“雙碳”背景下山西省電力行業清潔發展路徑研究

史卓群 ，頊 婧

（1.山西能源學院， 山西 太原 030600；2.內蒙古電力(集團)有限責任公司信息通信分公司， 內蒙古 呼和浩特 010000）

2020 年9 月，習近平總書記在第七十五屆聯合國大會發言時鄭重提出“我國碳排放力爭在2030 年前達到峰值、在2060 年前實現碳中和”即“雙碳目標”，在“十四五”開局之年里，低碳減排、清潔發展成為各項工作開展的重要方向。電力行業作為能源密集型產業，在實現清潔發展、低碳轉型當中處于關鍵性地位。2021 年3 月，中央財經委會議提出“構建以新能源為主體的新型電力系統”，表明清潔低碳的可再生能源將是未來電力系統發展的大勢所趨。2022 年2 月24 日，國家能源局發布了政協代表《關于“碳中和”目標下煤電產業高質量發展的提案》的答復，提出嚴控煤電項目，推動煤電由電量主體電源向支撐性、調節性電源轉型，進一步對以煤電為主要電源結構的地區提出了更具緊迫性的挑戰。

山西省電源結構長久以來以煤炭為主，“雙碳目標”提出后，省人民政府高度重視，積極推進能源轉型，在“十四五”規劃綱要當中明確指出要提升清潔電力發展水平，從“一煤獨大”轉向新能源和可再生能源電力高比例發展。本文以此為基礎分析了山西省電力行業的發展現狀，針對“雙碳”背景下電力行業清潔發展面臨的幾大挑戰，從六方面提出未來電力行業清潔發展的方向和路線，助力“雙碳”目標實現。

一、山西省電力行業發展現狀

我國電力行業長期以來以火電為主，煤炭是最主要的熱源。作為國家確定的五大綜合能源基地之一，山西省煤炭資源豐富，2020 年總產量達到10.8 億噸，在全國各省中排第一位。煤炭總消費量36186 萬噸，其中四成消耗量被用于發電，達14496 萬噸。

如圖1 所示，“十三五”期間，山西省發電能力穩步提升。截至2020 年底，全山西省的電力總裝機規模突破1億千瓦，達到1.038 億千瓦，較2015 年增長49.05%，位居全國第六，其中火力發電裝機容量占比仍保持在60%以上。從電源結構來看，“十三五”以來，火力發電裝機容量雖然逐年上升，但在全社會總發電裝機容量中的占比呈明顯下降趨勢，2020 年底，火電裝機容量6877.6 萬千瓦，在總發電裝機容量中占比約66.2%；相較2015 年末的85.27%下降達19.07 個百分點。

圖1 山西省電力裝機容量變化

除了為本省生產生活提供充足的電力保障，山西省作為國家核心電力供應基地，也積極打造堅強發達的電網構架，將富足電力進行省外輸送。截至2020 年末，凈外送電量突破1000 億千瓦時大關，達1053.6 億千瓦時。此外，在電網規劃投資方面，“十四五”以來力度繼續加大，500 千伏及以下電網投資規模達601 億元，較“十三五”期間增長27.8%。

二、山西省電力行業清潔發展舉措

豐厚的煤炭資源稟賦為山西省經濟發展提供了增長點，但近年來，這種粗放型的發展方式越來越難適應“綠色低碳”發展理念。“十三五”以來山西省積極推動能源轉型，制定了《山西省國家資源型經濟轉型綜合配套改革試驗實施方案(2016-2020 年)》、《山西打造全國能源革命排頭兵行動方案》、《山西省“十三五”控制溫室氣體排放實施方案》等一系列政策文件，多措并舉實現清潔發展。具體落實到電力行業方面，有下述幾方面措施：

