碳達(dá)峰、碳中和背景下“十四五”時(shí)期發(fā)電技術(shù)趨勢分析

姜紅麗，劉羽茜，馮一銘，周保中，李昱曦

（華電電力科學(xué)研究院有限公司，浙江省 杭州市 310012）

0 引言

2020 年9 月22 日，習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上宣布了中國碳中和目標(biāo)，提出中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和[1]。2020 年12 月12 日，習(xí)近平在氣候雄心峰會上進(jìn)一步宣布，中國到2030 年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12 億kW 以上[2]。2021 年3 月13 日，《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》正式發(fā)布，提出目標(biāo)：“十四五”時(shí)期，我國將加快發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型，協(xié)同推進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)環(huán)境高水平保護(hù)，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗和二氧化碳排放分別降低13.5%、18%，非化石能源占能源消費(fèi)總量比重提高到20%左右[3]。2021 年3 月15 日，習(xí)近平在主持召開中央財(cái)經(jīng)委員會第九次會議上指出，“十四五”是碳達(dá)峰的關(guān)鍵期、窗口期，要重點(diǎn)構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，實(shí)施重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域減污降碳，推動綠色低碳技術(shù)實(shí)現(xiàn)重大突破，加快推進(jìn)碳排放權(quán)交易，把碳達(dá)峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局[4]。

中國作為全球第一大碳排放國，在《巴黎氣候協(xié)定》簽署5 周年之際向世界宣布“3060 目標(biāo)”，是全球應(yīng)對氣候變化的里程碑事件，不僅彰顯了中國應(yīng)對氣候變化進(jìn)程的決心，也明確了中國未來幾十年“能源革命”的發(fā)展道路。同時(shí)，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的提出，也明確了“3060 目標(biāo)”的發(fā)展路徑。“十四五”時(shí)期是我國在全面建成小康社會、實(shí)現(xiàn)第一個(gè)百年奮斗目標(biāo)之后，乘勢而上開啟全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家新征程、向第二個(gè)百年奮斗目標(biāo)進(jìn)軍的第一個(gè)五年，同時(shí)也是我國實(shí)現(xiàn)“3060 目標(biāo)”的第一個(gè)五年，該階段的能源電力發(fā)展規(guī)劃與布局將對我國的碳減排目標(biāo)發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

在此背景下，本文基于國內(nèi)外碳達(dá)峰、碳中和現(xiàn)狀，對我國“十四五”時(shí)期重點(diǎn)發(fā)電技術(shù)及其空間布局進(jìn)行了分析，為準(zhǔn)確把握我國電力技術(shù)在未來五年的發(fā)展方向、實(shí)現(xiàn)能源電力行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供了參考。

1 國內(nèi)外碳達(dá)峰、碳中和現(xiàn)狀分析

1.1 全球主要國家碳達(dá)峰、碳中和概況

碳達(dá)峰是實(shí)現(xiàn)碳中和的必經(jīng)之路。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2021年3月底，全球已有54個(gè)國家完成碳達(dá)峰目標(biāo)，約占全球碳排放總量的40%，預(yù)計(jì)到2030年，南非、中國、墨西哥、馬紹爾群島和新加坡等國將實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，屆時(shí)全球?qū)⒂?9 個(gè)國家實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，約占全球碳排放量的60%[5]。世界各國完成或預(yù)計(jì)完成碳達(dá)峰時(shí)間軸如圖1 所示，其中數(shù)據(jù)來源于世界資源研究所及其他網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)。

圖1 世界各國完成或預(yù)計(jì)完成碳達(dá)峰時(shí)間軸Fig.1 Timelines for completion or expected completion of carbon peak around the world

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球已有近130 個(gè)國家和地區(qū)提出了碳中和目標(biāo)，且大多數(shù)將其碳中和時(shí)間定在2050 年，如美國、英國、歐盟、加拿大、德國、日本、南非等。在主要的國家和經(jīng)濟(jì)體中，對于實(shí)現(xiàn)碳中和時(shí)間，瑞士計(jì)劃在2045年，冰島和奧地利計(jì)劃在2040年，烏拉圭計(jì)劃在2030年，芬蘭計(jì)劃在2035年。另外，中國力爭在2060年實(shí)現(xiàn)碳中和，新加坡也計(jì)劃在21世紀(jì)后半葉盡早實(shí)現(xiàn)碳中和。目前，已有少數(shù)國家完成碳中和目標(biāo)并進(jìn)入“負(fù)碳時(shí)代”，如蘇里南(2014 年完成)和不丹(2018年完成)[6]。主要國家或經(jīng)濟(jì)體計(jì)劃或已完成碳中和時(shí)間軸如圖2所示。

