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電力行業的低碳轉型是減少全球二氧化碳排放的關鍵。中國具有世界上最大的電力行業，產生的巨大碳排放量（幾乎等于歐盟國家的總排放）和大量燃煤電廠決定了其在全球應對氣候變化中的重要作用。近年來，國內外學者對于中國電力行業如何實現深度減排開展了很多研究。從轉型技術路徑來看，需要大力發展非化石能源發電技術，具體的差異體現在不同種類非化石電源的發展水平。現有研究中更多是從宏觀角度出發關注減排目標下電力系統未來的技術組合，模型模擬與微觀的現實問題（如分區域資源特性和區域間聯系、電力系統運行的技術特性、可再生能源接入下的電網穩定性等）聯系不緊密，因此未能給出現實可行且成本可負擔的轉型路徑和實施建議。

現(xian)實中，決策者在(zai)制定轉型路徑和(he)政策時(shi)，往(wang)(wang)往(wang)(wang)會考慮3方面關鍵因素(su)：轉型路徑成(cheng)本的準確評估；煤(mei)電(dian)(dian)(dian)資產(chan)的出路；系統性的政策建議。回(hui)答(da)上述3個問題需要具備電(dian)(dian)(dian)力系統的定量(liang)分(fen)析評估工具，能夠準確描述分(fen)區域(yu)特性、發電(dian)(dian)(dian)技術細節(jie)以(yi)及電(dian)(dian)(dian)力系統的運(yun)行過程，盡(jin)可(ke)能與實際物理系統保持(chi)一致(zhi)。

清華大學李政(zheng)教授(shou)團隊將(jiang)(jiang)具有(you)足夠(gou)時空(kong)分辨率和(he)技術(shu)精度(du)的(de)“自下而上(shang)”電(dian)(dian)力(li)系統模(mo)型應(ying)用于2℃/1.5℃目標下中國電(dian)(dian)力(li)行業(ye)低碳轉型的(de)研(yan)究，緊密結(jie)合模(mo)型模(mo)擬與政(zheng)策研(yan)究，圍繞決策部門(men)關注(zhu)的(de)核心問題，提(ti)出了切(qie)實可行的(de)中國電(dian)(dian)力(li)行業(ye)脫碳路(lu)徑和(he)實施方(fang)案。中國的(de)電(dian)(dian)力(li)行業(ye)轉型將(jiang)(jiang)為現(xian)在仍在大量上(shang)馬煤電(dian)(dian)以支(zhi)撐能源需(xu)求增長(chang)的(de)發展中國家(jia)提(ti)供借鑒，一方(fang)面可以提(ti)供從煤電(dian)(dian)為主(zhu)的(de)電(dian)(dian)力(li)系統向(xiang)低碳電(dian)(dian)力(li)系統轉型的(de)經驗，另一方(fang)面提(ti)醒這些國家(jia)避免(mian)煤電(dian)(dian)路(lu)徑鎖定。

摘要：電(dian)(dian)力(li)(li)行(xing)業的(de)(de)(de)(de)(de)(de)脫碳(tan)對于實(shi)(shi)(shi)現(xian)《巴黎協定(ding)》的(de)(de)(de)(de)(de)(de)減排(pai)目(mu)標至(zhi)關重要(yao)(yao)(yao)，但同時(shi)也面臨著(zhu)巨大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)困難和挑(tiao)戰(zhan)，具有(you)很強的(de)(de)(de)(de)(de)(de)復雜性和不確定(ding)性。為了給(gei)出現(xian)實(shi)(shi)(shi)可(ke)行(xing)且(qie)成(cheng)本(ben)可(ke)負擔的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)力(li)(li)低(di)碳(tan)轉型(xing)(xing)路(lu)徑(jing)，建立了具有(you)足夠(gou)時(shi)空分辨率和技(ji)(ji)(ji)術準確度的(de)(de)(de)(de)(de)(de)“自下(xia)而上(shang)(shang)”能源(yuan)系統模(mo)(mo)型(xing)(xing)來模(mo)(mo)擬與優化(hua)中國電(dian)(dian)力(li)(li)行(xing)業的(de)(de)(de)(de)(de)(de)未(wei)來發(fa)展(zhan)路(lu)徑(jing)。通過設置3種典型(xing)(xing)情景(jing)（基(ji)準情景(jing)、2℃情景(jing)和1.5℃情景(jing)），分析(xi)電(dian)(dian)力(li)(li)脫碳(tan)技(ji)(ji)(ji)術路(lu)徑(jing)以(yi)(yi)及(ji)(ji)相(xiang)應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)(shi)(shi)施(shi)方(fang)案(an)。結果表(biao)明(ming)，若(ruo)按照(zhao)當前(qian)(qian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)力(li)(li)發(fa)展(zhan)趨勢，將(jiang)不能實(shi)(shi)(shi)現(xian)《巴黎協定(ding)》規(gui)定(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)2℃/1.5℃目(mu)標，必(bi)須在當前(qian)(qian)基(ji)礎上(shang)(shang)加(jia)大(da)(da)可(ke)再生(sheng)能源(yuan)擴張、加(jia)快(kuai)燃煤(mei)電(dian)(dian)廠退(tui)(tui)(tui)出以(yi)(yi)及(ji)(ji)大(da)(da)規(gui)模(mo)(mo)部署碳(tan)捕(bu)集技(ji)(ji)(ji)術。未(wei)來30 a，風電(dian)(dian)和光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)(dian)需(xu)(xu)要(yao)(yao)(yao)逐漸轉變為主力(li)(li)電(dian)(dian)源(yuan)，年(nian)均(jun)裝機(ji)(ji)增(zeng)速達到當前(qian)(qian)水平的(de)(de)(de)(de)(de)(de)2~4倍。燃煤(mei)機(ji)(ji)組容量(liang)需(xu)(xu)要(yao)(yao)(yao)逐漸減少，部分機(ji)(ji)組甚至(zhi)要(yao)(yao)(yao)提前(qian)(qian)退(tui)(tui)(tui)役，這(zhe)將(jiang)導致燃煤(mei)機(ji)(ji)組的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平均(jun)壽命(ming)降(jiang)低(di)0.42~1.93 a，對應(ying)1 050億(yi)(yi)~6 550億(yi)(yi)元(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擱淺成(cheng)本(ben)。碳(tan)捕(bu)集技(ji)(ji)(ji)術需(xu)(xu)要(yao)(yao)(yao)大(da)(da)規(gui)模(mo)(mo)應(ying)用，尤其是煤(mei)炭生(sheng)物(wu)質(zhi)摻燒再加(jia)碳(tan)捕(bu)集裝置的(de)(de)(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)(ji)術，到2050年(nian)，電(dian)(dian)力(li)(li)行(xing)業的(de)(de)(de)(de)(de)(de)二氧化(hua)碳(tan)年(nian)捕(bu)集量(liang)達到8.9億(yi)(yi)~10.8億(yi)(yi)t。為了保障(zhang)上(shang)(shang)述轉型(xing)(xing)路(lu)徑(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)實(shi)(shi)(shi)現(xian)，需(xu)(xu)要(yao)(yao)(yao)處理好(hao)電(dian)(dian)網安(an)全穩定(ding)運行(xing)、煤(mei)電(dian)(dian)有(you)序退(tui)(tui)(tui)出、碳(tan)捕(bu)集技(ji)(ji)(ji)術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)部署以(yi)(yi)及(ji)(ji)轉型(xing)(xing)投資成(cheng)本(ben)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)問題。通過加(jia)大(da)(da)儲能等先(xian)進技(ji)(ji)(ji)術研發(fa)力(li)(li)度、建立存量(liang)煤(mei)電(dian)(dian)有(you)序退(tui)(tui)(tui)出機(ji)(ji)制、加(jia)快(kuai)碳(tan)捕(bu)集相(xiang)關技(ji)(ji)(ji)術的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研發(fa)與應(ying)用示范以(yi)(yi)及(ji)(ji)建立和完善綠色投融資機(ji)(ji)制等措施(shi)，可(ke)以(yi)(yi)有(you)效解決這(zhe)些(xie)問題。應(ying)對氣(qi)候(hou)變化(hua)是全人類共同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)責任，應(ying)當超(chao)前(qian)(qian)部署相(xiang)關措施(shi)和政(zheng)策，以(yi)(yi)實(shi)(shi)(shi)現(xian)2℃/1.5℃目(mu)標下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)中國電(dian)(dian)力(li)(li)低(di)碳(tan)轉型(xing)(xing)。

