全面認識新能源發展的機遇與挑戰

華北電力大學新型能源系統與碳中和研究院 王志軒

碳達峰是實現碳中和路徑上的轉折點。減少二氧化碳排放是實現碳達峰碳中和目標的主要任務，主要措施是大力發展非化石能源，尤其是大力發展以風電、光伏發電為代表的新能源發電。2021年9月印發的《中共中央、國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》提出，到2030年，非化石能源消費比重達到25%左右，風電、太陽能發電總裝機容量達到12億千瓦以上；到2060年，非化石能源消費比重達到80%以上。由于我國水電裝機受技術條件及經濟性的影響，可開發的容量越來越少，核電發展受廠址條件、資源等約束也難以大規模持續開發，大力發展新能源發電將是提高我國非化石能源消費比重的重中之重。

國家《“十四五”現代能源體系規劃》把“到2025年，非化石能源消費比重提高到20%左右，非化石能源發電量比重達到39%左右”作為“能源低碳轉型成效顯著”的重要目標之一，同時提出了2035年“非化石能源消費比重在2030年達到25%的基礎上進一步大幅度提高，可再生能源發電成為主體電源”，進一步指出在“十四五”時期要“加快發展風電、太陽能發電”。

六方面考量新能源發展

一種能源替代另一種能源，不是能源品種的簡單替代，而是能源系統的整體轉型，并引導經濟社會的全面轉型。因此，新能源要實現大力發展，必須兼具獨特性和傳統性。獨特性表現在巨大的生命力，能夠成為推動能源系統與經濟社會轉型的根本動力；傳統性表現在與能源系統、經濟社會系統的融合，使之平穩轉型。這也是我國推進“雙碳”目標實施必須要堅持先立后破、傳統能源的逐步退出必須建立在新能源安全可靠替代的基礎上的要義所在。要實現新能源的大力發展，應從近零碳、可持續、新技術、規模化、商品屬性、可靠性6個方面來考量。

近零碳。近零碳是指新能源成為能源商品的全生命周期過程要達到近零碳排放。在不考慮碳移除或者碳交易情況下，現實中并不存在“零碳”商品能源。近零碳的概念并不統一，其涵義應是“零碳”一次能源在開發、轉換、加工為商品能源全生命周期中盡可能減少碳排放。

可持續。一方面是指新能源應具有“可再生性”，取之不盡、用之不竭；另一方面，新能源在開發利用全生命周期盡量減少對生態環境的“負外部性”影響，包括控制污染，減少對綠水青山、地表植被等的破壞等。

新技術。新技術是條件和動力要素。這里的“條件”是動態的、相對的，所有能源都不可能永遠是新能源，而現在之所以是新能源，關鍵的表征是新技術要素對新能源發展的貢獻仍然處于顯著甚至是指數型階段。同時，與傳統能源相比，新能源在某些方面仍然存在著不足和短板。因此，要持續不斷通過技術創新，極大發揮新能源的長處，著力克服其不足，保持其“新”的特性。

規模化。規模化是新能源“大力發展”的前提也是結果，反之，不成熟的新能源是不可能規模化和大力發展的。從宏觀層面看，規模化應當包括三個方面，有成熟的商業模式、有產業鏈基礎、在能源總份額中有一定比例。一般而言，新能源規模化才會更具有經濟性；規模化與標準化也是相輔相成的，二者互為推動。

商品屬性。商品屬性是新能源成熟的重要標志。不具有商品屬性的新能源，是難以通過市場檢驗的，也不可能成為主體能源或者電源主體。而成為商品能源的關鍵，是新能源必須以自身的特點和優勢與傳統能源進行市場競爭。

可靠性。可靠性是指能源供應的安全性、穩定性、便捷性、可備用性。能源電力的可靠供應可以從兩個方面理解：一是新能源自身具有一定的可靠性；二是在能源系統中有明確的定位，與能源系統一起提供能源電力的可靠供應。從新能源自身來看，安全性是指不因新能源大力發展而直接引起大規模能源供應的安全事件（包括不發生供應充足性風險和人身、財產安全風險），穩定性是指能源供應的連續性和可控性，可備用性是指具有一定的應對自然條件變化的能源供應能力，便捷性是指新能源發展對終端消費用戶盡量不產生福利損失。

大力推動新能源發展

新能源并不是六個方面全部得到“滿分”才能夠大規模發展，而是要從六個方面分析新能源及傳統能源各自的特點，以促進新能源不斷創新和能源體系逐漸適應新能源特性，快速、平穩實現“雙碳”目標下的能源轉型。

我國新能源經過近20年的發展有了長足的進步，光伏發電、風電得到了大力發展。從近零碳方面看，全生命周期的光伏發電組件如晶硅材料生產技術的進步使碳排放強度不斷下降，環境污染不斷改善。從可持續性看，太陽能及風能生來就是可持續的，且在開發過程中不斷完善生態環保要求和措施。從新技術看，通過不斷創新使新能源發電效率不斷躍上新臺階，運用數字化技術、電力電子技術、新型儲能技術等使新能源與微電網及大電網的融合性不斷提高。從規模化來看，我國光伏和風電的裝機容量與自身比，在經歷了十多年的超高速發展階段后，累積并網均達到2億千瓦以上，且占我國新增電力裝機的主要部分。從商品屬性看，對新增的新能源發電上網電價補貼已經絕大部分取消或大量削減，新能源在一定程度上參與到電力市場之中。從安全性、穩定性、便捷性、可備用性幾個要素看，新能源發展都有不同程度的進步，特別是隨著新能源發電在終端能源消費比重中的提高，對于減少我國石油對外依存度高帶來的能源安全風險將逐步發揮重要作用。因此，不論從推進“雙碳”工作要求上、從新能源發展積累的經驗上，還是從新能源與傳統能源協同上、從對新能源技術發展預測上，我們都對新能源大力發展有充分信心。

