碳中和的技術(shù)體系：零碳電力系統(tǒng)中的零碳電源技術(shù)

零碳電力系統(tǒng)包括三個(gè)部分：零碳電源、儲(chǔ)能和電網(wǎng)?？衫蒙a(chǎn)成本有望持續(xù)下降的可再生能源(光伏、風(fēng)能、水力等)，通過零碳方式生產(chǎn)電力，并通過配合零碳能源使用的綜合利用服務(wù)，包括儲(chǔ)能技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用，以及電網(wǎng)的智能調(diào)控，實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)。零碳電力系統(tǒng)并非局限于單獨(dú)的能源產(chǎn)業(yè)，還包括新能源汽車、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等多個(gè)戰(zhàn)略新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)共同支撐能源系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（一）風(fēng)電和光伏發(fā)電

風(fēng)電和光伏發(fā)電(利用風(fēng)能和太陽能)是較為成熟的零碳電源技術(shù)。風(fēng)能技術(shù)主要是指利用風(fēng)的動(dòng)能將其轉(zhuǎn)化為電能等可利用的能源過程中所需要的技術(shù)。中國的風(fēng)力資源非常豐富，目前可用的風(fēng)能僅部分使用了風(fēng)的動(dòng)能，現(xiàn)有風(fēng)能技術(shù)具有間歇性、波動(dòng)性、能量密度較低的缺陷，距利用風(fēng)電更高比例取代化石能源還需要進(jìn)行技術(shù)研發(fā)以及配套技術(shù)發(fā)展。太陽能技術(shù)主要是將太陽光中的能量轉(zhuǎn)化為電能、熱能或者其他形式的能量的技術(shù)。目前，利用太陽能的方式主要包光伏發(fā)電(PV)和集中太陽能(GSP)，前者是迄今為止可持續(xù)提供世界未來能源需求最有希望的選擇之二，后者主要用于在大型發(fā)電廠中發(fā)電。風(fēng)電和光伏發(fā)電是十分成熟的新能源發(fā)電技術(shù)，“十四五"初期，風(fēng)電、光伏發(fā)電將逐步全面實(shí)現(xiàn)無補(bǔ)貼平價(jià)上網(wǎng)?？偟膩碚f，風(fēng)電和光伏發(fā)電具有正面的就業(yè)、局地環(huán)境和健康效益，以及相對(duì)較高的技術(shù)成熟度和公眾接受度，成本均隨累積裝機(jī)容量的增加而下降，在經(jīng)濟(jì)成本和技術(shù)水平上均具有較為明顯的優(yōu)勢(shì)，可以作為面向碳中和新能源技術(shù)中的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域，但仍需注意避免相關(guān)設(shè)施建設(shè)時(shí)造成生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

(二)水電

水電是指將水能轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)。水電具有技術(shù)成熟度較高、能源密度高以及經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良的特點(diǎn)，長期以來在我國能源系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型中發(fā)揮著重要作用。然而，水電資源相對(duì)有限，隨著各流域的下游地區(qū)首先完成開發(fā)，未來可開發(fā)水電資源主要集中在四川、云南、青海、西藏等中上游地區(qū)，開發(fā)造價(jià)成本持續(xù)提升，發(fā)展?jié)摿τ邢蕖Ｔ诰邆湎嚓P(guān)條件的情況下可優(yōu)先探索水電進(jìn)一步發(fā)展。

(三)核能

核能技術(shù)是指通過原子核的裂變或聚變過程得到的能量，包括已達(dá)到實(shí)用階段的重核裂變和尚處于研究試驗(yàn)階段的輕核聚變，核能的主要應(yīng)用方式為核能發(fā)電。與光伏或生物質(zhì)發(fā)電相比，核電具有更加顯著的減排效益，IEA評(píng)估核電是當(dāng)前僅次于水電的第二大低碳電源，可保障清潔、安全、可靠的電力供應(yīng)；核電具有積極的就業(yè)紅利；隨著未來核電規(guī)?；膽?yīng)用，核電成本將迅速下降，進(jìn)一步擴(kuò)大減排效益。目前，中國已全面掌握三代核電技術(shù)，并正在積極推動(dòng)四代核電技術(shù)的發(fā)展，具有國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。但同時(shí)，核電面臨著來自供應(yīng)鏈建設(shè)、經(jīng)濟(jì)性、核安全、政治因素、公眾接受度等多方面的挑戰(zhàn)。核能在我國未來發(fā)展?jié)摿Ρ黄毡榭春?，具有清潔能源屬性的核在中國能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型中的地位持續(xù)提高。中國核電進(jìn)一步發(fā)展仍需有力政策支持，積極攻關(guān)下一代核電技術(shù)。