(一)清潔能源發電

清潔能源發電即為使用不含碳、不會生成二氧化碳等溫室氣體的一次能源發電，其中水力發電在我國已開發建設較為成熟，當下正在大力推進且形成一定應用規模的主要為風力發電和光伏發電。山西省具有氣候、區位優勢，風能、太陽能資源都較為富集，海拔70 米處風能資源≥200 瓦/平方米的技術開發量為2814 萬千瓦，總體儲存量達到5800 萬千瓦；年均太陽能輻照量達到1624千瓦時/平方米，在整個華北地區位居第二。此外，省內水電也有很大的進一步發展空間，黃河北干流水電資源尚待開發。

總體來說，山西省的清潔能源發電具備極大潛力。如圖2，“十三五”期間，清潔能源發電有了長足提升，到2020 年末，清潔能源裝機容量達3505.48 萬千瓦，在總發電裝機容量中占比約33.76%。占比較2015 年末的14.73%提升19.03 個百分點。其中大部分增長來源于風力發電和光伏發電。“十三五”期間，以風電和光伏發電為主的新能源發電量總計達到1173.91 億千瓦時，相當于減少5860.6 萬噸標準煤開采和消耗，減少二氧化碳排放14607.5 萬噸。

圖2 電力生產結構變化

(二)煤炭清潔利用

盡管清潔能源發電將成為未來電力行業的首要發展方向，但一定時期內，尚且難以改變以煤炭為主的電源結構。在這樣的客觀情況下，必須要實現煤炭的清潔利用，使煤炭從勘探開發到加工利用的整個流程中，一方面減少污染的排放，同時提高資源轉化生產效率。

2018 年，山西省印發《關于推動煤炭清潔高效利用的實施意見》，針對燃煤發電行業提出，要推廣先進節能減排技術，加快推進現役機組升級改造，在役和新建機組全部達到超低排放標準，力爭到2030 年燃煤電廠平均供電煤耗下降到國內領先水平。采取的可行性技術包括發展先進煤電技術，開展700℃超臨界發電機組鍋爐、基于富氧燃燒的超臨界二氧化碳布雷頓循環發電及碳捕集技術等常規煤電參數等級進一步提升和新型煤基發電技術研究。通過改進完善煤炭清潔利用技術，有效減少了電力行業煤炭需求，提高煤炭經濟效益，對改善空氣質量和優化生態環境具有重要意義。

(三)變輸煤為輸電

過去山西省長期以煤炭直接輸出為主，經濟效益低，調控難度大，一旦遭遇突發因素影響，易導致供需失衡，進而致使煤價、電價大幅震蕩，不利于實現電力平衡，也不利于促進清潔能源電力消費、消納。“十三五”以來，為實現轉型發展，山西省積極探索“變輸煤為輸電”的能源轉化之路，緊跟“新基建”大潮，以特高壓為核心推進電網建設，持續拓展晉電外送通道。同時，逐步改變燃煤發電為主的電力結構，轉向火力、風力、光伏、水力多能互補并重的新格局。截至2020 年底，山西省電力已實現建成投運包括“三交一直”特高壓在內的9 個外送通道、18 回線路，外送電能力實現長足發展。山西省委、省政府也分別與多個省、市政府簽訂了戰略合作框架協議，推進“晉電外送”。

(四)能源消費更趨綠色

“十三五”期間，山西省電力行業除了實現能源供給更清潔，也致力于助力能源消費更綠色。國網山西省電力公司積極開展電能替代工作，累計完成推行電能替代項目2408 個，達成替代電量322.89 億千瓦時。其中，先后推動1971 家工礦企業2185 個工業“煤改電”改造事項，完成替代電量超過252 億千瓦時；新增設置342 座充電站和3288 個充電樁，完成充電量3.2 億千瓦時；居民“煤改電”項目覆蓋73.91 萬戶，完成采暖電量24.4 億千瓦時。通過這一系列電氣化舉措相當于降低消耗散煤1800萬噸、減少二氧化碳排放量3200 萬噸。

三、“雙碳”背景下電力清潔發展遇到的挑戰

(一) 清潔能源電力持續增長與消納能力不足之間的矛盾[8]

