2023年9月12-14日，以“绿色 持续 共生 向新”为主题的“第五届未来能源大会”在江苏常州武进召开，本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上，中国科学院院士、中国电力科学研究院名誉院长周孝信发表了《双碳目标下我国能源电力系统发展趋势》的主旨演讲。
尊敬的各位领导、各位院士、各位专家：大家上午好！非常荣幸能够接受邀请，参加未来能源大会，这是我的第几次我忘记了，反正上一次是参加了。
今天为大家汇报的题目这里已经有了，不再重复，我加了一个副标题，就是“绿电替代+绿氢替代”，就是现在我个人认识的发展趋势。
首先给大家汇报一下绿电绿氢替代的一次能源结构。我们都知道要建设新型能源体系首先要分析预测双碳目标下，未来一次能源消费结构的发展趋势，刚才说了，我认为这个趋势就是绿电替代+绿氢替代。一次能源分三部分，第一部分化石能源逐步被非化石能源替代，第二部分是非化石能源的电利用，这一部分就是非化石能源发电逐步替代化石能源发电，我们叫做绿电替代，这个是我们一个未来新型能源体系的主体，现在大家正在做的事情。第三是非化石能源非电利用，有两部分，一部分像太阳能、地热、核能等直接拿来用，第二是绿氢在工业、交通等领域用电替代比较困难的情况下，逐步替代化石能源的非电利用，这个我们叫做绿氢替代，前面是主体，这是辅助的。
这是一张图，关于一次能源消费结构和碳排放，大家可以看到，我们是从2020年到2060年之间，每一个五年有一个柱状图，可以很清晰的看到绿电替代发展是很有成效的，你看下面的绿色部分就是核电加上可再生能源发电，它的能量、电的能量，绿色的部分逐渐提高，从目前的7%以上，到2060年有63.2%，这个比例很高，绿电替代、风电、太阳能开发，包括核电都在里面。其他的部分就是大家有不同的见解了。所以我这里讲的是绿氢替代占7.7%加8.7%，7.7是氢发电的，8.7%是其他的发电，为什么到2060年还要保持煤和天然气发电？是因为电力系统要有灵活性，要调节，新能源调节性能就很差了，另外在极端情况下还要靠这些发电来给我提供一些安全的护供作用，在这样的情况下，如果其中的一部分拿来用绿氢来发电的话，对减碳还是很有效果的。
这个是氢替代的方案，是我们团队做的一个简单的方案，包括氢的非电利用加上发电利用两部分，就是这个表格的最下一行，2030年前我们不考虑它能够替代什么，主要做示范，做技术的成熟迭代，到了2030年能不能搞到800万吨氢不知道，就是我们拍脑袋的，到2040年3400万吨，2050年6500万吨，2060年1亿吨，横向比较，下面有两个比较，一个是美国，一个是德国，他们在6月份公布了他们国家的氢能发展战略，美国和我们差不多，一开始没有它大，但后来我们比它大，美国到2050年是五千万吨，我们2050年是6500万吨，它没有2060年的数，我们是1亿吨，这个效果还是很好，2050到2060年碳中和阶段，电力系统排放的二氧化碳由7亿吨减少为4亿吨，有利于配合其他措施实现电力系统的碳中和。这个数还是很大的，这十年减少了3亿吨的碳，量还是很大，可以和其他方案做比较，看看经济性哪一个好。
下面主要讲一讲电力系统，电力系统在能源转型的过程中，我们认为要建成新型能源电力系统，或者在建设过程中，我们追求的目标是什么呢？或者说它达到的实际情况是什么样的？第一是高比例的可再生能源，第二高比例电力电子装备，为什么？因为新能源接入都是通过电力电子装备接进去的，输出输入都需要通过电力电子装备实现。第三多能互补综合能源，第四数字化智慧化能源，第五清洁高效低碳零碳，第六高韧性本质安全可靠电力系统，这是很难做到的，但是我们希望朝这个目标来前进。
下面就是我们做的情景分析，其中一个，就是在绿电替代+绿氢替代的情况下，我们做出来一个图，也是从2020年到2060年，上面红的曲线就是非化石能源发电装机占比，到2025年之前就会超过50%，到2060年就到了97%以上了。这是它的发电量，我就不细说了。下面这几个饼图给大家简单介绍一下，就是2022年全社会用电量8.64万亿千瓦时，装机容量25亿千瓦，总发电量是86000万亿千瓦时，可再生能源的发电装机占47.3%，可再生能源发电量占31%，这得益于风电、太阳能、水电这些。这是2030年的情况，因为时间关系就不说了，可再生能源发电装机占比55%，可再生能源发电量占比38.8%，但是煤电依然占据非常重要的部分，像装机容量占32%，发电量占45.7%，还是我们国家电力保供的主要依靠。这是2050年变化就大了，这个变化是由于新能源发电大规模的进入了电力系统，带来的结果就是可再生能源发电装机占比85.9%，可再生能源发电量占比80%。这是2060年的情况，可再生能源发电装机占93.3%，可再生能源发电量占比86%，还有一些化石能源发电就比较少了。