圖2 主要國家或經(jīng)濟(jì)體計(jì)劃或已完成碳中和時(shí)間軸Fig.2 Timelines for completion or expected completion of carbon neutrality for major countries or economies

1.2 我國能源電力行業(yè)碳達(dá)峰、碳中和現(xiàn)狀分析

2020年，受到新冠疫情影響，全球碳排放量出現(xiàn)較大降幅，同比下降7%，較2019年(364.4億t)減少約24億t。中國碳排放量在2020年上半年下降約3%，但下半年由于疫情防控較好，碳排放量同比上升了4%，國際能源署(international energy agency，IEA)2021 年3 月發(fā)布的《Global Energy Review:CO2Emissions in 2020》顯示，中國2020年整體碳排放比2019年上升了0.8%(約0.75億t)，占全球碳排放的30%左右。近十年中國及全球的碳排放情況(數(shù)據(jù)來源于Our World in Data、IEA、Carbon Brief等)如圖3所示。

圖3 2010—2020年中國及全球碳排放量Fig.3 China and global carbon emissions in 2010—2020

現(xiàn)距離我國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)不足十年，據(jù)中國電力科學(xué)研究院預(yù)測，我國2030年二氧化碳排放峰值為135 億t[7]，意味著我國未來近十年的二氧化碳排放量將有大幅降低。屈博等[7]研究指出，“碳中和”主要涉及碳匯、節(jié)能、減排、能源電力和非電力能源5 個(gè)領(lǐng)域，且電能替代是實(shí)現(xiàn)“3060目標(biāo)”的重要路徑。林伯強(qiáng)[8]研究指出，我國當(dāng)前的碳排放量主要集中在發(fā)電、工業(yè)和交通部門，且電力行業(yè)的深度脫碳是中國實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵所在。

當(dāng)前，我國超過一半的碳排放量來自電力行業(yè)。且隨著全社會電氣化水平的提升，未來將有更多碳排放從終端用能行業(yè)轉(zhuǎn)移到電力行業(yè)，進(jìn)一步加大電力行業(yè)的碳減排壓力。國家電網(wǎng)公司于2021年3月1日率先發(fā)布了“碳達(dá)峰、碳中和”行動方案，提出將全力推動新能源發(fā)展，大力實(shí)施電能替代，加強(qiáng)電力技術(shù)創(chuàng)新，促進(jìn)能源供給多元化、清潔化、低碳化，能源消費(fèi)高效化、減量化、電氣化發(fā)展。2021年3月18日，南方電網(wǎng)公司發(fā)布服務(wù)“碳達(dá)峰、碳中和”工作方案，提出南方電網(wǎng)公司將積極落實(shí)可再生能源替代行動，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，全力服務(wù)南方五省區(qū)綠色低碳發(fā)展，為國家實(shí)現(xiàn)“3060 目標(biāo)”做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

我國五大發(fā)電集團(tuán)也積極采取行動，紛紛響應(yīng)“3060目標(biāo)”。國家電力投資集團(tuán)宣布到2023年實(shí)現(xiàn)在國內(nèi)的“碳達(dá)峰”；國家能源投資集團(tuán)和中國大唐集團(tuán)宣布提前5 年(即2025 年)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”；中國華電集團(tuán)正在制定可落地的碳達(dá)峰行動方案，努力于2025年實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰；此外，中國華能集團(tuán)在其“十四五”規(guī)劃中明確提出目標(biāo)：到2025 年確保清潔能源裝機(jī)占比達(dá)50%以上，碳排放強(qiáng)度較“十三五”下降20%，加快建設(shè)世界一流現(xiàn)代化清潔能源企業(yè)。表1 為五大發(fā)電集團(tuán)近期為實(shí)現(xiàn)“3060 目標(biāo)”采取的重點(diǎn)部署。

表1 五大發(fā)電集團(tuán)碳達(dá)峰時(shí)間及“3060目標(biāo)”重點(diǎn)部署Tab.1 Carbon peak schedule of five power generationgroups and their major deployments to achieve“3060 target”

