為適應(yīng)未來數(shù)字化、智能化和電氣化進(jìn)程對電力需求的大量增加，對2060年全社會用電量需求的目標(biāo)值從初始16萬億千瓦時增長至22萬億千瓦時。9月5日，在第六屆未來能源大會院士論壇上，中國科學(xué)院院士、中國電力科學(xué)研究院名譽(yù)院長周孝信預(yù)測，在碳中和目標(biāo)、電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運行約束下，消費電量增長需求可通過非化石能源發(fā)電加速發(fā)展、化石能源發(fā)電低碳改造兩種技術(shù)路線得到滿足，前者需要電化學(xué)等各類新型儲能和抽水蓄能等技術(shù)支撐，后者則需結(jié)合火電機(jī)組綠色燃料替代或碳捕集利用改造等技術(shù)實現(xiàn)。初步情景分析表明，兩種路徑均可降低電力系統(tǒng)碳排放，助力實現(xiàn)碳中和目標(biāo)。未來我國電力系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)考慮上述各類技術(shù)研發(fā)應(yīng)用水平，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性對比，綜合應(yīng)用兩種技術(shù)路線，優(yōu)化系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)型路徑。

 

在向碳中和目標(biāo)演進(jìn)的能源消費結(jié)構(gòu)中，按照“雙碳目標(biāo)”和“先立后破”的總體發(fā)展思路，逐步向“碳中和”目標(biāo)轉(zhuǎn)型發(fā)展的中長期能源電力系統(tǒng)開展研究。

 

首先看全社會年用電量的增長，去年和今年年初做研究發(fā)現(xiàn)，用電量呈現(xiàn)常規(guī)增長。我們做了情景實物增長的情況。在2060年全社會用電量達(dá)到16萬億千瓦時，從2020年開始算起，每年平均增長不到2%。隨著人工智能的發(fā)展，各種大模型的建立，人工智能研究專業(yè)人士認(rèn)為未來用電量將會大幅度增加，查了近期資料，2030年、2035年國內(nèi)外都有增長，但真正需要多少，伴隨技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的情況會發(fā)生很大的變化，不宜預(yù)測。

 

今年，我們做了幾個方案研究。新的研究預(yù)測，2060年全社會用電量將達(dá)到22萬億千瓦時。我們根據(jù)這樣的預(yù)期做了兩個方案——實現(xiàn)碳中和的兩種技術(shù)路線：情景一是加快新能源發(fā)展，配置靈活性資源，滿足用電量需求、系統(tǒng)運行的需求，實現(xiàn)碳中和；情景二是保留適量火電機(jī)組，推進(jìn)低碳綠色改造，提供靈活性資源，實現(xiàn)碳中和。

 

情景一，到2045年、2055年，電量增長主要依靠非化石能源發(fā)電支撐；到2060年，化石能源僅有1.6億噸標(biāo)煤，占比4.3%，和2000年形成了鮮明的對比。

 

情景二，在保留一部分化石能源機(jī)組的背景下，我國的能源系統(tǒng)發(fā)生變化，到2060年，化石能源總量是6.2億噸標(biāo)煤，占比15.4%，相當(dāng)于一部分化石能源還保留著，非化石能源中的太陽能光伏和風(fēng)電相應(yīng)做了縮減。

 

對于電力系統(tǒng)有什么影響？

 

情景一，到2060年，非化石能源占比非常大，預(yù)計非化石能源電力裝機(jī)容量和發(fā)電量都超過總量的90%。如此之高的非化石能源占比使得電力系統(tǒng)運行起來需要更多的靈活性資源與之配合，這是起碼的條件。

 

情景二，化石能源裝機(jī)和發(fā)電量均在總量15%以下。氣電、煤電由于靈活性調(diào)節(jié)，不追求發(fā)電量而追求容量效應(yīng)，到2050年預(yù)計達(dá)到1240小時，2055年預(yù)計達(dá)到1310小時，2060年預(yù)計達(dá)到1500小時。

 

兩個情景不同點在于從靈活性資源來看，情景一需要更多的靈活性資源，包括新型儲能等配合。情景二需要對煤電機(jī)組、氣電機(jī)組進(jìn)行改造，而且運行小時數(shù)要很低才行。

 

