能源谋变：谁是零排放的关键先生？

叁

化石能源总量控制之后

◆ 传统化石能源发电要逐步从主体电源先向灵活调节的电力电量型电源过渡，进而向单一调节功能型

◆ 电源转变，最终成为提供备用服务的、应对突发事件的非常规的战略备用电源

◆煤电发展的重心要转向挖掘现有机组的灵活调节能力

◆ 新型电力系统所要求的电源主体地位更新换代，并不是简单的此消彼长或替代竞争

文|《瞭望》新闻周刊记者刘羊旸安娜

碳达峰、碳中和与低碳化已经成为我国能源发展的硬约束。未来，随着以新能源为主体的新型电力系统的不断构建，化石能源将何去何从？

煤电未来的角色是兜底保障

“我国的能源结构以高碳的化石能源为主。化石能源燃烧不但是二氧化碳等温室气体的主要来源，燃烧产生的颗粒物、二氧化硫、氮氧化物等也是当下大气污染物的主要来源。”生态环境部部长黄润秋说，调整能源结构、产业结构不仅可以减少碳排放，也从根源上降低了污染物排放。

“从长远看，减污降碳是保障我国能源安全的战略选择。随着能源清洁低碳转型深入推进，我国将逐步摆脱化石能源依赖。”国家能源局局长章建华表示。

华北电力大学教授袁家海认为，随着新型电力系统建设的推进，传统化石能源发电要逐步从主体电源先向灵活调节的电力电量型电源过渡，进而向单一调节功能型电源转变，最终成为提供备用服务的、应对突发事件的非常规的战略备用电源。

“长期来看，新能源在电力系统中的地位和作用会越来越凸显。同时，化石能源发电在其中的贡献会呈现下降的趋势。”北京燃气研究院副院长白俊说。

根据有关研究机构初步测算，到2060年，我国非化石能源消费占比将由目前的16%左右提升到80%以上，非化石能源发电量占比将由目前的34%左右提高到90%以上，建成以非化石能源为主体、安全可持续的能源供应体系，实现能源领域深度脱碳和本质安全。

国家能源局日前公布的《2021年能源工作指导意见》称，2021年我国煤炭消费比重将下降到56%以下。2021年将因地制宜推进实施电能替代，大力推进以电代煤和以电代油，有序推进以电代气，提升终端用能电气化水平。

专家表示，未来煤电将更多发挥兜底保障作用，定位将由主体性电源向提供可靠容量、调峰调频等辅助服务的基础性电源转型，更多承担应急备用和调峰角色。

能源企业的新布局

4月23日，在塔克拉玛干沙漠，中国石化西北油田自主研发的首座移动式光伏发电站试运行成功。这座电站利用“退井还林”后闲置的井场光伏板和蓄电池等设备建造而成，采用并网、离网双模式，可实现偏远井场无人值守，年发电量可达11.68万千瓦时，年碳减排量预计90.7吨，每年可节约煤炭66.3吨，节约用水36.3吨。

今年3月，国家电网发布“碳达峰、碳中和”行动方案，提出大力发展清洁能源，最大限度开发利用风电、太阳能发电等新能源；推动能源电力从高碳向低碳、从以化石能源为主向以清洁能源为主转变，在能源供给侧，构建多元化清洁能源供应体系。

中海油日前发布的可持续发展报告将绿色低碳确立为其核心发展战略之一，提出了从常规油气向非常规油气、从传统油气向新能源跨越发展的愿景。

近年来，能源企业纷纷向新能源领域进军，布局新能源，将清洁低碳作为未来发展方向之一。

“为积极响应双碳目标，各大能源企业提出了各自的转型目标，在新能源发电、新型储能、综合能源服务、能源多元化应用、节能、充换电服务等领域发挥了各自的优势。”袁家海说。

例如，华电集团积极推进风光水储一体化可再生能源综合基地开发，国家电投将加大对绿电交通领域的投入，国家能源集团打造风能、太阳能等新能源产业体系，中国石油将新能源业务与油气业务并列、提升为第一大业务板块，华能坚持以清洁能源为主导推进基地型规模化自主开发，大唐提出2025年非化石能源装机超过50%并实现碳达峰。

“在新能源领域，搭建了‘四供两融’新能源业务架构。四供包括氢能供给、清洁供电、清洁供热、生物燃料。两融是指新能源业务与现有业务绿色融合发展、新能源业务与新科技新模式融合发展。”中国石化有关负责人表示，目前已在广东、上海、浙江等13个省市建成投运20个加氢站。中国石化利用产业和网络优势，“十四五”期间将规划建设1000座加氢站或油氢合建站。

