电力系统如何逐步零碳化？

“我国电力装机容量近23亿千瓦，其中可再生能源发电装机占比超过40%。实现碳达峰需要电力零碳先行，能源系统的碳中和也必须建立以零碳电力为核心的新型电力系统，所以电力系统要力争2040—2045年实现零碳化。”国家发改委能源研究所原所长周大地日前在国是论坛之“能源中国”会议上表示。

以零碳电力为核心的新型电力系统的核心特征在于新能源占据主导地位，但新型电力系统必须解决高比例新能源接入下系统强不确定性与脆弱性问题，所以保障电力系统稳定成为能源电力行业亟待解决的难题。

煤电中短期仍是主力电源

随着我国提出碳达峰、碳中和目标，新能源在一次能源消费中的比重不断增加，正在加速替代化石能源。相关研究显示，预计到2060年，“风光”装机占比将超过85%，发电量占比近70%。

“新能源发电的随机性、波动性、间歇性引发的电力供应安全稳定问题需要同步深化新型风险研究和防范，因此构建新型电力系统是分阶段的长期过程，任务艰巨且迫切。”国网能源研究院总工程师李健指出，“从电源角度看，火电这种高参数大容量的常规电源要向以新能源为主的海量微小电源转变，需要大量的同步并网，同时还有集中式和分布式控制并举的转变，整个调度运行控制面临的问题将更加复杂。”

今年9月以来，我国多地实施了力度不等的停电、限电措施，反映出从煤到电的能源基本盘出现了较为突出的供需失衡问题，也凸显了近中期煤电在电力保供中的“压舱石”角色。

截至2020年，我国火电装机占比已降至56.58%，其中煤电装机占比降至49%，但火电发电量占比仍接近七成。今年上半年，煤电发电占比又升至73%。业内人士认为，这样的电力生产结构决定了电力消费结构的高碳特征。“如果此时煤炭价格再度异常波动，电价矛盾将无法调和，我国能源结构对煤炭的依赖极易促发煤价异常升高。”

充分发挥存量煤电机组价值

在构建以新能源为主体的新型电力系统的背景下，如何引导煤电平稳转型？

国家发改委、国家能源局日前发布的《关于开展全国煤电机组改造升级的通知》（下称《通知》）指出，对供电煤耗在300克标准煤/千瓦时以上的煤电机组，应加快创造条件实施节能改造，对无法改造的机组逐步淘汰关停，并视情况将具备条件的转为应急备用电源。“十四五”期间改造规模不低于3.5亿千瓦。

“‘十四五’期间，煤电要有一定的发展空间。”华北电力大学经济与管理学院教授袁家海表示，“今年煤电升级改造方案目标为优化产业结构，推动高质量发展，使煤电向调峰和供热服务转变。”

袁家海坦言，在协调保供和减排双重约束下，煤电转型有三方面方向。“一是由高碳电源向低碳电源转变，煤电发展重点从提供电量电力转向灵活性服务、热电联产供热、耦合新能源发电；二是由主体基荷电源向调节型电源转变，近中期煤电主导地位缓慢弱化，煤电以稳定基荷为前提，从电量型电源转变为电力型电源，中长期煤电退出主体电源位置并向调节电源和补充电源转变，重点转向补足短时尖峰资源不足和提供灵活性支撑；三是分区域设计煤电转型，考虑区域电力发展的差异化特征，制定区域化的煤电转型策略。

利用电厂余热减少燃煤使用

除了发电，供热也是煤电的重要应用领域。在碳达峰、碳中和目标背景下，燃煤锅炉和燃煤热电联产在当前中国北方地区还普遍存在，造成北方地区的供热碳排放居高不下。据清华大学建筑节能中心测算，2018年我国建筑运行碳排放在21亿吨左右，约占全社会排放总量的1/5，其中北方城镇供暖能耗为2.12亿吨标煤、碳排放量约为5.5亿吨。

清华大学建筑学院建筑节能研究中心教授付林指出，当前中国清洁供热离碳达峰、碳中和目标仍有较大差距。“大量实践表明，电厂余热利用有利于大幅节能减碳，同时是确保供热的一个最佳途径。因此在能源转型过程中，要充分利用工业余热逐步减少城市中的燃煤使用。”

“传统燃煤供热的退出应循序渐进，用大型电厂排放的余热逐步替代城市的燃煤锅炉和小热电，在城市形成无碳无煤供热。为加快这一进程，需要进一步明确有关政策机制，以确保其保障实施。”付林说。

付林进一步建议，近期可先将煤电小机组和燃煤锅炉在10年之内逐步关停，未来20年内逐步退出30万千瓦级的电厂机组，在此基础上保留60万千万和100万千瓦的机组作为季节性的调峰，逐步助力“双碳”目标实现。