再看看这么高比例的可再生能源，连带大量的电力电子装备进入电力系统，我们这个电力系统会产生什么样的问题？我就简单的列几项，有五项性能要求，每一项都是很大的挑战，第一个就是灵活性，电力系统源荷平衡保持正常运行的必要条件，它带来了灵活性的巨大需求，这个需求包括需要通过源网荷储互动来提供帮助。第二是韧性，它是电力系统应对突发事件的必备条件，必须准备着来应对这些事件，在极端气候下快速恢复供电的韧性需求更为频繁和迫切。第三是稳定性，就是由于电力电子装备大量的进入电力系统，包括大规模的集流输电、西电东送这些，它是承受各类扰动后保持暂态和动态稳定的能力，这是基本条件。第四就是可靠性，就是这些装备要具备必要的可靠性，很高的可靠性，电力系统的结构包括电网的结构，它的接线要满足高可靠性的要求，是电力系统运行的基础条件，没有这个也是不行的。最后一个是经济性，我们做了这些工作，最后落实到我们系统能够安全稳定运行，如果是经济性不行的话那也是不行的，所以我认为是电力系统为社会提供优质服务的前提条件，包括我们怎么样有效的化解电力成本，因为我们转型提高，这是很大的问题，到底怎么化解，怎么应用市场化的办法来解决这些问题，包括碳排放等等问题。
应对的举措简单列几条，第一条大力发展各类储能技术，这里面中短期的储能现在大家都在发展，各种路线技术都在进步，但对长期储能，应对极端气候的变化，应对各种突发事件带来的长期影响，我们的看法是储氢，以及氢所衍生出来的甲烷、甲醇等等气体液体燃料，要有足够的储备，还有化石能源、天然气的一部分储备，这样就是长期储能，应对季节性的变化。第二实现源端多能互补综合能源电力系统，这个电力系统包括源端电力网络，包括在源端构建综合能源生产单元，叫IEPU，第三实现受端多能互补综合能源电力系统，也是有一个综合能源产销单位，叫IECU。第四就是大规模的能源电力输送系统，期望未来的能源系统除了以电为主，西电东送以外，还要送绿色的气体液体燃料，包括氢，包括甲烷、甲醇、氨等等，西电东送为绿色的西能东输，这是我提出来的口号，现在也是西能东输，但送的是煤炭、石油、天然气，将来是绿色的西能东输。第五建设结构合理、安全可靠的配用电网络，包括提高韧性、提高灵活性、安全可靠性、经济性，希望终端消费这部分做出很大的贡献。第六是能源电力市场的建设，包括灵活性调节市场，包括绿电的市场，包括碳的市场，包括补偿机制和激励机制等等。
这就是刚才我说的一个IEPU综合能源生产单元，包括燃煤电站、光伏电站，包括电解水装置，包括做甲烷、甲醇和碳捕集，我们生产的绿色甲烷和氢气来推动燃气轮机发电，这是一个好处，可以把传统的燃煤发电和光伏发电结合起来，有些要退役的不一定马上要退掉了，发挥它的作用，也能够为将来提供很高的灵活性，在电网遭受大变故的情况下提供韧性有很好的作用。这里是终端用户的，也是一个个单元，就是IECU，包括不同类型的单元，将来内部是自治管理，统一的可以参加电力市场，统一的调度，这样可以更好发挥分布式能源的作用，更好的把消费侧的资源调动起来，这也是一种方案。
最后是总结与讨论，第一关于新型能源体系构建的绿电替代与绿氢替代，在双碳目标指引下，风电光伏等可再生能源发电大规模开发，到2050年到2060年，基本上实现了高比例非化石能源对化石能源的绿电替代，成为新型能源体系一次能源消费的主体。二，随着可再生能源绿氢生产储运技术进步和成本降低，2030年后，绿氢储能发电将有可能与风光绿电相配合，在提供长时储能发电和灵活调节方面逐步替代化石能源，成为绿电替代的组成部分，而绿氢在工业交通民用等领域的直接利用，则实现了对化石能源的绿氢替代。第三是可以预期，对传统化石能源的绿电替代和绿氢替代，作为实现新型能源系统碳中和目标的关键举措，将在未来新型能源体系和新型电力系统建设中发挥决定性作用。这是我的看法。
第二关于构建新型电力系统有关问题的认识，计入绿氢发电后，电力系统2060年非化石能源发电量占比由93.5%提高到98.1%，2060年碳排放量与2020年相比，占比由14.8%减少到4.5%，2050年至2060年碳中和期间二氧化碳平均年排放量由7亿吨减少为4亿吨，有利于配合辅助措施实现电力系统碳中和。燃煤发电是我国电源结构的劣势也是优势，随着新能源快速发展，煤电机组对于电力系统安全稳定的支撑作用进一步凸显，推进传统煤电升级改造及有序退役，对我国电力转型意义重大。源端综合能源生产单元IEPU既能以其高灵活调节能力支撑高比例可再生能源电力系统稳定运行，又能生产氢气及其衍生的便于运输储存的绿色燃料，成为新型电力系统应对中长期能源电力供需不平衡的储能介质，期望能作为煤电机组低碳/无碳转型路径方案的一种选择。终端综合能源产销但IECU，作为电网中能源消费生产的基层子系统，既是负责内部分布式能源电力生产和消费自治管理的微型电力能源网络，也可以作为提供灵活性资源、增强系统韧性，在遇到灾害的时候，可以独立运行、稳定运行，保证基本的供应，是参与电网调度和电力系统的基本单元。
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