专家指出，在碳达峰、碳中和、新型电力系统等明确目标的指引下，化石能源产业、企业向新能源及相关领域进军，既是服务于国家战略和社会发展的需要，也是把握未来自身发展新机遇的关键决策。只有敢于求变，才能在能源产业结构、商业模式、技术体系和管理机制的加速变革中生存壮大。

“随着新型电力系统建设的推进，未来能源领域的问题，要立足于新能源特点、高科技手段，探寻新的解决方案。”国家发改委能源研究所原所长周大地说，以化石能源为主的传统能源系统，要寻求新的发展空间，传统能源企业要及时转型，去开发新的领域。能源行业及企业要随着终端用能的变化调整，开发也要从以化石能源为主转换为以新能源为主。

新旧更替

应紧扣“协调”关键词

基于碳达峰、碳中和目标要求，能源行业需加快绿色低碳发展步伐。专家指出，根本改变以煤为主的能源结构需要付出巨大努力。构建新型电力系统，要统筹推进系统灵活调节能力建设，合理布局各类保障性电源。未来在电力供给方面，化石能源与新能源要协调发展，这不只关乎整个电力系统的综合效率和成本，更关乎能源安全。

“新型电力系统所要求的电源主体地位更新换代，并不是简单的此消彼长或替代竞争，是一项牵一发而动全身的系统性工程，不能拖沓，也不能冒进，应当平稳有序地全面开展。”袁家海说。

白俊认为，化石能源和新能源之间应该形成合力，保证我国电力系统安全、平稳运行，满足消费者对能源可靠性、灵活性、安全性、经济性的需求。

袁家海认为，短期内要提高清洁能源装机占比，大力发展以风光为主的新能源，集中式与分布式并举、电源建设与灵活性能力提升同步发展；煤电发展的重心要转向挖掘现有机组的灵活调节能力，严控规模扩张的同时积极服务于新能源发展，继续深度挖掘煤电存量机组超低排放和节能改造潜力，充分挖掘现有机组潜力，与抽水蓄能、气电、电化学储能、需求响应等共同保障新能源消纳和电力安全。

记者注意到，在确保化石能源与新能源协调发展及新型电力系统稳定运行方面，国家有关部门在上述专家所提及的环节，正在抓紧出台相关政策，支持相关领域发展和完善。

比如，国家能源局近日提出，为推动新型电力系统建设，保障电力系统安全稳定运行，将全面实施火电机组灵活性改造，因地制宜发展天然气调峰电站，加快抽水蓄能电站建设和新型储能研发应用，增强系统灵活调节能力，提高新能源消纳和存储能力；并探索开展电动汽车灵活充电、大数据中心智能调度等虚拟电厂示范；发展以消纳新能源为主的微电网、局域网；加快柔性直流输配电、大规模储能电站等技术的研发、示范和推广应用等。

国家发展改革委、国家能源局组织起草了《关于加快推动新型储能发展的指导意见（征求意见稿）》，国家发展改革委日前发布关于进一步完善抽水蓄能价格形成机制的意见，以加快推动储能等领域的建设和完善。

《新时代的中国能源发展》白皮书指出，立足基本国情和发展阶段，确立生态优先、绿色发展的导向，坚持在保护中发展、在发展中保护，深化能源供给侧结构性改革，优先发展非化石能源，推进化石能源清洁高效开发利用，健全能源储运调峰体系，促进区域多能互补协调发展。LW

肆

零碳社会的溢出效应

◆ 当交通、通信和能源三个要素同时发生变化时，也意味着新经济体系正在形成

◆ 工业领域未来应重点关注高效电转蒸汽、大规模电制氢等技术，研发核心技术装备并推广应用，持续深挖工业领域替代潜力

◆ 化石能源支持下的工业文明，已经造成了城乡二元对立，新能源支持下的生态文明，则将助力新型城镇化，改变城乡发展格局

文|李晓华

能源产业牵一发动全身，是关系国计民生的重大基础性产业。能源产业的历次变革，都对经济与社会发展产生了长远而又深刻的影响。

畅销书《第三次工业革命》《零边际成本》和《零碳社会》的作者杰里米·里夫金在他的书里提到了一个命题：当交通、通信和能源三个要素同时发生变化时，也意味着新经济体系正在形成。

