彭端丹 李鹏云 殷明凯

摘 要：中国当前的目标是到2030年二氧化碳排放量达到峰值，到2060年实现碳中和，这对能源发展提出了新要求。在目前的发展模式下，中国在实现碳中和目标方面面临更大的挑战和困难，中国的能源体系需要更早、更有力地转型。在碳中和的情况下，中国与能源有关的碳排放量必须在2025年左右达到峰值，到2050年降至约24亿吨。脱碳途径从边际减排成本低或负的行业以及电力和工业部门发展而来，将是减排的重点和优先领域。能源系统必须加速向低碳的转型。一次能源需求将在2035年左右达到顶峰，非化石能源将成为新能源的主要来源，传统化石能源的替代将加速，到2050年占总能源消耗的65.6%。

关键词：碳中和;能源转型;转型路径;清洁低碳;能源消费

中图分类号：TM73;F123.9 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）09-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.09.028

1 碳中和目标下的电力系统规划和运行

碳中和电力系统是指在电力生产中利用水力、核能、风能、太阳能、生物质能和其他清洁能源作为能源，或使用具有碳捕集与封存装置的燃气发电机组，实施生产过程中将静态碳氧化物的排放量降至零甚至为负，同时对用電量的要求在质和量上满足用电用户的需求。与仅考虑电力用户需求的传统电力系统相比，碳中和电力系统在环境保护和能源可持续性方面有更高的要求。

碳中和电力系统和100%可再生电力系统之间存在一些差异。在能源结构方面，碳中和电力系统主要由核能、水能、化石能源，例如配备有“碳捕获，利用和存储”装置（CCUS装置）的火力发电装置，风能和太阳能能源，强调无碳排放。100%可再生能源系统以水能，风能，太阳能，生物质能和地热能为主导。重点是能源的可持续性。100%可再生能源系统将难以实现，因为它需要替换当前电力系统中最大份额的化石燃料发电机[1]。

2 碳中和电力系统的规划问题

碳中和电力系统的供电计划包括现有化石能源发电装置的淘汰和改造计划，配备CCUS装置的化石能源发电装置的扩展计划以及清洁能源发电装置的扩展计划。通过各种发电机的协调规划，实现零排放电力系统的碳中和碳核目标，同时保持系统的惯性水平，确保系统具有足够的安全性和稳定性，具有足够的灵活性为碳中性电力系统运行提供辅助服务，尽可能降低总投资成本。具有多种清洁能源的碳中和电力系统将具有更复杂的约束条件，需要在电力规划中加以考虑。风电和光伏发电的输出具有很强的不确定性，因此在进行电力投资规划和决策时，必须确保系统的发电资源能够适应风电和光伏发电的各种场景。

3 碳中和电力系统的运行问题

将很大比例的新能源并入电力系统会带来很大的不确定性，但也消除了大多数同步发电机组，这是安全和稳定控制的重要手段。新能源通过逆变器并入电网，系统的电子化程度高，增加了系统不稳定风险。发电调度是系统运行中最重要的任务，承担着电力供应和功耗的实时平衡。碳中和的电力系统具有较高的新能源渗透率和较低的发电成本，在满足系统负荷和安全稳定运行的前提下，应尽可能吸收新能源，以有效节省系统的运行成本。

碳中和的电力系统包括灵活的资源，例如天然气、水和能源存储。为了应对风、光和其他新能源输出的不确定性，系统还需要有足够储备。应综合考虑各种柔性资源的运行特性，协调各种柔性资源的上下储备量，以最大程度地降低发电成本和风险。设备维护安排对于维持系统安全可靠的运行至关重要。

4 碳中和目标下的电力市场机制

电力市场体制机制改革的目的归根到底还是更有效地支撑电力系统的规划运行。在低碳环保中和储能目标下的智能电力系统中，随着以光伏和大型风电储能为主要代表的各种间歇性可再生清洁能源占总发电量的比例逐步明显升高，从而有效提高整个电力系统的成本可靠性和成本弹性[2]。

深入研究体现多种不同价值的电能商品价格形成机制传统电力市场中电能商品的价值相对来说比较简单，主要包括电能量价值（体现于现货与远期合同产品）、容量价值（体现于容量市场）和安全稳定价值（体现于辅助服务）。电源和并网负荷实时接入平衡管理是保证电力系统安全稳定正常运行的基本条件，在主干碳电网中和大型电力系统中，由于没有风、光等多种新能源的大量实时接入，在并网电源侧面会引入大量的短期随机性和长期波动性，给我国电网的电源调度以及运行管理带来诸多困难，也使电能商品价值更加趋于多样化，特别是灵活性也已成为业内所关注的新焦点。因此，应在准确衡量各类电能元件商品使用价值时充分考虑电能功率变化曲线在较长时间和多维度的改变形状和不同类型电能元件商品的使用灵活性和高品质，并设计合理的价格形成机制。