電力行業長期發展規劃模型

本文提出(chu)的模(mo)型(xing)旨在聯合優化電力行(xing)業的長期發(fa)展規劃和(he)短期運行(xing)調(diao)度(du)，最終得出(chu)最優的電力裝(zhuang)機類型(xing)、容量、建設時間和(he)地(di)點以及運行(xing)調(diao)度(du)策略。該模(mo)型(xing)涵蓋了13種發(fa)電技(ji)術：亞(ya)臨界(jie)和(he)超(chao)(chao)臨界(jie)燃(ran)(ran)煤(mei)發(fa)電、超(chao)(chao)超(chao)(chao)臨界(jie)燃(ran)(ran)煤(mei)發(fa)電、配(pei)備碳(tan)捕(bu)集(ji)裝(zhuang)置的燃(ran)(ran)煤(mei)發(fa)電、天然氣(qi)聯合循(xun)環(huan)發(fa)電、核電、水電、陸(lu)上(shang)風電、海上(shang)風電、集(ji)中式光伏、分布式光伏、生(sheng)物質發(fa)電和(he)配(pei)備碳(tan)捕(bu)集(ji)裝(zhuang)置的煤(mei)炭-生(sheng)物質摻燒發(fa)電。

模型(xing)具有較高的(de)時空(kong)分(fen)辨率和(he)(he)技術(shu)(shu)精(jing)度(du)。在(zai)(zai)(zai)空(kong)間尺度(du)方(fang)面，根(gen)據(ju)資(zi)(zi)源稟賦和(he)(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)網結構，將(jiang)中國分(fen)為(wei)17個(ge)(ge)區(qu)域。區(qu)域間現(xian)有的(de)和(he)(he)已(yi)規劃在(zai)(zai)(zai)建的(de)輸(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)線路被作為(wei)輸(shu)入參數考(kao)慮在(zai)(zai)(zai)內，未來長期的(de)輸(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)線容量設置為(wei)待(dai)優(you)化變量。在(zai)(zai)(zai)時間尺度(du)方(fang)面，為(wei)了反(fan)映(ying)電(dian)(dian)(dian)(dian)力需(xu)求和(he)(he)可再生能源資(zi)(zi)源的(de)季節(jie)(jie)和(he)(he)逐時變化特性(xing)，模型(xing)將(jiang)每年劃分(fen)為(wei)4個(ge)(ge)季節(jie)(jie)（春(chun)季、夏季、秋季、冬季），在(zai)(zai)(zai)每個(ge)(ge)季節(jie)(jie)中選取一個(ge)(ge)典型(xing)日，總共得(de)到(dao)96個(ge)(ge)時間窗口，以刻畫小時級(ji)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)力平(ping)衡。根(gen)據(ju)實際電(dian)(dian)(dian)(dian)力系(xi)統特性(xing)，模型(xing)中還考(kao)慮了負荷(he)分(fen)配(pei)過(guo)程中發電(dian)(dian)(dian)(dian)技術(shu)(shu)的(de)運行特點(dian)和(he)(he)約束(shu)條件，如火電(dian)(dian)(dian)(dian)機組的(de)負荷(he)運行區(qu)間和(he)(he)爬坡速度(du)等。

