2023年9月12-14日，以“綠色 持續 共生 向新”為主題的“第五屆未來能源大會”在江蘇常州武進召開，本次大會由中國能源研究會與中國能源網聯合主辦。會上，中國科學院院士、中國電力科學研究院名譽院長周孝信發表了《雙碳目標下我國能源電力系統發展趨勢》的主旨演講。
尊敬的各位領導、各位院士、各位專家：大家上午好！非常榮幸能夠接受邀請，參加未來能源大會，這是我的第幾次我忘記了，反正上一次是參加了。
今天為大家匯報的題目這里已經有了，不再重復，我加了一個副標題，就是“綠電替代+綠氫替代”，就是現在我個人認識的發展趨勢。
首先給大家匯報一下綠電綠氫替代的一次能源結構。我們都知道要建設新型能源體系首先要分析預測雙碳目標下，未來一次能源消費結構的發展趨勢，剛才說了，我認為這個趨勢就是綠電替代+綠氫替代。一次能源分三部分，第一部分化石能源逐步被非化石能源替代，第二部分是非化石能源的電利用，這一部分就是非化石能源發電逐步替代化石能源發電，我們叫做綠電替代，這個是我們一個未來新型能源體系的主體，現在大家正在做的事情。第三是非化石能源非電利用，有兩部分，一部分像太陽能、地熱、核能等直接拿來用，第二是綠氫在工業、交通等領域用電替代比較困難的情況下，逐步替代化石能源的非電利用，這個我們叫做綠氫替代，前面是主體，這是輔助的。
這是一張圖，關于一次能源消費結構和碳排放，大家可以看到，我們是從2020年到2060年之間，每一個五年有一個柱狀圖，可以很清晰的看到綠電替代發展是很有成效的，你看下面的綠色部分就是核電加上可再生能源發電，它的能量、電的能量，綠色的部分逐漸提高，從目前的7%以上，到2060年有63.2%，這個比例很高，綠電替代、風電、太陽能開發，包括核電都在里面。其他的部分就是大家有不同的見解了。所以我這里講的是綠氫替代占7.7%加8.7%，7.7是氫發電的，8.7%是其他的發電，為什么到2060年還要保持煤和天然氣發電？是因為電力系統要有靈活性，要調節，新能源調節性能就很差了，另外在極端情況下還要靠這些發電來給我提供一些安全的護供作用，在這樣的情況下，如果其中的一部分拿來用綠氫來發電的話，對減碳還是很有效果的。
這個是氫替代的方案，是我們團隊做的一個簡單的方案，包括氫的非電利用加上發電利用兩部分，就是這個表格的最下一行，2030年前我們不考慮它能夠替代什么，主要做示范，做技術的成熟迭代，到了2030年能不能搞到800萬噸氫不知道，就是我們拍腦袋的，到2040年3400萬噸，2050年6500萬噸，2060年1億噸，橫向比較，下面有兩個比較，一個是美國，一個是德國，他們在6月份公布了他們國家的氫能發展戰略，美國和我們差不多，一開始沒有它大，但后來我們比它大，美國到2050年是五千萬噸，我們2050年是6500萬噸，它沒有2060年的數，我們是1億噸，這個效果還是很好，2050到2060年碳中和階段，電力系統排放的二氧化碳由7億噸減少為4億噸，有利于配合其他措施實現電力系統的碳中和。這個數還是很大的，這十年減少了3億噸的碳，量還是很大，可以和其他方案做比較，看看經濟性哪一個好。
下面主要講一講電力系統，電力系統在能源轉型的過程中，我們認為要建成新型能源電力系統，或者在建設過程中，我們追求的目標是什么呢？或者說它達到的實際情況是什么樣的？第一是高比例的可再生能源，第二高比例電力電子裝備，為什么？因為新能源接入都是通過電力電子裝備接進去的，輸出輸入都需要通過電力電子裝備實現。第三多能互補綜合能源，第四數字化智慧化能源，第五清潔高效低碳零碳，第六高韌性本質安全可靠電力系統，這是很難做到的，但是我們希望朝這個目標來前進。
下面就是我們做的情景分析，其中一個，就是在綠電替代+綠氫替代的情況下，我們做出來一個圖，也是從2020年到2060年，上面紅的曲線就是非化石能源發電裝機占比，到2025年之前就會超過50%，到2060年就到了97%以上了。這是它的發電量，我就不細說了。下面這幾個餅圖給大家簡單介紹一下，就是2022年全社會用電量8.64萬億千瓦時，裝機容量25億千瓦，總發電量是86000萬億千瓦時，可再生能源的發電裝機占47.3%，可再生能源發電量占31%，這得益于風電、太陽能、水電這些。這是2030年的情況，因為時間關系就不說了，可再生能源發電裝機占比55%，可再生能源發電量占比38.8%，但是煤電依然占據非常重要的部分，像裝機容量占32%，發電量占45.7%，還是我們國家電力保供的主要依靠。這是2050年變化就大了，這個變化是由于新能源發電大規模的進入了電力系統，帶來的結果就是可再生能源發電裝機占比85.9%，可再生能源發電量占比80%。這是2060年的情況，可再生能源發電裝機占93.3%，可再生能源發電量占比86%，還有一些化石能源發電就比較少了。
