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 專訪中國工程院院士 劉吉臻

“實現(xiàn)我國‘雙碳’目標，是一項艱巨且繁雜的系統(tǒng)性工程。要如期完成既定的戰(zhàn)略性任務，必須以審慎又不失緊迫感的態(tài)度，把握好不同時期的發(fā)展節(jié)奏、重點任務和實施路徑。”

近日，第十二屆全國政協(xié)委員、中國工程院院士劉吉臻在接受編輯部專訪時表示，環(huán)境問題是當今全球共同關注的問題，也是當代中國實現(xiàn)綠色發(fā)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(guī)?；⒍喾N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(tǒng)重構，來應對轉型成本上升、高碳排放路徑依賴的挑戰(zhàn)。

“新能源電力安全、高效的生產與利用將是低碳時代永恒的主題。構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，需要以多能互補、網(wǎng)源協(xié)調和系統(tǒng)重構為基礎，在電源、電網(wǎng)、負荷深度互動的基礎上，實現(xiàn)高比例可再生能源替代，并最終通過以泛在、綠色、高效、智能為標志的再電氣化，實現(xiàn)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(shù)不多可以達成發(fā)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(fā)展奠定了總基調。面對復雜的國際形勢和“后疫情”時代的經濟發(fā)展需求，我們應該如何更好地理解“雙碳”目標的戰(zhàn)略性意義？

劉吉臻：我國的經濟發(fā)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(shù)據(jù)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；在全球能源消費凈增量中，我國的占比超過3/4。在巨大的能源消費數(shù)字背后，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%。  

如果將復雜的問題簡單化，我們就不難從 1/4、1/2和 28.8% 這三個數(shù)字中理解“雙碳”目標的初衷——提出并將“雙碳”目標作為國家長期性戰(zhàn)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(fā)展面臨的諸多挑戰(zhàn)。  

首先，我國作為世界上最大的發(fā)展中國家，未來的能源需求仍將保持快速增長態(tài)勢。根據(jù)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(fā)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(tǒng)計局等部門公布的數(shù)據(jù)來看，我國的石油、天然氣、煤炭可采儲量均遠低于世界平均水平，其中煤炭的可采儲比僅為世界最高國家——美國的一半。從人均資源占有率來看，我國的人口總數(shù)約占世界的19.3%，但常規(guī)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(zhàn)并存的，是能源高污染和高消耗帶來的環(huán)境危機。一方面，“黑色工業(yè)化”使環(huán)境污染從局部影響逐漸擴散成為全面影響。隨著環(huán)境污染從隱性變?yōu)轱@性，我國大氣、水污染、霧霾等極端事件發(fā)生的強度和頻率正在呈現(xiàn)出明顯的變化趨勢；另一方面，盡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，仍使我國的減污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(qū)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(xiàn)碳中和。就我國而言，面對詭譎多變的國際形勢和 “后疫情”時代的經濟發(fā)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(xù)發(fā)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(xiàn)經濟綠色復蘇和“雙循環(huán)”經濟新格局的戰(zhàn)略性舉措。  

毋庸置疑的是，實現(xiàn)“雙碳”目標，是一項涉及每個人、每個領域，以及社會經濟發(fā)展方方面面的長期系統(tǒng)性工程。這不僅需要我們盡快統(tǒng)一認識，深刻理解生態(tài)、政治、經濟與能源四者間盤根錯節(jié)、唇齒相依的關系；同時，也要求我們把節(jié)約能源資源放在首位，并把握好短期與長期、局部與整體的關系和推進節(jié)奏，以審慎且積極的態(tài)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(tǒng)建設，被明確為能源電力行業(yè)轉型的首要舉措。新型電力系統(tǒng)除了以大規(guī)模新能源替代為主要特征外，還將會給我國長期運行的電力系統(tǒng)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“盡快達峰”，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(fā)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(tài)約束直至抵消的過程。

具體到能源電力領域，根據(jù)相關數(shù)據(jù)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(fā)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(fā)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(xiàn)可再生能源的大規(guī)模替代；另一方面，則要依靠在消費側穩(wěn)步推進電能替代，實現(xiàn)再電氣化，助力全社會“脫碳”。

以化石能源為主體，以大容量發(fā)電、遠距離輸電、集中統(tǒng)一管理的現(xiàn)代電力系統(tǒng)已經跨越了百年發(fā)展歷史。隨著新能源電力的規(guī)模化開發(fā)和在電網(wǎng)中占比的增加，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的基本特征將發(fā)生顯著的變化。  

我在不同場合都經常提到，在未來的電網(wǎng)格局中，僅靠大規(guī)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(xiàn)有的系統(tǒng)運行方式，如果煤電減一半，風光漲一倍，電網(wǎng)就要面臨崩潰。這既不是危言聳聽，更不是空穴來風。當傳統(tǒng)的理論方法與技術不能解決構建新型電力系統(tǒng)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(tǒng)的特性，創(chuàng)新理論方法與技術，從系統(tǒng)的整體特征出發(fā)，構建基于電源、電網(wǎng)和需求響應等用戶參與為一體的新型電力系統(tǒng)發(fā)展模式。  