19世纪，由蒸汽驱动的印刷机和电报机、丰富的煤炭资源和国家铁路系统（以火车为代表）的结合，形成了推动社会转型的通用技术平台，从而引发了第一次工业革命。蒸汽机技术创新对能源发展产生了划时代的影响，推动了煤炭的大规模高效开发和利用，促使社会生产从手工劳动转向大机器生产，极大地提升了劳动效率和社会生产力。19世纪后期，蒸汽机技术的提升潜力越来越小，对煤炭主导的能源发展的推动作用开始逐渐减缓。

20世纪，电力、电话、广播、电视、廉价的石油和国家公路系统（以内燃机车为代表）的紧密结合，为第二次工业革命创造了基础设施。随着内燃机、电动机的出现和广泛应用，以石油和电力为代表的新的能源形式推动了能源效率和劳动生产力进一步提升。

现在，我们正处于第三次工业革命之中。在物联网平台上，数字化通信互联网融合了数字化可再生能源互联网（由太阳能和风能驱动）和数字化交通运输互联网（由绿色能源驱动的无人驾驶电动汽车和燃料电池汽车组成），将改变21世纪的社会和经济。

新变革的落脚点

电能是清洁、高效、便捷的二次能源，是工业化进程的“助推器”。当前，在新一轮科技革命的推动下，能源电力的开发更加绿色化，电力的输送与使用更加智能化，能源电力与经济社会和人民生活的融合更加密切，以电为中心的现代能源体系特征愈发明显。这一轮能源产业的新变革，最主要的落脚点就在电力上，是以“能源生产电力化，电力生产清洁化”为基本特征的电力新变革。

从能源生产侧来看，2018年，我国发电用能占比达到46.4%，高于世界平均水平；到2035年，我国发电用能占比有望达到57%。在供给侧，非化石能源取代化石能源的条件初步具备。基地式规模化的开发使得新能源上网电价已具备同火电标杆电价同台竞争的潜力；储能技术的快速发展及成本持续下降和具有针对性的电力需求侧管理，可以有效克服新能源的不稳定性；智能控制技术的广泛应用使能源电力资源能在更大范围内实现灵活高效配置，实现发电和负荷的动态匹配，促进不稳定非化石能源的消纳。《中国电力行业年度发展报告2020》的数据显示，2019年全国新增发电装机容量10500万千瓦，其中新增并网风电和太阳能发电装机容量分别为2572万千瓦和2652万千瓦，合计新增占全国新增发电装机容量的49.75%，电力生产结构持续优化。

在消费侧，大规模电能替代化石能源初具经济性。在上一轮电力革命的基础上，正在进行的新一轮深度电气化和“再电气化”如火如荼。与其他能源品种相比，电能的终端利用效率最高，可以达到90%以上。中国的数据表明，电能的经济效率是石油的3.2倍、煤炭的17.3倍，即1吨标准煤当量电能创造的经济价值与3.2吨标准煤当量的石油、17.3吨标准煤当量的煤炭创造的经济价值相当。随着电力在终端消费比例的不断提高，各种能源之间的融合和替代也在加强。数字化技术的应用也前所未有地将各个能源品类以更优化的方式结合起来，能够以更加清洁和低碳的方式供应能源。

工业领域是当前替代电量的主要来源。随着产业结构优化升级以及终端用能电气化技术的迅速发展，特别是冶金、陶瓷、供暖等工业电气化行业技术不断向绿色、智能、数字化方向发展，电能对终端化石能源的替代将不断深化。汽车动力正在从汽柴油大规模转向动力电池，全社会的云端化、智能化正推动大规模数据中心的快速扩容，以工业互联、智能家居等为代表的物联网设备的指数级增长，加上汽车工业的电气化转型，将使未来的电力需求越来越大。随着新能源上网电价下降，通过拉大峰谷电价差，特别是降低谷电价格，可以在供暖和交通领域实现大规模电能替代，促进以电为核心的能源消费新时代加速到来。

能源技术创新方向

未来电力发展格局取决于技术的发展方向及发展速度，受研发、市场、需求、国外引进等多方面因素的影响。《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》《能源装备实施方案》等文件，明确了“十三五”乃至国家中长期能源技术创新发展的主要方向，包括高效太阳能利用、大型风电、氢能与燃料电池、生物质能、海洋能、地热能、先进储能、现代电网、能源互联网、节能与能效提升等。

工业领域未来应重点关注高效电转蒸汽、大规模电制氢等技术，研发核心技术装备并推广应用，持续深挖工业领域替代潜力。

建筑领域，供冷供暖方面电能替代潜力可期。未来应重点发展高效电制冷/热、高密度低成本蓄冷/热、储能等技术，提升现有技术装备能效水平，降低建设运营成本，进一步提升建筑领域电气化水平。

