“碳中和”挑戰(zhàn)下的太陽能光伏發(fā)電

二氧化碳排放2030年前達(dá)到峰值、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，以及2030年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到25%、風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機(jī)達(dá)到12億千瓦以上是我國定下的目標(biāo)。那么，什么是“碳達(dá)峰”“碳中和”？為何要實(shí)現(xiàn)、以及怎樣實(shí)現(xiàn)呢？

碳達(dá)峰是2030年前二氧化碳排放達(dá)峰，以后不再增加。

碳中和是全部溫室氣體的碳中和，包括二氧化碳和非二氧化碳溫室氣體。碳中和就是通過碳匯（植樹）和埋存等措施，實(shí)現(xiàn)全部溫室氣體的凈零排放。

為什么要碳達(dá)峰/碳中和？

氣候變化是人類面臨的全球性問題，隨著各國二氧化碳排放，溫室氣體猛增，對(duì)生命系統(tǒng)形成威脅。在這一背景下，世界各國以全球協(xié)約的方式減排溫室氣體，我國由此提出碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)。

其次要保證能源安全。我國作為“世界工廠”，產(chǎn)業(yè)鏈日漸完善，國產(chǎn)制造加工能力與日俱增，同時(shí)碳排放量加速攀升。但我國油氣資源相對(duì)匱乏，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，重塑能源體系具有重要安全意義。

2060碳中和面臨的挑戰(zhàn)

我國的低碳發(fā)展轉(zhuǎn)型還存在巨大的發(fā)展空間和發(fā)展?jié)摿?，面臨巨大挑戰(zhàn)：

一是制造業(yè)在國際產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈中仍處于中低端，產(chǎn)品能耗物耗高，增加值率比較低，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級(jí)任務(wù)艱巨；

二是煤炭消費(fèi)占比較高，仍超過50%，單位能源的二氧化碳排放強(qiáng)度比世界平均水平高約30%，能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化任務(wù)艱巨；

三是單位GDP的能耗仍然較高，為世界平均水平的1.4倍、發(fā)達(dá)國家的2-3倍，建立綠色低碳的經(jīng)濟(jì)體系任務(wù)艱巨。

如何實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰/碳中和？

首先我們要在經(jīng)濟(jì)增長和能源需求增加的同時(shí)，持續(xù)削減煤炭發(fā)電、大力發(fā)展和運(yùn)用風(fēng)電、太陽能發(fā)電、水電、核電等非化石能源，實(shí)現(xiàn)清潔能源代替火力發(fā)電。

其次加快產(chǎn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型、促進(jìn)服務(wù)業(yè)發(fā)展、強(qiáng)化節(jié)能管理、加強(qiáng)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能減排、優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、開展各領(lǐng)域低碳試點(diǎn)和行動(dòng)。實(shí)現(xiàn)『碳中和』面臨哪些主要問題

據(jù)財(cái)經(jīng)十一人刊發(fā)的《碳中和，中國的雄心與軟肋》一文中分析指出，風(fēng)電、光伏產(chǎn)業(yè)對(duì)未來十年年均新增裝機(jī)規(guī)模預(yù)測(cè)分別為5000萬-6000萬千瓦和7000萬-9000萬千瓦。但新的挑戰(zhàn)主要并不在于新能源的發(fā)展規(guī)模，相反，2030年裝機(jī)規(guī)模顯著超過國家承諾的12億千瓦下限已是共識(shí)。挑戰(zhàn)在于，現(xiàn)有的能源電力體制需要做出重大改變，方能承接新能源的大發(fā)展，確保“碳達(dá)峰、碳中和”的大目標(biāo)。

與此同時(shí)，中國迎來了能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、電力體制改革、電力供需變化。毫無疑問，未來風(fēng)光等新能源將從配角上升為主角，這給傳統(tǒng)電力系統(tǒng)帶來了從技術(shù)、成本、市場(chǎng)、安全等多方面的挑戰(zhàn)，如果后者無法應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，前者的發(fā)展也將后繼無力。特別是在2020年冬季，個(gè)別省份重新出現(xiàn)限電，限電最為嚴(yán)重的湖南，可再生能源比例也位居國內(nèi)前列，這是能源綠色轉(zhuǎn)型面臨的典型困難。如何應(yīng)對(duì)高比例新能源帶來的新問題，兼顧能源轉(zhuǎn)型和能源安全，矛盾已經(jīng)無法回避。

國家能源局下屬研究機(jī)構(gòu)中電能源情報(bào)研究中心發(fā)布的《能源發(fā)展回顧與展望（2020）》報(bào)告稱，未來五年，中國風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源裝機(jī)占比將由五分之一提升至三分之一，發(fā)電量占比邁過10%。屆時(shí)，電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力將嚴(yán)重不足，負(fù)荷尖峰化加劇，消納能力將成為新能源開發(fā)的前置條件。