從結構形態(tài)來看，基于我國資源負荷逆向分布的特征，在保持和增強特高壓大時空范圍內輸送能力與資源優(yōu)化配置能力的前提下，結合新能源具有多種利用方式的特征，著力構建區(qū)域電網(wǎng)間解耦鏈接、分層分區(qū)的輸電網(wǎng)架和就地消納與遠距離輸送相結合的新型電網(wǎng)模式。通過集中式與分布式并舉的方式，結合儲能、抽蓄等手段進行多元互補，最終實現(xiàn)系統(tǒng)接納更大規(guī)模新能源并網(wǎng)的目標。 

在國際能源轉型先驅——德國，已經先后建設了20萬個獨立于電網(wǎng)的供電單元，小到路燈、單元住宅，大到社區(qū)、園區(qū)微電網(wǎng)系統(tǒng)，通過與大電網(wǎng)相對獨立，又互為補充的分布式能源利用形式，逐步實現(xiàn)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(tǒng)形態(tài)變化的主流趨勢。  

從運行控制方式來看，電網(wǎng)先進控制與安全防御是決定電網(wǎng)輸送極限的又一重要因素，這也是決定系統(tǒng)安全運行水平的關鍵因素。同時，隨著 V2G、虛擬電廠、可平移負荷等資源的出現(xiàn)與利用，包括微電網(wǎng)等復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(xié)同。因此，新型電力系統(tǒng)中智能電網(wǎng)的建設，應強化“大云物移智”等新技術與能源行業(yè)深度融合，通過傳感器的大量應用與“平臺型”系統(tǒng)的建設，促進電能生產、傳輸、利用各個環(huán)節(jié)智能化水平的提升。

在通過信息化、數(shù)字化手段提升電網(wǎng)輸送能力與自愈能力的同時，更應關注電網(wǎng)友好型先進發(fā)電技術的發(fā)展與應用。一方面，在我國的電源結構中，由于燃氣、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(tǒng)靈活性的依賴路徑；另一方面，過去的電力系統(tǒng)追求滿發(fā)、穩(wěn)定、電力負荷“拉直線”，忽略了靈活智能發(fā)電的重要作用。

現(xiàn)代、動態(tài)、低碳甚至零碳的新型電力系統(tǒng)，放大了對電源側靈活發(fā)電能力的需求——通過精準的負荷預測、配儲能的新能源發(fā)電技術等，既可以大幅度削減新能源規(guī)?；⒕W(wǎng)對電力系統(tǒng)運行的影響，同時也可以通過電源“自優(yōu)化”促進新能源電力的消納。

當然，消費側的參與和友好響應，是新型電力系統(tǒng)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(wǎng)的友好互動資源，實現(xiàn)供需協(xié)同；最終構建形成以能源技術與信息技術高度融合的多能互補、源網(wǎng)荷協(xié)調控制的新型電力系統(tǒng)。

Q:當前，以最小社會成本踐行能源革命和實現(xiàn)電力系統(tǒng)低碳化轉型，已經成為業(yè)內的普遍共識。在您看來，平衡低碳發(fā)展與成本、系統(tǒng)安全三者關系中，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(xiàn)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(tǒng)的過程中，必須將減排目標與技術經濟的合理性統(tǒng)籌考慮。

目前在能源科技領域已經涌現(xiàn)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(guī)?；瘧?，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(fā)展本就需要經歷從提出到研發(fā)、從成熟再到產業(yè)化的漫長歷史過程。無論是在實現(xiàn)“雙碳”目標的過程中，抑或是在新型電力系統(tǒng)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，造成的后果往往是不可承受的。  

但是，階段性的發(fā)展現(xiàn)狀并不能成為否定其發(fā)展的依據(jù)。我們一方面要對氫能、核能、CCUS，以及新能源技術與現(xiàn)代信息技術融合應用——對這一類具有前瞻性、戰(zhàn)略性的前沿科技加大研發(fā)投入，盡早實現(xiàn)關鍵領域的突破和領先；同時，更要注重現(xiàn)有可推廣的應用技術，將其放到更為“耀眼”的位置，發(fā)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(fā)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(xiàn)“雙碳”目標，協(xié)調好低碳發(fā)展與成本、系統(tǒng)安全三者之間的關系，本就是在多目標平衡中選擇更優(yōu)的實施路徑。放眼全球，世界各國在零碳資源的就近開發(fā)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(tǒng)的題之大義，也是實現(xiàn)“雙碳”目標路徑選擇中的應有之義。
 
原標題：當傳統(tǒng)理論方法和技術不能解決系統(tǒng)面臨問題時，需要對系統(tǒng)特性進行再認識