中國工程院院士、第二十屆中央委員會候補委員、電力系統電力電子技術專家湯廣福，于近日在2022碳達峰碳中和論壇暨深圳國際低碳城論壇上，發表了電力系統相關主題演講。以下為演講全文。
“雙碳”目標下我國電力系統清潔轉型發展路徑
一、我國能源發展現狀及挑戰
從能源的總體情況來看，2021年我國能源生產和消費總量均居世界首位。能源整體對外依存度達20%。2021年我國原油對外依存度達到72%。天然氣對外依存度超過44%。能源對外依存度在不斷攀升。
在能源的消費結構中，非化石能源消費僅占比16.6%，總的占比偏低。
近年來以光伏為代表的可再生能源增長數占比較低，目前風電光伏的發電量占比只有7.2%，至于歐洲，像英國、德國發電量占比30%到40%，我們發展的差距還是比較大。
從世界范圍來看，發達國家能源已經實現了從化石能源到石油天然氣轉變，正在向可再生能源加速對接。而我國的能源現在仍然以煤炭銷售為主，可再生能源占比只有11.1%。
與此同時，還要把2020年百億噸的二氧化碳排放大幅度的降低，直到2060年實現近零排放。完成這個目標，明年生產側須大力發展清潔能源，推動清潔化轉型，構建新型電力手段實現能源傳輸的人性化，在能源消費層面通過數字賦能等措施實現能源消費的高效化。
碳中和目標下能源結構中化石能源占比80%以上，轉變為非化石能源占比超過80%以上。
電力系統在明年轉型中起決定性的作用，但電力系統在運行的安全性、容量的充裕性和系統韌性等傳統安全運行的基礎上面臨著大規模極端氣候帶來的新挑戰，對現有的系統安全帶來威脅。
澳洲、英國、美國幾次大停電均是如此，為此我們要把握好轉型的節奏，重新審視煤電、水電和天然氣各類發電資源定位和基礎支撐作用。
二、電力系統轉型發展路徑
電力系統轉型發展路徑包括三個階段，在轉型期，新能源裝機規模占據主要地位，靈活性電源和需求穩步提升，在形成期，新能源電量占比躍居首位，成熟期風光發電量占比提升60%，新能源成為電力、電量、責任主體。
在能源清潔生產方面，2020年我國火電發電量占比71.2%，在發揮火電基礎作用的同時，充分提升清潔化和靈活性的調整能力。
大規模發展風光發電，預計到2035年風光裝機總量占比為52.5%，2060年裝機占72.5%。風光裝機到2030年會超過火電，成為第一大裝機主體，風光發電量到2040年超越火電，成為第一大電量的主體。
非化石能源電量到2030年占46%，2060年占比94%，這就是我們的目標。火電2030年達峰11.8億千瓦，其中煤電2030年達到峰值13.7億千瓦，然后是快速下降通道。
氣電2040年達到峰值約3億千瓦，所以水電在2040年基本開發完畢，之后有5億千瓦左右，主要是經濟，開發量可能不到5億。水電2050年達峰約2.3億千瓦，我們將穩步推進2060年可以增值4億千瓦以上。
當前我國靈活電以儲電和燃氣為主，占比不足4%，難以支持新一年的銷量。因此需要大力發展燃氣和儲電發展，預計2030年儲電的裝機將超過1.2億千瓦，2060年各種機構預測差距比較大，預測可能超6億到8億千瓦，成為重要的融合電源。
與此同時還要研制具有靈活調整能力的火電機組，到2060年7億千瓦裝機的火電大部分轉變為靈活電源，同時還有儲能和氫能結合，使電源容量達到20億千瓦以上，可以有效支撐到2060年風電光伏裝機大約50億千瓦左右，這些能保證銷量。
需要突破的關鍵技術有：
一是開展風電廠，開發關鍵技術研究及示范，實現分機電漿系統，超長葉片等卡脖子組件和材料的自主化，為風能規模化開發提供支撐。