(四)地?zé)崮?/strong>

地?zé)豳Y源包括溫泉、通過熱泵技術(shù)開采利用的淺層地?zé)崮?、通過人工鉆井直接開采利用的地?zé)崃黧w以及干熱巖體中的地?zé)豳Y源等。地?zé)崮艿睦贸税l(fā)電，還包括直接利用，如供暖、制冷、醫(yī)療保健、溫泉洗浴、旅游、水產(chǎn)養(yǎng)殖、溫室種植等，在零碳電力系統(tǒng)中主要考慮地?zé)崮艿陌l(fā)電作用。地?zé)崮芫哂袃?chǔ)量豐富、分布較廣、穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)，不受晝夜、季節(jié)、氣候等因素影響，能源利用系數(shù)高，平均為73%,是太陽能的5.4倍、風(fēng)能的3.6倍。然而，目前地?zé)豳Y源開發(fā)利用程度較低，探明的地?zé)醿?chǔ)量規(guī)模小、品質(zhì)差，產(chǎn)業(yè)尚處在起步階段，地?zé)衢_發(fā)以供暖、醫(yī)療保健、溫泉洗浴等直接利用為主，地?zé)岚l(fā)電比重偏低，地?zé)崮馨l(fā)電的發(fā)展受到資源分布不均衡、勘查程度較低、核心技術(shù)欠成熟和政策管理體制不成熟的制約，其中政策因素較為關(guān)鍵。2020年財(cái)政部發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)可再生能源發(fā)電補(bǔ)貼項(xiàng)目清單審核有關(guān)工作的通知》,指出符合我國可再生能源發(fā)展相關(guān)規(guī)劃的地?zé)岚l(fā)電項(xiàng)目可分批納入補(bǔ)貼清單，在此之前地?zé)釤o法享受可再生能源電價(jià)補(bǔ)貼。未來地?zé)岚l(fā)展具有巨大的市場(chǎng)潛力與向好的政策支持，國家能源局2021年發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)地?zé)崮荛_發(fā)利用的若干意見(征求意見稿)》，對(duì)各地區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)進(jìn)行了部署，"在京津冀晉魯豫以及長江流域地區(qū)，結(jié)合供暖(制冷)需求因地制宜推進(jìn)淺層地?zé)崮芾谩诰┙蚣?、山西、山東、陜西、河南、青海等區(qū)域大力推進(jìn)中深層地?zé)崮芄┡谖鞑亍⒋ㄎ?、滇西等高溫地?zé)豳Y源豐富地區(qū)組織建設(shè)中高溫地?zé)崮馨l(fā)電工程"。各地可因地制宜開發(fā)利用地?zé)崮?，著力在高溫地?zé)豳Y源豐富的地區(qū)規(guī)劃建設(shè)地?zé)岚l(fā)電項(xiàng)目，進(jìn)一步完善地?zé)崮苷吖芾眢w系，鼓勵(lì)核心技術(shù)研究攻關(guān)。

(五)生物質(zhì)能

生物質(zhì)能是將有機(jī)物通過現(xiàn)代技術(shù)轉(zhuǎn)化為固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，從而用于電力及運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，滿足人們的能源需求。其來源廣泛，易于獲得，污泥、農(nóng)林殘留物、能源作物、多年生木質(zhì)纖維素植物等生物質(zhì)原料均可作為生物質(zhì)能的來源。②生物質(zhì)能技術(shù)相對(duì)成熟，但總體體量較小，僅依賴邊際土地和雨水灌溉種植能源作物無法滿足我國深度減排需求；發(fā)電成本較高，亟待技術(shù)突破和政策調(diào)整來繼續(xù)降低成本；對(duì)局地環(huán)境影響和人群健康影響不確定性較大，取決于生物質(zhì)燃料的具體種類和利用方式；大規(guī)模發(fā)展可能帶來占用土地資源、增加水資源壓力等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。因而，要盡量集中使用生物質(zhì)能并與其他領(lǐng)域進(jìn)行結(jié)合。在近期，能源作物主要服務(wù)于交通行業(yè)，可作為促進(jìn)交通行業(yè)低碳及零碳化的過渡技術(shù)；在遠(yuǎn)期，能源作物主要服務(wù)于電力行業(yè)，末端需配合CCS技術(shù)進(jìn)行使用。對(duì)待生物質(zhì)能的發(fā)展應(yīng)持有相對(duì)謹(jǐn)慎的態(tài)度，注意平衡生物質(zhì)能大規(guī)模發(fā)展對(duì)其他可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的影響。

