周孝信：双碳目标下我国能源电力系统发展前景和关键技术

9月6日，2021全球绿色发展高峰论坛于在中国四川省成都举办。“碳中和愿景下能源转型与创新”是此次绿色发展峰会的焦点话题，大会邀请了海内外院士、各国能源行业专家学者及著名高校、相关专业人士，紧扣应对全球气候变化的共同目标，分享对中国、美国和欧洲的未来能源转型，实现碳中和的见解和愿景，探讨中国西部成渝双城经济圈的绿色发展和新型电力系统。作为生态领域的领军人物，中国绿发会副理事长兼秘书长周晋峰受邀参与此次论坛。

现将峰会主旨报告人，中国科学院院士、美国工程院外籍院士、中国电力科学研究院名誉院长周孝信院士的讲话内容分享如下：

图源/2021全球绿色发展高峰论坛

女士们、先生们，大家上午好！今天非常荣幸能够参加此次峰会。我今天想跟大家分享一下，在碳达峰和碳中和愿景之下，我们的能源转型如何来做？

首先，我们来看我国能源转型的战略目标和实施路径。这个内容大家都很清楚，我们的战略目标就是实现双碳目标；我个人认为实施路径有两条，即落实两个构建：构建清洁低碳安全高效的能源体系和构建以新能源为主体的新型电力系统。这里的构建落实了，我们的目标就实现了。具体怎么落实实施路径？我提出了五点内容：一、大力开发利用可再生能源，发展核能、生物质能、地热能等非化石能源综合利用；二，积极推动煤电灵活性转型；第三，持续推进终端用能的电气化。第四，加强电力电子和储能等关键技术创新；第五，完善能源转型各项政策，坚持市场化改革方向。

我做了一个小课题，双碳目标下我国能源电力系统发展的情景分析。首先要设定情景，今天给大家介绍一下情景六（见下图红色线段），第一个是一次能源消费总量，设计的是从2020年开始到2060年为止，它是怎么变化的。第二个是非化石新能源消费的占比，设计的是从2020年到2050年，这个占比一开始没怎么变化，接着2030年到2050年之间快速变化，从25%提高到75%，增加50个百分点。这个任务非常艰巨，我认为到2030年以后，我们的可再生能源、新能源技术将大幅度提升，化石能源会逐渐退出。因此，这个比例就是2050年达到75%，到2060年我们希望90%以上的能源是由非化石能源提供的。第三就是全社会用电量从目前的7.5万亿千瓦小时，要大幅度提升到2050年16万亿千瓦小时的水平，到2060年也会再提高一些。

图源/2021全球绿色发展高峰论坛

下面我们做了一个模型分析，一个分析是在刚刚设定的情境下，电力系统的装机容量是怎么发展的，怎么变化？一个分析是每年的发电量怎么变化？因为时间关系，这个就不细说了。但是有一个关键点我们要注意，2025年非化石能源发电机占比超过50%，2025年到2030年风电光伏装机用量超过煤电。2030年风电装机容量16亿千瓦，占装机总量的41%，增长的幅度很大的。2035年风电装机容量24.3亿千瓦，超过装机容量的50%，也是个很关键的点。2060年装机流量达到80%。再看看2020年的情况，在我们国家目前发电量的装机容量中，最主要的组成部分是什么？是煤电，去年煤电占装机总容量的49.1%。这是第一次降到50%以下，而且发电量仍然保持60%。2030年，煤电的装机降到32.3%，它的发电量依然还能维持在46%。我们的可再生能源发展非常快速，太阳能发电和风能发电占比逐步增加，而且增加的速度非常快，我们的技术在世界上也占有非常重要的地位，但是依然要一步一步的发展。在保持电力供应的同时，还要向着绿色目标前进。2060年的主要的供应的电力来源是什么？是风电、太阳能、生物质能、水电以及核电，占比达99.5%。也就是说到2060年的时候，我们的化石能源发电基本上清零。这个能不能做到？我想应该做到，否则2060年碳中和怎么实现。