二是開發變革性發電技術。預測光伏效率提高1個點，到2030年，全國30%采用提升的光伏效益達到1000億，實現30%的高效制備是推動變革性技術光伏的規模化應用，促進了清潔化發展。
還要攻克煤炭高效靈活發電技術，實現煤炭發電調節范圍、調節速度與燃氣發電相當。支撐煤炭從多地保供向安全低碳高效靈活電能轉變，關鍵突破碳捕集利用分析技術，實現低能耗二氧化碳捕集分層技術開發和2060年碳中和目標實現提供兜底保障。
在電力能源的傳輸方面，到2030年清潔能源必須加強調節能力，保障新型電力系統穩定性。2060年我國電網將以新能源電源為主，接入屏幕相對固定的交流電時需要大量電力電子技術，因此必須增強電網電平特性。跨區輸電容量在2030年、2060年分別達到2.7億到6億千瓦，2060年西北跨區要素直流規模為當前的2.5倍以上，西電東送在相當時間內要持續增加。
2060年用電需求達到9.4萬億千瓦時，海上的風電、分布式光伏發電仍然不滿足本地的電力需求，西電東送在一段時間后達到高點。跨省電力呈現出增大趨勢，2040年以后趨于平穩。
2030年前混合大電網為主，局部電網仍分區，2040年以多端直流，多輪互補，基本是明確的，2060年多個區域同步電網，多個分區電網通過直流互連，重點突破的關鍵技術研究新型電力系統形態，有效提升50%以上，新能源從10%增加到50%。
攻克西電東送特高壓關鍵技術，支持特高壓直流的有效發展。突破柔性運電裝備關鍵技術，大幅提升系統的柔性能力。另外要突破關鍵技術，實現儲能的規模化電流存儲，滿足新型電力系統，消納可再生能源需要。
在電力能源供需方面，通過電力系統的數字智能使消費側靈活參與電網互動。電源占核心地位。占比由當年的27%提升到79%，設備量達到15.7萬億千瓦時，這是2020年，分布式電源提高，聚合發展，需求響應在2060年達15%，這是非常大的資源。
電力社會用電量2030年到2050年約3.5%到11.5%，2030年最大負荷要達到3.3%，相對值很小，但絕對值很大。數據裝機在2030年占社會用電量25%，東輸西送，緩解資源保障，2030年各類主體廣泛參與市場，2050年以分散資源聚合平臺參與電力市場。
突破打造電熱氫氣技術，實現多類型能源之間互聯互通，構建覆蓋產輸儲應全鏈條能源互聯網，實現互聯網系統平均能源降低20%以上。
突破人車樁網協同互動技術，構建源網荷儲，形成互動平臺，實現可調節資源、規模化介入、有序充電等等。要突破地理信息CPS以及數據虛擬技術，實現能源數據與物理閉環的感知分析控制，打造安全共享共贏的能源數字化應用生態。
三、小結實現目標，能源是主戰場，電力是主力軍
構建以新能源為主體的新型電力系統，是實現能源清潔轉型的重要手段，電力電源清潔化是推動能源轉型的內在動力，電力系統柔性化要求我們轉變電力系統傳統發展方式，結合新能源的規劃重塑電力系統形態。
電力系統數字化是升級電力系統的必要手段，實現數字賦能。電力電子化是重構電力系統的必然結果。針對新型電力系統發展需求，聚焦電力領域迫切需要攻關的堡壘布局，需要在能源清潔生產、能源傳輸、能源供需互動三個方面開展重點技術布局，開展長期系統性的攻關。
在未來較長時間內煤炭仍是我國主導資源，一定要保障能源安全前提下，實現清潔能源對化石能源有效轉型。推動能源體系從高耗向低碳轉型，在能源轉型過程中無論是現有技術的升級替代還是技術研發都會面臨一系列重大挑戰，因此必須通過雙碳行動打造國家戰略科技力量，集中優勢資源，開展有組織的科研，支撐構建清潔低碳安全高效的新型能源體系。
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