碳中和的技術體系：零碳電力系統(tǒng)中的零碳電源技術

零碳電力系統(tǒng)包括三個部分：零碳電源、儲能和電網?？衫蒙a成本有望持續(xù)下降的可再生能源(光伏、風能、水力等)，通過零碳方式生產電力，并通過配合零碳能源使用的綜合利用服務，包括儲能技術的規(guī)?；瘧?，以及電網的智能調控，實現新型電力系統(tǒng)。零碳電力系統(tǒng)并非局限于單獨的能源產業(yè)，還包括新能源汽車、物聯(lián)網、人工智能等多個戰(zhàn)略新興技術產業(yè)共同支撐能源系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

（一）風電和光伏發(fā)電

風電和光伏發(fā)電(利用風能和太陽能)是較為成熟的零碳電源技術。風能技術主要是指利用風的動能將其轉化為電能等可利用的能源過程中所需要的技術。中國的風力資源非常豐富，目前可用的風能僅部分使用了風的動能，現有風能技術具有間歇性、波動性、能量密度較低的缺陷，距利用風電更高比例取代化石能源還需要進行技術研發(fā)以及配套技術發(fā)展。太陽能技術主要是將太陽光中的能量轉化為電能、熱能或者其他形式的能量的技術。目前，利用太陽能的方式主要包光伏發(fā)電(PV)和集中太陽能(GSP)，前者是迄今為止可持續(xù)提供世界未來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。風電和光伏發(fā)電是十分成熟的新能源發(fā)電技術，“十四五"初期，風電、光伏發(fā)電將逐步全面實現無補貼平價上網?？偟膩碚f，風電和光伏發(fā)電具有正面的就業(yè)、局地環(huán)境和健康效益，以及相對較高的技術成熟度和公眾接受度，成本均隨累積裝機容量的增加而下降，在經濟成本和技術水平上均具有較為明顯的優(yōu)勢，可以作為面向碳中和新能源技術中的優(yōu)先發(fā)展領域，但仍需注意避免相關設施建設時造成生態(tài)風險。

(二)水電

水電是指將水能轉換為電能的技術。水電具有技術成熟度較高、能源密度高以及經濟性優(yōu)良的特點，長期以來在我國能源系統(tǒng)的低碳轉型中發(fā)揮著重要作用。然而，水電資源相對有限，隨著各流域的下游地區(qū)首先完成開發(fā)，未來可開發(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)，開發(fā)造價成本持續(xù)提升，發(fā)展?jié)摿τ邢?。在具備相關條件的情況下可優(yōu)先探索水電進一步發(fā)展。

(三)核能

核能技術是指通過原子核的裂變或聚變過程得到的能量，包括已達到實用階段的重核裂變和尚處于研究試驗階段的輕核聚變，核能的主要應用方式為核能發(fā)電。與光伏或生物質發(fā)電相比，核電具有更加顯著的減排效益，IEA評估核電是當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；核電具有積極的就業(yè)紅利；隨著未來核電規(guī)?；膽?，核電成本將迅速下降，進一步擴大減排效益。目前，中國已全面掌握三代核電技術，并正在積極推動四代核電技術的發(fā)展，具有國際市場競爭力。但同時，核電面臨著來自供應鏈建設、經濟性、核安全、政治因素、公眾接受度等多方面的挑戰(zhàn)。核能在我國未來發(fā)展?jié)摿Ρ黄毡榭春?，具有清潔能源屬性的核在中國能源系統(tǒng)轉型中的地位持續(xù)提高。中國核電進一步發(fā)展仍需有力政策支持，積極攻關下一代核電技術。

(四)地熱能

地熱資源包括溫泉、通過熱泵技術開采利用的淺層地熱能、通過人工鉆井直接開采利用的地熱流體以及干熱巖體中的地熱資源等。地熱能的利用除了發(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、水產養(yǎng)殖、溫室種植等，在零碳電力系統(tǒng)中主要考慮地熱能的發(fā)電作用。地熱能具有儲量豐富、分布較廣、穩(wěn)定可靠的優(yōu)點，不受晝夜、季節(jié)、氣候等因素影響，能源利用系數高，平均為73%,是太陽能的5.4倍、風能的3.6倍。然而，目前地熱資源開發(fā)利用程度較低，探明的地熱儲量規(guī)模小、品質差，產業(yè)尚處在起步階段，地熱開發(fā)以供暖、醫(yī)療保健、溫泉洗浴等直接利用為主，地熱發(fā)電比重偏低，地熱能發(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鍵。2020年財政部發(fā)布《關于加快推進可再生能源發(fā)電補貼項目清單審核有關工作的通知》,指出符合我國可再生能源發(fā)展相關規(guī)劃的地熱發(fā)電項目可分批納入補貼清單，在此之前地熱無法享受可再生能源電價補貼。未來地熱發(fā)展具有巨大的市場潛力與向好的政策支持，國家能源局2021年發(fā)布《關于促進地熱能開發(fā)利用的若干意見(征求意見稿)》，對各地區(qū)地熱資源開發(fā)進行了部署，"在京津冀晉魯豫以及長江流域地區(qū)，結合供暖(制冷)需求因地制宜推進淺層地熱能利用……在京津冀、山西、山東、陜西、河南、青海等區(qū)域大力推進中深層地熱能供暖……在西藏、川西、滇西等高溫地熱資源豐富地區(qū)組織建設中高溫地熱能發(fā)電工程"。各地可因地制宜開發(fā)利用地熱能，著力在高溫地熱資源豐富的地區(qū)規(guī)劃建設地熱發(fā)電項目，進一步完善地熱能政策管理體系，鼓勵核心技術研究攻關。

