劉吉臻專委：【人民政協網】當傳統理論方法和技術不能解決系統面臨問題時，需要對系統特性進行再認識
專訪中國工程院院士 劉吉臻
“實現我國‘雙碳’目標，是一項艱巨且繁雜的系統性工程。要如期完成既定的戰略性任務，必須以審慎又不失緊迫感的態度，把握好不同時期的發展節奏、重點任務和實施路徑。”
近日，第十二屆全國政協委員、中國工程院院士劉吉臻在接受編輯部專訪時表示，環境問題是當今全球共同關注的問題，也是當代中國實現綠色發展的核心問題。面向能源電力領域的低碳化變革，應以“化石能源清潔化、清潔能源規模化、多種能源綜合化”的總體思路，來應對日益嚴峻的能源安全形勢；同時以適時的系統重構，來應對轉型成本上升、高碳排放路徑依賴的挑戰。
“新能源電力安全、高效的生產與利用將是低碳時代永恆的主題。構建以新能源為主體的新型電力系統，需要以多能互補、網源協調和系統重構為基礎，在電源、電網、負荷深度互動的基礎上，實現高比例可再生能源替代，並最終通過以泛在、綠色、高效、智能為標誌的再電氣化，實現全社會能源消費與利用的根本性變革”。劉吉臻說。
Q：當前，應對氣候變化已成為國際上為數不多可以達成發展共識的領域。習近平主席向世界承諾的“中國 3060”目標，為我國將來很長一段時期內，經濟、能源領域的發展奠定了總基調。面對複雜的國際形勢和“後疫情”時代的經濟發展需求，我們應該如何更好地理解“雙碳”目標的戰略性意義？
劉吉臻：我國的經濟發展在近幾年取得了舉世矚目的成就，但在躋身成為世界第二大經濟體的同時，也成為了全球最大的能源消費國和最大的碳排放國。
從2019年的能源消費數據來看，我國的能源消費總量為48.6億噸標準煤，約占世界的1/4, 其中煤炭消費總量28億噸標準煤，約占世界的1/2；在全球能源消費淨增量中，我國的占比超過3/4。在巨大的能源消費數字背後，是碳排放總量的幾何形增長——2019年，我國碳排放總量為 98億噸，比2000年提高了約15個百分點，是美國的2倍、歐盟的3倍，占比全球 28.8%。
如果將複雜的問題簡單化，我們就不難從 1/4、1/2和 28.8% 這三個數字中理解“雙碳”目標的初衷——提出並將“雙碳”目標作為國家長期性戰略，是權衡政治要素、經濟要素，及國際局勢等方面的多重考量；同時，通過倒逼形成碳減排的長效機制，來應對當前能源發展面臨的諸多挑戰。
首先，我國作為世界上最大的發展中國家，未來的能源需求仍將保持快速增長態勢。根據中國工程院研究測算，我國能源消費總量將由2020年的49.6億噸標準煤增長到2030年的56億噸標準煤；保守估計，彼時的全社會用電量將由2020年的7.51萬億千瓦時增長到10萬億千瓦時。經濟發展的內在需求，不僅預示著旺盛的能源消費，同時也帶來了嚴峻的能源安全形勢。
過去以往，我們總以“富煤貧油少氣”來描述我國的能源資源稟賦，但是從國際權威能源研究機構和國家統計局等部門公佈的數據來看，我國的石油、天然氣、煤炭可采儲量均遠低於世界平均水準，其中煤炭的可采儲比僅為世界最高國家——美國的一半。從人均資源佔有率來看，我國的人口總數約占世界的19.3%，但常規能源資源僅占全球的10.7%。在能源需求總量和資源相對短缺的反差中，我國自 2011年起成為世界最大的煤炭進口國，進口煤炭占世界貿易量近1/4；原油、天然氣的對外依存度分別達到71%和43%。