交通领域的电能替代整体处于快速发展阶段。未来应聚焦汽车、船舶电气化方向，重点开展新能源汽车充电桩、新能源船舶等关键技术研究，提出典型设计方案。长远来看，需加强长寿命、低成本、智能化、高可靠性的海、陆、空电气化交通工具研究，全面推动我国交通领域电气化，为电能替代提供新引擎。

同时，应加强电能替代技术与人工智能、边缘计算、5G等技术的融合应用，不断提升终端电能消费设备数字化、智能化水平，助力电能在终端用能结构中的占比持续提升。

零碳社会的新经济

展望未来，电力新变革将在哪些方面促进社会经济发展模式的变革？

首先是减少碳排放，使整个社会向零碳迈进。

以化石能源为主导的一次能源消费，构成了全球碳排放的主要来源之一。2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标实现的重要途径是大规模发展非化石能源，因此，电力的绿色转型是实现碳中和的基础。光伏和风电的全产业链创新和降低成本是未来实现可再生能源发电高速增长的最重要驱动力。随着更大规模的低成本的可再生能源发电供给越来越多，可再生能源电力制氢（“绿氢”）也将变得更加经济可行，使很多很难电气化的工业领域实现碳中和成为可能。

其次是产业链重塑，促进新模式新业态涌现。

电力大变革催生一些新的产业和企业，同时也会使一些传统产业和企业面临转型调整的挑战。一方面，随着中国经济转向高质量发展阶段，市场化改革推进以及新技术带来的产业调整，电力行业的商业模式也在不断迭代创新，新业态不断涌现。能源、电力、用户三者之间的关系变得越来越紧密，以客户需求为中心的经营理念将创造出更加多元的服务模式。如综合能源服务具有提升能源效率、降低用能成本、促进竞争等特点，使能源的供应、服务、用能等方面日趋多元化。另一方面，未来商业模式创新也来源于技术突破的应用以及政策扶持的叠加。可再生能源大规模高比例并网带来的安全挑战，以及互联网、大数据、云计算、人工智能等现代信息技术与能源电力深度融合而塑造出的新业态、新模式均待深入探讨与验证。对于电力行业从业者而言，未来十年是大变革期，也是历史机遇期。

第三是助力新型城镇化，改变城乡发展格局。

伴随着城镇化的发展，能源需求是逐步上升的。城镇化过程需要能源供给，新型城镇化更需注重生态绿色。化石能源支持下的工业文明，已经造成了城乡二元对立，新能源支持下的生态文明，则将助力新型城镇化，改变城乡发展格局。新能源相对均衡分布的特点，决定了其利用的天然优势在中小城市和农村。不仅有土地资源可供风电和太阳能开发利用，而且还有丰富的生物质资源，可直接用于供热，或生产沼气，或以热电联产方式进行利用等。河南省兰考县的经验证明，全国大部分农村不仅可以做到能源基本自给，有的甚至还可以向城市提供富余电力。在新型城镇化的规划和建设中，统筹做好农村可再生能源的开发利用，是彻底改变农村面貌，实现乡村振兴和农村现代化的一个新途径或突破口。未来将有越来越多的农户成为新能源的“产销者”。

伍

煤电将成为基础性电源

◆ 构建以新能源为主体的新型电力系统，意味着煤电角色将发生根本性变化，从主体电源变为基础性电源

◆ 随着能源系统集成化、智能化、网络化发展，新型能源技术的推广应用将更加受营商环境和管理体制的影响

文|《瞭望》新闻周刊记者陈刚徐海波倪元锦王阳安路蒙雷肖霄卢宥伊

电网连接能源生产和消费，既要保障新能源大规模开发利用，又要满足经济社会发展用电需求，是能源转型的中心环节。构建以新能源为主体的新型电力系统，源网荷储各环节建设运营都将面临一系列全新挑战。业内人士认为，变革中需保障煤电等相关产业、电力供应安全稳定，选择好“技术赛道”。

煤电从主体电源变为基础性电源

长期以来，煤电是我国电源系统的“主力军”和“压舱石”。构建以新能源为主体的新型电力系统，意味着煤电角色将发生根本性变化，从主体电源变为基础性电源。

据中国电力企业联合会统计，截至2020年底，全国全口径发电装机容量22亿千瓦。其中，全口径煤电装机容量10.8亿千瓦，占总装机容量的比重为49.1%，首次降至50%以下。相关分析显示，因能源密度高，煤电在发电量上仍是绝对主力。在2020年全国发电量中，煤电占比仍达65%左右。