2 “3060目標(biāo)”下“十四五”時(shí)期發(fā)電技術(shù)發(fā)展分析

2.1 碳達(dá)峰、碳中和進(jìn)程及其重點(diǎn)發(fā)電技術(shù)分析

隨著“3060 目標(biāo)”的提出，對電力行業(yè)的發(fā)展也提出了更高要求，尤其是發(fā)電側(cè)，為完成重大碳減排任務(wù)，亟需在關(guān)鍵核心技術(shù)方面取得重大突破。杜祥琬等[9]研究指出，對于電力行業(yè)，除了要通過大幅降低化石能源的消費(fèi)總量實(shí)現(xiàn)“降能耗”，還需大力發(fā)展非可再生“替代能源”及碳“移除”等技術(shù)。張賢等[10]研究指出，科技創(chuàng)新是實(shí)現(xiàn)“3060目標(biāo)”的重要保障，“十四五”作為目標(biāo)達(dá)成的關(guān)鍵時(shí)期，應(yīng)全面做好脫碳和零碳技術(shù)的部署，加快開展相關(guān)研發(fā)與示范工作。林伯強(qiáng)[8]將中國的碳中和路徑劃分為3個(gè)階段，即碳達(dá)峰期(2021—2030 年)、快速降碳期(2031—2045 年)和深度脫碳期(2046—2060 年)，并明確了各階段的重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)。王燦等[11]根據(jù)當(dāng)前對我國碳中和的研究，將我國碳排放路徑劃分為4 個(gè)階段，即碳達(dá)峰期(2020—2030 年)、碳平臺期(2030—2035年)、碳下降期(2035—2050年)和碳中和期(2050—2060 年)，尤其是在碳下降期和碳中和期，需要依托可再生能源為主的低碳能源系統(tǒng)、負(fù)排放技術(shù)以及碳匯技術(shù)等應(yīng)用。

要推動實(shí)現(xiàn)“3060 目標(biāo)”，需加快構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，意味著新能源技術(shù)將在碳達(dá)峰、碳中和的整個(gè)進(jìn)程中扮演主要角色。另外，習(xí)近平在2021年4月的“領(lǐng)導(dǎo)人氣候峰會”上表示：中國將嚴(yán)控煤電項(xiàng)目，“十四五”時(shí)期嚴(yán)控煤炭消費(fèi)增長，“十五五”時(shí)期逐步減少[12]。因此，在2030年之前，除了大力發(fā)展新能源替代技術(shù)，煤電的清潔、低碳、高效發(fā)展是重點(diǎn)。本文將我國的碳達(dá)峰、碳中和進(jìn)程劃分為3 個(gè)階段：2021—2030 年，我國發(fā)電技術(shù)將以煤電的超低排放、靈活性改造等技術(shù)為主，并同時(shí)配備大量的可再生能源替代技術(shù)，逐步削弱傳統(tǒng)煤電在電力系統(tǒng)中的主體地位；2031—2045 年，“可再生能源+儲能”技術(shù)獲得大規(guī)模應(yīng)用，并同時(shí)加大二氧化碳捕集、利用與封存(carbon capture，utilization and storage，CCUS)、生物質(zhì)能結(jié)合碳捕集與封存(bioenergy carbon capture and storage，BECCS)等技術(shù)的推廣應(yīng)用，爭取實(shí)現(xiàn)100%可再生能源供電，努力實(shí)現(xiàn)我國傳統(tǒng)煤電的有序退出；2046—2060 年，CCUS、碳匯、BECCS 等技術(shù)獲得大規(guī)模應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。各階段的重點(diǎn)技術(shù)概況如圖4所示。

圖4 碳達(dá)峰、碳中和進(jìn)程及其重點(diǎn)技術(shù)分析Fig.4 Analysis of processes and key technologies for carbon peak and carbon neutrality

2.2 “十四五”時(shí)期發(fā)電技術(shù)趨勢分析

“十四五”時(shí)期，我國將邁入高質(zhì)量發(fā)展階段。同時(shí)，面臨我國“雙循環(huán)”新發(fā)展格局的形成、新型城鎮(zhèn)化建設(shè)和電氣化進(jìn)程的加快以及后疫情時(shí)代的“綠色復(fù)蘇”等發(fā)展形勢，也將推動能源電力步入高質(zhì)量發(fā)展新征程，而能源電力的高質(zhì)量發(fā)展關(guān)鍵在于技術(shù)創(chuàng)新。本文重點(diǎn)聚焦火電、風(fēng)電、光電、水電、核電、氫能和儲能等發(fā)電技術(shù)，并對各電源當(dāng)前的概況及其在“十四五”期間的重點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行分析。