低碳轉型路徑分析

2.1電力行業(ye)的(de)困局

根(gen)據(ju)中(zhong)(zhong)(zhong)國2050年(nian)現(xian)代化目(mu)標，能(neng)源需求(qiu)預計還將(jiang)(jiang)持(chi)續增(zeng)長(chang)(chang)，到2050年(nian)總量趨于穩(wen)定。煤炭是中(zhong)(zhong)(zhong)國一次能(neng)源消(xiao)費(fei)主體，2017年(nian)煤炭消(xiao)費(fei)占比約(yue)60%，碳排放占比約(yue)80%。中(zhong)(zhong)(zhong)國的(de)(de)煤炭消(xiao)費(fei)量約(yue)50%用(yong)于發(fa)電(dian)(dian)(dian)，其(qi)余終端使用(yong)領域(yu)包括工(gong)業(ye)、交通和住(zhu)宅炊事等。其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)前5位行業(ye)（鋼鐵、建材(cai)、化工(gong)、有色金(jin)屬和制造業(ye)）消(xiao)費(fei)煤炭的(de)(de)總占比約(yue)45%，主要(yao)和基礎設(she)(she)施(shi)以(yi)及工(gong)業(ye)生產(chan)設(she)(she)施(shi)建設(she)(she)相(xiang)關。隨著(zhu)中(zhong)(zhong)(zhong)國城鎮化和工(gong)業(ye)化的(de)(de)逐漸完成，基建需求(qiu)逐漸飽和，煤炭在這些領域(yu)的(de)(de)使用(yong)會減少。與(yu)此同(tong)時，隨著(zhu)用(yong)電(dian)(dian)(dian)水平(ping)以(yi)及終端部門電(dian)(dian)(dian)氣化程(cheng)度的(de)(de)提高，電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)(li)需求(qiu)將(jiang)(jiang)快(kuai)速增(zeng)長(chang)(chang)，增(zeng)速要(yao)快(kuai)于能(neng)源需求(qiu)增(zeng)長(chang)(chang)速度。如(ru)果非煤電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)(li)的(de)(de)發(fa)展(zhan)速度不(bu)(bu)足以(yi)覆蓋新增(zeng)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)(li)需求(qiu)，將(jiang)(jiang)不(bu)(bu)得不(bu)(bu)繼續依賴燃煤發(fa)電(dian)(dian)(dian)，從(cong)而導致電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)(li)部門煤炭消(xiao)費(fei)量的(de)(de)增(zeng)加。按照當前的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)(li)發(fa)展(zhan)趨勢，到2030年(nian)，非煤發(fa)電(dian)(dian)(dian)量的(de)(de)年(nian)均增(zeng)速為5.35%，大(da)約(yue)可(ke)以(yi)滿(man)足2.02%的(de)(de)年(nian)均電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)(li)需求(qiu)增(zeng)長(chang)(chang)。因此，如(ru)果電(dian)(dian)(dian)力(li)(li)(li)需求(qiu)的(de)(de)年(nian)均增(zeng)速大(da)于2.02%，則電(dian)(dian)(dian)煤消(xiao)費(fei)量仍(reng)將(jiang)(jiang)繼續增(zeng)長(chang)(chang)。

從(cong)中國能(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統總體來看(kan)，雖(sui)然(ran)煤炭(tan)消(xiao)費總量會逐漸減少，但會向電(dian)(dian)(dian)力(li)行業(ye)集中。因(yin)此(ci)(ci)，電(dian)(dian)(dian)力(li)行業(ye)陷(xian)入困局：一方面，更(geng)(geng)易(yi)脫(tuo)(tuo)碳(tan)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)力(li)行業(ye)本應該是能(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統中脫(tuo)(tuo)碳(tan)的(de)(de)(de)排頭(tou)兵；另一方面，由(you)于終端(duan)電(dian)(dian)(dian)氣化(hua)水(shui)平提高所導(dao)致的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)力(li)需(xu)求大幅增加使得電(dian)(dian)(dian)力(li)行業(ye)可能(neng)(neng)仍(reng)需(xu)增加煤炭(tan)消(xiao)費，從(cong)而造成(cheng)脫(tuo)(tuo)碳(tan)速度(du)滯后。此(ci)(ci)外(wai)，整(zheng)體能(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統不同(tong)的(de)(de)(de)低碳(tan)轉型(xing)力(li)度(du)，對應著不同(tong)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)氣化(hua)水(shui)平提升速度(du)。為(wei)了實現2℃和1.5℃的(de)(de)(de)氣候目(mu)標(biao)，電(dian)(dian)(dian)氣化(hua)進程需(xu)要進一步加快(kuai)，從(cong)而導(dao)致更(geng)(geng)快(kuai)增長(chang)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)力(li)需(xu)求，這對于電(dian)(dian)(dian)力(li)行業(ye)的(de)(de)(de)脫(tuo)(tuo)碳(tan)將(jiang)形(xing)成(cheng)更(geng)(geng)大的(de)(de)(de)挑戰(zhan)。在此(ci)(ci)情況下，電(dian)(dian)(dian)力(li)行業(ye)在整(zheng)體能(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統低碳(tan)轉型(xing)中的(de)(de)(de)角色將(jiang)更(geng)(geng)加重要，因(yin)此(ci)(ci)非(fei)常有必要研究與設計其發展路徑，從(cong)而以電(dian)(dian)(dian)力(li)行業(ye)的(de)(de)(de)低碳(tan)化(hua)支撐終端(duan)用能(neng)(neng)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)氣化(hua)，實現全經濟口徑脫(tuo)(tuo)碳(tan)。

