基于低碳理念与不同电力技术的电力结构转型研究

程 陈

（池州学院， 安徽 池州 247100）

0 引言

全球气候变化问题日益严重，导致世界各国开始关注如何采取措施减少温室气体排放。发展低碳经济被认为是解决这一问题的有效途径之一[1]。其中，能源产业作为最主要的温室气体排放源，其转型升级对于降低碳排放具有重要意义。考虑到电力作为现代社会经济活动的核心支撑要素，电力产业的低碳转型成为当下研究的重要课题[2]。电力结构转型工作具有重要意义，其主要体现在降低温室气体排放、提高能源利用效率和保障能源安全与稳定供应等方面。为此在理论上探讨低碳电力结构转型的路径及实施策略具有十分重要的现实价值。此次研究首先介绍了低碳理念及其在电力结构转型中的应用，接着分析了现阶段各种不同电力技术的发展现状及趋势。在此基础上，提出了基于低碳理念的电力结构优化策略。最后对未来研究方向和挑战进行了展望。

1 低碳理念及其在电力结构转型中的应用

1.1 低碳理念的内涵及表现

低碳理念主要体现在以下三个方面：降低能源消耗和温室气体排放，提高能源利用效率，发展可再生能源。这种理念要求在电力产业发展过程中，充分考虑资源和环境的可持续性，由此在电力结构设计和投资决策过程中，对各种技术进行综合权衡，以实现电力系统的低碳化和可持续发展。

1.2 低碳理念引导电力结构转型

低碳理念在电力结构转型过程中起到引导作用。首先，通过提高电力产业的低碳水平，对传统发电方式进行改进或替代，以逐步减少温室气体排放[3]。其次，通过优化电力结构，大力发展清洁能源，提高新能源在电力结构中的比例，以实现电力供应的可持续性。

1.3 国际和国内的低碳电力结构转型经验

为了实现低碳电力结构转型，国际和国内均取得了一定程度的成功，在政策支持、技术研发等方面积累了许多值得借鉴的经验例如，德国、丹麦等国家在可再生能源利用上取得了显著成果。德国通过实施“能源转型”计划，大力发展风能、太阳能等清洁能源，截至2020 年，可再生能源在德国电力结构中的占比超过40%。丹麦则在风能发展上走在了世界前列，并提出了到2030 年燃煤发电完全退出、可再生能源占比达100%的目标。

在国内，低碳电力结构转型也在逐渐深入。通过全国范围的煤电淘汰和新增清洁能源装机，以及实行碳市场试点，我国能确保碳排放达峰和碳中和的目标逐步实现。截至2022 年，中国非化石能源在电力结构中的占比已经超过29%，呈现稳步提升的态势。这些国际和国内的转型经验为低碳电力结构的发展提供了借鉴和启示。

2 电力技术发展现状及趋势分析

2.1 传统电力技术发展现状

火力发电是一种通过燃煤、燃气等化石燃料产生热量，推动汽轮机发电的技术。当前火力发电依然是全球最主要的电力来源之一[4]。在技术创新方面，燃煤火力发电已取得较大进展，通过适应低排放技术和循环流化床等新工艺，使燃煤电厂的排放和能耗得到一定程度的减轻[5]。而燃气发电采用联合循环、燃气轮机等先进技术，优势在于启停灵活、排放较低且转化效率较高。

水力发电是一种通过利用水能推动涡轮机发电的可再生能源技术。当前水力发电已成为可再生能源领域的技术成熟度较高的选项。但其发展速度受制于对水资源的依赖和对生态环境的挑战。

核能发电是通过核反应获得能量，进而驱动汽轮发电的一种方式。核能发电具有能源密度高、温室气体排放低、电力供应稳定等优点。随着核电技术的不断发展，我国第三代核电技术已具有较高的安全性和经济性，但依然面临核废料处理、核电站选址等问题的挑战。

2.2 可再生能源电力技术发展现状

风能发电是利用风力驱动风力发电机组产生电能的一种清洁能源方式。在全球范围内，风能发电已经成为可再生能源领域增长最快的技术之一。风能发电具有绿色环保、无温室气体排放等优点。然而，由于风能资源的不稳定性，机组发电效率有待提升。

太阳能发电通过光伏组件将太阳光直接转化为电能。在过去的几十年里，光伏技术取得了显著的进步，带来了太阳能发电成本的大幅降低。太阳能发电具有清洁、可再生和广泛分布的优点。然而，由于地域限制和发电效率受自然条件影响，仍待进一步提高其发电效率和电池转换效率。

生物质能发电是通过利用植物、动物以及人类活动产生的有机物质进行燃烧发电的一种可再生能源。生物质能发电在资源利用和温室气体排放减缓上具有明显的环保优势。但是生物质资源的离散性、生物质电厂规模限制以及技术瓶颈等问题成为制约该技术进一步发展的主要因素。

地热能发电是一种利用地球内部的高温热能生成电力的技术。地热能发电具有能源成本低、无碳排放、能源稳定等特点。但是，由于地热资源的分布不均和开发成本较高，地热能发电目前在全球范围内的发展仍然较为有限。