部分业内人士认为，目前我国煤电需要的调峰功能与本身的灵活性存在不匹配，需要对煤电进行灵活性改造，同时煤电角色转换也要求完善相应的电力市场价格机制。比如，2020年4月山东省发改委发布的《关于电力现货市场燃煤机组试行容量补偿电价有关事项的通知（征求意见稿）》就是一种探索——参与电力现货市场交易的煤电机组主要为可再生能源做调峰备用时，可获得每千瓦时0.0991元（含税）的容量补偿电价。

在成熟的电力市场中，容量市场作为一种经济激励机制，可以使电力系统在面对高峰负荷时有足够的发电容量冗余，容量市场大多采用补贴方式。关键的问题在于，补偿金额能否覆盖成本并带来盈利。

煤炭行业要实现碳减排目标，将面临挑战。业内专家认为，在能源供给端，既要防止因对传统能源的过度依赖而迟滞清洁能源技术产品的研发推广和利用，也要避免传统能源产业发展不切实际地“大干快上”新能源项目；在能源消费端，则需要加快节能环保技术产品的研发推广，利用产品市场消费升级倒逼生产供给结构优化。

确保电力供应安全稳定

传统电力系统生产消费的组织模式是“发电跟着用电走”，用以火电为主导的精准可控的发电系统去匹配基本可预测的用电系统，实现电力系统可靠运行。在以新能源为主体的电力系统中，新能源发电侧不确定性较强，特别是在极端天气下，可能会出现无法匹配用电需求的情况。

电力系统专家认为，因此更加需要煤电等“保底型调节电源”、抽水蓄能和电化学等“储能型调节电源”来动态跟踪新能源发电情况，平抑其波动性。目前全国增量煤电发展空间受到限制，其他灵活调节电源需和新能源合理匹配发展，以保证系统供电可靠性。

我国的新能源富集区与电力负荷集中区呈逆向分布态势。有的地方新能源富集，但本地消纳空间有限，又难以进行大规模的新能源汇集与输出。电力部门认为，随着非化石能源比重大幅提升，电力负荷集中区则需要防范电网停电的风险。

另外，在全世界和我国的部分风电富集地区，已多次监测到由风机产生的次同步谐波。未来随着全国风电光伏装机规模进一步发展，由新能源引起的电网宽频振荡风险有可能加大，这也会影响电力系统的安全稳定。

一些地方已经在探索应对之策。针对大比例区外来电可能带来的电网安全风险，苏州电网基于“互联网+”发展理念，探索试点融合智能电网技术、借助经济激励机制、遵循市场交易规则，唤醒沉睡的社会电力公共资源，将海量分布的可调节的电力负荷通过集中汇集、策略引导和集中控制，形成规模化随需响应的虚拟发电资源，实现电网供需的柔性平衡。同时，结合系统侧、用户侧的储能建设，长三角区域电网间的互济互供，实现了电源、电网、负荷、储能协调控制，以此来抵御电网大面积停电的风险。

需更强协同合作能力

在保障国家能源安全和应对气候变化的大背景下，能源科技创新地位愈加突出。一些公司反映，建设以新能源为主体的能源系统，需更加注意电网安全。另外在深远海风力发电和并网、可再生能源制氢、燃料电池、二氧化碳捕集利用与封存等方面，我国仍存在明显短板，需要技术攻关和工程示范。特别是在深远海风力发电、燃料电池、地质封存等方面，国内基础薄弱，属于“卡脖子”难题，而其他方面则是全世界面临的共同难题。

北京理工大学能源与环境政策研究中心分析，我国清洁能源占一次能源比重仅15%，低于全球平均水平，能源结构调整面临高碳能源资产累积规模总量大、转型困难等问题，一些关键技术及其经济性仍存在瓶颈制约，市场体系和政策机制还不完善。

该中心认为，能源技术预见是优化能源产业政策的前提之一。由于技术演化存在不确定性，以及对技术发展规律有不同认识，各利益相关方均很难准确把握能源技术发展趋势。市场参与方对储能、氢能、新能源汽车等新型能源技术发展路线有不同认识。随着能源系统集成化、智能化、网络化发展，新型能源技术的推广应用将更加受营商环境和管理体制的影响，这对政府各职能部门间的协同合作能力提出了更高要求。