2.2轉型情景

針對(dui)中國(guo)電(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)行業(ye)當(dang)前面臨(lin)的(de)(de)困局，本研究設(she)計了3個情(qing)(qing)(qing)景(jing)來定(ding)(ding)量(liang)(liang)分析電(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)低(di)(di)碳(tan)轉型(xing)過程(cheng)，即(ji)基準(zhun)情(qing)(qing)(qing)景(jing)（BAU），2℃情(qing)(qing)(qing)景(jing)（2DS）和1.5℃情(qing)(qing)(qing)景(jing)（1.5DS）。基準(zhun)情(qing)(qing)(qing)景(jing)（BAU）是對(dui)當(dang)前電(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)行業(ye)發(fa)展趨勢(shi)的(de)(de)延(yan)伸，并(bing)作為比(bi)較的(de)(de)基礎。2℃情(qing)(qing)(qing)景(jing)（2DS）和1.5℃情(qing)(qing)(qing)景(jing)（1.5DS）中，電(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)低(di)(di)碳(tan)轉型(xing)將分為2個階段：①2030年前，在基準(zhun)情(qing)(qing)(qing)景(jing)的(de)(de)基礎上加大非化石能源發(fa)展力(li)(li)(li)(li)度(du)，到(dao)2030年非化石能源發(fa)電(dian)(dian)量(liang)(liang)在總發(fa)電(dian)(dian)量(liang)(liang)中的(de)(de)占比(bi)達(da)到(dao)50%。②2030年后，設(she)定(ding)(ding)與《巴(ba)黎(li)協定(ding)(ding)》中的(de)(de)全球碳(tan)減(jian)排目(mu)標一致(zhi)的(de)(de)碳(tan)排放預(yu)算（其中1.5℃情(qing)(qing)(qing)景(jing)設(she)定(ding)(ding)2050年實現凈零排放），采用目(mu)標倒逼機制來研究電(dian)(dian)力(li)(li)(li)(li)行業(ye)脫碳(tan)路徑。

從不(bu)同情(qing)(qing)景(jing)下(xia)中國電力行(xing)業2018—2050年(nian)的(de)年(nian)度和累(lei)計CO2排(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)量可以看到，相比于基準情(qing)(qing)景(jing)，2℃情(qing)(qing)景(jing)和1.5℃情(qing)(qing)景(jing)中由于在2030年(nian)前(qian)(qian)采(cai)取了(le)更(geng)強(qiang)化的(de)減排(pai)(pai)(pai)措施，電力行(xing)業的(de)碳排(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)達峰(feng)時(shi)間從2029年(nian)提前(qian)(qian)至2023年(nian)，碳排(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)峰(feng)值從44.1億t降(jiang)(jiang)低至40.9億t，更(geng)嚴格的(de)碳排(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)預算(suan)倒逼電力碳排(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)在2030年(nian)后進一步加(jia)速(su)下(xia)降(jiang)(jiang)。基準情(qing)(qing)景(jing)中的(de)累(lei)積CO2排(pai)(pai)(pai)放(fang)(fang)(fang)量已經超限，這意味著當前(qian)(qian)的(de)減排(pai)(pai)(pai)努力還無(wu)法實現《巴(ba)黎協定》的(de)氣候目標。

2.3脫碳路徑及(ji)實施方(fang)案

電(dian)力(li)行業的低(di)碳(tan)轉型本質(zhi)上(shang)是從高(gao)碳(tan)電(dian)力(li)向低(di)碳(tan)電(dian)力(li)的轉變(bian)。一方(fang)面要避免新(xin)增排放，如大力(li)發展非化(hua)石電(dian)力(li)來滿足增量電(dian)力(li)需求。另一方(fang)面要降低(di)現有(you)化(hua)石能(neng)源發電(dian)設(she)施的存(cun)量排放，如壓縮其(qi)使用壽命或(huo)配備碳(tan)捕集與(yu)埋存(cun)（CCS）技術(shu)(shu)。與(yu)此同時(shi)，近年來生物(wu)質(zhi)發電(dian)加(jia)CCS（BECCS）作(zuo)為一種負(fu)排放技術(shu)(shu)受(shou)到學術(shu)(shu)界(jie)的廣泛關注，但也存(cun)在生物(wu)質(zhi)資源和土地(di)資源限(xian)制的問題。基于中國擁(yong)有(you)大量燃煤(mei)電(dian)廠的實際國情，煤(mei)炭-生物(wu)質(zhi)摻燒發電(dian)再加(jia)上(shang)CCS的技術(shu)(shu)（本研究(jiu)將其(qi)命名為Partial-BECCS，簡稱(cheng)PBECCS）是一個具(ju)有(you)發展前景的技術(shu)(shu)，因為該(gai)技術(shu)(shu)可以充分利(li)用現有(you)燃煤(mei)機組進行深度(du)減排。

總體來看，電(dian)力行業的深度脫碳取決于(yu)可(ke)再生能(neng)(neng)源（尤(you)其是(shi)風能(neng)(neng)和(he)(he)太(tai)陽能(neng)(neng)）的迅速(su)擴張(zhang)、燃煤電(dian)廠(chang)的加(jia)速(su)淘汰以及(ji)CCS的使用。結果表明，到2050年，如(ru)果將可(ke)再生能(neng)(neng)源發(fa)電(dian)量比(bi)重增加(jia)至(zhi)68.2％（2℃情(qing)(qing)景(jing)(jing)(jing)）和(he)(he)69.1％（1.5℃情(qing)(qing)景(jing)(jing)(jing)），將燃煤發(fa)電(dian)量（不含煤電(dian)CCS和(he)(he)PBECCS電(dian)廠(chang)）比(bi)重減少至(zhi)1.1％（2℃情(qing)(qing)景(jing)(jing)(jing)）和(he)(he)0.1％（1.5℃情(qing)(qing)景(jing)(jing)(jing)），并將煤電(dian)CCS和(he)(he)PBECCS的發(fa)電(dian)量比(bi)重之和(he)(he)增加(jia)至(zhi)9.9%（2℃情(qing)(qing)景(jing)(jing)(jing)）和(he)(he)12.4%（1.5℃情(qing)(qing)景(jing)(jing)(jing)），便(bian)可(ke)以實現2℃和(he)(he)1.5℃的減排目標。

