聯合國環境規劃署（UNEP）于近日發布了一份題為《與自然和平相處》（Making Peace with Nature）的報告，指出地球正面臨著氣候變化、生物多樣性遭破壞及污染問題三大危機。報告的主要作者表示，長此以往“我們的后代將繼承一個充滿極端天氣事件的世界——這里海平面上升、動植物大量滅絕、有著不安全的糧食和水，以及未來暴發流行病的可能性越來越大的世界�！苯陙碛锌蒲形墨I報告，人類制造的碳排放已是全球火山碳排放的100倍；在過去的10～12年中，人類活動造成的二氧化碳排放總量與造成地球第5次物種大滅絕時的總量相當，達到約400億噸。呼吁減少人為碳排放的聲音逐年高漲，碳減排日益成為全球氣候治理的最大公約數，實現碳中和成為全球發展理念的又一次重大變革。
（來源：微信公眾號“中國電力企業管理” ID：zgdlqygl 作者：張安華）
我國向世界宣布力爭2030年前實現碳達峰和2060年前實現碳中和后，“中國30·60”目標迅速在全球傳開，被國際社會認為是自1992年聯合國達成《氣候變化框架公約》以來，應對氣候變化最重大的國家解決方案，將會給中國和全球帶來重要而深刻的積極影響，意義非凡。
碳中和目標的提出，意味著我國能源轉型將邁出更加積極的步伐，清潔能源的發展將獲得更好的社會與市場動力。有人說，清潔能源產業將迎來倍增的黃金時代，清潔能源產業要從目前的“小池塘”走向更加廣闊的“太平洋”。在預示著清潔能源將迎來更快發展之際，如何解決好未來的清潔能源消納問題，成為業界許多人關心的焦點與熱點。在群策群力的研討中，筆者提出一些自己的認知與思考。
避免用清潔能源發展的“躍進式”
應對碳中和進程的“壓縮式”
世界銀行及英國石油公司（BP）等有關國際組織和能源機構發布的數據顯示，歐盟及有關經合組織的國家和地區，從碳達峰到碳中和，跨度時間長達60年，而我國只有其一半的時間即30年，可謂是一個“壓縮式”進程，而且我國在這段時間還同時迎來了能源結構轉型、能源體制改革、能源體系再造等許多需要“壓縮式”進行和完成的大事。同時，這些發達國家或后工業化國家，是在實現了能源消費和碳排放“雙達峰、雙下降”的情景下奔向碳中和的，我國是在能源消費和碳排放“雙上升”的情景中起步奔向碳中和，2019年我國能源碳排放量高達98億噸碳當量，基數大、時間緊，難度遠超其他國家。
我們有盡快實現碳中和的強烈愿望，因為我國不僅是世界上受碳排放損失最大的國家，2018年損失高達3676億美元（世界銀行數據），相當于美國的2.1倍，占國民收入（GNI）的比重達到2.6%，明顯超出1.4%的世界平均水平，更重要的是我們有早日實現“美麗中國”的夢想，有早日建成人類環境共同體的理想。同時，我們也有快速發展清潔能源以促使早日碳達峰的基礎和能力，我國有全球最龐大的風、光發電設施制造和裝備力量，有建設和管理各種大型和超大型風、光發電場站的實踐與經驗。但是，我們不能憑著自己的強烈愿望毫無顧忌地“躍進式”發展風、光發電清潔能源。
經過多年的大力發展，我國風、光發電清潔能源規模的增長已經不僅僅取決于自身的制造裝備能力、技術進步水平、有關實踐經驗等，在一定程度上也取決于整個電力系統的重構速度。我國現有的電力系統是在以化石能源為主的基礎上建立起來的，雖然消納清潔能源的規模和效率一直在不斷提升，但是始終不盡如人意。2020年，我國風、光發電利用率有進一步的提升，但是棄風電量仍有166.1億千瓦時，同比上升0.5個百分點；棄光電量52.6億千瓦時，與上年基本持平。而從2020年第四季度的情況看，全國棄風電量49.7億千瓦時，同比上升23.3%；棄光電量18.3億千瓦時，同比上升38.6%。