與新能源相比，發展較為成熟的水力發電利用率已達到百分之百，實現零棄水率。消納問題主要出現在風力、光伏等新能源電力。如圖3 所示，“十三五”以來，山西省光伏發電利用率較高，保持在97%以上；風力發電利用率從2016 年的90.67%，到2020 年的97.03%，有較大幅度提升。2020 年全國平均棄光率2%左右，全國平均棄風率3%左右。總體看來，山西省棄光率和棄風率較低，但如圖4 所示，“十三五”期間，山西省全口徑發電量持續較快增長，但社會總用電量增速明顯滯后于發電量，發電能力與用電能力之間的反差不斷擴大，省內電力市場供過于求。且由于規模成本差異，常規能源電力對新能源電力存在擠出效應，未來可能進一步加劇新能源電力的消納矛盾。此外，在“雙碳”背景下，新能源電力的空間遠不止于此，因此隨著裝機并網容量的持續增加，必將面臨更大的消納壓力。

圖3 山西省棄風、棄光情況

圖4 山西省用電、發電情況

(二) 新能源的分布不均以及不穩定性給電網系統帶來巨大壓力

新能源電力消納難的直接原因看似在于供需矛盾，但其實從全省范圍來看，新能源電力市場并未飽和，供需矛盾的深層次原因在于資源稟賦分布不均導致的配置難題。風力發電主要受地理環境影響，開發投產區域往往與用電負荷呈現出逆向分布特征，山西省風電項目多位于北部山區，電力需求則集中在平原、城鎮地區。光伏發電更多受季節和天氣條件影響，山西省冬夏季溫差大，日照時長差異也比較大，光伏發電的供應與負荷在時空上往往也難以平衡。

針對上述情況，需要完善的電力輸送調度機制。雖然近年來山西省電網大力開展省內外輸電通路規劃建設，但配套調峰調度機制尚且相對落后。目前山西省電源調峰結構以火電為主，火電也是極端條件下頂峰發電的重要支撐，在保障能源安全方面還將發揮基礎和兜底作用。但山西省內的大量中小機組仍采用傳統運行方式，沒有及時升級改造增強靈活性，調峰深度和速度都不夠，短期內不足以成為服務風電、太陽能發電消納的調峰機組，實現支撐電網安全運行、保障電力平穩供應的作用。

(三)電力市場化體制機制不完善

當前我國正處于電力市場化進程起步階段，尚不健全的市場機制和價格機制也無法適應未來新能源電力的持續發展。一是我國當下電力行業管理以省為單位，但僅靠省內運行調度優化已不足以解決新能源電力消納問題，而遠距離送受電、區域電力市場等體制機制的不健全致使新能源電力資源配置還存在一定的省間壁壘。二是我國電力市場化進程處于起步階段，現貨市場不夠完善，中長期交易合同的剛性一定程度上固化了傳統電源的市場份額，擠壓新能源電量消納空間。三是隨著國家持續推進新能源補貼政策退坡，支持力度減弱，新能源電力的價格優勢減小，消納積極性降低。

四、“雙碳”目標下的山西省電力清潔發展方向

(一)明確煤電地位

轉變煤電為主體的電源結構勢在必行，但長期來看，為了穩定供應、保障生產，不能完全放棄煤電。于是根據國家能源局當前發布的“多措并舉加快推動煤電由電量主體電源向支撐性、調節性電源轉型”方針，山西省在“十四五”期間的電力發展規劃當中，也應當進一步明確煤電地位，嚴控煤電項目，原則上不再新建單純以發電為目的的煤電項目，加快已有燃煤發電機組的技術升級，加強調峰深度及靈活性，確保煤電成為保障電力供應安全的支撐性電源和促進清潔能源消納的調節性電源。