(六)火電+CCS

通過CCS技術(shù)對(duì)二氧化碳進(jìn)行捕捉封存是火電企業(yè)碳減排的方式之一。鑒于我國煤電仍處于規(guī)模擴(kuò)張階段，燃煤電廠等能源設(shè)施往往具有長周期性，且天然氣火電廠可能成為煤電與新能源發(fā)電間的過渡能源等種種原因，在中短期內(nèi)仍可能有部分火電廠難以退役，需要通過加裝CCS裝置使其實(shí)現(xiàn)零碳。在各類CCS技術(shù)中，燃燒后捕集技術(shù)最為成熟，已進(jìn)入工程示范階段，主要可應(yīng)用于低濃度燃煤電廠。CCS技術(shù)的成熟度在中短期來看尚未達(dá)到商業(yè)應(yīng)用水平，其成本高昂。據(jù)測(cè)算，現(xiàn)階段煤電若增加CCS裝置，發(fā)電成本或?qū)⑦h(yuǎn)高于可再生能源；其電能消耗和水資源消耗可能對(duì)局地環(huán)境造成負(fù)面影響；CCS技術(shù)與化石能源結(jié)合，或?qū)е卢F(xiàn)有化石能源的路徑“鎖定”,延緩傳統(tǒng)高碳火電淘汰。然而，火電+CCS模式可一定程度上拉動(dòng)就業(yè)，對(duì)整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來一定積極作用，煤電CCS的就業(yè)貢獻(xiàn)超過風(fēng)電、太陽能等可再生電力部門;且CCS技術(shù)代際更替及其電廠應(yīng)用成本與能耗變化的預(yù)期前景較為樂觀?？偟膩碚f，火電加裝CCS裝置在傳統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)接受度、局地環(huán)境影響等方面仍面臨較大挑戰(zhàn)，其大規(guī)模部署取決于技術(shù)成熟度、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、自然條件承載力等因素，隨技術(shù)逐漸成熟，經(jīng)濟(jì)成本和局地環(huán)境影響在一定程度上有望改善。因而，轉(zhuǎn)型清潔能源仍為火電企業(yè)減排的主要路徑，可將火電十CCS模式作為在2030年后我國從化石能源為主的能源結(jié)構(gòu)向零碳多元供能體系轉(zhuǎn)變的重要戰(zhàn)略儲(chǔ)備技術(shù)，即難退役火電廠進(jìn)行改造的備用選項(xiàng)，加大研究力度，保障能源結(jié)構(gòu)穩(wěn)定變革。公眾號(hào)：

(七)生物質(zhì)能+CCS(BECCS)

BECCS技術(shù)將生物質(zhì)能技術(shù)與CCS結(jié)合，通過CCS技術(shù)將生物質(zhì)能使用過程中排放的CO2進(jìn)行分離、壓縮并運(yùn)輸至封存地點(diǎn)，使其與大氣長期隔離封存，農(nóng)業(yè)剩余物、林業(yè)剩余物和能源植物是主要的生物質(zhì)資源。BECCS相比于火電CCS有一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)，火電CCS僅能實(shí)現(xiàn)零排放，而生物質(zhì)中的碳來自光合作用，本身就是碳中性的，結(jié)合CCS技術(shù)使用時(shí)全過程就可以實(shí)現(xiàn)負(fù)排放。目前，生物質(zhì)發(fā)電、生物質(zhì)液體燃料和沼氣是生物質(zhì)能利用的主要方式。其中，生物質(zhì)發(fā)電和生物質(zhì)液體燃料由于容易與CCS相結(jié)合，是未來生物質(zhì)能利用的主要方式。①與生物質(zhì)能技術(shù)相近，BECCS技術(shù)目前仍存在較大不確定因素及道德風(fēng)險(xiǎn)，包括生物質(zhì)資源供應(yīng)量、BECCS技術(shù)成熟度、BECCS技術(shù)大規(guī)模實(shí)施的經(jīng)濟(jì)性以及BECCS技術(shù)對(duì)社會(huì)和生態(tài)影響的不確定性。②如何協(xié)調(diào)各區(qū)域BECCS的需求，平衡BECCS對(duì)土地、淡水、糧食和生態(tài)環(huán)境的影響是未來技術(shù)大規(guī)模使用過程中的重大挑戰(zhàn)。
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