2.2.1 火電

長久以來，火電一直在我國能源生產(chǎn)和消費(fèi)中占據(jù)主體地位，承擔(dān)著我國能源安全的重要責(zé)任。我國已明確，“十四五”時(shí)期將嚴(yán)控煤電項(xiàng)目，并在《2021年能源工作指導(dǎo)意見》中提出，2021年將煤炭消費(fèi)比重降低至56%以下，這是我國為盡快實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)采取的關(guān)鍵舉措。2020年我國火力發(fā)電量為51 743 億kW·h，同比增長2.53%，占總發(fā)電量的67.87%，近十年來首次降到70%以下。2010—2020年6 000 kW及以上電廠供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗(數(shù)據(jù)來源于中電聯(lián))如圖5 所示，可以看出，標(biāo)準(zhǔn)煤耗從333 g/(kW·h)降到了305.5 g/(kW·h)，降幅達(dá)到8.26%，但仍距離我國的碳排放目標(biāo)有相當(dāng)?shù)木嚯x。

圖5 2010—2020年6 000 kW及以上電廠供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗Fig.5 Standard coal consumption for power supply of power plants above 6 000 kW in 2010—2020

隨著“3060 目標(biāo)”的提出以及可再生能源的全面快速發(fā)展，今后火電發(fā)展空間將進(jìn)一步被壓縮，其角色將由傳統(tǒng)的電力供應(yīng)主體向?yàn)殡娋W(wǎng)提供調(diào)峰調(diào)頻保障的基礎(chǔ)電源轉(zhuǎn)變[13]。在此期間，火電領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新將以清潔低碳、安全高效和靈活智能為研究重點(diǎn)。一是開展燃煤電廠煙氣多污染物高效一體化協(xié)同治理技術(shù)，火電廠大規(guī)模碳捕集、封存與利用技術(shù)研究，促進(jìn)煤電的低碳清潔發(fā)展；二是開展新一代高參數(shù)超超臨界發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)，煤基聯(lián)合循環(huán)發(fā)電及多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，煤炭與生物質(zhì)、污泥及垃圾耦合高效發(fā)電技術(shù)改造，提高火電系統(tǒng)綜合效率；三是開展智慧火力發(fā)電及在役燃煤機(jī)組靈活性改造等技術(shù)，推動火電機(jī)組智能化轉(zhuǎn)型[14]。

2.2.2 風(fēng)、光電

我國已提出將構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，意味著新能源(尤其是風(fēng)、光電)將在電力系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位，成為主要能源形式。截至2020年年底，我國電力總裝機(jī)容量為201 006萬kW，其中：風(fēng)電裝機(jī)容量為20 915 萬kW，占比為12.79%；光伏裝機(jī)容量為20 418 萬kW，占比為11.52%。根據(jù)《中國2030年能源電力發(fā)展規(guī)劃研究及2060年展望》報(bào)告預(yù)測[15]，到2025年，我國電力總裝機(jī)容量將達(dá)到29.5億kW，其中，風(fēng)、光電裝機(jī)容量將分別達(dá)到5.4億kW和5.6億kW，意味著“十四五”期間電力系統(tǒng)的增長將有約70%來自風(fēng)、光電，發(fā)展空間巨大。圖6 為我國2010—2020年間的風(fēng)、光電裝機(jī)容量及占比(數(shù)據(jù)來源于中電聯(lián)，占比通過計(jì)算得到)。

圖6 2010—2020年我國風(fēng)、光電裝機(jī)容量及占比Fig.6 Installed capacity and proportion of wind and photovoltaic power of China in 2010—2020