(二)強化“新能源+儲能”綜合利用技術

近年來儲能技術的發展為促進新能源電力就地消納、徹底解決棄風棄光問題提供了可能。截至目前，全國先后有包括山西省在內的十幾個省(區)發布相關政策，要求或建議新增平價風電、光伏項目配置儲能，力促儲能在新能源發電側創新發展，形成極具潛能的“風光+儲能”新業態。2019 年，山西省為推動能源革命綜改試點提出十五項重大舉措明確要發展“新能源+儲能”試點示范項目。在新階段，必須繼續推進儲能技術研發。有關部門應盡快明晰和細化儲能配套政策和技術標準，明確儲能市場參與電力市場的主體身份，完善交易調度和計價結算，形成合理的商業模式，保障儲能的商業效益，建成輔助服務補償的長效機制，并配合金融市場機制以規避投資項目的運營風險，加強管理流程的制度硬化。

(三)進一步完善電力市場化交易體系

2016 年，山西省列入全國首批電力體制改革綜合試點省份，全面籌備開展電力現貨市場試點，自2021 年4月開始試運行。為實現電力市場清潔發展，必須繼續大力推進電力現貨市場良好穩定試運行，同時做好中長期、輔助服務與現貨市場的銜接配合，力爭盡快實現現貨市場正式運行，確立以中長期交易為主、現貨交易為補充的市場交易體系。同時應盡快建立健全可再生能源參與電力市場交易的機制，推動風力、光伏等新能源企業的富余電量參與市場交易。同時做好省間與省內消納清潔能源電力的市場銜接機制，在尊重市場差異性的基礎上盡量規范市場核心規則、建立統一的技術標準，解決清潔能源發電的政策性收購與市場化交易的銜接問題。

(四)積極構建“能源互聯網”

以互聯網技術為支撐，積極探索構建基于智能電網的能源互聯網，不僅能實現能源開發、轉化與傳輸網絡的相互協調；也可整合用戶的多元化用能需求，將電力需求側管理擴大化為綜合用能管理，處理好清潔能源電力大規模并網時的電力電量平衡優化，提升清潔能源消納以及電力系統的安全穩定運行。當下應抓住本省實施電力體制改革試點之機，加快制定更先進的能源體系架構，實現省內與全國能源網絡互聯，形成“源-網-荷-儲”一體化的運行模式。也要加強能源產業與現代信息技術的深層次融合，深化清潔能源智能化領域的科研力度，完善能源供需數據平臺建設，加強能源智能生產消費技術監管，做好智能調控，提高資源配置效率。

(五)持續推進可再生能源消納責權制度

2020 年10 月，山西省能源局印發了《落實可再生能源電力消納責任權重實施方案》的通知，指出省內承擔消納責任的各市場主體，明確各主體最低消納責任權重，并規定了考核指標和監督機制，對未完成任務的市場主體依據法規進行處理。除了通過購買或自發自用可再生能源電力的方式落實消納責任權重，責任主體還可通過購買其他主體的超額消納量或綠色證書來履行消納責任。后兩種方式可以充分發揮市場機制作用，平衡可再生能源電力消納成本，實現資源最優化配置。后續，為進一步推進可再生能源消納責權制度，發揮好市場機制在促進清潔能源電力消納當中的作用，需要盡快通過相關支持政策推進省內綠色證書交易市場建設，完善可再生能源電力配額制，激勵各責任主體對新能源電力消納的積極性。

(六)加強科技人才支撐

實現電力行業清潔發展、低碳轉型，離不開核心技術的突破和管理模式的創新，歸根結底有賴于專業型、創新型人才匯聚形成的推動力。2018 年以來，山西省多個地市出臺人才引進政策。以太原市為例，2018 年，人社部門為4090 人次發放人才引進補助；2019 年增加至14433 人次；2020 年達到23585 人次；2021 年預計達3 萬余人次。從數據來看，近年來高層次專業人才回流逐年上升，政策成效明顯。未來可以采取更為柔性的引進方式，實施項目合作、候鳥合作、網絡平臺合作等人才戰略，加強頂層設計，提升人才政策協同效應，促進當地人才結構的改善與經濟的發展轉型。山西省還可以結合自身特色產業打造并推廣形象，積極爭取國家政策支持和財政保障，進一步提升人才吸引力和區位競爭力。