為了保障上述脫碳路徑的(de)實(shi)現，核心是要解決好幾個關鍵(jian)問題，并給(gei)出(chu)相應(ying)的(de)實(shi)施方案(an)，包括可再生能源的(de)發展、煤(mei)電退出(chu)、CCS/PBECCS的(de)部署和轉(zhuan)型投資(zi)成本。

1）可再生(sheng)能源的發展

發(fa)展可再生(sheng)(sheng)能源是(shi)實現(xian)電力(li)低碳轉型(xing)的(de)基本(ben)手段，需要從3方面考慮(lv)，一是(shi)總體發(fa)展規模和速(su)度，二是(shi)區(qu)域間的(de)資源匹配，三是(shi)高比例(li)可再生(sheng)(sheng)能源接入后(hou)的(de)電網(wang)穩定性(xing)。

為了發(fa)展滿(man)足(zu)減排目標(biao)要求的(de)可再(zai)生(sheng)能源規模，2030年前，即“十四五”、“十五五”期間，應將風電和太(tai)陽(yang)(yang)能發(fa)電的(de)建設(she)速(su)度(du)(du)提升至當(dang)前建設(she)速(su)度(du)(du)的(de)1~2倍(bei)，以滿(man)足(zu)增(zeng)量電力需(xu)(xu)(xu)求。2030年后，需(xu)(xu)(xu)要進(jin)一步(bu)加快建設(she)速(su)度(du)(du)，以替代煤電滿(man)足(zu)存量電力需(xu)(xu)(xu)求。總(zong)體而言，2020—2050年，風能和太(tai)陽(yang)(yang)能的(de)平均擴張速(su)度(du)(du)需(xu)(xu)(xu)要達到(dao)當(dang)前擴張速(su)度(du)(du)的(de)2~4倍(bei)。

中(zhong)(zhong)國可再生(sheng)能(neng)源(yuan)(yuan)資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)主要分布在(zai)西北、西南(nan)和(he)(he)東北地區，而(er)電(dian)力(li)需求主要集中(zhong)(zhong)在(zai)東部(bu)和(he)(he)中(zhong)(zhong)部(bu)地區，可再生(sheng)能(neng)源(yuan)(yuan)資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)和(he)(he)電(dian)力(li)需求在(zai)地理位置(zhi)上總體呈逆向(xiang)分布。因此，在(zai)大規模開發資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)富集地區可再生(sheng)能(neng)源(yuan)(yuan)資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)的(de)同時，需要建設更多的(de)區域間(jian)輸電(dian)線路來向(xiang)負荷集中(zhong)(zhong)區傳輸電(dian)力(li)。到2050年，2℃情景(jing)和(he)(he)1.5℃情景(jing)中(zhong)(zhong)的(de)區域間(jian)電(dian)力(li)傳輸容量需要達到1 258 GW和(he)(he)1 461 GW，是(shi)當前水平的(de)5.6和(he)(he)6.5倍。

高比(bi)例波動(dong)性(xing)(xing)可(ke)再生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)（風電(dian)(dian)、光伏）的大(da)規(gui)模接(jie)入(ru)(ru)，對(dui)于(yu)電(dian)(dian)力(li)系(xi)統(tong)的靈活性(xing)(xing)提出(chu)了更高的要(yao)求(qiu)。2030年前(qian)(qian)(qian)，由(you)于(yu)波動(dong)性(xing)(xing)可(ke)再生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)發電(dian)(dian)量(liang)占比(bi)仍低(di)于(yu)45%，依靠煤電(dian)(dian)的靈活性(xing)(xing)運行和區域間(jian)電(dian)(dian)網(wang)互聯互濟即可(ke)有(you)效消納。到2050年，波動(dong)性(xing)(xing)可(ke)再生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)發電(dian)(dian)量(liang)占比(bi)60％以上(shang)。如此高比(bi)例波動(dong)性(xing)(xing)可(ke)再生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)的接(jie)入(ru)(ru)，會(hui)給電(dian)(dian)力(li)系(xi)統(tong)帶來(lai)(lai)慣性(xing)(xing)不足、雙向/極端(duan)潮(chao)流、配電(dian)(dian)網(wang)擁塞、季節性(xing)(xing)不平(ping)衡等問題(ti)，需要(yao)采用(yong)虛擬(ni)同步發電(dian)(dian)技術(shu)、基于(yu)多(duo)能(neng)(neng)(neng)互補的綜合能(neng)(neng)(neng)源(yuan)系(xi)統(tong)、能(neng)(neng)(neng)量(liang)路由(you)器(qi)等措施來(lai)(lai)提高電(dian)(dian)力(li)系(xi)統(tong)的穩定性(xing)(xing)。針(zhen)對(dui)可(ke)再生(sheng)(sheng)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)資(zi)源(yuan)的日內(nei)和季節性(xing)(xing)波動(dong)導致的發用(yong)電(dian)(dian)不平(ping)衡問題(ti)，可(ke)以通過新建大(da)量(liang)的儲(chu)能(neng)(neng)(neng)設施來(lai)(lai)解決。到2050年，2DS和1.5DS中的儲(chu)能(neng)(neng)(neng)容量(liang)需要(yao)達546 GW和670 GW，是當(dang)前(qian)(qian)(qian)水平(ping)的17和21倍(bei)。然而，上(shang)述很多(duo)技術(shu)當(dang)前(qian)(qian)(qian)仍處于(yu)示范階段，距離大(da)規(gui)模應(ying)用(yong)仍有(you)一定距離，應(ying)投(tou)入(ru)(ru)更多(duo)的研發力(li)量(liang)以促(cu)進技術(shu)進步。