此外，《中國“十四五”電力發(fā)展規(guī)劃研究》報(bào)告顯示，我國光伏發(fā)電、陸上風(fēng)電將在2022年左右進(jìn)入平價(jià)時(shí)代，2025年光伏和陸上風(fēng)電度電成本將降至0.3元/(kW·h)左右[16]。風(fēng)、光電角色將加速從當(dāng)前的補(bǔ)充能源向替代能源轉(zhuǎn)型?！笆奈濉逼陂g，風(fēng)、光電技術(shù)開發(fā)將以低成本、高效率和大規(guī)模開發(fā)利用為主要目標(biāo)。一是風(fēng)電技術(shù)將繼續(xù)在單機(jī)容量、風(fēng)輪直徑和工程化水平等方面發(fā)力，重點(diǎn)開展風(fēng)機(jī)葉片大型化技術(shù)、海上風(fēng)電場工程設(shè)計(jì)技術(shù)及成本控制技術(shù)、分段式連接和設(shè)計(jì)技術(shù)、海上風(fēng)電規(guī)?；_發(fā)技術(shù)和智能運(yùn)維技術(shù)等[16]；二是光伏技術(shù)在材料、器件、裝備和系統(tǒng)等方面取得突破性進(jìn)展，涉及硅烷法工藝規(guī)?；a(chǎn)、改良銅銦鎵硒納米粒子制備、硒化工藝優(yōu)化和電池整合、化學(xué)成膜、產(chǎn)業(yè)化成套、太陽電池整線成套裝備集成、智能光伏電站、智能化分布式光伏技術(shù)、千萬千瓦級大型并網(wǎng)光伏電站單元設(shè)計(jì)集成與工程化等關(guān)鍵技術(shù)[16-17]；三是光熱技術(shù)將在傳熱、高溫吸熱、材料和儲熱設(shè)備方面取得突破，有望建成吉瓦級太陽能光熱電站，逐漸由槽式光熱電站轉(zhuǎn)向塔式、蝶式、線性菲涅爾式等光熱電站，涉及先進(jìn)太陽能熱發(fā)電、太陽能熱化學(xué)反應(yīng)等技術(shù)[16]。

2.2.3 水電

水電是我國能源電力轉(zhuǎn)型的壓艙石，不僅在電力系統(tǒng)中起著優(yōu)化調(diào)整電力結(jié)構(gòu)的作用，同時(shí)也在節(jié)能減排、應(yīng)對氣候變化、防洪抗旱等方面具有不可替代的作用。2020年，我國水力發(fā)電量為13 552億kW·h，約占全球水力發(fā)電量的30%以上，我國已然成為“水電大國”。同時(shí)，我國水電裝備已進(jìn)入世界水電“無人區(qū)”，取得了技術(shù)上的卓越成就。

“十四五”時(shí)期，我國常規(guī)水電站建設(shè)將會放緩，重點(diǎn)開發(fā)川、滇、藏等高海拔和高地震區(qū)的大型水電基地建設(shè)[18]。在此期間，我國水電技術(shù)將以促進(jìn)可再生能源消納，解決復(fù)雜地理?xiàng)l件下的水電技術(shù)及其運(yùn)維、生態(tài)保護(hù)相關(guān)問題為重點(diǎn)。一是促進(jìn)水電與區(qū)域內(nèi)風(fēng)、光、儲等新能源消納，重點(diǎn)涉及水、風(fēng)、光、儲等新能源互補(bǔ)開發(fā)技術(shù)；二是促進(jìn)西部地區(qū)復(fù)雜環(huán)境條件下水電技術(shù)取得突破性進(jìn)展，重點(diǎn)涉及高地震區(qū)、超厚覆蓋層筑壩防滲技術(shù)，深埋地下長大隧洞和超大型地下洞室群建設(shè)技術(shù)，高海拔嚴(yán)寒地區(qū)復(fù)雜條件下高適應(yīng)性筑壩材料等技術(shù)；三是重點(diǎn)解決水電技術(shù)開發(fā)帶來的運(yùn)維及生態(tài)環(huán)境保護(hù)問題，主要包括環(huán)境保護(hù)與生態(tài)修改技術(shù)，水電建設(shè)運(yùn)維數(shù)字化、智能化技術(shù)，高水頭大容量水電機(jī)組技術(shù)流域梯級水電站群多目標(biāo)調(diào)度與運(yùn)維技術(shù)，水電工程健康診斷、評估與修復(fù)技術(shù)等[14]。

2.2.4 核電

核電作為全球僅次于水電的第二大低碳電力來源，將成為未來解決化石能源枯竭問題的最優(yōu)選擇。同時(shí)，也將是我國優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全、積極應(yīng)對氣候變化、實(shí)施能源高質(zhì)量發(fā)展的重要抓手。根據(jù)國際原子能機(jī)構(gòu)(international atomic energy agency，IAEA)的最新聲明，2020年全球核電總發(fā)電量為26 000 億kW·h，略高于2019 年的25 862 億kW·h。2010—2020 年中國核電占世界核電總發(fā)電量的比例(數(shù)據(jù)來源于中國核能行業(yè)協(xié)會，占比通過計(jì)算得到)如圖7 所示，可以看出，近十年來，我國核電發(fā)電量保持穩(wěn)步增長態(tài)勢，2020 年核電發(fā)電量為3 662 億kW·h，比2019 年增長5.02%，約占世界核電總發(fā)電量的14.09%，首次超越法國，位居全球第二。根據(jù)《中國核能年度發(fā)展與展望(2020)》報(bào)告預(yù)測，2025年我國核電在運(yùn)裝機(jī)容量將達(dá)到7 000萬kW，“十四五”期間還有近2 000萬kW的發(fā)展空間[19]。