3 基于低碳理念的电力结构优化策略

3.1 提高电力产业的能源利用效率

在应对全球气候变化的背景下，各国政府都在积极寻求降低碳排放、促进能源结构优化的途径。电力产业是国民经济的基础设施，是低碳转型的重要领域，同时也是碳排放的主要来源之一。因此，实现电力结构的低碳优化，对于推动全球低碳转型具有显著的意义。现在将重点探讨基于低碳理念的电力结构优化策略，如图1 所示，优化策略包括提高电力产业的能源利用效率、大力发展清洁能源、加强电力科技创新以及电网智能化建设等方面。

图1 基于低碳理念的电力结构优化策略

针对传统电力技术存在的低能源利用效率等问题，可以采取一系列措施，以提高整个电力产业的能源利用效率。首先，有关部门应该提高对广泛推广节能设备与节约用电的理念，增强社会各界对能源利用效率的认识和重视。同时，可以通过产业扶持、人才吸引等手段，鼓励企业采用较高能源利用效率的技术和装备，提高电力产业在生产消费过程中的能源利用效率。

具体措施可包括：提高火力发电机组的燃料燃烧效率，降低单位能耗，缩减过程中的能源损失；采用余热回收、热力余热利用等技术，提高发电过程中能量的再利用率；推广高效、节能的电机、照明设备等；加强输配电网的研发和装备改造，提高输配电环节的能源利用效率；普及节电节能的理念，提高终端用户的能源利用效率；及时淘汰低效、高耗能的老旧设备和工艺，减少无谓的能源浪费。

3.2 大力发展清洁能源

为实现碳排放减少目标，必须在电力结构中大力发展清洁能源，提高清洁能源在整个能源结构中的占比。清洁能源具有低碳、可再生、环境友好等特点，不仅有利于减少温室气体排放，还有助于提升国家能源安全，促进绿色经济发展。首先风能作为清洁能源的一种，具有无穷尽、可再生的特点，且其开发过程中无温室气体排放。因此，大力发展风能有助于减少碳排放，达到碳减排的目标。其次还应该大力支持太阳能发展。太阳能是一种绿色、可再生的能源，发展太阳能可以有效发挥清洁能源在减少碳排放方面的作用。为了推动太阳能的发展，相关政府部门可以考虑采取多种扶持措施，如加大对光伏项目的金融服务优惠，推动光伏产业技术创新，推广绿色建筑等。再次，发展生物质能。生物质能利用农林废弃物等作为原料，既可以提高资源的利用效率，还能减少化石能源的消耗，减少温室气体排放。

3.3 加强电力科技创新

为实现低碳电力结构转型，必须加强电力科技创新。关键核心技术研发和应用在实现可持续能源发展、降低能源产业的碳排放、提升低碳经济的竞争力和市场份额等方面具有至关重要的作用。因此，在低碳技术领域开展广泛而深入的科技创新，并实现技术成果转化成实际的应用，是迫切需要解决的问题。

政府、企业和科研机构之间需要加强合作，形成一个利益共享、风险共担、资源共享的联合创新体系。这样的体系应该涵盖从基础研究、技术开发、示范应用、到成果转化等各个环节，并深入推进聚焦于低碳电力技术创新领域的重大科技专项研发计划。政府在这一过程中既要承担积极的引导作用，也要加大对创新型企业和科研机构的支持力度，使其成为低碳技术创新的重要主体。

在低碳技术创新方面，特别需要关注碳捕获、贮存、利用等一系列新兴技术领域的研究和发展。通过对这些方面的创新，才能实现在低碳电力结构转型的过程中，减轻企业环境责任负担，提升能源效率及经济效益的作用。

3.4 电网智能化建设

为适应更多清洁能源接入电力系统的需求，电网智能化成为实现电力结构转型的关键手段。智能电网可以提高调度精度，增强系统稳定性，有效解决可再生能源发电的间歇性和不稳定性问题。因此，需要完善电网基础设施，积极推进智能电网建设，以实现智能调度、需求响应等先进功能，进一步提高电力系统的稳定运行能力。

4 结语

电力结构的低碳转型是当前全球气候变化和能源转型背景下的重要议题，通过分析低碳理念并结合各种电力技术的发展现状及趋势，为电力结构转型提供了策略建议。研究结果显示，提高能源利用效率、大力发展清洁能源、加强电力科技创新和促进电网智能化建设是实现低碳电力结构转型的关键措施。另外，还需要考虑结合国际和国内的低碳电力结构转型经验，不断完善政策支持体系，加强技术研发与创新，以期在全球范围内促进低碳电力结构的转型与发展。低碳电力结构转型仍面临诸多挑战，如不同电力技术的整合与协同、系统稳定性和调度问题、转型过程中的政策和市场机制等。因此，未来研究需要在已有基础上，进一步关注电力结构转型过程中的系统性问题，以期为实现低碳经济与可持续发展提供更多可行性方案。