低碳性、可持續性、新技術潛力以及規模化應用，為新能源發展提供了長期利好以及實踐經驗。無論是從“雙碳”“1+N”政策體系看，還是從“十四五”規劃綱要看，以及從“十四五”現代能源體系規劃看，大力發展新能源有了目標、規劃、政策措施、能源改革等方面的大力支持，具有十分廣闊的發展空間。

新能源發展面臨的挑戰

從能源系統和經濟社會系統看，新能源與傳統能源相比還存在不同程度的差距，尤其是在穩定性和商品能源屬性兩個方面還存在較大差距。

從光伏、風電的發電特性看挑戰。光伏、風電特點是能量密度低，隨機性、波動性、不穩定性強，這些特點與新能源的可再生性一樣與生俱來，是客觀規律使然。能量密度低，說明了要大量占用土地或者其他地表資源，除了必要的分散式開發外，仍然需要新能源在大范圍優化配置，從而需要電能輸送以及與其他能源電力的匹配。隨機性、波動性、不穩定性三者間既有一定的獨立性，又互相影響，共同造成新能源發電在功率上可控性差、與用戶對電力電量需求的匹配性差、與大電網的運行規律協調性差，從而對電力平衡和電力系統穩定性產生不利影響。如中國煤電、水電、核電的年利用小時數分別可達5500小時、3500小時、7000小時左右，煤電、核電的利用小時數還可以更高，但是風力發電年平均利用小時數2200小時左右，光伏發電年平均利用小時數1200小時左右。更重要的是，即便是同樣的利用小時數或者同樣的可發電量，并不等于具有相同的電力支撐。根據已有數據，一些地區的光伏發電在電力平衡時出力幾乎為零。

從新能源應用方式看挑戰。新能源發電能量密度低、分布廣泛、便于分散使用，千家萬戶均可自發自用，但難以保證高質量用電，用戶仍然需要與電網連接。分布式電源是新能源發展的重要途徑，主要采用“自發自用、余量上網、電網調節”的運營模式。隨著分布式發電更多地接入配電網，由分布式電源和相關儲能、調控、保護設施構成的微電網和主動配電網增多，將更大地改變原有電力負荷特性，增加了電網調節難度，降低系統效能。新能源與其他傳統能源同處于一個電力系統中，這就形成了新能源與其他能源的耦合關系，但從認識規律到把握規律還需要采用數字仿真、物理模擬等手段深入研究。當新能源滲透率較低（比如少于10%）時，傳統電力系統安全穩定運行機制仍然可以應對新能源發電對系統的影響。但隨著新能源滲透率增加，影響機制更為復雜、影響范圍進一步擴大。

從新能源發展對儲能的影響看挑戰。當傳統電力系統的“源隨荷動”運行機制轉變為新能源發展條件下的“源網荷儲備”運行機制時，電力系統運行特點將發生根本性變化。傳統電力系統儲能主要配置在電網側。在新型電力系統中，為了適應不同地區、不同電源電力負荷特點，儲能會以多種方式配置在網、源、荷側，使傳統的單向電能配置模式改變成雙向、多向、多能配置模式；電力系統原有各個環節由區分明顯轉變為相互融合的部分不斷增大。為了滿足構建新型電力系統的要求，在電源側要有充足、穩定、具有一定靈活性的電源或用于調節的儲能設施（如抽水蓄能），在系統中不僅要設置必要的事故備用、負荷備用、檢修備用機組，也要有應對正常氣象條件如連續三四天的陰天或靜風天氣（在傳統能源電力體系下并不構成風險條件）給電力系統帶來新的能源安全風險的備用機組。這些機組如何既發揮好戰略備用作用，又能盡可能減少系統成本是一個需要深化研究的新問題。

“十四五”期間，盡管可再生能源快速發展，但發電量占比仍然較低，電力系統安全穩定風險層面的問題主要出現在局部環節，主要是解決局部新能源發展與電網協調問題，部分地區供需緊張問題，保障煤炭安全供應、防止由于電煤的量價大幅波動帶來的系統風險問題，以及進一步提高煤電機組的靈活性調節功能問題。

為了有效防范以上各種風險，新型電力系統必然是一個以可再生能源為主體，水電、核電、天然氣發電、儲能以及煤電等協調運行的多元電力體系。新能源逐步替代傳統化石能源的過程是一個持續數十年的漸進過程，中國碳中和目標年已經確定，能源替代過程既需要快速，也需要平穩。解決替代過程中新能源發展的種種問題與解決化石能源被替代中的問題同等重要，二者之間本質上是一個問題的兩個方面，需要同步規劃和實施。