圖7 2010—2020年中國核電占世界核電總發(fā)電量的比例Fig.7 Proportion of China's nuclear generation in the world during 2010—2020

當(dāng)前，我國已全面掌握先進(jìn)核電裝備制造核心技術(shù)。未來一段時(shí)期內(nèi)，我國核電技術(shù)將以具有更高安全性的先進(jìn)核電技術(shù)為主，核電材料與設(shè)備將逐步邁進(jìn)國產(chǎn)自主化進(jìn)程，核電機(jī)組將向更加靈活的小型化方向發(fā)展，重點(diǎn)聚焦核電的可持續(xù)性、安全性和智能化方向，我國也將由“核電大國”逐漸邁向“核電強(qiáng)國”[20]。主要涉及技術(shù)包括：核島先進(jìn)主泵關(guān)鍵技術(shù)，核電站數(shù)字化儀控系統(tǒng)及關(guān)鍵芯片技術(shù)，多用途、高效能小型先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù)，大型核電基地核能綜合利用關(guān)鍵技術(shù)，乏燃料循環(huán)后處理、中低放廢物處理技術(shù)，可控核聚變關(guān)鍵技術(shù)，事故容錯(cuò)(accident tolerant fuel，ATF)核燃料技術(shù)，核電“智慧工地”建設(shè)智能化應(yīng)用技術(shù)，以及高溫氣冷堆核電關(guān)鍵技術(shù)等[14]。

2.2.5 氫能和儲能

2020 年5 月，在第十三屆全國人民代表大會第三次會議批準(zhǔn)的“2020 年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展計(jì)劃的主要任務(wù)”中，我國首次將氫能寫入年度國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展計(jì)劃，明確將制定國家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃[21]。2020年9月，我國財(cái)政部、工信部、科技部、發(fā)改委、能源局五部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》，提出將利用未來四年示范期，打造國內(nèi)氫能產(chǎn)業(yè)鏈，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，讓整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈趨于完整[22]。2020 年12 月，國務(wù)院發(fā)布《新時(shí)代的中國能源發(fā)展》白皮書，提出將加速發(fā)展綠氫制取、儲運(yùn)和應(yīng)用等氫能產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)裝備，促進(jìn)氫能燃料電池技術(shù)鏈、氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。但我國當(dāng)前的氫能應(yīng)用主要聚焦在交通領(lǐng)域，在電力范疇涉及較少，鑒于氫能可有效耦合傳統(tǒng)化石燃料和可再生能源，應(yīng)該大力拓展其電力應(yīng)用場景[23]?！笆奈濉睍r(shí)期，預(yù)計(jì)我國氫能占終端能源需求比例仍然較低(1%)，但氫能技術(shù)創(chuàng)新將進(jìn)入重要示范推廣期[24]，并為將來氫能的大規(guī)模應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。在此期間，氫能技術(shù)將重點(diǎn)圍繞低成本零碳排放制氫技術(shù)、大規(guī)模長距離的儲氫運(yùn)氫技術(shù)、低鉑/無鉑燃料電池技術(shù)等方向開展。

2020 年1 月，教育部、國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《儲能技術(shù)專業(yè)學(xué)科發(fā)展行動計(jì)劃(2020—2024年)》，提出將把儲能產(chǎn)業(yè)和儲能技術(shù)作為新能源發(fā)展的核心支撐，覆蓋發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)、居民側(cè)以及社會化功能性儲能設(shè)施等多方面需求，我國將通過5 年左右的努力，以產(chǎn)教融合發(fā)展的方式推動儲能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，建設(shè)一批儲能技術(shù)人才，推動儲能技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)研究達(dá)到國際領(lǐng)先水平[25]。2021 年2 月，教育部發(fā)布《關(guān)于公布2020年度普通高等學(xué)校本科專業(yè)備案和審批結(jié)果的通知》，顯示我國25 所高校增設(shè)了儲能科學(xué)與工程專業(yè)[26]。2021 年4 月，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見(征求意見稿)》，指出新型儲能(除抽水蓄能外)是支撐新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，在推動“3060 目標(biāo)”過程中將發(fā)揮顯著作用；并首次在國家層面提出了量化的儲能發(fā)展目標(biāo)，即到“十四五”末，實(shí)現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)?；l(fā)展轉(zhuǎn)變，裝機(jī)規(guī)模達(dá)3 000萬kW以上，到2030年，實(shí)現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展[27]。“十四五”期間，我國將加快可再生能源發(fā)電的并網(wǎng)儲能技術(shù)與系統(tǒng)、大規(guī)模集成儲能與應(yīng)用、分布式儲能技術(shù)及系統(tǒng)優(yōu)化、儲能技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用及管理等關(guān)鍵核心技術(shù)研究，并加大新型電化學(xué)儲能、新型機(jī)械式電力儲能、新型電磁儲能、復(fù)合動態(tài)電池技術(shù)與混合儲能、大規(guī)模儲熱技術(shù)等新型儲能技術(shù)研究[14]。同時(shí)，將加強(qiáng)“新能源+儲能”模式建設(shè)，在更多可再生能源發(fā)電項(xiàng)目中規(guī)劃配置電化學(xué)儲能系統(tǒng)，為新能源高比例發(fā)展提供容量空間。