其次，與能源短缺風險和能源安全挑戰並存的，是能源高污染和高消耗帶來的環境危機。一方面，“黑色工業化”使環境污染從局部影響逐漸擴散成為全面影響。隨著環境污染從隱性變為顯性，我國大氣、水污染、霧霾等極端事件發生的強度和頻率正在呈現出明顯的變化趨勢；另一方面，儘管近年來我國能源電力領域在污染物減排、超低排放等方面作出了大量的努力，但“世界污染超級排放大國”的國際形象，仍使我國的減汙減排進程受到國際輿論的高度關注。
當前，全球有近130個國家和地區提出了碳中和目標，世界主要經濟體都通過立法或宣誓的形式，明確在2050年前實現碳中和。就我國而言，面對詭譎多變的國際形勢和 “後疫情”時代的經濟發展關鍵重振期，“雙碳”目標不僅是我國作為負責任大國對世界可持續發展作出的莊嚴承諾，同時，也是倒逼我國將能源安全命脈掌握在自己手中，實現經濟綠色復蘇和“雙迴圈”經濟新格局的戰略性舉措。
毋庸置疑的是，實現“雙碳”目標，是一項涉及每個人、每個領域，以及社會經濟發展方方面面的長期系統性工程。這不僅需要我們儘快統一認識，深刻理解生態、政治、經濟與能源四者間盤根錯節、唇齒相依的關係；同時，也要求我們把節約能源資源放在首位，並把握好短期與長期、局部與整體的關係和推進節奏，以審慎且積極的態度迎接這一場廣泛而又深刻的經濟社會變革。
Q:在今年3月中財委第9次會議上，以新能源為主體的新型電力系統建設，被明確為能源電力行業轉型的首要舉措。新型電力系統除了以大規模新能源替代為主要特徵外，還將會給我國長期運行的電力系統帶來何種“顛覆性”的改變？
劉吉臻：具體來說，“雙碳”目標是一個“二階”目標。我們所說的“儘快達峰”，是希望溫室氣體排放量由增轉降的歷史拐點在2030年前到來，由此帶來經濟發展由高耗能、高排放向清潔低能耗的模式轉變。從2030到2060年的第二階段，則是通過政策工具、市場工具，及碳匯等手段，對碳排放進行動態約束直至抵消的過程。
具體到能源電力領域，根據相關數據測算，到2030年，非化石能源占一次能源消費的比重，將由2020年的15.9%提升至 25%，以風電和太陽能為代表的新能源發電總裝機，將由目前的5.35億千瓦時提升至12億千瓦，非化石能源發電量的占比提升至50%。參照上述核心目標，一方面需要在電源側實現可再生能源的大規模替代；另一方面，則要依靠在消費側穩步推進電能替代，實現再電氣化，助力全社會“脫碳”。
以化石能源為主體，以大容量發電、遠距離輸電、集中統一管理的現代電力系統已經跨越了百年發展歷史。隨著新能源電力的規模化開發和在電網中占比的增加，傳統電力系統的基本特徵將發生顯著的變化。
我在不同場合都經常提到，在未來的電網格局中，僅靠大規模的新能源外送，是解決不了能源轉型和未來的能源供給需求的。因為以現有的系統運行方式，如果煤電減一半，風光漲一倍，電網就要面臨崩潰。這既不是危言聳聽，更不是空穴來風。當傳統的理論方法與技術不能解決構建新型電力系統所面臨的問題時，更需要我們深入認知以新能源為主體的電力系統的特性，創新理論方法與技術，從系統的整體特徵出發，構建基於電源、電網和需求回應等用戶參與為一體的新型電力系統發展模式。
從結構形態來看，基於我國資源負荷逆向分佈的特徵，在保持和增強特高壓大時空範圍內輸送能力與資源優化配置能力的前提下，結合新能源具有多種利用方式的特徵，著力構建區域電網間解耦鏈接、分層分區的輸電網架和就地消納與遠距離輸送相結合的新型電網模式。通過集中式與分佈式並舉的方式，結合儲能、抽蓄等手段進行多元互補，最終實現系統接納更大規模新能源並網的目標。
