2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)為我國(guó)能源轉(zhuǎn)型提出了明確的方向，相關(guān)研究表明，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，需要到2050年左右實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的近零排放。實(shí)現(xiàn)該路徑的技術(shù)選擇包括大規(guī)模的可再生能源、核電的使用，以及化石能源使用的CCS技術(shù)（碳捕集與封存）。不同的研究對(duì)這些技術(shù)的前景給予了不同的判斷，也提出了各不相同的產(chǎn)業(yè)技術(shù)選擇。主流的研究成果包括高比例可再生能源，以及CCS技術(shù)應(yīng)用的情景。截至目前，各方研究對(duì)實(shí)現(xiàn)近零排放時(shí)能源供應(yīng)的安全性，特別是高度安全性的討論還不多，本文將就這一議題進(jìn)行分析，討論在能源供應(yīng)高安全度前提下的能源供應(yīng)體系，以進(jìn)一步明確實(shí)現(xiàn)我國(guó)碳中和目標(biāo)下能源系統(tǒng)再構(gòu)建的方向。

能源是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的命脈產(chǎn)業(yè)，各行各業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展都離不開能源安全供應(yīng)的保障。我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，也給能源供應(yīng)帶來(lái)了相應(yīng)的挑戰(zhàn)，能源供應(yīng)的安全性要求也隨著能源消費(fèi)模式的變化而不斷改變。長(zhǎng)久以來(lái)，我國(guó)電力需求快速增長(zhǎng)，到2019年我國(guó)電力供應(yīng)可靠性已達(dá)到99.96%，電力的高可靠性供應(yīng)，為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運(yùn)行打下了良好基礎(chǔ)。2020年8月，習(xí)近平總書記表?yè)P(yáng)了能源行業(yè)，指出在出現(xiàn)嚴(yán)重疫情和水災(zāi)的情況下，我國(guó)的糧食和能源行業(yè)沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，有力地支持了我國(guó)抗疫和抗洪行動(dòng)。但是，能源安全供應(yīng)也出現(xiàn)了越來(lái)越多的挑戰(zhàn)，近期出現(xiàn)了冬季極端天氣條件下，天然氣供應(yīng)緊張的狀況。以及美國(guó)得州的意外停電，已經(jīng)波及公眾生命安全，給我國(guó)能源供應(yīng)安全敲響了警鐘。

展望2050年，高比例非化石能源電力接入電網(wǎng)的情況下，會(huì)使電網(wǎng)供應(yīng)的可靠性出現(xiàn)不確定的風(fēng)險(xiǎn)。我們需要高度認(rèn)識(shí)未來(lái)能源供應(yīng)高可靠性的必然趨勢(shì)，因此，需從目前就開始著手高可靠性能源供應(yīng)系統(tǒng)的構(gòu)建，不要再走彎路。

2050年的能源供應(yīng)，主要的特征是非化石能源占比超過(guò)70%，非化石能源的應(yīng)用，主要在于電力系統(tǒng)中。由此可將未來(lái)的零碳電力發(fā)展模式劃分為兩類，一是采用高比例可再生能源，到2050年發(fā)電占比超過(guò)80%；二是平衡情景，即可再生能源發(fā)電占比50%，其中水電占10%左右，風(fēng)光占40%左右，核電、生物質(zhì)能發(fā)電、天然氣發(fā)電，以及煤電占比共50%左右。

根據(jù)近期針對(duì)國(guó)內(nèi)高比例可再生能源可行性的研究，我國(guó)有條件在2050年實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源供應(yīng)，并且實(shí)現(xiàn)較高的供電可靠性。但一方面，這些研究基本依賴于歷史上的氣候條件為依據(jù)來(lái)展望2050年時(shí)的氣候條件，并沒(méi)有考慮極端氣候，以及氣候變化所帶來(lái)的不確定的可能性。此類研究考慮的是，一切在正常情況下的格局。如果要達(dá)到高可靠性，高比例可再生能源情景下的系統(tǒng)成本會(huì)很高。這體現(xiàn)在首先，需要布局大規(guī)模的區(qū)域間大通道輸電系統(tǒng)，未來(lái)特高壓輸電需要建設(shè)高于10億千瓦、單條超過(guò)1000千米的輸電線路，以及其他各級(jí)電網(wǎng)，這需要約4萬(wàn)億元的投入，以及10億千瓦以上特高壓輸電線路作為備用線路。輸電成本會(huì)導(dǎo)致受電端即使在輸電端可再生能源價(jià)格明顯下降的情況下仍然無(wú)法降低電價(jià)。同時(shí)由于抽水蓄能無(wú)法支撐如此大規(guī)模的可再生能源裝機(jī)，需要高度依賴化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)，特別是在消費(fèi)端出現(xiàn)電力化后明顯加大的負(fù)荷曲線峰谷差的情況下，這又是一筆可觀的投資。