3 “十四五”時(shí)期各電源發(fā)展空間布局

“十四五”時(shí)期，我國應(yīng)根據(jù)國內(nèi)能源資源稟賦及現(xiàn)狀，并結(jié)合國家未來發(fā)展方針及政策規(guī)劃，對各電源的發(fā)展空間進(jìn)行合理布局。

3.1 加速煤電清潔低碳高效轉(zhuǎn)型

未來5 年內(nèi)，煤電應(yīng)積極發(fā)揮自身優(yōu)勢與價(jià)值，為我國能源的高質(zhì)量發(fā)展做出貢獻(xiàn)。在西部與北部地區(qū)，配合大型可再生能源基地的建設(shè)，提高煤電與新能源的黏合度，實(shí)現(xiàn)煤電與新能源打捆外送[28]；以華北、華中等地區(qū)為重點(diǎn)，探索大容量、高參數(shù)先進(jìn)煤電項(xiàng)目與風(fēng)-光-儲項(xiàng)目一體化布局，實(shí)施多能互補(bǔ)與深度調(diào)峰，提升電力供給效率；以京津冀及周邊地區(qū)、長三角、珠三角和汾渭平原等地區(qū)為重點(diǎn)，實(shí)施煤炭消費(fèi)減量替代和散煤綜合治理，推廣使用清潔高效燃煤鍋爐，推行天然氣、電力、可再生能源等替代低效、高污染煤炭的使用[23]；在中東部地區(qū)，不再新建煤電機(jī)組，同時(shí)加快煤電機(jī)組優(yōu)先退役。

3.2 推動風(fēng)、光電基地化規(guī)?；l(fā)展

“十四五”期間，我國將重點(diǎn)發(fā)展九大清潔能源基地(包括松遼和冀北“風(fēng)光儲一體化”基地，黃河上游、河西走廊和黃河幾字彎“風(fēng)光火儲一體化”基地，新疆“風(fēng)光水火儲一體化”基地，金沙江上游、雅礱江、金沙江下游“風(fēng)光水儲一體化”基地)，以及四大海上風(fēng)電基地(福建、浙江、江蘇和山東海上風(fēng)電基地)[3]。此外，在中部和東部地區(qū)，堅(jiān)持集中式和分布式并舉的方式，充分挖掘風(fēng)、光電項(xiàng)目的潛在能力，推動風(fēng)、光電與農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、漁業(yè)、建筑、交通等綜合協(xié)調(diào)發(fā)展，積極發(fā)展“新能源+儲能”項(xiàng)目，形成新能源多元化發(fā)展新模式，推動可再生能源高比例發(fā)展；在東部和南部沿海地區(qū)，探索推進(jìn)近海深水區(qū)海上風(fēng)電項(xiàng)目規(guī)?；_發(fā)，積極推進(jìn)深遠(yuǎn)海浮式海上風(fēng)電場建設(shè)，完善海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈。

3.3 深挖水電開發(fā)利用空間

“十四五”期間，我國將以西南、西藏等區(qū)域?yàn)殚_發(fā)重點(diǎn)，積極推進(jìn)金沙江、雅礱江、大渡河、瀾滄江等大型水電基地建設(shè)，穩(wěn)步推動藏東南水電開發(fā)，加快調(diào)節(jié)性能好的控制性水庫電站建設(shè)[18]；在長江中上游地區(qū)，充分發(fā)揮水電站的梯級調(diào)節(jié)作用，打造一批“水風(fēng)光儲”一體化多能互補(bǔ)基地建設(shè)，促進(jìn)區(qū)域內(nèi)新能源消納；在東部和中部地區(qū)，充分挖掘水能資源潛力，優(yōu)先考慮水電擴(kuò)容改造，深度開發(fā)水電。此外，控制中小水電開發(fā)，實(shí)施流域生態(tài)修復(fù)，推進(jìn)水電綠色發(fā)展。

