全面认识新能源发展的机遇与挑战

华北电力大学新型能源系统与碳中和研究院 王志轩

碳达峰是实现碳中和路径上的转折点。减少二氧化碳排放是实现碳达峰碳中和目标的主要任务，主要措施是大力发展非化石能源，尤其是大力发展以风电、光伏发电为代表的新能源发电。2021年9月印发的《中共中央、国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出，到2030年，非化石能源消费比重达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上；到2060年，非化石能源消费比重达到80%以上。由于我国水电装机受技术条件及经济性的影响，可开发的容量越来越少，核电发展受厂址条件、资源等约束也难以大规模持续开发，大力发展新能源发电将是提高我国非化石能源消费比重的重中之重。

国家《“十四五”现代能源体系规划》把“到2025年，非化石能源消费比重提高到20%左右，非化石能源发电量比重达到39%左右”作为“能源低碳转型成效显著”的重要目标之一，同时提出了2035年“非化石能源消费比重在2030年达到25%的基础上进一步大幅度提高，可再生能源发电成为主体电源”，进一步指出在“十四五”时期要“加快发展风电、太阳能发电”。

六方面考量新能源发展

一种能源替代另一种能源，不是能源品种的简单替代，而是能源系统的整体转型，并引导经济社会的全面转型。因此，新能源要实现大力发展，必须兼具独特性和传统性。独特性表现在巨大的生命力，能够成为推动能源系统与经济社会转型的根本动力；传统性表现在与能源系统、经济社会系统的融合，使之平稳转型。这也是我国推进“双碳”目标实施必须要坚持先立后破、传统能源的逐步退出必须建立在新能源安全可靠替代的基础上的要义所在。要实现新能源的大力发展，应从近零碳、可持续、新技术、规模化、商品属性、可靠性6个方面来考量。

近零碳。近零碳是指新能源成为能源商品的全生命周期过程要达到近零碳排放。在不考虑碳移除或者碳交易情况下，现实中并不存在“零碳”商品能源。近零碳的概念并不统一，其涵义应是“零碳”一次能源在开发、转换、加工为商品能源全生命周期中尽可能减少碳排放。

可持续。一方面是指新能源应具有“可再生性”，取之不尽、用之不竭；另一方面，新能源在开发利用全生命周期尽量减少对生态环境的“负外部性”影响，包括控制污染，减少对绿水青山、地表植被等的破坏等。

新技术。新技术是条件和动力要素。这里的“条件”是动态的、相对的，所有能源都不可能永远是新能源，而现在之所以是新能源，关键的表征是新技术要素对新能源发展的贡献仍然处于显著甚至是指数型阶段。同时，与传统能源相比，新能源在某些方面仍然存在着不足和短板。因此，要持续不断通过技术创新，极大发挥新能源的长处，着力克服其不足，保持其“新”的特性。

规模化。规模化是新能源“大力发展”的前提也是结果，反之，不成熟的新能源是不可能规模化和大力发展的。从宏观层面看，规模化应当包括三个方面，有成熟的商业模式、有产业链基础、在能源总份额中有一定比例。一般而言，新能源规模化才会更具有经济性；规模化与标准化也是相辅相成的，二者互为推动。

商品属性。商品属性是新能源成熟的重要标志。不具有商品属性的新能源，是难以通过市场检验的，也不可能成为主体能源或者电源主体。而成为商品能源的关键，是新能源必须以自身的特点和优势与传统能源进行市场竞争。

可靠性。可靠性是指能源供应的安全性、稳定性、便捷性、可备用性。能源电力的可靠供应可以从两个方面理解：一是新能源自身具有一定的可靠性；二是在能源系统中有明确的定位，与能源系统一起提供能源电力的可靠供应。从新能源自身来看，安全性是指不因新能源大力发展而直接引起大规模能源供应的安全事件（包括不发生供应充足性风险和人身、财产安全风险），稳定性是指能源供应的连续性和可控性，可备用性是指具有一定的应对自然条件变化的能源供应能力，便捷性是指新能源发展对终端消费用户尽量不产生福利损失。

大力推动新能源发展

新能源并不是六个方面全部得到“满分”才能够大规模发展，而是要从六个方面分析新能源及传统能源各自的特点，以促进新能源不断创新和能源体系逐渐适应新能源特性，快速、平稳实现“双碳”目标下的能源转型。

我国新能源经过近20年的发展有了长足的进步，光伏发电、风电得到了大力发展。从近零碳方面看，全生命周期的光伏发电组件如晶硅材料生产技术的进步使碳排放强度不断下降，环境污染不断改善。从可持续性看，太阳能及风能生来就是可持续的，且在开发过程中不断完善生态环保要求和措施。从新技术看，通过不断创新使新能源发电效率不断跃上新台阶，运用数字化技术、电力电子技术、新型储能技术等使新能源与微电网及大电网的融合性不断提高。从规模化来看，我国光伏和风电的装机容量与自身比，在经历了十多年的超高速发展阶段后，累积并网均达到2亿千瓦以上，且占我国新增电力装机的主要部分。从商品属性看，对新增的新能源发电上网电价补贴已经绝大部分取消或大量削减，新能源在一定程度上参与到电力市场之中。从安全性、稳定性、便捷性、可备用性几个要素看，新能源发展都有不同程度的进步，特别是随着新能源发电在终端能源消费比重中的提高，对于减少我国石油对外依存度高带来的能源安全风险将逐步发挥重要作用。因此，不论从推进“双碳”工作要求上、从新能源发展积累的经验上，还是从新能源与传统能源协同上、从对新能源技术发展预测上，我们都对新能源大力发展有充分信心。

