城市電力碳達峰發(fā)展路徑和新型電力系統(tǒng)建設(shè)方向研究

■國網(wǎng)浙江杭州供電公司 陳琳杜一瑋陳加煒徐航

中國電力企業(yè)聯(lián)合會電力建設(shè)技術(shù)經(jīng)濟咨詢中心高長征劉禹含

2020年，我國提出力爭于2030年前二氧化碳排放達到峰值的目標與努力爭取于2060 年前實現(xiàn)碳中和的愿景，部分省份、重點行業(yè)大型企業(yè)也積極制定各自碳達峰、碳中和路線圖，明確達峰目標與實現(xiàn)措施。隨后，習近平主席在氣候雄心峰會上進一步明確，到2030 年，中國單位國內(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比重將達到25%左右。2021年3月召開的中央財經(jīng)委員會第九次會議提出，要構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。電力行業(yè)多家企業(yè)也積極響應國家雙碳目標，提出實現(xiàn)減排降碳的重要規(guī)劃。國家電網(wǎng)有限公司于2021年3 月發(fā)布碳達峰碳中和行動方案，明確加快構(gòu)建清潔低碳、安全高效能源體系的目標任務，提出推動能源電力轉(zhuǎn)型、持續(xù)推進碳減排的路徑。

對于城市而言，尤其是東部發(fā)達城市，隨著經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，第三產(chǎn)業(yè)占比逐步增加，高新制造業(yè)占比提高、現(xiàn)代服務業(yè)快速擴張。同時，在節(jié)能減排的背景下，能源消費向低碳化轉(zhuǎn)型，建筑、交通、工業(yè)等領(lǐng)域的電氣化程度逐步加深，電能在終端能源消費中的比重將進一步變大。因此，研究城市電力碳達峰發(fā)展路徑與以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設(shè)策略十分必要。

城市電力碳達峰發(fā)展路徑

1.電力碳排放測算模型

城市碳達峰是指城市的二氧化碳排放（以年為單位）在一段時間內(nèi)達到最高峰，之后進入平臺期并可能在一定范圍內(nèi)波動，然后進入平穩(wěn)下降階段。由于經(jīng)濟因素、極端氣候等自然因素，視情況可以適度允許城市在平臺期內(nèi)出現(xiàn)碳排放上升的情況，但不能超過峰值碳排放量。一般波動平臺期在5年以內(nèi)，不超過峰值且平臺期過后進入平穩(wěn)下降趨勢，則認為實現(xiàn)了碳達峰。

為研究城市電力碳排放達峰路徑，首先建立電力碳排放測算模型。遵循“誰使用誰承擔”的原則，輸電通道電源側(cè)的碳排放計入受入側(cè)，電力碳排放包括直接排放和間接排放，即地區(qū)內(nèi)電廠碳排放和外受電力碳排放組成。直接排放由區(qū)內(nèi)煤電、氣電排放組成，根據(jù)《省級二氧化碳排放達峰行動方案編制指南》中推薦的煤電二氧化碳排放因子0.853 噸/兆瓦時，氣電二氧化碳排放因子0.405 噸/兆瓦時進行計算。間接排放依據(jù)省內(nèi)電源分攤比例進行計算，采用最新國家溫室氣體清單排放因子數(shù)據(jù)，其中，煤炭為2.66 噸二氧化碳/噸標準煤，天然氣為1.56噸二氧化碳/噸標準煤。

對于未來的電力碳排放趨勢判斷還要考慮多項條件約束要求：地區(qū)資源條件、電源建設(shè)能力、電源結(jié)構(gòu)以及負荷特性變化決定了未來供需的平衡關(guān)系，在電力電量平衡的前提下，還需要考慮政策目標約束和清潔轉(zhuǎn)型要求，例如新能源棄電率小于5%、滿足地區(qū)可再生能源消納責任指標等等。

2.案例分析

電力碳排放測算模型

以某東部發(fā)達城市為例，該城市經(jīng)濟發(fā)展較快，第三產(chǎn)業(yè)占比超過60%。地區(qū)化石能源資源匱乏，能源生產(chǎn)以電力生產(chǎn)、熱力生產(chǎn)為主，本地可再生能源資源稟賦不足，資源最為豐富的水電開發(fā)已近飽和。地區(qū)外受電量占總用電量的比重近年維持在70%～80%，是典型的外受電力比例較高的城市，外受電碳排放是地區(qū)總體碳排放達峰形勢的決定性因素。

