“双碳”目标下电力安全性与经济性分析及思考

“双碳”目标下电力安全性与经济性分析及思考

商洪铨  ,胡子昂  ,樊艳敏

河南恒海动力科技有限公司   河南 郑州  450000

摘要：随着社会经济的发展，引发碳排放对气候的不良影响，减少碳排放已达成全球共识，我国提出在2030达到“碳达峰”，2060年达到“碳中和”的双碳目标，在此背景下，中国以燃煤发电为主的电力结构的低碳转型具有重要意义，同时也面临巨大挑战。本文从“双碳”目标出发，对高比例新能源接入情况下电力系统稳定和电力经济进行分析与思考，为电力行业发展、相关技术研究及政策出台提供参考方向，并为保障电力系统安全提供一些解决思路，以促进电力行业稳步推进“双碳”目标的实现。

关键词：双碳；电力；安全性；经济性

引言

电力是国家重要的基础能源，电力行业对促进国家经济发展和社会进步发挥了重要作用。2020年，我国提出了二氧化碳排放量力争在2030年达到峰值，2060年前实现“碳中和”的“双碳”目标。为了实现“双碳”目标，我国能源正在快速转型，大规模新能源在迅速发展，但由于其不确定性和随机性，给电力系统运行的安全可靠性带来一定影响。为解决这一问题，电力行业正快速增加如储能设备、同步调相机等电力系统维稳设备的数量，这将导致电力系统设备安装、维护费用大幅增加，给电力系统的经济运行带来挑战，打破了目前电力系统安全性与经济性的平衡。为了在安全与经济之间寻找到新的平衡点，有必要提出“双碳”目标下的电力安全性与经济性的解决思路。

1电力系统低碳转型目标

随着我国社会经济的发展，工业化进程的推进，我国的碳排放占全球碳排放总量的比重逐渐增大，已成为碳排量最大的国家。由于碳排放引起的温室效应以及其他的环境污染问题成为了全球关注的热点，也是亟待解决的问题。不可再生的化石能源的燃烧是碳排放的主要来源，我国电力行业主要以火电为主，因而控制电力系统的碳排放量对于实现碳排放和碳中和目标至关重要。因而需要从长远角度制定电力系统结构的低碳发展目标。有关研究结果表明，在实现2°C温升目标可能性>66%情景下，中国2012~2100年年剩余排放空间仅为2571亿吨，考虑在2050年前将碳预算全部用完的情况下，2012~2050年均排放量也仅为56亿吨，我国的减排形势十分严峻。作为碳排量占比最大的电力行业，其碳减排的空间相对于其他会产生二氧化碳气体的行业相比相对较大，因此电力系统实现低碳转型，对实现我国的碳减排目标具有重要意义。因而电力系统必须开发低碳技术，最大程度地利用清洁能源，到2050年实现我国的深度碳减排目标，碳排放量同期相比下降80%，我国的电力系统在2050年需要达到零碳排放，贡献-15亿吨左右的负排放空间。

2“双碳”目标下电力行业面临的挑战

2.1低碳电力系统稳定性问题

与传统能源相比，风电、光电等清洁能源易受到风能、太阳能等气候影响，其电力具有典型的间歇性和随机波动性，要实现构建以新能源为主题的新型低碳电力系统的目标，需要应对如下问题：第一，电力系统的可靠容量不足。风电、光伏因其自身出力特征，可靠性偏低。第二，传统大电网难以满足未来电力输送需求。长期以来，我国能源资源与负荷呈逆向分布，大电网是连接三北地区等资源区与中东部负荷区的重要途径。随着经济发展，各地区用电需求不断增加，传统电网将难以实现庞大的用电需求；第三，新能源电力系统无转动惯量。光伏发电利用半导体的光电效应将光能转变为电能，无转动惯量，风力发电转动惯量也严重不足。因此低碳电力系统如何保证供电稳定性是电力企业面临的一个巨大的挑战。

