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(guò)零碳方式生產(chǎn)電力，并通過(guò)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)?；瘧?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(yáng)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(guò)程中所需要的技術(shù)。中國(guó)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(yáng)能技術(shù)主要是將太陽(yáng)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(yáng)能的方式主要包光伏發(fā)電(PV)和集中太陽(yáng)能(GSP)，前者是迄今為止可持續(xù)提供世界未來(lái)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(wú)補(bǔ)貼平價(jià)上網(wǎng)。總的來(lái)說(shuō)，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(zhǎng)期以來(lái)在我國(guó)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(kāi)發(fā)，未來(lái)可開(kāi)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(kāi)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(guò)原子核的裂變或聚變過(guò)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(lái)核電規(guī)模化的應(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(guó)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(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。但同時(shí)，核電面臨著來(lái)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(guó)未來(lái)發(fā)展?jié)摿Ρ黄毡榭春茫哂星鍧嵞茉磳傩缘暮嗽谥袊?guó)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型中的地位持續(xù)提高。中國(guó)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(guò)熱泵技術(shù)開(kāi)采利用的淺層地?zé)崮堋⑼ㄟ^(guò)人工鉆井直接開(kāi)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(yáng)能的5.4倍、風(fēng)能的3.6倍。然而，目前地?zé)豳Y源開(kāi)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_(kāi)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(guó)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(wú)法享受可再生能源電價(jià)補(bǔ)貼。未來(lái)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(guó)家能源局2021年發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用的若干意見(jiàn)(征求意見(jiàn)稿)》，對(duì)各地區(qū)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)進(jìn)行了部署，"在京津冀晉魯豫以及長(zhǎng)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(kāi)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(guò)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(lái)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(lái)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(wú)法滿足我國(guó)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(lái)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(lái)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(guò)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(guò)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(guó)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(zhǎng)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(guò)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(guò)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(lái)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(lái)一定積極作用，煤電CCS的就業(yè)貢獻(xiàn)超過(guò)風(fēng)電、太陽(yáng)能等可再生電力部門(mén);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(lè)觀?？偟膩?lái)說(shuō)，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(guó)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(guò)CCS技術(shù)將生物質(zhì)能使用過(guò)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(zhǎng)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(lái)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(guò)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(lái)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(lái)技術(shù)大規(guī)模使用過(guò)程中的重大挑戰(zhàn)。
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