2）煤電退出

當前(qian)很多(duo)研(yan)究認為(wei)，為(wei)了實現2℃和1.5℃的減排(pai)目標，燃(ran)煤(mei)電廠(chang)的退(tui)出速度需要加快，甚至在達到其經濟使用壽命之(zhi)前(qian)提(ti)(ti)前(qian)退(tui)役(yi)。然而，煤(mei)電的退(tui)出面臨著較大(da)的經濟成本和就業(ye)(ye)問題(ti)，需要統籌(chou)考慮，如(ru)德國(guo)煤(mei)炭委員會(hui)建(jian)議國(guo)家財(cai)政提(ti)(ti)供400億(yi)歐(ou)元來(lai)支持德國(guo)的2038年退(tui)煤(mei)計劃。中國(guo)當前(qian)在役(yi)煤(mei)電機組平(ping)均(jun)服役(yi)時間短（僅為(wei)12 a），包括上游煤(mei)炭行(xing)業(ye)(ye)在內的相關從業(ye)(ye)人數接近400萬人，決策稍有不慎便會(hui)產(chan)生嚴重的經濟和社會(hui)問題(ti)。

本研究基(ji)(ji)于總(zong)成本最小的(de)(de)(de)原則給出了(le)燃(ran)煤(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)廠(chang)的(de)(de)(de)退(tui)役計劃。總(zong)體而言，未來電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)系統不(bu)需(xu)(xu)(xu)要大量(liang)的(de)(de)(de)煤(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)來承擔(dan)電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)(li)供(gong)應，只需(xu)(xu)(xu)保(bao)留(liu)少量(liang)煤(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)作為(wei)調(diao)峰負(fu)荷以應對可(ke)再生能(neng)源(yuan)的(de)(de)(de)波動性問題。因此(ci)，從現在開始(shi)不(bu)能(neng)再大規模地新建煤(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)裝機(ji)。2030年(nian)前，煤(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)發展(zhan)處于平臺過渡期，無(wu)需(xu)(xu)(xu)大量(liang)退(tui)出，主要是(shi)做(zuo)好由基(ji)(ji)本負(fu)荷向調(diao)峰負(fu)荷的(de)(de)(de)轉變。2030年(nian)后，煤(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)退(tui)出速度需(xu)(xu)(xu)要加(jia)快，到(dao)2050年(nian)累計減少的(de)(de)(de)容(rong)量(liang)要達到(dao)900 GW以上，其(qi)中包括加(jia)裝CCS和改(gai)造(zao)為(wei)PBECCS的(de)(de)(de)機(ji)組。

這(zhe)些(xie)減少的燃煤(mei)電廠中有很(hen)多需(xu)(xu)要(yao)(yao)在其預(yu)期(qi)使用(yong)壽命之前(qian)退(tui)役(yi)，這(zhe)會導致燃煤(mei)電廠的平(ping)(ping)均壽命下降0.42 a（2℃情景(jing)）和(he)1.93 a（1.5℃情景(jing)）。由于提(ti)早退(tui)役(yi)，燃煤(mei)電廠有一(yi)部分(fen)剩余價值(zhi)沒有得到(dao)利用(yong)，本(ben)文定義為擱(ge)(ge)淺成(cheng)本(ben)。2℃情景(jing)中煤(mei)電總擱(ge)(ge)淺成(cheng)本(ben)為1 050億元，1.5℃情景(jing)中由于需(xu)(xu)要(yao)(yao)更多的燃煤(mei)電廠提(ti)前(qian)退(tui)役(yi)，擱(ge)(ge)淺成(cheng)本(ben)更高，為6 550億元。盡管這(zhe)是一(yi)個不小的數額(e)，但(dan)和(he)中國總體燃煤(mei)電廠的體量相比(bi)，仍(reng)處于可以接受的水平(ping)(ping)。

關于煤電(dian)(dian)和上游煤炭(tan)行業(ye)(ye)(ye)(ye)工人(ren)的就(jiu)業(ye)(ye)(ye)(ye)問題，可(ke)以(yi)充分(fen)利用可(ke)再生能源的快速發展(zhan)所提供的大量高質量就(jiu)業(ye)(ye)(ye)(ye)機會，做好有序交接，以(yi)應對煤電(dian)(dian)退出(chu)帶來的就(jiu)業(ye)(ye)(ye)(ye)壓力。

3）CCS/PBECCS的部(bu)署

由于CCS可以捕獲90％的(de)(de)(de)碳(tan)(tan)排放(fang)量，在(zai)燃煤電(dian)(dian)廠加裝CCS使其變為一(yi)種相對低碳(tan)(tan)的(de)(de)(de)發電(dian)(dian)技(ji)(ji)術。如果(guo)將(jiang)煤炭(tan)和生物質(zhi)摻燒進(jin)行發電(dian)(dian)，再加上CCS形(xing)成(cheng)PBECCS，則是負排放(fang)技(ji)(ji)術，更有利于中和碳(tan)(tan)排放(fang)量，提(ti)升(sheng)減(jian)排效果(guo)。CCS和PBECCS技(ji)(ji)術的(de)(de)(de)部署(shu)，可以在(zai)減(jian)少CO2排放(fang)的(de)(de)(de)同時，又(you)保留(liu)適(shi)當煤電(dian)(dian)產(chan)能(neng)。這樣可以充分利用現有的(de)(de)(de)煤電(dian)(dian)機組，避免一(yi)部分煤電(dian)(dian)資(zi)產(chan)提(ti)前退役而導致的(de)(de)(de)資(zi)源浪費。

本(ben)研究建(jian)議從2030年(nian)后就開始大(da)規模(mo)部署CCS/PBECCS技術。到2050年(nian)，在2℃情景(jing)和1.5℃情景(jing)中，CCS/PBECCS的裝機(ji)容量要分(fen)別達到115 GW/119 GW和74 GW/272 GW，累計捕獲(huo)二氧(yang)化碳69億t和180億t，對于電力行業碳減(jian)排的貢獻達到25%和39%。通過(guo)部署CCS和PBECCS技術，即(ji)使在1.5℃情景(jing)中需要滿(man)足2050年(nian)凈(jing)零排放的目標，煤電容量仍可(ke)以保留(liu)351 GW。