在國際能源轉型先驅——德國，已經先後建設了20萬個獨立於電網的供電單元，小到路燈、單元住宅，大到社區、園區微電網系統，通過與大電網相對獨立，又互為補充的分佈式能源利用形式，逐步實現新能源對化石能源的消費替代。這也是我們應該看到的未來能源系統形態變化的主流趨勢。
從運行控制方式來看，電網先進控制與安全防禦是決定電網輸送極限的又一重要因素，這也是決定系統安全運行水準的關鍵因素。同時，隨著 V2G、虛擬電廠、可平移負荷等資源的出現與利用，包括微電網等複雜技術在內參與的電力電量平衡，也都離不開智能調度與控制的協同。因此，新型電力系統中智能電網的建設，應強化“大雲物移智”等新技術與能源行業深度融合，通過感測器的大量應用與“平臺型”系統的建設，促進電能生產、傳輸、利用各個環節智能化水準的提升。
在通過資訊化、數位化手段提升電網輸送能力與自愈能力的同時，更應關注電網友好型先進發電技術的發展與應用。一方面，在我國的電源結構中，由於燃氣、抽蓄等快速性互補電源相對匱乏，使得火電機組深度調峰成為系統靈活性的依賴路徑；另一方面，過去的電力系統追求滿發、穩定、電力負荷“拉直線”，忽略了靈活智能發電的重要作用。
現代、動態、低碳甚至零碳的新型電力系統，放大了對電源側靈活發電能力的需求——通過精准的負荷預測、配儲能的新能源發電技術等，既可以大幅度削減新能源規模化並網對電力系統運行的影響，同時也可以通過電源“自優化”促進新能源電力的消納。
當然，消費側的參與和友好回應，是新型電力系統建設的重要內容。通過市場手段，引導用戶的消費理念、行為更新，使需求側主動成為電網的友好互動資源，實現供需協同；最終構建形成以能源技術與資訊技術高度融合的多能互補、源網荷協調控制的新型電力系統。
Q:當前，以最小社會成本踐行能源革命和實現電力系統低碳化轉型，已經成為業內的普遍共識。在您看來，平衡低碳發展與成本、系統安全三者關係中，可供我們選擇的路徑有哪些？
劉吉臻：以最小社會成本完成好能源電力領域的低碳轉型，最終還是要依靠技術進步的力量，但是在現階段，需要我們算清能源革命的“經濟賬”。在構建新型電力系統的過程中，必須將減排目標與技術經濟的合理性統籌考慮。
目前在能源科技領域已經湧現出了大量的先進前沿技術，其中有些領域依也依靠近年來的規模化應用，站上了突破技術經濟性的臨界點。值得注意的是，科學技術的發展本就需要經歷從提出到研發、從成熟再到產業化的漫長歷史過程。無論是在實現“雙碳”目標的過程中，抑或是在新型電力系統的構建中，如果冒進地使用一些不成熟的技術，既不經濟、也不負責任，造成的後果往往是不可承受的。
但是，階段性的發展現狀並不能成為否定其發展的依據。我們一方面要對氫能、核能、CCUS，以及新能源技術與現代資訊技術融合應用——對這一類具有前瞻性、戰略性的前沿科技加大研發投入，儘早實現關鍵領域的突破和領先；同時，更要注重現有可推廣的應用技術，將其放到更為“耀眼”的位置，發揮最大的價值。
在“雙碳”背景下，豐富的風能資源，和其靠近東南沿海負荷中心等特點，使我們不能再以單純的“新能源發電資源”，來衡量和框定這一類能源資源在電力領域低碳轉型中的作用與地位。
實現“雙碳”目標，協調好低碳發展與成本、系統安全三者之間的關係，本就是在多目標平衡中選擇更優的實施路徑。放眼全球，世界各國在零碳資源的就近開發與利用方面已經走在了我國的前列。當前，塑造“電從遠方來、電從身邊來，西電東送、海電西送”的電源支撐格局，既是構建新型電力系統的題之大義，也是實現“雙碳”目標路徑選擇中的應有之義。
原文鏈接：http://www.rmzxb.com.cn/c/2022-03-03/3062356.shtml
