自2020年9月以來，碳達峰、碳中和成為能源圈內的熱門話題，風光等新能源被寄予厚望。在能源規劃中，風光等新能源得到大力支持和發展，要在30·60目標中承擔主力電源作用；而煤炭生產要受到限制，燃煤機組裝機規模甚至要裁剪。近期寒潮之下，湖南、江西等地的“拉閘限電”又讓業內外感到困惑：風光等新能源在冰凍覆雪中無法出力、省間輸電通道難當大任，各級政府被迫首選協調各種資源促進煤炭生產和運輸，保證煤電機組滿負荷運行，配合有序用電方案，才能確保民生用電不受影響。

暫時的困難，并不能阻礙碳達峰、碳中和成為中國人對美好生活的向往，更不會動搖電力行業走向“脫碳”的決心。在30·60目標下，高比例風光發電模式將成為必然的電源選擇，在可預見的時間內，“風光+大電網”也將是電力行業實現碳中和的必然技術方案。但我們還是要清醒地認識到，風光發電的大比例發展將對電網必須的轉動慣量和備用產生致命影響，嚴重威脅電網的平穩運行，大量調節備用機組損失的機會成本和沉沒成本也會使電網的運行費用上升。在2019年倫敦大停電事故的警示之下，我國電力行業如何健康穩定發展，謀求“安全、經濟、環保”能源不可能三角的最優妥協點，需要廣大專業人士認真思考和討論。

電力行業注定是碳中和的重點行業

首先，電力是最大的碳排放行業。2019年全社會發電量73253億千瓦時，其中火電發電量為50450億千瓦時，折合二氧化碳排放大約50億噸，占全國碳排放總量的51%。電力行業不僅是能源供給大戶，同時還是能源消耗大戶。電網企業的網損和發電企業的廠用電合計占到全社會用電量百分之十以上，電力行業不但在生產過程中產生了碳排放，自身電力消耗也引發了相當一部分碳排放。因此，如何實現電力行業碳減排將是實現碳中和的關鍵因素之一。

其次，電力資產較為集中，易于整體考慮政策。2020年全國火電總裝機11億千瓦，90%以上的火電資產屬于國有資產，其中五大電力集團(華能、大唐、華電、國電投和國家能源)火電總裝機達5.6億千瓦，占比51%。國有企業有高度的社會責任感，落實國家政策和要求從不打折扣。全國輸電網資產集中在國網、南網、內蒙古電力公司三個電網公司，輸電網長期保持統一運行、統一調度，優化網絡運行的空間較大。電力企業資產集中的特點，容易實現政策上、技術上的集中處理，相較其他行業有著天然的優勢。

第三，電力行業技術和資金條件較好。實現碳達峰需要新技術投入和大量資金支持。國有電力企業的研究機構長期關注能源轉型，很好地把握了新的發電技術成果和技術發展方向，儲備了大量用于能源轉型的各類技術，擁有碳中和相關技術的專業化研究隊伍，相對于行業外的技術專家，實操能力更強，對轉型的痛點和各種設想的可行性認識更為深刻。電力企業有著雄厚的資金積累和支持，這些都為碳中和的實現提供了堅強的物質基礎。

此外，電力行業屬于社會基礎行業，事關千家萬戶。目前電力行業開始轉型，逐步建設電力現貨市場，由市場決定的電力價格可以實現用戶側引導，促進節能技術的投入使用。由此可以看出，電力行業將首先開始碳中和工作，實現用戶側引導，可實現社會生產和人民生活習慣的改變，逐漸帶動其他行業形成合力，實現全社會在碳中和方面的和諧共振。

電力行業碳中和的實施方式

高比例風光新能源是現階段電力生產側實現碳中和的必然選擇

目前全社會用電量需求還在逐年上升，而在碳捕獲與封存(Carbon Capture and Storage，簡稱CCS)技術尚不成熟的條件下，電力行業需要大力發展零碳發電技術。目前成規模的零碳發電技術一般是核電、水電、生物質和風光等非化石燃料發電技術。

水電大規模增長空間有限。水電目前已成為我國第二大主力裝機電源，裝機達3.6億千瓦，占總裝機17.7%，成為世界第一水電裝機大國。而水電發展由于資源受限、廠址選擇受限、移民安置困難、季節性豐枯期發電不均、生態保護影響大等原因，就目前的技術水平，水電在未來全社會用電量中的占比總體可能成下降趨勢。