清潔能源消納遇到問題，許多人首先想到的是電網，或認為電網建設滯后，或認為電網盡力不夠等。特別在電網公司是電力統購統銷的主體時，覺得電網公司承擔起清潔能源消納全部責任是理所當然的。但是，最終消納清潔能源的是電力用戶，不是電網，清潔能源的消納問題本質上是供需匹配問題。所以，清潔能源的消納靠的是整個電力系統，而不僅僅是電網。過去，在清潔能源上網電量還不是特別大的情況下，清潔能源的消納問題在電網方面的協調下可以得到相應解決，而當清潔能源電量超出一定規模后，僅靠電網來協調解決問題就非常困難。一般來說，當風、光發電量占到整個電力系統的40%以上時，傳統電網的調節方式便難以為繼。截至2020年底，我國風電、光伏并網裝機容量分別為2.8億千瓦、2.5億千瓦，合計占總裝機容量的比重約為24%，全年風電、光伏累計發電量7270億千瓦時，占全年總發電量的比重約9.8%；根據國網能源研究院發布的數據顯示，2060年我國陸上風電、光伏發電兩者裝機容量占比之和將達到約60%，兩者發電量占比之和將達到約45%，應對如此高比例的風、光清潔能源消納問題，僅靠在現有的系統運行模式上進行修修補補是不行的。不僅需要電源、電網等在構成形態上發生高質量的轉變，更為關鍵的是電力系統要與時俱進地進行高質量的轉型、重構、再造。而這需要時間。
所以，我們不能憑著早日實現碳中和的強烈愿望，盲目地推動風、光等清潔能源大干快上。要防止出現激進的、與電力系統轉型優化發展不相適應的清潔能源急速發展情況，避免出現相互攀比、只顧局部利益不顧大局、不講科學的急躁競爭情形，從而避免出現清潔能源消納的相關問題。實現碳中和，不是“百米沖刺跑”，而是一場長達多年的“馬拉松”，不能操之過急。
當然，在防范“速勝”思想以免導致欲速則不達的同時，也要防止過分“穩健”而導致后期出現被動局面。今年是實現“中國30·60”目標的開局之年，相關方面應該認真謀劃、科學研判，制定好與碳中和進程相適應的清潔能源階段性發展規劃，使清潔能源實現速度與質量的平衡發展。尤其是要確保到2030年風電、太陽能發電總裝機容量達到12億千瓦以上，這是確保我國如期實現碳達峰和碳中和的重要底線。
抓住碳中和背景下能源發展重點
克服清潔能源消納相關難點
國家統計局于2020年2月發布的《2019年國民經濟和社會發展統計公報》顯示，2019年末全國大陸城鎮常住人口8.48億人，常住人口城市化率從1990年的26.4%上升到了2019年的60.6%。預計到2035年，這一比例將達到70%以上。有關資料顯示，我國只占全國土地面積13%的百強城市，居住著全國50%以上的人口，創造了全國70%以上的GDP。作為第二、三產業重要的空間載體，我國城市的經濟產出占比已經超過90%，其能源電力占比逼近95%。有國際環保組織呼吁，全球城市約占地球陸地面積的3%，卻產生了全球72%的溫室氣體排放。所以，碳中和的重點在城市。
當前中國的城鎮化正步入城市群都市圈時代。有關方面表示，預計到2030年，我國2億新增城鎮人口的80%左右將分布在19個城市群。以中心城市為引領的都市圈城市群，是當前以及未來支撐我國經濟高質量發展的主要平臺。城市的交通、基礎設施、第二和第三產業、信息和互聯網、居民生活等，需要大量的能源，尤其需要名副其實的清潔能源，是清潔能源具有廣闊前景的用武之地，是助力未來巨量清潔能源消納的“能源湖”。
能源技術在不斷進步，能源技術進步的核心是高效化、智慧化，從而要求未來能源體系的核心是電氣化。不論是城市能源結構轉型、能源系統重構、能源體系升級，還是城市能源網新建，主要發展方向是電氣化或再電氣化，電能在終端用能的比例將不斷上升。有關方面表示，目前我國的交通用能領域電氣化率只有約1%，2050年要上升到30%以上；目前建筑用能領域的電氣化率若在25%左右，2050年要提升至60%以上；目前工業用能的電氣化率約為30%，2050年要提高到70%以上。據有關方面研究測算，未來僅在交通、建筑、信息領域的電能替代所產生的電力需求，就相當于新增一個電力系統。
按照工信部提出的2025年全國電動車保有量3000萬輛測算，屆時其年用電量將達到約500億千瓦時。如果運用有關技術能夠使電動汽車自有電池的電力與電網的電力實現交互利用，將可以大力增強電力系統調節的靈活性，甚至可以重構電力系統調峰儲能模式，進而有力提升清潔能源消納占比水平。
隨著碳中和目標的不斷推進，光伏發電將會在城市能源發展方面發揮重要作用。在光伏發電與儲能成本不斷下降的情景下，分布式光伏+儲能，將可以大量應用于智慧建筑、智慧城市管理、信息數據處理、科研基地、工業園區、光伏車棚、光伏充電、光伏幕墻、移動光伏電源、居民生活用電等許多方面。有關研究表示，在信息領域，2025年的5G基站總需求將會達到約600萬個，僅此一項的年用電力需求即達到1000億千瓦時。而數據中心的能源需求，2025年的用電量可達4000億千瓦時。
所以，我們要不斷提升城市能源體系建設理念，抓住城市能源體系變革、升級與發展的巨大機遇，做好清潔能源發展的科學布局，提升清潔能源的消納水平。要改變對于我國能源稟賦“缺油、少氣、多煤”的傳統理解，風能、太陽能等能源同樣是我國能源稟賦中的重要資源，在做能源規劃和建設布局時應將所有能源類型一視同仁加以科學考慮。破除過去依賴“西電東送”、“北煤南運”等平衡能源供求思維，樹立起“外來能源與身邊能源相結合”、“集中式供電與分布式發電相結合”等新的能源平衡思想。通過數字化、網絡化、智能化等現代科學技術，因地制宜地積極發展分布式能源、虛擬電廠、微型電網、綜合能源系統、智慧能源系統、風光儲一體化、發供用一體化、海上陸面地下能源資源相結合等能源系統，不斷創新能源利用模式、能源管理方式、能源發展形式，減少清潔能源長距離輸送，提高清潔能源就地生產和消納水平，使用能負荷地的能源資源得到充分、有效、合理利用，使清潔能源的消納障礙最大程度地得到化解。
不斷提高清潔能源出力的可預測性
整體提升電力系統的靈活性
風、光發電清潔能源之所以會遇到較大的消納問題，其中一個重要原因是其發電出力具有較大的難以預測性。其出力曲線往往與負荷曲線不相匹配，有些情況下甚至是背道而馳。如果清潔能源的可預測性能夠達到傳統能源的可預測性水平，可以在很大程度上減少清潔能源消納的障礙。
我國目前風、光發電清潔能源的預測水平，一般認為日前預測精度小于40%，兩三個小時預測精度在80%左右，而國外較先進的預測水平24小時準確率達到90%以上，說明我國風、光發電清潔能源的出力預測水平尚有較大的提升空間。
我國目前的風、光發電清潔能源，占比還相對較小，還屬于扶植照顧對象，出力的預測性差、波動性大，對系統產生的一些問題和困難，電網和傳統能源會盡力幫助解決，清潔能源可以在一定程度上“任任性”；將來清潔能源的占比要大幅提高，成為主體能源，一些傳統能源被擠走，不能再出力相幫了，清潔能源要承擔起主體責任，也無法再“任性”了。所以，提高出力的預測性，平衡好出力的波動性，是風、光發電清潔能源必須要跨越的鐵檻。
為了盡快適應“中國30·60”目標對清潔能源高占比要求，上述問題的解決，時間上不宜拖延，速度上不能慢慢來，而是應盡快提上議事日程。
提高風、光發電清潔能源出力的可預測性，除了要提高對風速風向、光照強度等天氣因素預測的準確性、增強預測的持續性等，更重要的是要利用現代科學技術提升預測的科學化智慧化水平，創新預測手段和方式，并借助國外的先進經驗，對標先進的實踐典范，開拓性、創造性地開展相關工作，持續性、強制性提高有關工作能力。從而使清潔能源的消納水平不斷獲得提升。
當然，提升風、光發電清潔能源的消納水平，增強電力系統應對清潔能源擾動的靈活性，也是一個非常重要的問題。關于靈活性，不是新話題，業界已議多時。這里想提出的是，增強靈活性，不能只盯著煤電，而是要整體性提高電力系統的靈活性。
一是因為煤電之外，加入其他因素參與靈活性調節，效果也同樣不錯。有研究團隊報告，讓氣電、儲能及需求響應等多種資源參與系統調節，棄風電量可減少近40%，煤電啟停次數可下降近30%。二是推進“源網荷儲一體化”、“風光水火儲一體化”等也可以較好地增加系統調節的靈活性。三是煤電的靈活性改造技術、成本投入和環境影響等存在局限性。四是如果只是指望煤電來解決靈活性問題，將會使煤電的減量化進程大受影響，進而影響碳達峰目標的實現進程。
解決清潔能源的消納問題，既不能僅僅依靠提升煤電的靈活性，也不能僅僅依靠電源側的靈活性改進，而是應該多管齊下、綜合施策，電源側與需求側共同努力，源網荷與配送儲共同提升，數字化與智慧化攜手共進。
當然，解決清潔能源消納問題的根本性辦法，是努力構建適應大規模高比例清潔能源發展的新型電力系統。當前的電力系統是以傳統能源為基礎建立起來的，只有進行整體性變革或重構，才能迎來適應清潔能源大發展的嶄新局面。
本文刊載于《中國電力企業管理》2021年02期，作者系中國社會科學院可持續發展研究中心副主任
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