低碳性、可持续性、新技术潜力以及规模化应用，为新能源发展提供了长期利好以及实践经验。无论是从“双碳”“1+N”政策体系看，还是从“十四五”规划纲要看，以及从“十四五”现代能源体系规划看，大力发展新能源有了目标、规划、政策措施、能源改革等方面的大力支持，具有十分广阔的发展空间。

新能源发展面临的挑战

从能源系统和经济社会系统看，新能源与传统能源相比还存在不同程度的差距，尤其是在稳定性和商品能源属性两个方面还存在较大差距。

从光伏、风电的发电特性看挑战。光伏、风电特点是能量密度低，随机性、波动性、不稳定性强，这些特点与新能源的可再生性一样与生俱来，是客观规律使然。能量密度低，说明了要大量占用土地或者其他地表资源，除了必要的分散式开发外，仍然需要新能源在大范围优化配置，从而需要电能输送以及与其他能源电力的匹配。随机性、波动性、不稳定性三者间既有一定的独立性，又互相影响，共同造成新能源发电在功率上可控性差、与用户对电力电量需求的匹配性差、与大电网的运行规律协调性差，从而对电力平衡和电力系统稳定性产生不利影响。如中国煤电、水电、核电的年利用小时数分别可达5500小时、3500小时、7000小时左右，煤电、核电的利用小时数还可以更高，但是风力发电年平均利用小时数2200小时左右，光伏发电年平均利用小时数1200小时左右。更重要的是，即便是同样的利用小时数或者同样的可发电量，并不等于具有相同的电力支撑。根据已有数据，一些地区的光伏发电在电力平衡时出力几乎为零。

从新能源应用方式看挑战。新能源发电能量密度低、分布广泛、便于分散使用，千家万户均可自发自用，但难以保证高质量用电，用户仍然需要与电网连接。分布式电源是新能源发展的重要途径，主要采用“自发自用、余量上网、电网调节”的运营模式。随着分布式发电更多地接入配电网，由分布式电源和相关储能、调控、保护设施构成的微电网和主动配电网增多，将更大地改变原有电力负荷特性，增加了电网调节难度，降低系统效能。新能源与其他传统能源同处于一个电力系统中，这就形成了新能源与其他能源的耦合关系，但从认识规律到把握规律还需要采用数字仿真、物理模拟等手段深入研究。当新能源渗透率较低（比如少于10%）时，传统电力系统安全稳定运行机制仍然可以应对新能源发电对系统的影响。但随着新能源渗透率增加，影响机制更为复杂、影响范围进一步扩大。

从新能源发展对储能的影响看挑战。当传统电力系统的“源随荷动”运行机制转变为新能源发展条件下的“源网荷储备”运行机制时，电力系统运行特点将发生根本性变化。传统电力系统储能主要配置在电网侧。在新型电力系统中，为了适应不同地区、不同电源电力负荷特点，储能会以多种方式配置在网、源、荷侧，使传统的单向电能配置模式改变成双向、多向、多能配置模式；电力系统原有各个环节由区分明显转变为相互融合的部分不断增大。为了满足构建新型电力系统的要求，在电源侧要有充足、稳定、具有一定灵活性的电源或用于调节的储能设施（如抽水蓄能），在系统中不仅要设置必要的事故备用、负荷备用、检修备用机组，也要有应对正常气象条件如连续三四天的阴天或静风天气（在传统能源电力体系下并不构成风险条件）给电力系统带来新的能源安全风险的备用机组。这些机组如何既发挥好战略备用作用，又能尽可能减少系统成本是一个需要深化研究的新问题。

“十四五”期间，尽管可再生能源快速发展，但发电量占比仍然较低，电力系统安全稳定风险层面的问题主要出现在局部环节，主要是解决局部新能源发展与电网协调问题，部分地区供需紧张问题，保障煤炭安全供应、防止由于电煤的量价大幅波动带来的系统风险问题，以及进一步提高煤电机组的灵活性调节功能问题。

为了有效防范以上各种风险，新型电力系统必然是一个以可再生能源为主体，水电、核电、天然气发电、储能以及煤电等协调运行的多元电力体系。新能源逐步替代传统化石能源的过程是一个持续数十年的渐进过程，中国碳中和目标年已经确定，能源替代过程既需要快速，也需要平稳。解决替代过程中新能源发展的种种问题与解决化石能源被替代中的问题同等重要，二者之间本质上是一个问题的两个方面，需要同步规划和实施。