3.4 穩(wěn)步推動核電安全有序發(fā)展

“十四五”期間，我國核電建設(shè)將走上高質(zhì)量穩(wěn)步發(fā)展道路，核電產(chǎn)業(yè)鏈趨于完整。據(jù)《中國核能年度發(fā)展報(bào)告與展望(2020)》預(yù)測[19]，我國將穩(wěn)步推進(jìn)中部地區(qū)核電發(fā)展，推動湖南桃花江、湖北咸寧、江西彭澤等廠址比較成熟的核電項(xiàng)目建設(shè)；在沿海地區(qū)，安全穩(wěn)妥推進(jìn)三代核電建設(shè)[3]，推動“核電+新能源”、余電制氫、海水淡化、清潔供暖、工業(yè)供汽等多元化協(xié)同發(fā)展，推動模塊式小型堆、60 萬kW 級商用高溫氣冷堆、海上浮動式核動力平臺等先進(jìn)堆型示范應(yīng)用。

3.5 迎來氫能和儲能產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展期

“十四五”時(shí)期，我國氫能呈現(xiàn)“多點(diǎn)開花”的局面。大致來看，南方地區(qū)(廣東、湖南、云南、重慶、廣西、江西、浙江、湖北、江蘇、貴州、四川)、北方地區(qū)(河北、山東、遼寧)和西北地區(qū)(陜西、青海、甘肅)將大力拓展氫能產(chǎn)業(yè)；黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古、安徽、寧夏和海南將錨定可再生能源制氫；山西則計(jì)劃利用焦?fàn)t煤氣等工藝技術(shù)低成本優(yōu)勢來制氫；而上海、天津和福建則計(jì)劃推進(jìn)充電樁、加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；河南甚至計(jì)劃推廣“氫電油氣”一體化綜合能源站建設(shè)等[29]。

儲能被公認(rèn)為是促進(jìn)我國能源綠色低碳轉(zhuǎn)型、構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)“3060目標(biāo)”、保障能源安全等重要裝備基礎(chǔ)和關(guān)鍵支撐技術(shù)，在“十四五”期間將實(shí)現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展。北部(遼寧、山東、山西)、中部(河南、湖北、湖南)、西部(甘肅、青海、寧夏)和南部(廣西)等地區(qū)將積極鼓勵(lì)發(fā)展“新能源+儲能”項(xiàng)目示范應(yīng)用，推動“風(fēng)光水火儲”一體化、“網(wǎng)源荷儲”一體化等布局；北京、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、寧夏、廣東、江西、福建等省市將重點(diǎn)涉及儲能關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)及成果落地；江蘇、重慶、湖南等省市則將重點(diǎn)攻關(guān)先進(jìn)儲能材料等領(lǐng)域；貴州則重點(diǎn)發(fā)展儲能電池、鋰離子電池等項(xiàng)目建設(shè)；黑龍江和青海計(jì)劃打造國家級儲能創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(基地)，福建計(jì)劃建設(shè)“電化學(xué)儲能國家工程研究中心”等[30]。

4 結(jié)論

“十四五”處于我國碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的第一個(gè)五年，該階段的能源電力科技創(chuàng)新部署將為我國能源實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展指明方向。從當(dāng)前國內(nèi)外的碳達(dá)峰、碳中和現(xiàn)狀出發(fā)，分析了我國電力行業(yè)為實(shí)現(xiàn)“3060 目標(biāo)”進(jìn)行的重大工作部署。此外，能源電力行業(yè)作為“3060 目標(biāo)”的主要實(shí)施對象之一，其關(guān)鍵突破口在于技術(shù)創(chuàng)新?；谙嚓P(guān)文獻(xiàn)、政策及行業(yè)報(bào)告等，分析了我國碳達(dá)峰、碳中和進(jìn)程中的重點(diǎn)發(fā)電技術(shù)，并對“十四五”時(shí)期火電、風(fēng)電、光電、水電、核電、氫能和儲能等發(fā)電技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行了分析。最后，結(jié)合國家未來發(fā)展方針及政策規(guī)劃，對“十四五”時(shí)期各電源的發(fā)展空間進(jìn)行合理布局。