為適應未來數字化、智能化和電氣化進程對電力需求的大量增加，對2060年全社會用電量需求的目標值從初始16萬億千瓦時增長至22萬億千瓦時。9月5日，在第六屆未來能源大會院士論壇上，中國科學院院士、中國電力科學研究院名譽院長周孝信預測，在碳中和目標、電力系統安全經濟運行約束下，消費電量增長需求可通過非化石能源發電加速發展、化石能源發電低碳改造兩種技術路線得到滿足，前者需要電化學等各類新型儲能和抽水蓄能等技術支撐，后者則需結合火電機組綠色燃料替代或碳捕集利用改造等技術實現。初步情景分析表明，兩種路徑均可降低電力系統碳排放，助力實現碳中和目標。未來我國電力系統發展應考慮上述各類技術研發應用水平，結合經濟性對比，綜合應用兩種技術路線，優化系統整體轉型路徑。

 

在向碳中和目標演進的能源消費結構中，按照“雙碳目標”和“先立后破”的總體發展思路，逐步向“碳中和”目標轉型發展的中長期能源電力系統開展研究。

 

首先看全社會年用電量的增長，去年和今年年初做研究發現，用電量呈現常規增長。我們做了情景實物增長的情況。在2060年全社會用電量達到16萬億千瓦時，從2020年開始算起，每年平均增長不到2%。隨著人工智能的發展，各種大模型的建立，人工智能研究專業人士認為未來用電量將會大幅度增加，查了近期資料，2030年、2035年國內外都有增長，但真正需要多少，伴隨技術的發展和應用的情況會發生很大的變化，不宜預測。

 

今年，我們做了幾個方案研究。新的研究預測，2060年全社會用電量將達到22萬億千瓦時。我們根據這樣的預期做了兩個方案——實現碳中和的兩種技術路線：情景一是加快新能源發展，配置靈活性資源，滿足用電量需求、系統運行的需求，實現碳中和；情景二是保留適量火電機組，推進低碳綠色改造，提供靈活性資源，實現碳中和。

 

情景一，到2045年、2055年，電量增長主要依靠非化石能源發電支撐；到2060年，化石能源僅有1.6億噸標煤，占比4.3%，和2000年形成了鮮明的對比。

 

情景二，在保留一部分化石能源機組的背景下，我國的能源系統發生變化，到2060年，化石能源總量是6.2億噸標煤，占比15.4%，相當于一部分化石能源還保留著，非化石能源中的太陽能光伏和風電相應做了縮減。

 

對于電力系統有什么影響？

 

情景一，到2060年，非化石能源占比非常大，預計非化石能源電力裝機容量和發電量都超過總量的90%。如此之高的非化石能源占比使得電力系統運行起來需要更多的靈活性資源與之配合，這是起碼的條件。

 

情景二，化石能源裝機和發電量均在總量15%以下。氣電、煤電由于靈活性調節，不追求發電量而追求容量效應，到2050年預計達到1240小時，2055年預計達到1310小時，2060年預計達到1500小時。

 

兩個情景不同點在于從靈活性資源來看，情景一需要更多的靈活性資源，包括新型儲能等配合。情景二需要對煤電機組、氣電機組進行改造，而且運行小時數要很低才行。

 

下面講氫。在一次能源系統里面包含了氫能的利用。一些專家說氫是二次能源，我說是一次能源。水力發電在過去都是進入一次能源消費，所以我想氫能也可以。光伏制完氫，拿來發電用或者交通等領域的適用，它和電一樣同樣可以作為一次能源，這是我的觀點。所以情景一和情景二都有氫能的需求，需求多少要看總量。我們預計發電和非發電應用加起來要1億噸氫，情景一是1.32億噸氫，情景二是1.28億噸氫。所以1億噸及往上的規模，這個規模是大還是小，可行還是不行，現在只能作為宏觀研究提出一個數，供各方分析研判。我想隨著時間的推移，這些數肯定會更加清晰。

 

再講碳排放。2050年～2060年是碳中和的關鍵期。在情景一中，預計2050年碳排放比較高，能源系統排放達到16.81億噸。2055年預計能源系統碳排放7.84億噸，2060年預計能源系統碳排放3.32億噸，其中電力系統碳排放0.31億噸，已經十分低了；在情景二中，預計2060年能源系統碳排放11億噸，其中電力系統占到8億～9億噸，如此高的排放量是不可接受的，要如何解決？我國提出改造傳統的發電機組，以綠色原料的替代、混和物質混燒、燒綠氨甚至包括停機備用等辦法。

 

新型能源系統安全穩定和經濟運行對現階段的電力系統提出了很大挑戰，這些挑戰是可以度量的，我提出了五性：

 

一是靈活性。靈活性是保持新型電力系統源荷平衡正常運行的必要條件。

 

二是韌性。韌性是電力系統應對突發事變的必備條件。特別目前氣候變化帶來的極端氣候情況。

 

三是穩定性。新型電力系統中主要是風光等新能源，配上儲能，通過逆變器、變流器電力電子裝置等加進去。與傳統的電磁式裝置不同，電子式裝置帶來很多振蕩的問題。

 

四是可靠性。現在可靠性與過去大不相同，電力電子裝備目前來說過載能力較差，稍微一過就跳閘。現在有新型材料做電力電子器件，比如碳化硅，既耐高壓、壽命也長，只是目前成本過高。

 

五是經濟性。新能源發展配儲能，裝置的配置將大幅提高用電成本，帶來價格的提升，這種情況下，如何減輕居民、工商業的負擔，是很重要的任務和指標之一。

 

總結來說，為適應未來數字化、智能化和電氣化進程對電力需求的大量增加，對2060年全社會用電量需求的目標值從初始16萬億千瓦時增長至22萬億千瓦時。在碳中和目標、電力系統安全經濟運行約束下，消費點亮增長需求可通過“非化石能源發電加速發展”“化石能源發電低碳改造”兩種技術路線得到滿足，前者需要電化學等各類新型儲能和抽水蓄能等技術支撐，后者則需結合火電機組綠色燃料替代或碳捕集利用改造等技術實現。

 

初步情景分析表明，兩種場景均可降低電力系統碳排放，助力實現碳中和目標。未來我國電力系統發展應考慮各類技術研發應用水平，結合經濟性對比，也要結合兩個場景優化整體轉型路徑。

 

需要強調的是，新型儲能一定是低成本和高可靠性的，綠色氫能的先進性、技術性和經濟性在其中極為重要。特別是綠色氫能及其衍生氣體液體燃料發電具有代替傳統煤電和氣電的潛力，有可能成為未來電力系統提供高靈活性及應對極端氣候條件下，系統韌性、安全保供和提供系統慣性的主要資源，與適應電網中高度電力電子化發展的構網型技術和裝備進一步開發和廣泛應用一起，有可能成為未來向碳中和演進的電力系統得以安全穩定可靠經濟運行、具有全局性影響的關鍵技術和重要舉措。當然這些技術還需要進一步研究和開發。