依照電力碳排放測算模型對該城市的碳排放進行分析，確定達峰時序及措施方案。按照規(guī)劃情況，地區(qū)電力碳排放預計在“十五五”末達峰，以國家推進清潔能源消納以及兩個一體化要求為指導，省內(nèi)省外并重，促進城市適當超前全省實現(xiàn)碳達峰目標，設(shè)計以下幾種措施促進地區(qū)提前實現(xiàn)碳達峰：一是提升受入直流通道清潔電力占比，多條含清潔電力的通道電源端均有提升可再生裝機配比的支撐能力，另外，建議積極規(guī)劃高比例清潔通道接入省內(nèi)，考慮風光資源較豐富的北方綜合能源基地及西南水電基地作為未來電源端；二是省內(nèi)送電清潔比例適當提升，新增清潔輸電通道盡量向省內(nèi)發(fā)達城市傾斜，適當提高省內(nèi)清潔通道分電比例；三是利用綠證交易、綠電交易提升地區(qū)清潔電量占比，利用市場交易購買清潔電量，從而減低含碳電量比。通過應用以上措施方案，能夠在“十五五”中期甚至更早實現(xiàn)碳達峰。

新型電力系統(tǒng)建設(shè)策略

構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，需要從提升新能源供應、提升電力系統(tǒng)靈活性以及體制機制方面共同發(fā)力。

構(gòu)建以新能源為主體的電力供應體系，對于城市系統(tǒng)來說主要根據(jù)資源情況重點發(fā)展本地分布式光伏、分布式風電，并拓展生物質(zhì)能、地熱能、海洋能等多種能源的應用。城市推進分布式光伏，主要依靠以下幾種場景，一是以開發(fā)區(qū)或產(chǎn)業(yè)園區(qū)為重點，推進園區(qū)屋頂光伏應用；二是廠房、商業(yè)樓宇、辦公建筑、交通場站等大型商用或公共建筑推廣光伏幕墻、光伏屋頂?shù)纫幌盗泄夥ㄖ惑w化應用產(chǎn)品；三是利用綠色園區(qū)、未來社區(qū)、美麗鄉(xiāng)村、特色小鎮(zhèn)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等舉措，探索更多的“光伏+”應用場景；四是探索開發(fā)光伏遮陽棚、光伏路燈等智能光伏產(chǎn)品；五是充分利用居民家庭屋頂?shù)荣Y源建設(shè)戶用光伏，支持戶用光伏共享發(fā)展。電力受端城市以提升外來綠電電量為主要途徑，提升存量通道中清潔電量比例，促進新增清潔電力適當優(yōu)先滿足發(fā)達城市需求。

提升電力系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)能力需要電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)共同發(fā)力，提高電源調(diào)節(jié)能力、加快對本地常規(guī)電源的靈活性改造、提升新能源電源監(jiān)控和預測能力、建設(shè)儲能系統(tǒng)、優(yōu)化完善網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、挖掘需求側(cè)相應潛力等。在市場制度方面，擴大綠電交易范圍，助力新能源消納與供應結(jié)構(gòu)綠色轉(zhuǎn)型；創(chuàng)新激勵方法與機制，以市場機制引導負荷側(cè)的用電行為，激發(fā)用戶調(diào)節(jié)潛力，集聚工業(yè)、商業(yè)樓宇、充電樁等用戶側(cè)可控負荷，提高電網(wǎng)可調(diào)控容量占比，提升需求側(cè)響應能力。對重點領(lǐng)域、重點用能行業(yè)、重點產(chǎn)業(yè)園區(qū)、重點項目等明確碳排放測算方式及標準、從高耗能、高排放項目著手逐步擴大監(jiān)管范圍，開展碳排放環(huán)境影響評價，推動碳排放環(huán)境影響評價納入環(huán)評體系；探索建立碳積分政策，從重點行業(yè)、企業(yè)逐步向多行業(yè)、企業(yè)、個人推廣施行。■