CCS的(de)(de)(de)(de)部署(shu)規(gui)模主要取決于(yu)(yu)其成(cheng)本競(jing)爭(zheng)力(li)，而PBECCS還受(shou)到生(sheng)物質(zhi)資源的(de)(de)(de)(de)限制。為(wei)了(le)探討CCS和(he)PBECCS加速發展對電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)行(xing)業脫碳路徑的(de)(de)(de)(de)影響，本研究在1.5℃情(qing)景(jing)中(zhong)，對CCS的(de)(de)(de)(de)成(cheng)本下降(jiang)率(lv)(lv)進行(xing)了(le)敏感性分析(xi)。隨著CCS成(cheng)本下降(jiang)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)提高，煤(mei)(mei)(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)CCS和(he)PBECCS作為(wei)一種(zhong)低碳發電(dian)(dian)(dian)(dian)技(ji)術變(bian)得更(geng)具競(jing)爭(zheng)力(li)。由(you)于(yu)(yu)燃(ran)煤(mei)(mei)(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)廠可(ke)以通過(guo)加裝CCS設備或改造成(cheng)PBECCS而繼續(xu)服役(yi)，因此2050年的(de)(de)(de)(de)剩余(yu)煤(mei)(mei)(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)總容量(liang)將增加，煤(mei)(mei)(mei)電(dian)(dian)(dian)(dian)退出過(guo)程得到減(jian)緩。這(zhe)可(ke)以有效(xiao)降(jiang)低提前退役(yi)燃(ran)煤(mei)(mei)(mei)機組的(de)(de)(de)(de)擱淺(qian)成(cheng)本，從而實現更(geng)為(wei)緩和(he)的(de)(de)(de)(de)轉型(xing)。但由(you)于(yu)(yu)2050年電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)行(xing)業的(de)(de)(de)(de)凈零排(pai)放限制，這(zhe)種(zhong)效(xiao)果(guo)趨(qu)于(yu)(yu)飽(bao)和(he)，2050年最大的(de)(de)(de)(de)剩余(yu)燃(ran)煤(mei)(mei)(mei)發電(dian)(dian)(dian)(dian)容量(liang)不能超過(guo)623 GW。

此(ci)外(wai)，本(ben)(ben)研(yan)究(jiu)還計算了1.5℃目標(biao)下假設(she)不(bu)使用(yong)CCS技術的情景，該情景下模型不(bu)存在可行解(jie)。這(zhe)表明(ming)，如果不(bu)使用(yong)CCS/PBECCS技術，電(dian)力行業(ye)到2050年實現凈零(ling)排放(fang)是不(bu)可行的。而當(dang)前(qian)CCS技術在中國仍處于示(shi)范階段，高昂(ang)的成本(ben)(ben)是限制其(qi)商業(ye)化的主要(yao)原因。因此(ci)，為了實現氣候目標(biao)，應當(dang)加大CCS技術研(yan)發力度(du)，為大規模應用(yong)做(zuo)好準備。

4）轉型投資成本

在考(kao)慮電(dian)力低碳轉(zhuan)型(xing)時，不僅要(yao)考(kao)慮技術的可(ke)行性，也需(xu)要(yao)考(kao)慮經濟的可(ke)負擔性。因(yin)此，轉(zhuan)型(xing)所需(xu)的投資成(cheng)本是決策者關(guan)心(xin)的重點，這(zhe)關(guan)乎國家所付出的經濟代價以及社會用電(dian)成(cheng)本的變化(hua)。

根據IPCC對(dui)實現1.5℃氣候目標所需(xu)額外投(tou)資(zi)(zi)的(de)(de)評估，未來30 a全(quan)球(qiu)每(mei)年所需(xu)投(tou)資(zi)(zi)的(de)(de)平均值約(yue)為0.9萬億(yi)美元(yuan)，約(yue)占(zhan)(zhan)同期全(quan)球(qiu)GDP的(de)(de)0.6%。根據本(ben)(ben)(ben)(ben)研究的(de)(de)計算，2℃情(qing)景(jing)(jing)和(he)1.5℃情(qing)景(jing)(jing)中(zhong)(zhong)，電力行(xing)(xing)(xing)業(ye)2018—2050年的(de)(de)累(lei)計總投(tou)資(zi)(zi)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)分(fen)(fen)別為35萬億(yi)和(he)49萬億(yi)元(yuan)，約(yue)占(zhan)(zhan)中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)同期累(lei)計GDP的(de)(de)0.5％和(he)0.7％。中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)僅電力行(xing)(xing)(xing)業(ye)轉型(xing)(xing)投(tou)資(zi)(zi)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)在GDP中(zhong)(zhong)的(de)(de)占(zhan)(zhan)比與全(quan)球(qiu)全(quan)行(xing)(xing)(xing)業(ye)低碳轉型(xing)(xing)平均所需(xu)投(tou)資(zi)(zi)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)在GDP中(zhong)(zhong)的(de)(de)占(zhan)(zhan)比相當，經濟代價不容小(xiao)視。與基準(zhun)情(qing)景(jing)(jing)相比，2℃情(qing)景(jing)(jing)和(he)1.5℃情(qing)景(jing)(jing)中(zhong)(zhong)的(de)(de)總投(tou)資(zi)(zi)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)將分(fen)(fen)別增加(jia)31％和(he)90％。從基準(zhun)情(qing)景(jing)(jing)到(dao)2℃情(qing)景(jing)(jing)的(de)(de)平均碳減排(pai)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)為296元(yuan)/t，從2℃情(qing)景(jing)(jing)到(dao)1.5℃情(qing)景(jing)(jing)的(de)(de)平均碳減排(pai)成(cheng)(cheng)本(ben)(ben)(ben)(ben)為577元(yuan)/t。