(五)生物質能

生物質能是將有機物通過現代技術轉化為固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料，從而用于電力及運輸等領域，滿足人們的能源需求。其來源廣泛，易于獲得，污泥、農林殘留物、能源作物、多年生木質纖維素植物等生物質原料均可作為生物質能的來源。②生物質能技術相對成熟，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法滿足我國深度減排需求；發(fā)電成本較高，亟待技術突破和政策調整來繼續(xù)降低成本；對局地環(huán)境影響和人群健康影響不確定性較大，取決于生物質燃料的具體種類和利用方式；大規(guī)模發(fā)展可能帶來占用土地資源、增加水資源壓力等生態(tài)風險。因而，要盡量集中使用生物質能并與其他領域進行結合。在近期，能源作物主要服務于交通行業(yè)，可作為促進交通行業(yè)低碳及零碳化的過渡技術；在遠期，能源作物主要服務于電力行業(yè)，末端需配合CCS技術進行使用。對待生物質能的發(fā)展應持有相對謹慎的態(tài)度，注意平衡生物質能大規(guī)模發(fā)展對其他可持續(xù)發(fā)展目標的影響。

(六)火電+CCS

通過CCS技術對二氧化碳進行捕捉封存是火電企業(yè)碳減排的方式之一。鑒于我國煤電仍處于規(guī)模擴張階段，燃煤電廠等能源設施往往具有長周期性，且天然氣火電廠可能成為煤電與新能源發(fā)電間的過渡能源等種種原因，在中短期內仍可能有部分火電廠難以退役，需要通過加裝CCS裝置使其實現零碳。在各類CCS技術中，燃燒后捕集技術最為成熟，已進入工程示范階段，主要可應用于低濃度燃煤電廠。CCS技術的成熟度在中短期來看尚未達到商業(yè)應用水平，其成本高昂。據測算，現階段煤電若增加CCS裝置，發(fā)電成本或將遠高于可再生能源；其電能消耗和水資源消耗可能對局地環(huán)境造成負面影響；CCS技術與化石能源結合，或導致現有化石能源的路徑“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就業(yè)，對整體經濟發(fā)展帶來一定積極作用，煤電CCS的就業(yè)貢獻超過風電、太陽能等可再生電力部門;且CCS技術代際更替及其電廠應用成本與能耗變化的預期前景較為樂觀?？偟膩碚f，火電加裝CCS裝置在傳統(tǒng)技術經濟、社會接受度、局地環(huán)境影響等方面仍面臨較大挑戰(zhàn)，其大規(guī)模部署取決于技術成熟度、技術經濟性、自然條件承載力等因素，隨技術逐漸成熟，經濟成本和局地環(huán)境影響在一定程度上有望改善。因而，轉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年后我國從化石能源為主的能源結構向零碳多元供能體系轉變的重要戰(zhàn)略儲備技術，即難退役火電廠進行改造的備用選項，加大研究力度，保障能源結構穩(wěn)定變革。公眾號：

(七)生物質能+CCS(BECCS)

BECCS技術將生物質能技術與CCS結合，通過CCS技術將生物質能使用過程中排放的CO2進行分離、壓縮并運輸至封存地點，使其與大氣長期隔離封存，農業(yè)剩余物、林業(yè)剩余物和能源植物是主要的生物質資源。BECCS相比于火電CCS有一個重要優(yōu)勢，火電CCS僅能實現零排放，而生物質中的碳來自光合作用，本身就是碳中性的，結合CCS技術使用時全過程就可以實現負排放。目前，生物質發(fā)電、生物質液體燃料和沼氣是生物質能利用的主要方式。其中，生物質發(fā)電和生物質液體燃料由于容易與CCS相結合，是未來生物質能利用的主要方式。①與生物質能技術相近，BECCS技術目前仍存在較大不確定因素及道德風險，包括生物質資源供應量、BECCS技術成熟度、BECCS技術大規(guī)模實施的經濟性以及BECCS技術對社會和生態(tài)影響的不確定性。②如何協(xié)調各區(qū)域BECCS的需求，平衡BECCS對土地、淡水、糧食和生態(tài)環(huán)境的影響是未來技術大規(guī)模使用過程中的重大挑戰(zhàn)。
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