【两院院士谈电力】“双碳”目标下,新型电力系统发展路径的优化思路

2021-8-31 13:59 来源: 中国电力企业管理 |作者: 冷俊 薛禹胜

能源链转型与“双碳”目标紧密耦合


习总书记在2021年考察福建时强调:“要把碳达峰、碳中和纳入生态省建设布局,科学制定时间表、路线图,建设人与自然和谐共生的现代化。”笔者认为,这里面的“人”即社会因素,“自然”即物理因素,“科学制定”和“现代化”反映了信息因素;为了顺利实现“双碳”目标,就要在时间表、路线图上做文章,即在发展路径下功夫;要优化建设路径,就必须对路径的代价实现量化评估,进而优化决策。

能源链中的一次能源通过电力系统转换成二次能源,将清洁、方便使用的电能传输、分配成为用户消费的终端能源。在可以预见的将来,大规模可再生能源的应用,能否顺利克服其不确定性与不易控制等技术特征带来的困难,很大程度上取决于电力系统能否实现有效而可靠的转换和平衡。

能源链在支撑经济社会发展的同时,也向大气层排放了大量以二氧化碳为主要代表的温室气体,后者严重制约了经济社会的可持续发展。能源链中的电力系统则是温室气体的主要排放源。随着应对气候变化成为全球共识,经济社会的发展也促使人们通过植树造林、碳捕获、利用与封存(CCUS)等手段增加碳汇。大气层温室气体浓度是增加抑或减少,取决于碳排放和碳汇之间的关系:当碳排放大于碳汇时,温室气体的浓度就会不断增加造成全球平均温度的上升,若其超过了大自然能自我修复的极限时,就会带来极端的自然灾害。

因此,能源链和碳元素链是紧密耦合的。以全球碳循环(2010~2019)情况为例,每年我们人为的化石燃料燃烧造成的碳排放(约340亿吨每年)远远超出自然的土地生态活动形成的碳汇(约130亿吨每年)与海洋生态活动形成的碳汇(约90亿吨每年)之和。因为动物的呼吸、火山活动、山火等都会产生碳排放,所以碳排放不可能降到零值,仅仅依靠碳减排难以实现碳中和。必须要增加足够的碳汇来抵消这部分的碳排放。当离碳中和目标越来越近时,不论是进一步减少碳排放,还是进一步增加碳汇,都会越来越困难。而社会资源在碳减排与碳增汇的配置决策上也需要优化。

为此,需要获取碳排放与碳汇的演化轨迹,并从中定性及定量评估碳中和的程度(例如取为碳汇量与碳排量的差值);优化碳中和的边际成本。由于目前我国的减排能力与经济发展要求之间还存在很大差距,因此碳排量还处于增速减缓的爬坡阶段,达峰后的碳排放量将经历波动下降、变速下降的阶段,而最终实现碳中和。其中,必须科学评估碳减排和增加碳汇的效益与机会成本,选择最优的决策来实现“双碳”达标。

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