分析

从实现碳中和角度浅谈中国电力发展

严秉忠夏婷 2021-01-21 09:23:13 来源：国际能源电力信息平台碳中和电力发展

在2020年9月的联合国大会上，中国向全世界作出了2060年前实现碳中和的承诺。在三个月后的气候雄心峰会上，中国又宣布了国家自主贡献的新举措。中国在减排方面一系列重大目标的宣布，无疑是2020年国际社会在应对气候变化领域中最重大的事件之一。中国作为全球最大的发展中国家，能源消费占全球能源总消费量的23%。从能源结构来看，中国能源消费主要以煤炭等化石能源为主，化石能源在一次能源消费中占比接近85%。中国碳中和目标的实现，对于实现《巴黎协定》确定的目标具有重大意义。随着碳中和目标的提出，中国未来能源转型的方向也就基本确定了。

电力是终端消费零排放的能源，但是电力生产过程却产生了中国能源系统近52%的CO2排放量，因而大力发展可再生能源，实现对化石能源的替代，将是推动中国实现碳中和目标的必由之路。在碳中和的背景下，中国电力发展之路也备受关注，在这里进行粗浅分析。

如何满足未来电力需求的增长？

（1）2030年电力需求如何满足？

中国国家自主贡献目标中与能源电力相关的要点如下：单位国内生产总值CO2排放量将比2005年下降65%以上；非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右；风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。

根据国家自主贡献目标，参考现状的能源消费结构和电力结构（主要是2019年），并结合2030年GDP增长情况以及用电需求预测成果，可以大概推算出2030年中国电力需求空间及电力结构。

总发电量：采用弹性系数法预测，2030全国电力需求约为10.1万亿kWh，考虑输配电消耗后，估算总发电量约需10.6万亿kWh。

化石能源发电量：2030年单位国内生产总值CO2排放量比2005年下降65%。结合2005-2030年GDP的增长情况，CO2排放量增加幅度不能高于2.34倍。假设CO2排放量中电力和非电力领域的排放量比例维持现状不变，2030年化石能源发电量不能超过2005年化石能源发电量的3.34倍，即化石能源发电量不能超过6.8万亿kWh。

非化石能源发电量：2019年中国一次能源消费约为48.7亿tce，非化石能源占比为15.3%，其中非化石能源发电量23917亿kWh。采用弹性系数法预测2030年全国一次能源消费约为57亿tce。按照非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右推算，非化石能源发电量至少要达到4.6万亿kWh以上，相应化石能源发电量不得超过6万亿kWh。可以满足单位国内生产总值CO2排放量的下降65%的目标。

风电光伏发电量：国家自主贡献目标要求风电、太阳能发电总装机在12亿kW以上，考虑两者装机相近，分别为6亿kW，其中风电的6亿kW中包含3000万kW的海上风电。按现状风电光伏的平均利用小时数，测算得到2030年风电光伏发电量合计为1.8万亿kWh。

根据以上分析，可以匡算出2030年非化石能源发电量至少要达到4.6万亿kWh，其中风电光伏发电量为1.8万亿kWh，也就是说，在达到国家自主贡献的基础上，为了满足电力需求，还需要2.7万亿kWh的非化石能源发电量，扣除现有装机的水电、生物质、核电等非化石能源发电量，还有9777亿kWh的电量缺口。

如果这些发电量缺口由风光来提供，相应风光的总规模必须达到18亿kW以上。

图1 2030年中国电力结构测算分析

（2）2060年电力需求如何满足？

按照2030年电力需求预测的思路，分析2060年电力发展情况。2060年电力发展重点考虑实现电力碳中和情景。

电力总需求：2060年电力总需求参考清华大学张希良教授的预测结果，达到15万亿kWh。

化石能源发电量：考虑到为了满足电网和重大负荷的支撑作用需要保留适当必要的气电、煤电等火电机组，结合CCS或CCUS技术可实现这部分电力的零碳排放。假设10%的电量来自于火电，也就是1.5万亿kWh。

风光发电量：假设2060年实现风电的30•60目标，届时风电装机达到30亿kW（其中海上风电假设为6000万kW），光伏也按照30亿kW的规模考虑。参考现状条件下风电光伏的评价利用小时数，测算得到2060年风电光伏发电量合计为9.1万亿kWh。

根据以上分析，在考虑电力碳中和的背景下，为了满足电力需求，除了必要的火电、风电和光伏，还需要4.4万亿kWh的非化石能源发电量，扣除现有装机的水电、生物质、核电等非化石能源发电量，还有2.6万亿kWh的电量缺口。

如果这些发电量缺口由风光来提供，相应风光的总规模必须达到77亿kW以上。

图2 2060年中国电力结构测算分析

（3）实现碳中和的目标仅仅靠风光够不够？

从电量平衡角度分析，不管是满足2030年的国家自主贡献目标，还是满足2060年的碳中和目标，就算按现有远景目标去实现风电光伏的开发，也还是满足不了电力增长的需求。未来补足电量缺口可能的方式有：一是进一步加速风电和光伏的开发，二是推进水电和核电等其他传统非化石能源的开发。但值得注意的是，水电的开发是有天花板的，我国水电的技术可开发量是6.87亿kW，截至2019年年底技术开发程度约为52%。即使2060年水电技术开发程度达到90%，也还会存在1.5万亿kWh的电力缺口。