核電大規模增長的條件尚不具備。國內核電技術發展較快，已發展至第四代核電技術，核電裝機達4874萬千瓦，占總裝機2.4%，成為世界第三核電裝機大國。然而，核電受制于安全約束、技術難度伴隨固定投資增加、廠址選擇受限和核廢料處理困難等問題，就目前技術水平來看，核電尚不具備大規模增長的條件。

生物質發展難占“C位”。生物質發電是眾多發電類型中的一個小眾發電模式，但是由于其發電可控，二氧化碳排放為零，引起了行業內部重視。目前生物質發電主要有氣化發電和直接燃燒發電兩種形式，以直接燃燒發電較為普遍。而生物質發電由于燃料運輸半徑受限，單機容量普遍較小，造成投資成本和運行成本較大，電量占比上升空間有限。

相對于其他電源種類，風光新能源發電雖然存在季節性能源分布不均，天氣影響較大，發電出力波動性、隨機性較大等問題，但是由于風光等新能源資源豐富、地域分布廣、廠址選擇受限較小、運行成本小、固定投資成本相比水電、核電較低等優勢，高風光電量占比的系統在國際上有一定的運行經驗，是現階段技術經濟條件下，實現碳中和必然選擇的電源。因此，國家也在電力規劃中重點發展風光發電，到2030年，風電、太陽能發電總裝機容量將達到12億千瓦以上(較2019年增長近8億千瓦)。

大電網為主消納是現階段高比例風光消納的唯一選擇

2020年中國風電、太陽能發電總裝機容量4.4億千瓦，裝機容量占比達20%。根據規劃，到2030年風電、太陽能發電裝機容量占比將達40%以上，而到2060年風電、太陽能發電裝機容量占比將接近70%。風光發電出力不可控的波動性和隨機性，造成風光發電出力曲線與電力系統負荷曲線不符甚至是相反。為了有效解決風光新能源的波動影響用戶電力使用平穩的問題，目前解決平衡消納的手段主要有大電網和儲能兩種。

儲能消納風光發電的優劣：儲能技術可以很好地起到移峰填谷作用，有效消除風光新能源的波動性。目前實施的儲能技術主要分為物理機械儲能、電化學儲能和氫儲能。物理機械儲能以抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能為代表。物理儲能的優勢就是安全系數較高、儲能容量大、技術成熟、壽命長，而劣勢則是投資成本大、選址困難、效率低。電化學儲能以鋰電池、鉛酸電池為代表，優勢是效率高、充放電速度快、選址容易，劣勢是投資成本大、安全系數低、環境溫度影響大。氫儲能以電解氫+氫燃料電池為代表，優勢就是能量密度大，劣勢是技術尚不成熟，安全問題沒有徹底解決。總之，目前除了尚不成熟的儲能技術，較為成熟的抽水蓄能和化學電池儲能之外，其他儲能技術都存在投資成本過大和運行成本高的缺陷，抽水蓄能電站的綜合效率一般為0.65~0.75，而化學儲能目前的度電成本大致在0.6~0.9元千瓦時。在電網托底的條件下，京津唐地區大負荷期間如需使用高比例風光電源，則需要具備存儲50億千瓦時的能力，按目前最經濟的存儲方式也需要5萬億的投資，類推全國則需要100萬億以上投資，是目前全國電網資產的20倍以上。如不用電網托底，完全依靠配套儲能的方式，投資還要有數十倍的增加。因此，在可預見的時間內或者至少近期，在經濟性上尚無一種儲能技術可以成為風光發電消納的主要手段，就是說傳統的“電力不具備大規模經濟存儲條件”的規律仍然發揮作用。

大電網消納風光發電的優劣：大電網消納風光發電就是利用電網的電能輸送能力，將風光發電發出的具有波動性、隨機性的電能及時輸送到電力需求側，利用電力系統內部可調節性機組的調節能力(虛擬儲能)實現風光發電消納。大電網消納風光發電相對于儲能技術的優勢就是經濟性明顯，而存在的劣勢就是存在安全事故聯鎖反應風險，而且大電網消納容易出現經濟責任難以劃分的情況。

考慮到儲能技術突破的周期通常為20~30年，因此達成30·60目標不能寄希望于儲能技術快速解決其經濟劣勢，實現風光發電消納的唯一選擇仍是依靠大電網的電能調配手段。盡管大電網消納是風光消納的唯一經濟性現實選擇，但是要實現未來如此高比例的風光發電消納，目前仍有系列障礙難以跨越，需要加大科研力量，以問題為導向，尋求解決這些障礙的技術經濟方案。