在减少碳的集中和碳的目标下，社会对清洁电能的持续需求不断快速增长，电网的总容量规模不断扩大，用电来源结构亦发生变化，各大规模电网的有效峰谷差日趋明显增大，电网目前的有效调峰用电能力和有效调峰能源需求之间的矛盾愈发尖锐，低谷时长期缺乏有效调峰能力手段的用电问题更为突出。

随着我国电力能源市场化制度改革的深入以及全球波动性可再生动力能源的日益增多，将会促使我国煤电机组逐步由能够提供固定电力、电量的新型主体性动力电源，向能够提供可靠可变电力、调峰电和调频供电能力的新型基础性动力电源类型转变。结合新型电力系统尖峰调节区和能力系统提升改造工程，充分发挥火电运行灵活性系统改造在大大提高电力系统用电调峰调节能力和有效促进新一代能源综合消纳排放方面的重要推动作用，从而提升电力机组运行灵活性，及时有效响应水力电网优化调控，将加快推进新型碳能集中和碳型电力系统工程建设。

此外，国内外纳入现有电力辅助用电服务交易市场的电力交易主要品种不一定包括一次调频（一般只能作为国家强制要求提供的基本电力辅助用电服务）和一次惯性，国际电力交易市场在积极公开讨论将一次惯性调频纳入现有辅助用电服务市场品种的交易可能性[3]。

5 建立电力市场与碳排放交易市场之间的协调机制

随着全球对“气候危机”的关注，碳排放许可已成为继石油和其他商品之后价值的新象征，这对于实现碳中和目标具有重要意义。《京都议定书》奠定了国际碳交易的法律基础，不仅以法律法规的形式限制了相关国家的温室气体排放，而且从市场角度创建了以二氧化碳排放权为主要交易对象的碳交易市场。《京都议定书》建立了排放交易机制（ET）、联合实施机制（JI）、清洁发展机制（CDM）三个碳交易机制，赋予碳排放权以商品性质。作为世界上最大的发展中国家，中国主要在CDM机制下进行項目开发，并已成为CDM项目数量最多的国家之一。

2011年，中国按照“十二五”发展纲要制定了五年计划，经过几年的试验，效果显著。试点地区企业实施率保持较高水平，形成了要素齐全，特色鲜明，规模初步形成的地方碳市场。关联企业的碳排放总量和强度均实现了“双下降”，显示了碳市场以较低的成本控制碳排放的良好效果。每个试点系统在系统的设计和运行方面都积累了丰富的经验，并在实践中比较和验证了不同政策设计的适用性，为建设全国统一的碳市场积累了经验。

在碳中和目标下，应建立电力市场和碳排放权交易市场的协调机制。参照欧盟碳交易机制EU—ETS的经验，全国统一碳排放权交易市场建立之初有可能在配额设置上比较宽松，也可能采取免费分配的方式发放配额。这样做从碳市场自身建设的角度讲有一定的合理性，但要防范与电力市场机制产生相互抵消的负效应，即由于碳价过低影响深化电力体制改革对于节能减排的要求[4]。

全国碳市场体系形成后，电力行业作为主要碳排放行业应该率先发挥碳市场的调节作用，电力市场改革也应有助于这个目标的实现。从国外碳市场发展进程可以发现，从事碳交易的电力企业的碳成本将会通过电价向下游企业（包括最终消费者）传导，但对于这种传导要有所约束，因此，电价形成机制的设计应合理考虑碳成本，在全面推进电价改革时应考虑与全国碳市场价格的交互影响，形成电价与碳价的良性互动并确保碳市场对碳排放的有效调节。

参考文献

[1] 2050年世界与中国能源展望[R].北京：中国石油集团经济技术研究院，2020.

[2] 王利宁，陈文颖，戴家权，等.智能互联重塑中国能源体系[J].气候变化研究进展，2021，17（2）：204-211.

[3] 王利宁，戴家权.中国长期能源发展趋势研判[J].国际石油经济，2017，25（8）：58-63，87.

[4] 戴家权，王利宁，向征艰.关于中国长期能源战略制定的几点思考[J].国际石油经济，2019，27（12）：10-14.