 2021 in China

表6 2015—2021 年全國基建新增發電裝機容量增長率 單位：%Tab.6 The growth rate of newly installed power generation capacity of infrastructure from 2015 to 2021 in China

1.6 電力行業發展的總體特征

經過對近幾年社會用電量、社會發電量、電力裝機容量、電力投資和發電新增設備容量的分析可以發現，其變化均呈現上升趨勢，但增速有所不同。尤其在2019—2021 年，一方面受到新冠疫情的影響，另一方面2020 年9 月提出的“雙碳”目標帶來新的變化。

電力行業作為“雙碳”目標實現的主要行業之一，“雙碳”目標提出后，全國發電量中非化石能源所占比重在2016—2021 年間，一直呈增長趨勢。2011—2021 年期間，非化石能源在全國電力裝機容量中所占比例逐年上升；2021 年，其占比超過了45%。在電力投資方面，2020 年、2021 年的水電以及風電投資額相對于前2 年都呈現增長，并且增長變化明顯，說明近2 年電力行業中對于可再生能源的發展越來越重視。這就需要積極做出調整。

2 “雙碳”目標下電力行業低碳轉型存在的困難和問題

電力行業的低碳轉型，即在“雙碳”目標下電力行業結合自身現狀，在全行業范圍內，進行“減碳”舉措。“雙碳”目標下電力行業低碳轉型過程中的影響因素主要歸為3 個方面：

1）政府的態度和政策是電力行業轉型的重要助力 一方面，讓企業順應政府的態度主動地做出改變；另一方面，也可以通過出臺的政策，給企業一定的低碳轉型壓力。地方政府根據自己地方的地理環境、經濟情況等出臺關于電力行業低碳轉型的政策，為“雙碳”目標的實現增添助力。

2）產業結構調整的快慢決定了電力行業低碳轉型的速度 結合用電量中第一產業、第二產業、第三產業和第四產業的具體情況，制定具體的低碳轉型策略，這樣能夠提高低碳轉型的效率。

3）科學技術的進步是電力行業低碳轉型的重要物質條件 從某種意義上來講，“雙碳”目標就是將排出的二氧化碳吸收，或者減少排放二氧化碳較多的化石能源的使用、選用可再生能源。這就需要低碳技術和支撐可再生能源發展技術。

電力行業的低碳轉型主要包括2 個方向：1）將碳排放量較高的煤電進行清潔化；2）推進發展碳排放較少的或者不產生碳排放的非化石能源。

2.1 煤電裝機占比較大

我國早在2015 年10 月就提出了綠色發展理念，加之2020 年9 月提出的“雙碳”目標，煤電發展已經受到時代限制，同時可再生清潔能源的發展將會迎來新的機遇。由中國電力企業聯合會2011—2021 年全國電力工業統計數據[3]來看，2011—2021年，我國的火電裝機容量逐年上升，火電占比較大。圖5 為2011—2021 年火電裝機容量情況[3]。

從2011 年開始直至2017 年，火電裝機容量從7.6 億kW，每年以平均5 000 萬kW 的增速增加。火電裝機容量以較高的基數和如此大的增速增長，造成目前火電裝機容量在全國總裝機量中的高占比；另外這些新建的煤電項目至少有30 年的壽命：火電高占比的現狀對未來構建以可再生能源為主的電力系統存在一定的困難。

在2021 年4 月的氣候峰會上，習近平總書記已明確提出：中國將嚴控煤電項目，“十四五”時期嚴控煤炭消費增長，“十五五”時期逐步減少[5]。但是，對于目前煤電機組的高占比情況，立刻使未到退役年齡的煤電機組退役不僅會造成之前投入的資本浪費，還會給供電系統造成壓力。所以，短期內火電在我國電力供應系統中仍然是主力，需要逐漸地淘汰高排放、低效率的煤電機組，完成電力行業的低碳轉型。

2.2 碳排放比重較大

電力行業既是碳排放的主要行業，又是碳減排的重要領域。通過持續提高非化石能源發電所占比重，不斷優化化石能源發電結構，采取多種措施促進電力系統節能降耗，電力行業碳排放強度持續下降，削減碳排放的效能不斷提高，為落實“雙碳”目標做出積極貢獻[6]。

2020 年，我國電力行業全年商品煤消費量21.9 億t，約占全國商品煤消費總量54.1%，貢獻了全國四成以上二氧化碳排放量[7]。英國石油公司（British Petroleum）發布的《世界能源統計年鑒2021（第70 版）》統計數據顯示，2020 年我國能源活動二氧化碳排放99 億t，占全國總量的81%。在2020 年的數據統計中，電力行業的碳排放量以44%的比重在二氧化碳排放結構中占據主體地位。

2.3 新型電力系統穩定性面臨挑戰

在“雙碳”目標下，可再生能源將會迎來進一步的發展。由近幾年數據也可以發現，可再生能源的比重持續加大。就目前的形勢而言，電網穩定性可以支撐目前的電力系統，然而遠遠不足以應對未來可再生能源的繼續發展。

可再生能源和特高壓接入給電網帶來顯著影響[8]。可再生能源較大的間歇性和波動性，對電網的穩定性提出了更高要求。電力行業在“雙碳”目標下進行低碳轉型的過程中，電網系統能否保持穩定高效地供電將面臨重大挑戰。

2.4 碳處理技術不夠成熟

若要實現“碳達峰”“碳中和”，著力點應該在“減碳”。除了用可再生清潔能源代替化石能源來避免二氧化碳高排放的思路，還可以將一些減碳技術應用于高排放的產業、機器設備來達到低碳減排的效果。目前，碳捕集與封存（carbon capture and storage,CCS）和碳捕獲利用與封存（carbon capture，utilization and storage,CCUS）是公認最值得推廣和應用的碳處理技術。

CCS 技術是為實現減少二氧化碳排放的同時對其進一步加以利用的全新技術概念，主要用于大規模產業生產與其他可能性氣體排放活動過程中，具有發展時間較短、前景廣闊、技術門檻高、效益產出周期長等特點[9]。

CCS 引領新能源經濟發展，具有一系列二氧化碳利用方式，主要有氫氣生產、生物質與CCS、直接空氣捕獲（direct air capture，DAC）、碳價值[10]。目前，我國的CCS 技術已經取得了一定的進步；但是，要實現“雙碳”目標，目前的技術發展狀況還遠遠不足，并且我國的發展狀況與國際上CCS 技術的發展仍然存在一定差距。

CCUS 技術簡單來說就是將排放出來的二氧化碳進行捕獲、提純之后，利用一定的技術處理后進入到新的生產過程中。通過CCUS 技術捕集的二氧化碳還可用于增采石油、天然氣、煤層氣等能源或直接作為原料用于化工合成、生物轉化等方面；二氧化碳利用產生的相關收益可以降低煤制氫與CCUS 技術集成應用的全流程成本，進一步增強其成本優勢[11]。

近年來，我國在CCUS 示范項目建設上取得了積極進展，但仍存在規模較小、成本偏高和基建相對滯后等問題。具體來說，已有的示范項目捕集規模多數在10 萬t 級以下，無法滿足實現碳中和目標的減排需求；CCUS 公共基礎設施建設相對滯后，缺少大規模運輸管網；CCUS 技術的捕集成本為120～480 元/t，每km 管道運輸成本為1～4 元/t，封存成本為50～300 元/t，此外還將增加10%～20%的能耗，較高的成本和能耗令許多企業望而卻步[12]。

在電力行業，尤其是現存的煤炭項目，需要一些高效的碳處理技術來實現低碳轉型。但是，對于“雙碳”目標的實現，目前的碳處理技術還遠遠不足以提供支撐。從碳捕集技術來看，短期內仍不具備大規模應用的條件，但未來10 年左右將是推進雙碳目標的關鍵時期[13]。

3 “雙碳”目標下電力行業低碳轉型應對對策

3.1 增加清潔能源比例

減少電力行業碳排放就是減少火力發電在所有能源發電中的占比，逐漸用碳排放較少的甚至零排放的清潔能源代替。火電轉型升級是2030 年碳排放達峰和非化石能源占一次能源消費比重25%目標能否實現的關鍵[14]，這就需要在“十四五”時期逐漸增加清潔能源所占比例。

3.1.1 推動煤電清潔高效發展

電力行業長期作為我國國民經濟重要的支柱產業。未來，我國電力需求量必將隨著國家產業的發展而持續增長[15]。在“低碳”“雙碳”目標下，推動煤電清潔高效發展是在利用現存煤電機組的基礎上，減少煤電機組淘汰的資本浪費的有效辦法。

長期以來，因為經濟發展的需要，我國大規模籌建煤電機組。如今，國內煤電機組已經過剩，應該盡可能地不再新建高排放的煤電機組項目，轉而發揮現存煤電機組最大的作用。

另外，還需要對現存低效率或者排放較大的煤電機組進行優化甚至淘汰處理。優化的方向是：未來可再生能源成為電網主力后，煤電機組能夠為保障高占比的可再生能源發電電網提供穩定性服務。

“碳達峰”“碳中和”政策提出之后，非化石能源發電在未來必將成為電力系統的主流，煤電機組將會逐漸退出電力系統的“主體”地位。在未來一段時間里，煤電將會和非化石能源共存。煤電將面臨清潔低碳化、深調靈活化、功能多元化和智慧能源化改造技術的挑戰，對此，應在未來積累化石能源與非化石能源發電相結合的經驗，在“碳中和”時期為電力系統發揮電力平衡和調節作用[16]。

3.1.2 推動可再生能源發展

“雙碳”目標下，必定要在全行業推動可再生能源發展，主要可以從以下2 個方面進行：

1）大力發展可再生能源技術 在新能源發電領域，目前我國風力發電和光伏發電已成規模，發展前景廣闊，是電力行業實現綠色低碳發展的主力軍[17]。

2）重視發展可再生能源基礎設施建設 發展可再生能源是我國實現“碳達峰”“碳中和”的必經之路，同時可再生能源的發展也是電力行業低碳轉型的重要任務。應加強區域間電力調配設施建設，為未來高比例可再生能源的電力系統跨區域調配打好基礎。

從“雙碳”目標減碳的核心要求來看，在整體上逐步降低化石能源在我國能源結構中所占比例，是推動我國能源結構從高碳走向低碳，并最終實現碳凈零排放的不二選擇[18]。

發展可再生能源是實現電力低碳轉型的核心措施，需要從3 個方面考慮：一是總體擴張規模；二是跨區域供需匹配；三是電網穩定性[19]。

3.2 關停低效率高排放火電廠

要踐行“雙碳”目標，在目前和未來關停低效率、高排放火電廠都是必要的。燃煤電廠作為中國最大的二氧化碳排放源，是中國實現“碳中和”目標的關鍵點[20]。

截至2020 年年底，我國已經對燃煤電廠總裝機量的76%進行了節能改造，并且已經關停了一些老舊、低效率的小型火電廠。以京津冀地區為例，其在實施關停淘汰低效、高排放的小型火電廠的措施之后，北京地區的藍天計劃順利完成。其他地區也在逐漸落實淘汰電廠的措施。

關停低效率、高排放的電廠，各地政府應該根據實際情況頒發具有一定標準的政策；引導各地企業對各火電廠進行評估之后，進行相應的安排。在其中，政府應該積極發揮作用。

3.3 發展智能電網技術

“雙碳”目標下，大規模的可再生能源發電并網是必然趨勢。發展適應高比例可再生能源并網的智能電網技術，可以為未來以可再生能源為主的電力系統提供可靠的基礎。

智能電網是世界各國電力工業應對未來挑戰的共同選擇，是未來電力系統的發展方向[21-22]。

首先，智能電網的建設能夠使工作人員獲得對系統狀態分析、輔助決策等行為的技術支持。其次，智能電網的建設，為在電力行業占比越來越大的可再生能源的發展奠定了一定的基礎。再次，可再生能源的發展離不開智能電網的建設，智能電網的建設又會在一定程度上促進可再生能源的發展。最后，建設智能電網也有利于提高電力系統的安全、可靠性，對電力系統的技術設備和管理等方面進行提升，進而降低發電成本和環境污染。

為了可再生能源的開發、清潔能源的發展和電力系統的安全，智能電網需要在目前的技術水平上繼續完善發展。

3.4 加快低碳減排技術的研發及應用

我國亟需對所排放二氧化碳進行捕集和利用研究，以緩解我國的空氣污染壓力[19]。首先應該重視低碳技術的研發和投入，積極地自主研發可再生能源發電技術等其他低碳處理技術。其次，還應該鼓勵企業引進應用低碳減排技術，尤其是火電企業，必須在能力范圍之內降低碳排放。

政府也應該出臺一些政策，限制企業、工廠運作產生的碳排放，積極引導企業對低碳減排技術和碳排放處理設備的引進。

另外，還應鼓勵研發和應用低碳發電技術。低碳發電技術包括風能方面的清潔風能發電應用技術、整體煤氣化聯合循環（integrated gasification combined cycle，IGCC）發電應用系統等高效發電應用技術。現階段，我國低碳發電技術尚未成熟，仍然存在著成本高、風險大等特點。低碳發電技術是促進我國電力行業發展的關鍵[23]，對于實現“雙碳”目標是有助力的。

4 結語

1）推進“碳達峰”“碳中和”不是簡單的口號。雖然這2 項目標對于我國目前的情況來講仍存在難度，但是必須要完成。立足我國現實國情，汲取國際經驗教訓，構建中國特色方案，是實現我國“碳達峰”與“碳中和”目標的必經之路[24]。

2）全國各行各業都應該積極參與其中，盡可能地降低碳排放，推動“碳達峰”“碳中和”目標的實現。作為“雙碳”目標實現的重要領域，更應該積極地尋找低碳轉型思路。“雙碳”目標對電力行業來說既是挑戰又是機遇，電力行業與其等待被動調整，不如積極響應國家號召，進行低碳轉型。地方政府對企業進行政策引導，鼓勵發展低碳技術，爭取早日實現各地電力行業的低碳轉型。

3）要促進我國電力行業的可持續發展，就必須要從根本原因著手，減少能源消耗[25]。在全社會大力推行低碳生活的背景下，作為我國碳排放量高的行業，電力行業必須起到帶頭作用，自覺地參與到節能減排活動中，革新電力行業的經營模式，嚴格實施符合現代社會發展的節能減排制度。這是現階段低碳背景下最需要解決的問題[26]。