就成(cheng)本結構而言，2℃情景(jing)和1.5℃情景(jing)的(de)較高投(tou)資成(cheng)本主要歸因(yin)于風電和光伏的(de)投(tou)資，約占整體(ti)投(tou)資額(e)的(de)57%（2℃情景(jing)）和62%（1.5℃情景(jing)）。為了(le)實(shi)現低碳目標(biao)，可(ke)再生能源的(de)年新增投(tou)資規模將長期維持(chi)在較高水平，因(yin)此(ci)需要建立和完善綠色(se)投(tou)融(rong)資機制，以綠色(se)金(jin)融(rong)支持(chi)低碳轉型。

結論與建議

從電(dian)力行業的(de)角度來看，按(an)照(zhao)當(dang)前(qian)趨勢發展將(jiang)無法實(shi)現《巴(ba)黎(li)協定》下2℃和(he)(he)1.5℃的(de)溫(wen)升(sheng)控(kong)制目標，需要付出(chu)更(geng)大的(de)努力。應(ying)當(dang)超前(qian)部(bu)(bu)署(shu)(shu)相(xiang)關措施和(he)(he)政策。關鍵的(de)措施包括加大可再生能源部(bu)(bu)署(shu)(shu)、加快(kuai)燃煤(mei)電(dian)廠的(de)退出(chu)以及大規模(mo)部(bu)(bu)署(shu)(shu)碳捕集和(he)(he)封存技術(shu)。為了(le)保(bao)障這(zhe)些舉措的(de)順(shun)利實(shi)施，本(ben)研究提出(chu)以下政策建議。

1）保障可再(zai)生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)的(de)發展。一(yi)是在“十(shi)四五(wu)”和“十(shi)五(wu)五(wu)”期(qi)間，明確將可再(zai)生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)定位(wei)為滿(man)足增量(liang)電(dian)力(li)需(xu)求，在“十(shi)三五(wu)”的(de)基礎上(shang)加快部(bu)署速(su)度。待2030年可再(zai)生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)產業具備顯著成(cheng)本競爭力(li)時，可以自然過渡(du)到更快速(su)的(de)增長(chang)階段。二(er)是加強跨區域(yu)電(dian)力(li)交換通(tong)道建設，保障可再(zai)生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)資源(yuan)(yuan)(yuan)與電(dian)力(li)需(xu)求的(de)區域(yu)間匹配，實(shi)現跨區域(yu)資源(yuan)(yuan)(yuan)配置以及電(dian)網(wang)互聯互濟。三是積極部(bu)署儲能(neng)(neng)設施、源(yuan)(yuan)(yuan)-網(wang)-荷協調、綜合能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)系統等電(dian)網(wang)相關技術的(de)研發和示范應(ying)用，通(tong)過多種(zhong)技術手(shou)段組合來應(ying)對高比例波(bo)動性可再(zai)生能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)的(de)接入(ru)問題，保障電(dian)網(wang)安全穩定運行。

2）做(zuo)好煤電(dian)(dian)有序(xu)(xu)退(tui)出。嚴格控制新建煤電(dian)(dian)機組(zu)，并建立存量煤電(dian)(dian)有序(xu)(xu)退(tui)出機制。充(chong)分利用好存量機組(zu)，逐漸實現煤電(dian)(dian)機組(zu)功能(neng)轉變。2030年前對(dui)存量煤電(dian)(dian)機組(zu)大力實施靈(ling)活性改造，逐步(bu)實現煤電(dian)(dian)的(de)功能(neng)定位由基本負荷向調峰(feng)負荷轉變。關于(yu)煤電(dian)(dian)和(he)上游煤炭行業工人的(de)就業問(wen)題(ti)，可以充(chong)分利用可再(zai)生能(neng)源的(de)快(kuai)速發展所提(ti)供(gong)的(de)大量高質(zhi)量就業機會，妥善引導再(zai)就業，努力降低經(jing)濟和(he)社會風險。

3）加強CCS/PBECCS的研(yan)發(fa)與(yu)部署。實現CO2捕集(ji)、埋存(cun)、利用等關鍵技術(shu)(shu)(shu)突破，為全(quan)流程技術(shu)(shu)(shu)系(xi)統(tong)集(ji)成和大規模(mo)示范打(da)好基(ji)礎。強化CCS產(chan)業(ye)化政策(ce)研(yan)究(jiu)，加強國際合(he)作與(yu)技術(shu)(shu)(shu)轉移。PBECCS技術(shu)(shu)(shu)對(dui)于以煤(mei)電為主的電力系(xi)統(tong)轉型具有重要意義，應(ying)(ying)當作為關鍵技術(shu)(shu)(shu)優先發(fa)展(zhan)，其(qi)研(yan)發(fa)與(yu)應(ying)(ying)用示范應(ying)(ying)從農業(ye)、生(sheng)態(tai)和環境等角度統(tong)籌考(kao)慮。

4）保障電(dian)(dian)力低碳(tan)轉型所(suo)需投資(zi)。為了實現更嚴格的減排目標，電(dian)(dian)力行(xing)業需要保持30 a以上的高(gao)投資(zi)水平。另外，電(dian)(dian)力行(xing)業投資(zi)包括電(dian)(dian)源投資(zi)和電(dian)(dian)網投資(zi)，未(wei)來每(mei)年所(suo)需新增電(dian)(dian)力設施投資(zi)遠遠高(gao)于當(dang)前投資(zi)規模。這對現有投融(rong)資(zi)機制是一個極(ji)大的挑(tiao)戰(zhan)，需要盡快健全和完善綠色投融(rong)資(zi)機制。

注：該研究成果以《現實可行且成本可負擔的中國電力低碳轉型路徑》為題在《潔凈煤技術》進行了網絡首發。