“碳中和”目標的提出，對能源行業提出了更高的要求，電源結構也將發生根本性的變革。這就要求不僅要關注電源的經濟性，更需要將環保性和靈活性放在同樣的高度統籌考慮，而不同電源之間呈現在這三方面出不同的互補特性。通過對當前和未來場景下，電源拼圖的重構，本文對“碳中和”場景下的電源構成進行了展望。通過能源市場體系的建立，充分體現出市場參與者三方面的價值，將實現“不可能三角”向“價值三角”的轉變，促進我國甚至全球的綠色發展。

01碳中和指引新發展

從2020年9月的第七十五屆聯合國大會一般性辯論到2020年12月舉行的氣候雄心峰會，我國多次表示，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。2020年12月閉幕的中央經濟工作會議將做好碳達峰、碳中和工作列入2021年要抓好的8大重點任務之一。

“碳中和”目標的提出與踐行，是國家深思熟慮之下的戰略布局，社會各界，尤其是能源企業要有充分深刻的認識，才能擺清位置、找準方向，真正落實好“碳中和”總體目標下分解到行業和地區個體的具體任務。首先?！疤贾泻汀敝傅氖翘肌皟袅闩欧拧?，而非“零排放”，是長期低碳發展戰略的具體呈現，發展仍然是首要任務。其次，旗幟鮮明的提出“碳中和”的定量指標，為各行各業提供了共同的發展導向，隨著逐級細化分解，將分別形成明確的具體量化要求，形成綠色低碳循環和可持續的發展路徑。再次，盡管“碳中和”的高要求帶來了新的挑戰，但更是新的機遇。在工業時代跨入信息時代的開端，通過綠色轉型帶動新基建，引導新技術，既是我國長期低碳發展的保障，也是在新時代走向海外的必占先機。在全球關注環保的大趨勢下，通過廣闊的國內市場培育出適應“碳中和”要求的技術、標準、模式、機制，將成為我國未來在國際市場上的新名片。

02從“不可能三角”到“價值三角”

作為實現“碳中和”的先鋒，能源行業勢必最先迎來深刻的變革。根據清華大學氣候變化與可持續發展研究院公布的研究成果：我國能源消費總量將在2035年左右達到峰值，到2050年將比峰值消費量下降20%以上；到2050年非化石能源占一次能源消費比重應超過70%，非化石能源電力將占總發電量的約90%，基本形成以新能源為主體的近零碳排放能源體系。以風電、光伏為代表的新能源目前看來將成為非化石能源發電的主力，但其自身間歇性發電的特性決定了電力系統傳統的容量配置方式將不再適用。在以火電、水電為代表的傳統能源為主的電力系統中，電源可控性強，可以隨時追蹤負荷變化，因此容量配置僅需要滿足最大負荷和一定備用裕度即可，但間歇性電源為主的電力系統則需要高冗余的裝機規模，以及電力系統整體的智能化來實現電力供需的實時平衡，保持電力系統運行的可靠性。

“既有能源用，又沒有污染，價格還便宜”的能源革命目標，體現了靈活性、環保性和經濟性三方面的要求。對于電力系統而言，靈活性表示從長期到短期不同時間尺度下，不同位置的電力供給均可滿足需求的能力；環保性表示覆蓋電力設備全壽命周期的污染物排放的受控能力，以及對特定資源稟賦的獨立性；經濟性表示電力設備建設和運維對應固定成本和變動成本的節約能力。

這本質上是一個多目標優化問題，雖然單獨的每個目標看似都不難實現，但融合在一起要同時達到每個目標的理想值卻幾乎不可能，被行業專家稱為“不可能三角”。只能在能源革命的三個目標之間進行協調和折中處理，使各個子目標都盡可能地達到最優化。與單目標優化問題的本質區別在于：多目標優化問題的解并非唯一，而是存在一組由眾多帕累托最優解組成的最優解集合。

目前所開展的能源市場化改革，其重大意義正在于通過市場競爭，體現不同電力市場參與者的靈活性、經濟性和環保性價值差異，并引導其發揮各自優勢，揚長避短實現互補。其中，電力現貨市場價格集中體現了電力實時平衡約束下的電力經濟價值；電力輔助服務市場體現不同調節性資源的短期靈活性，長期靈活性則需通過特定的容量補償機制予以激勵；碳市場和綠證市場則將反映出不同生產消費部門的環保價值。通過市場體系的建立，充分體現出市場參與者三方面的價值，將實現“不可能三角”向“價值三角”的轉變。