下面講氫。在一次能源系統(tǒng)里面包含了氫能的利用。一些專家說氫是二次能源，我說是一次能源。水力發(fā)電在過去都是進(jìn)入一次能源消費，所以我想氫能也可以。光伏制完氫，拿來發(fā)電用或者交通等領(lǐng)域的適用，它和電一樣同樣可以作為一次能源，這是我的觀點。所以情景一和情景二都有氫能的需求，需求多少要看總量。我們預(yù)計發(fā)電和非發(fā)電應(yīng)用加起來要1億噸氫，情景一是1.32億噸氫，情景二是1.28億噸氫。所以1億噸及往上的規(guī)模，這個規(guī)模是大還是小，可行還是不行，現(xiàn)在只能作為宏觀研究提出一個數(shù)，供各方分析研判。我想隨著時間的推移，這些數(shù)肯定會更加清晰。

 

再講碳排放。2050年～2060年是碳中和的關(guān)鍵期。在情景一中，預(yù)計2050年碳排放比較高，能源系統(tǒng)排放達(dá)到16.81億噸。2055年預(yù)計能源系統(tǒng)碳排放7.84億噸，2060年預(yù)計能源系統(tǒng)碳排放3.32億噸，其中電力系統(tǒng)碳排放0.31億噸，已經(jīng)十分低了；在情景二中，預(yù)計2060年能源系統(tǒng)碳排放11億噸，其中電力系統(tǒng)占到8億～9億噸，如此高的排放量是不可接受的，要如何解決？我國提出改造傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組，以綠色原料的替代、混和物質(zhì)混燒、燒綠氨甚至包括停機(jī)備用等辦法。

 

新型能源系統(tǒng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行對現(xiàn)階段的電力系統(tǒng)提出了很大挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)是可以度量的，我提出了五性：

 

一是靈活性。靈活性是保持新型電力系統(tǒng)源荷平衡正常運行的必要條件。

 

二是韌性。韌性是電力系統(tǒng)應(yīng)對突發(fā)事變的必備條件。特別目前氣候變化帶來的極端氣候情況。

 

三是穩(wěn)定性。新型電力系統(tǒng)中主要是風(fēng)光等新能源，配上儲能，通過逆變器、變流器電力電子裝置等加進(jìn)去。與傳統(tǒng)的電磁式裝置不同，電子式裝置帶來很多振蕩的問題。

 

四是可靠性?，F(xiàn)在可靠性與過去大不相同，電力電子裝備目前來說過載能力較差，稍微一過就跳閘。現(xiàn)在有新型材料做電力電子器件，比如碳化硅，既耐高壓、壽命也長，只是目前成本過高。

 

五是經(jīng)濟(jì)性。新能源發(fā)展配儲能，裝置的配置將大幅提高用電成本，帶來價格的提升，這種情況下，如何減輕居民、工商業(yè)的負(fù)擔(dān)，是很重要的任務(wù)和指標(biāo)之一。

 

總結(jié)來說，為適應(yīng)未來數(shù)字化、智能化和電氣化進(jìn)程對電力需求的大量增加，對2060年全社會用電量需求的目標(biāo)值從初始16萬億千瓦時增長至22萬億千瓦時。在碳中和目標(biāo)、電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運行約束下，消費點亮增長需求可通過“非化石能源發(fā)電加速發(fā)展”“化石能源發(fā)電低碳改造”兩種技術(shù)路線得到滿足，前者需要電化學(xué)等各類新型儲能和抽水蓄能等技術(shù)支撐，后者則需結(jié)合火電機(jī)組綠色燃料替代或碳捕集利用改造等技術(shù)實現(xiàn)。

 

初步情景分析表明，兩種場景均可降低電力系統(tǒng)碳排放，助力實現(xiàn)碳中和目標(biāo)。未來我國電力系統(tǒng)發(fā)展應(yīng)考慮各類技術(shù)研發(fā)應(yīng)用水平，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性對比，也要結(jié)合兩個場景優(yōu)化整體轉(zhuǎn)型路徑。

 

需要強(qiáng)調(diào)的是，新型儲能一定是低成本和高可靠性的，綠色氫能的先進(jìn)性、技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性在其中極為重要。特別是綠色氫能及其衍生氣體液體燃料發(fā)電具有代替?zhèn)鹘y(tǒng)煤電和氣電的潛力，有可能成為未來電力系統(tǒng)提供高靈活性及應(yīng)對極端氣候條件下，系統(tǒng)韌性、安全保供和提供系統(tǒng)慣性的主要資源，與適應(yīng)電網(wǎng)中高度電力電子化發(fā)展的構(gòu)網(wǎng)型技術(shù)和裝備進(jìn)一步開發(fā)和廣泛應(yīng)用一起，有可能成為未來向碳中和演進(jìn)的電力系統(tǒng)得以安全穩(wěn)定可靠經(jīng)濟(jì)運行、具有全局性影響的關(guān)鍵技術(shù)和重要舉措。當(dāng)然這些技術(shù)還需要進(jìn)一步研究和開發(fā)。