2.2.碳减排技术尚未成熟

CCUS碳捕获、利用与封存是应对全球气候变化的关键技术之一，受到世界各国的高度重视，在二氧化碳驱油等方面取得进展，但在产业化方面还存在困难。目前CCUS技术多处于实验阶段，成本较高，大规模工业化应用尚不成熟，如果在二氧化碳排放端进行CCUS技术升级会增加运行成本和能耗。因此，碳减排技术前景虽好，但是尚未成熟，且成本高昂，仍然需要大量的前期研发支出，那么对于电力企业而言，完全实行碳减排技术难度较大，在当前的技术水平下，未来需要足够重视碳减排技术的有效应用于升级。

2.3低碳发电投资具有不确定性。

对于电力企业而言，低碳发电投资具有不确定性，受能源结构调整、电力供需情况多变、化石燃料价格、碳排放价格等多种因素影响，其投资回报率不确定性较高，投资风险较高。此时电力行业更应该做好协调工作来推进各企业的节能减排、使用清洁能源供电的计划。

3“双碳”目标下电力安全性及经济性思考

在“双碳”目标的不断推动下，为解决未来可能出现的电力系统安全性与经济性问题，进行了以下思考：（1）研究电力供应安全保障措施，如寻找并开发如核能、氢能、页岩气等更加合适的发电能源、研究储能技术相关的协调运行及控制策略等。（2）研究电力系统安全运行保障措施，如建立一定容量的保障性电源及可调节性资源、建立相应的市场交易机制、加强先进技术研究等。（3）研究安全与经济协调措施，如对技术进行研究，以降低储能并网的应用成本、合理安排电网运行方式，降低电网损耗，提高电能运输效率等。（4）研究传统化石能源机组，开展减排有关研究，进行技术改造，降低化石能源机组发电碳排放量。

4“双碳”目标下电力行业的前景展望

“双碳”目标的实现是一场广泛而深刻地社会系统性变革，在我国快节奏、任务中的发展路径下，面对当代科技革命和产业变革带来的机遇与挑战，电力行业的脱碳要以更大的决心和更强的力度，围绕“双碳”目标加快产业低碳、无碳化转型。电力行业作为“双碳”目标实现的重要领域，其低碳发展对于我国“双碳”目标的实现具有重要意义和积极作用。促进电力系统低碳发展既是机遇也是挑战，电力行业要有发展转型的紧迫感和责任感，为国家的能源转型做出积极贡献。“十四五”时期，能源低碳转型首先要以节能为先，改变传统的非清洁能源发电方式，提升光伏、风电等可再生能源利用比例，因地制宜发展水能、氢能、太阳能、地热能、海洋能、生物质能发电，从而逐步形成以风、光、水和生物质清洁能源发电为主、以集中式和分布式新能源协同发展为基本特征、以碳捕捉、利用和封存等多种技术组合发电的新型电力系统。同时，通过依托大数据、人工智能、信息通信等前沿技术在绿色经济中的大规模应用，使科技与产业深度融合发展，提升重点行业用能效率，提升电网长期稳定安全运行及智能化水平，降低用能成本，构建系统完备、高效实用、智能绿色、可靠安全的电力产业链体系。

结束语

“双碳”目标的提出，要求电力系统进一步加快发电能源的转型升级。这将对未来电网的安全性与经济性带来一定影响，使得目前电力的安全性与经济性平衡方法将不再适用，因此，需要开发新型安全发电能源，为提供稳定可靠的清洁能源供应奠定基础。在电力系统中应建设一定容量的保障性电源，以确保电力系统具有灵活调节能力，提升电力系统安全稳定运行水平。要通过技术手段，降低电力系统储能设备成本，在电源、电网及用户侧降低能耗，提高能源利用效率，降低电力生产成本，保障电力经济性。对常规火电要进行改造升级及转型，进一步降低其碳排放量，推动“双碳”目标完成。

参考文献

［1］肖佳，梅琦，黄晓琪，等.“双碳”目标下我国光伏发电技术现状与发展趋势［J］.天然气技术与经济，2022，16（5）：64-69.

［2］舟丹.“双碳”目标下我国电力工业发展方向［J］.中外能源，2022，27（10）：30.

［3］冷俊，薛禹胜.“双碳”目标下新型电力系统发展路径的优化思路［J］.中国电力企业管理，2021（19）：11-13.

［4］储丽丽.双碳目标下新型电力系统发展路径［J］.数字通信世界，2022（7）：155-157.