再看看這么高比例的可再生能源，連帶大量的電力電子裝備進入電力系統，我們這個電力系統會產生什么樣的問題？我就簡單的列幾項，有五項性能要求，每一項都是很大的挑戰，第一個就是靈活性，電力系統源荷平衡保持正常運行的必要條件，它帶來了靈活性的巨大需求，這個需求包括需要通過源網荷儲互動來提供幫助。第二是韌性，它是電力系統應對突發事件的必備條件，必須準備著來應對這些事件，在極端氣候下快速恢復供電的韌性需求更為頻繁和迫切。第三是穩定性，就是由于電力電子裝備大量的進入電力系統，包括大規模的集流輸電、西電東送這些，它是承受各類擾動后保持暫態和動態穩定的能力，這是基本條件。第四就是可靠性，就是這些裝備要具備必要的可靠性，很高的可靠性，電力系統的結構包括電網的結構，它的接線要滿足高可靠性的要求，是電力系統運行的基礎條件，沒有這個也是不行的。最后一個是經濟性，我們做了這些工作，最后落實到我們系統能夠安全穩定運行，如果是經濟性不行的話那也是不行的，所以我認為是電力系統為社會提供優質服務的前提條件，包括我們怎么樣有效的化解電力成本，因為我們轉型提高，這是很大的問題，到底怎么化解，怎么應用市場化的辦法來解決這些問題，包括碳排放等等問題。
應對的舉措簡單列幾條，第一條大力發展各類儲能技術，這里面中短期的儲能現在大家都在發展，各種路線技術都在進步，但對長期儲能，應對極端氣候的變化，應對各種突發事件帶來的長期影響，我們的看法是儲氫，以及氫所衍生出來的甲烷、甲醇等等氣體液體燃料，要有足夠的儲備，還有化石能源、天然氣的一部分儲備，這樣就是長期儲能，應對季節性的變化。第二實現源端多能互補綜合能源電力系統，這個電力系統包括源端電力網絡，包括在源端構建綜合能源生產單元，叫IEPU，第三實現受端多能互補綜合能源電力系統，也是有一個綜合能源產銷單位，叫IECU。第四就是大規模的能源電力輸送系統，期望未來的能源系統除了以電為主，西電東送以外，還要送綠色的氣體液體燃料，包括氫，包括甲烷、甲醇、氨等等，西電東送為綠色的西能東輸，這是我提出來的口號，現在也是西能東輸，但送的是煤炭、石油、天然氣，將來是綠色的西能東輸。第五建設結構合理、安全可靠的配用電網絡，包括提高韌性、提高靈活性、安全可靠性、經濟性，希望終端消費這部分做出很大的貢獻。第六是能源電力市場的建設，包括靈活性調節市場，包括綠電的市場，包括碳的市場，包括補償機制和激勵機制等等。
這就是剛才我說的一個IEPU綜合能源生產單元，包括燃煤電站、光伏電站，包括電解水裝置，包括做甲烷、甲醇和碳捕集，我們生產的綠色甲烷和氫氣來推動燃氣輪機發電，這是一個好處，可以把傳統的燃煤發電和光伏發電結合起來，有些要退役的不一定馬上要退掉了，發揮它的作用，也能夠為將來提供很高的靈活性，在電網遭受大變故的情況下提供韌性有很好的作用。這里是終端用戶的，也是一個個單元，就是IECU，包括不同類型的單元，將來內部是自治管理，統一的可以參加電力市場，統一的調度，這樣可以更好發揮分布式能源的作用，更好的把消費側的資源調動起來，這也是一種方案。
最后是總結與討論，第一關于新型能源體系構建的綠電替代與綠氫替代，在雙碳目標指引下，風電光伏等可再生能源發電大規模開發，到2050年到2060年，基本上實現了高比例非化石能源對化石能源的綠電替代，成為新型能源體系一次能源消費的主體。二，隨著可再生能源綠氫生產儲運技術進步和成本降低，2030年后，綠氫儲能發電將有可能與風光綠電相配合，在提供長時儲能發電和靈活調節方面逐步替代化石能源，成為綠電替代的組成部分，而綠氫在工業交通民用等領域的直接利用，則實現了對化石能源的綠氫替代。第三是可以預期，對傳統化石能源的綠電替代和綠氫替代，作為實現新型能源系統碳中和目標的關鍵舉措，將在未來新型能源體系和新型電力系統建設中發揮決定性作用。這是我的看法。
第二關于構建新型電力系統有關問題的認識，計入綠氫發電后，電力系統2060年非化石能源發電量占比由93.5%提高到98.1%，2060年碳排放量與2020年相比，占比由14.8%減少到4.5%，2050年至2060年碳中和期間二氧化碳平均年排放量由7億噸減少為4億噸，有利于配合輔助措施實現電力系統碳中和。燃煤發電是我國電源結構的劣勢也是優勢，隨著新能源快速發展，煤電機組對于電力系統安全穩定的支撐作用進一步凸顯，推進傳統煤電升級改造及有序退役，對我國電力轉型意義重大。源端綜合能源生產單元IEPU既能以其高靈活調節能力支撐高比例可再生能源電力系統穩定運行，又能生產氫氣及其衍生的便于運輸儲存的綠色燃料，成為新型電力系統應對中長期能源電力供需不平衡的儲能介質，期望能作為煤電機組低碳/無碳轉型路徑方案的一種選擇。終端綜合能源產銷但IECU，作為電網中能源消費生產的基層子系統，既是負責內部分布式能源電力生產和消費自治管理的微型電力能源網絡，也可以作為提供靈活性資源、增強系統韌性，在遇到災害的時候，可以獨立運行、穩定運行，保證基本的供應，是參與電網調度和電力系統的基本單元。
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