資料來源：伍德麥肯茲

文章指出，面向“十四五”及更遠(yuǎn)的未來，除了消納通道、電力需求這些影響消納因素之外，由于新能源發(fā)電“靠天吃飯”，自身是不穩(wěn)定的波動(dòng)性電源，需要其他電源配合新能源的波動(dòng)來維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。國家電網(wǎng)能源研究院研究員張晉芳也表示，過去十年新能源發(fā)電成本快速下降，為實(shí)現(xiàn)“十四五”風(fēng)電、光伏等補(bǔ)貼退出，全面進(jìn)入“平價(jià)上網(wǎng)”時(shí)代提供了強(qiáng)有力的支撐。但新能源出力的隨機(jī)性和波動(dòng)性，對(duì)電力系統(tǒng)影響持續(xù)加深，使得系統(tǒng)需要應(yīng)對(duì)來自電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的“雙重”波動(dòng)，將為消納新能源付出更多的系統(tǒng)成本。

太陽能光熱發(fā)電如何助力『碳中和』目標(biāo)

面對(duì)新能源高比例的可再生能源挑戰(zhàn)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，集發(fā)電與儲(chǔ)能為一身的太陽能光熱發(fā)電，是可以提供可靠電力和靈活調(diào)節(jié)特性的可再生能源發(fā)電方式。

華北電力大學(xué)校長楊勇平在2020中國太陽能熱發(fā)電大會(huì)所作的報(bào)告中指出，太陽能光熱發(fā)電與燃煤發(fā)電具有高度的匹配性。太陽能光熱發(fā)電和熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)既可以幫助燃煤電站在不被淘汰關(guān)閉的情況下完成清潔化改造，還可以對(duì)現(xiàn)有的燃煤電廠通過集成太陽能光熱發(fā)電+熔鹽儲(chǔ)熱系統(tǒng)（TES），為其提供一種減少煤炭用量、并保持供應(yīng)可調(diào)度電能能力的新思路。

同時(shí)，國網(wǎng)山西省電力公司調(diào)度控制中心水電及新能源處處長趙俊屹也在該大會(huì)報(bào)告中表示，風(fēng)電光伏為主的新能源，完成能源采集生產(chǎn)向清潔低碳可持續(xù)的轉(zhuǎn)換，但是隨之而來的資源的隨機(jī)性、波動(dòng)性和不可控屬性，以及隨之帶來的大量電力電子設(shè)備入網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)一次能源綠色清潔低碳轉(zhuǎn)變的同時(shí)，也帶來了電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和調(diào)節(jié)能力等問題。太陽能光熱發(fā)電是集“清潔能源生產(chǎn)、儲(chǔ)能調(diào)節(jié)和同步發(fā)電技術(shù)”于一體的解決技術(shù)方案，其技術(shù)三重屬性——資源的綠色低碳可再生屬性、生產(chǎn)的同步發(fā)電技術(shù)屬性以及傳輸過程的可存儲(chǔ)特性，決定它既是清潔可持續(xù)的綠色低碳的新能源，同時(shí)也是網(wǎng)源友好、極具調(diào)節(jié)性的一種便利適用的電力能源，所以，配置容量的比例原則，首先是要滿足新能源最大的利用、最合理的利用經(jīng)濟(jì)性，其次是適應(yīng)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定和調(diào)節(jié)性要求，滿足大規(guī)?？稍偕茉礊橹鞯碾娏ο到y(tǒng)及其用戶的需求

太陽能光熱發(fā)電集發(fā)電和儲(chǔ)能為一身，出力穩(wěn)定、調(diào)節(jié)性能優(yōu)越（資料來源：孫銳）

電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院高級(jí)顧問孫銳認(rèn)為，“十四五”是實(shí)現(xiàn)2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵時(shí)期，伴隨著我國能源轉(zhuǎn)型步伐的加快，風(fēng)電和光伏裝機(jī)容量將快速增加，電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能容量和非化石靈活調(diào)節(jié)電源的需求日益迫切。太陽能光熱發(fā)電是集發(fā)電與儲(chǔ)能為一體的太陽能發(fā)電方式，具有很好的可靠性和調(diào)節(jié)特性，同時(shí)可以為系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，是維持高比例新能源電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行難得的技術(shù)手段之一

太陽能光熱出力配合光伏和風(fēng)電出力特性，匹配電力需求特性曲線，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)零碳發(fā)電（資料來源 ：中控太陽能總工程師金建祥）

有數(shù)據(jù)表明，與發(fā)達(dá)國家相比，我國實(shí)現(xiàn)碳中和的時(shí)間減半，難度加倍，任務(wù)艱巨。對(duì)應(yīng)碳中和目標(biāo)，意味著供電碳排放必須從600克/千瓦時(shí)下降到100克/千瓦時(shí)，甚至50克/千瓦時(shí)。帶有大容量、長周期、低成本、環(huán)境友好型儲(chǔ)熱裝置的太陽能光熱發(fā)電全生命周期二氧化碳排放強(qiáng)度僅為17g/千瓦時(shí)，是真正低碳清潔的發(fā)電技術(shù)。

綜上專家所述，太陽能光熱發(fā)電在我國應(yīng)對(duì)氣候變化、綠色低碳發(fā)展中將不可或缺，是構(gòu)建我國可再生能源電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，也是實(shí)現(xiàn)我國未來能源結(jié)構(gòu)升級(jí)以及“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的重要途徑之一。