接下来是新一代电力系统的主要特征、核心指标和关键技术。新一代电力系统有五个主要特征：1、高比例可再生能源电力系统；2、高比例电力电子装备电力系统；3、多能互补综合能源电力系统；4、数字化智能化智慧能源电力系统；5、清洁高效低碳零碳电力系统。最后一个特征就是说将来要达到的目标就是要低碳零碳，变成一个零碳的电力系统。五项核心指标分别是：1、非化石能源在一次能源消费中比重；2、非化石能源发电量在发电量中比重；3、电能在终端消费中的比重；4、系统总体能源利用效率；5、能源电力系统二氧化碳排放总量。

图源/2021全球绿色发展高峰论坛

我主要讲讲下面的图。看这条蓝色的线，表示整个能源系统利用的煤炭、天然气、石油和可再生能源加起来的碳排放量。我们现在没达峰，大概到2027年的时候能源系统就达峰了，接近2030年的时候，电力系统达峰。在我们做这个情景之下，2030年前能源和电力系统都可以实现碳达峰。后面这两个参数也比较简单了，一个是能源系统效率从目前的30%左右提高到50%。以及终端能源消费电能的比重，从目前不到30%提高到接近80%。

图源/2021全球绿色发展高峰论坛

最关键技术是对能源电力系统的全局产生关键性的、决定性的影响。关键技术我总结了八点：1、高效低成本电网支持型新能源发电和综合利用技术；2、高可靠性低损耗率新型电力电子元器件装置和系统技术；3、新型综合电力系统规划运行和控制保护技术；4、清洁高效低成本氢能生产储运转化和应用技术；5、安全高效低成本寿命新型储能技术；6、数字化智能化和能源互联网技术；7、新型输电和超导综合输能技术；8、综合能源电力市场技术。

我提出了一个“综合能源生产单元（IEPU）”方案，现在还是一个设想方案，这里包括一个燃煤电厂或者说燃煤混烧生物质电厂，这个电厂本身进行二氧化碳捕集，再加电解水制氢装置，制氢的电来源于电网、火电厂以及光伏发电，生产出来的氢和碳捕集系统的二氧化碳合成生成甲醇或者是甲烷。为什么是甲醇和甲烷，是因为要克服氢气储存传输的安全性难题。

下面讲讲甲烷，天然气里面70~80%都是甲烷。如果做成甲烷，就变成燃料了，如果这个电厂是生物质电厂，这个燃料就完全是绿色的。举一个例子给大家看，左边的表里火电机组30万千瓦，碳捕集是15万吨，占碳排放总量的1/5。光伏发电180兆瓦，电解槽总量140兆瓦，耗水量一年18.4万吨耗水，氢产量2万吨。制甲醇的用电量就很少。那么生产单元将来代替什么？代替天然气，石油，讲到这里我个人是非常兴奋的。这个单元还可以提供对电网的灵活性调节。我们看灵活调节能力示意图，表示24小时优化的结果，它的上限就上面这个曲线，下限是底下这个曲线，这两个曲线之间都有运行点，电网有什么要求它都可以满足，所以它的调节能力比单纯的一台机组要大的多。因为这个单元里有用电单元和电解水，所以用电量很大，最小的出力也是30%，那么这个一配就使它的调节能力能达到166%，大幅度提高了调节能力，所以我觉得很兴奋。

图源/2021全球绿色发展高峰论坛

接下来是新型超导综合输能技术，现在西电东送，靠输电线上超高压输电；西气东输靠天气管道，这两个能不能合一呢？可以，就是用这个超导，超导的低温可以冷却氢气或者是天然气。这样在一个管子里面，既能传输液态氢或者液态天然气又能传输电，当然这里还有很多关键技术要攻克。刚才说的IEPU，技术是现成的，就看你做不做。好，我今天就讲到这里，谢谢大家！

（以上内容根据现场发言整理，未经本人审核）

整理/老夏 审核/虫二 编/angel