03多元電源的定性價值評估

將經濟性、靈活性和環保性價值分為三檔，分別表征三個價值從低到高的定性評價。下面分別對火電、水電、核電、新能源和儲能進行價值評估，評估結果如圖 1所示。圖中用不同填充顏色表征能源類型，用黃色邊框表示經濟性價值，用藍色邊框表示靈活性價值，用綠色邊框表示環保性價值。各種能源類型按三個價值的不同，可以繪制出如圖1所示的形狀，類似于一個個“俄羅斯方塊“，通過電力系統將其拼接配合，將形成直觀的電源結構基本格局。

圖 1 不同能源類型的定性價值評估

（一） 經濟性評估

火電的經濟性適中，既有初始投資的固定成本，也有燃料成本為主的變動成本，將其作為經濟性的中值參考基準；水電雖然初始投資仍比較大，但由于不需要燃料，變動成本優勢明顯，是高經濟性的代表；核電初始投資成本昂貴，尤其是三代核電機組的投運，相對成本差異更為明顯，其經濟性次于火電；新能源以風電、光伏為代表，建設成本略高于火電，但變動成本很低，加之需要平衡調節支撐，經濟性可粗略認為與火電持平；儲能主要包括抽水蓄能和電儲能裝置等，但目前單位容量造價仍居高不下，加之不能生產電能，且有轉換能效損失，總體經濟性甚至低于核電。

（二）靈活性評估

火電作為目前我國輔助服務市場的主力參與資源，能夠提供幾乎全部品種的輔助服務，但受到啟停狀態、最小運行出力和爬坡速度等限制，可設定為靈活性適中的標桿基準；水電的運行約束較為寬松，調節速度也相對更快，因此靈活性要高于火電；核電并不適合進行頻繁調節，但在必要時也可以進行較為平緩的出力調整，靈活性較低；新能源長期以來被認為是不能參與輔助服務的，其實風電、光伏也具備一定調節能力，如通過可以發揮其控制手段來完成一些二次調頻的功能，但在滿發時僅能提供單向調節，靈活性較低；儲能的靈活性是最高的，可利用充放狀態的切換實現正負雙向的調節，且電儲能裝置的爬坡和響應速度遠高于傳統發電機組。

（三）環保性評估

火電由于需要燃燒化石能源，氣體排放是環境治理的重點，環保性相對較低，但可以通過超低排放技術進行改善；水電開發受水電資源分布的限制，目前我國水電資源開發已較為充分，大型水電項目增量空間有限，因此作為環保性的中值參考基準；核電受限于安全性的考慮，以及核廢料的處理，在內陸核電解禁之前選址空間有限，環保性也評估為中值；新能源分布廣泛，資源儲量大，多數可在生命周期內提前實現自我碳中和，環保性最佳；儲能技術中，抽蓄電站受限于選址，而電化學儲能則存在生產和回收過程的污染物處理問題，目前尚無完善的廢舊電池回收處理方案，因此其環保性最低。

04“碳中和”目標下電源拼圖的重構

從不同電源經濟性、靈活性和環保性價值的分析可以直觀的體現出多能互補的必要性。考慮到能源轉型所需的時間周期規律，2030年碳達峰仍需基于現有電源結構進行優化調整，而2060年碳中和則需要電源結構的革命性重構。筆者將不同能源類型板塊拼接得到如圖 2所示電源結構拼圖?！疤歼_峰”場景下，火電和水電比例約為3:1，輔以一定比例的核電、新能源以及儲能，主要是對當前電源機構的補充和優化?！疤贾泻汀眻鼍跋?，新能源占主要比例，核電裝機規模大幅擴張，火電裝機規模顯著下降，僅保留小部分作為調節性電源維持系統安全運行，水電規模保持穩定，儲能規模相應配置。

(a) “碳達峰”電源結構優化拼圖

(b) “碳中和”電源結構重構拼圖

圖 2 “碳達峰”、“碳中和”場景的電源結構拼圖

05堅持高質量發展道路

在向“碳中和”目標前進的征途上，我國新能源產業將成為主力軍，不僅要在產量上滿足規模增長的需要，更需要不斷迭代升級技術裝備，全面提高新能源的價值，實現對傳統電源的有效替代。構建公平開放的能源市場體系，通過有序競爭發揮多元能源的互補優勢，是破解能源行業“不可能三角”的必然選擇。此外，能源行業要牢記歷史使命，不斷探索領先技術，通過國內市場孵化出具有國際競爭力的產品體系，用中國制造的能源裝備為世界綠色發展賦能。（本文作者來自金風設計研究院。）