另外一種情景則給與電力系統(tǒng)中核電、化石能源相對(duì)高一些的比例。如在能源所IPAC模型組的情景中，到2050年我國(guó)電力需求為15.4萬(wàn)億千瓦時(shí)，其中太陽(yáng)能、風(fēng)電發(fā)電占比41.6%，水電占比11.1%，核電占比28.6%，生物質(zhì)能占比8.3%（見圖1）。煤電和天然氣發(fā)電占比10.5%，均采用CCS技術(shù)。相比其他研究機(jī)構(gòu)的情景，IPAC模型組給予了核電很大比重，2050年達(dá)到裝機(jī)5.6億千瓦，其中3.9億千瓦為目前已經(jīng)有預(yù)留的核電廠的三代為主的機(jī)組，另外1.7億千瓦為四代核電機(jī)組，以小型堆智能堆為主。在這樣的系統(tǒng)下，核電可以作為保障電源，年發(fā)電利用小時(shí)超過(guò)7000小時(shí)，以及在水電等相對(duì)穩(wěn)定的電源共同支撐下，可以促使在大規(guī)模建設(shè)備用電網(wǎng)的情況下，電力價(jià)格的下降。

在這個(gè)情景中，電源分布相對(duì)比較均勻，可以提供高可靠性的電力供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)99.99%以上的供電可靠性。

同時(shí)這個(gè)情景中，可以更好地實(shí)現(xiàn)煤電的和諧轉(zhuǎn)型。煤電在實(shí)現(xiàn)30年的技術(shù)壽命，甚至延期到35年的技術(shù)壽命后，可以停止發(fā)電，一部分仍然可以繼續(xù)保留設(shè)備作為應(yīng)急使用。這樣的話，在2035年前，煤電可以成為風(fēng)電和光伏快速發(fā)展下的保障機(jī)組，逐漸進(jìn)入調(diào)峰角色，發(fā)電利用小時(shí)數(shù)從目前的4300小時(shí)，逐漸下降到2035年后的3000小時(shí)以下（見圖2）。為了能夠保持燃煤機(jī)組的合理盈利，需要支付給煤電機(jī)組調(diào)峰電價(jià)（見圖3），采用從其他種類的發(fā)電機(jī)組征收煤電附加費(fèi)的方法來(lái)進(jìn)行資金平衡。

由于未來(lái)光伏、風(fēng)電、核電等都有發(fā)電成本下降的潛力，其中隨著技術(shù)進(jìn)步，資源好的地區(qū)的光伏發(fā)電成本可以下降到0.1元/千瓦時(shí)以下，風(fēng)電可以下降到0.15元/千瓦時(shí)以下，核電可以下降到0.3元/千瓦時(shí)以下，因而，隨著這些發(fā)電方式逐漸成為發(fā)電主力，總體電價(jià)水平也會(huì)呈下降趨勢(shì)。

在實(shí)現(xiàn)碳中和的情景下，終端部門電力化是一個(gè)重要的技術(shù)選擇，也會(huì)使消費(fèi)側(cè)負(fù)荷的變化更加劇烈。如北京電網(wǎng)2050年的一個(gè)典型夏季日負(fù)荷曲線會(huì)在中午達(dá)到3800萬(wàn)千瓦（目前2300萬(wàn)千瓦），傍晚會(huì)達(dá)到4200萬(wàn)千瓦。冬季典型日負(fù)荷會(huì)在傍晚達(dá)到4400萬(wàn)千瓦。而在傍晚又是光伏和風(fēng)電出力小的時(shí)候，需要大量?jī)?chǔ)能以及其他發(fā)電方式的出力來(lái)支持供應(yīng)。

在未來(lái)的電網(wǎng)運(yùn)行中，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電是供電主力，在消費(fèi)端日負(fù)荷曲線出現(xiàn)明顯變化的情況下，需要從目前就開始按照這樣的格局，針對(duì)高可靠性供電的要求再構(gòu)建電網(wǎng)，分析不同的電源技術(shù)和布局方式，采用抽水蓄能、電池儲(chǔ)能、特高壓輸電、智能電網(wǎng)、需求側(cè)管理等多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)的高可靠性。

同時(shí)也需要認(rèn)識(shí)到，未來(lái)零碳電力的供應(yīng)也會(huì)對(duì)我國(guó)的產(chǎn)業(yè)布局產(chǎn)生明顯的影響，鋼鐵、合成氨、乙烯、苯、PX、甲醇等行業(yè)由于減碳的要求，會(huì)轉(zhuǎn)向利用綠氫作為還原劑和原料，導(dǎo)致這些行業(yè)生產(chǎn)會(huì)普遍轉(zhuǎn)移到電價(jià)便宜的零碳電力區(qū)域，如西北、西南、東北等區(qū)域，特別是光伏富集地區(qū)，其下游產(chǎn)業(yè)也會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)移。如果這種產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移大規(guī)模出現(xiàn)，就會(huì)給電力區(qū)域供需格局帶來(lái)變化，電源和電網(wǎng)的布局也應(yīng)提前進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃。