一家之言｜谈谈“碳中和”挑战下的太阳能光热发电
2021年是“十四五”开局之年，中国的新能源产业迎来了前所未有的发展空间。习近平主席在2020年9月和12月两次表态，定下了中国二氧化碳排放2030年前达到峰值、2060年前实现碳中和，以及2030年非化石能源占一次能源消费比重达到25%、风电、太阳能发电装机达到12亿千瓦以上的新目标。那么，什么是“碳达峰”“碳中和”？为何要实现、以及怎样实现呢？
碳达峰是指我国承诺2030年前，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后逐步降低。
碳中和是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，然后通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。
为什么要碳达峰/碳中和？
气候变化是人类面临的全球性问题，随着各国二氧化碳排放，温室气体猛增，对生命系统形成威胁。在这一背景下，世界各国以全球协约的方式减排温室气体，我国由此提出碳达峰和碳中和目标。
其次要保证能源安全。我国作为“世界工厂”，产业链日渐完善，国产制造加工能力与日俱增，同时碳排放量加速攀升。但我国油气资源相对匮乏，发展低碳经济，重塑能源体系具有重要安全意义。
2060碳中和面临的挑战
我国的低碳发展转型还存在巨大的发展空间和发展潜力，面临巨大挑战：
一是制造业在国际产业价值链中仍处于中低端，产品能耗物耗高，增加值率比较低，经济结构调整和产业升级任务艰巨；
二是煤炭消费占比较高，仍超过50%，单位能源的二氧化碳排放强度比世界平均水平高约30%，能源结构优化任务艰巨；
三是单位GDP的能耗仍然较高，为世界平均水平的1.4倍、发达国家的2-3倍，建立绿色低碳的经济体系任务艰巨。
如何实现碳达峰/碳中和？
首先我们要在经济增长和能源需求增加的同时，持续削减煤炭发电、大力发展和运用风电、太阳能发电、水电、核电等非化石能源，实现清洁能源代替火力发电。
其次加快产业低碳转型、促进服务业发展、强化节能管理、加强重点领域节能减排、优化能源消费结构、开展各领域低碳试点和行动。
实现『碳中和』面临哪些主要问题
据财经十一人刊发的《碳中和，中国的雄心与软肋》一文中分析指出，风电、光伏产业对未来十年年均新增装机规模预测分别为5000万-6000万千瓦和7000万-9000万千瓦。但新的挑战主要并不在于新能源的发展规模，相反，2030年装机规模显著超过国家承诺的12亿千瓦下限已是共识。挑战在于，现有的能源电力体制需要做出重大改变，方能承接新能源的大发展，确保“碳达峰、碳中和”的大目标。
与此同时，中国迎来了能源结构转型、电力体制改革、电力供需变化。毫无疑问，未来风光等新能源将从配角上升为主角，这给传统电力系统带来了从技术、成本、市场、安全等多方面的挑战，如果后者无法应对这些挑战，前者的发展也将后继无力。特别是在2020年冬季，个别省份重新出现限电，限电最为严重的湖南，可再生能源比例也位居国内前列，这是能源绿色转型面临的典型困难。如何应对高比例新能源带来的新问题，兼顾能源转型和能源安全，矛盾已经无法回避。
国家能源局下属研究机构中电能源情报研究中心发布的《能源发展回顾与展望（2020）》报告称，未来五年，中国风电、光伏发电等新能源装机占比将由五分之一提升至三分之一，发电量占比迈过10%。届时，电力系统调节能力将严重不足，负荷尖峰化加剧，消纳能力将成为新能源开发的前置条件。
资料来源：伍德麦肯兹
文章指出，面向“十四五”及更远的未来，除了消纳通道、电力需求这些影响消纳因素之外，由于新能源发电“靠天吃饭”，自身是不稳定的波动性电源，需要其他电源配合新能源的波动来维持电力系统的稳定。国家电网能源研究院研究员张晋芳也表示，过去十年新能源发电成本快速下降，为实现“十四五”风电、光伏等补贴退出，全面进入“平价上网”时代提供了强有力的支撑。但新能源出力的随机性和波动性，对电力系统影响持续加深，使得系统需要应对来自电源侧和负荷侧的“双重”波动，将为消纳新能源付出更多的系统成本。
太阳能光热发电如何助力『碳中和』目标
面对新能源高比例的可再生能源挑战电网的稳定性，集发电与储能为一身的太阳能光热发电，是可以提供可靠电力和灵活调节特性的可再生能源发电方式。
华北电力大学校长杨勇平在2020中国太阳能热发电大会所作的报告中指出，太阳能光热发电与燃煤发电具有高度的匹配性。太阳能光热发电和熔盐储热技术既可以帮助燃煤电站在不被淘汰关闭的情况下完成清洁化改造，还可以对现有的燃煤电厂通过集成太阳能光热发电+熔盐储热系统（TES），为其提供一种减少煤炭用量、并保持供应可调度电能能力的新思路。
同时，国网山西省电力公司调度控制中心水电及新能源处处长赵俊屹也在该大会报告中表示，风电光伏为主的新能源，完成能源采集生产向清洁低碳可持续的转换，但是随之而来的资源的随机性、波动性和不可控属性，以及随之带来的大量电力电子设备入网，实现一次能源绿色清洁低碳转变的同时，也带来了电力系统的安全、稳定和调节能力等问题。太阳能光热发电是集“清洁能源生产、储能调节和同步发电技术”于一体的最佳解决技术方案，其技术三重属性——资源的绿色低碳可再生属性、生产的同步发电技术属性以及传输过程的可存储特性，决定它既是清洁可持续的绿色低碳的新能源，同时也是网源友好、极具调节性的一种便利适用的电力能源，所以，配置容量最佳的比例原则，首先是要满足新能源最大的利用、最合理的利用经济性，其次是适应电力系统安全稳定和调节性要求，满足大规模可再生能源为主的电力系统及其用户的需求。
太阳能光热发电集发电和储能为一身，出力稳定、调节性能优越（资料来源：孙锐）
电力规划设计总院高级顾问孙锐认为，“十四五”是实现2030年碳达峰、2060年碳中和目标的关键时期，伴随着我国能源转型步伐的加快，风电和光伏装机容量将快速增加，电力系统对储能容量和非化石灵活调节电源的需求日益迫切。太阳能光热发电是集发电与储能为一体的太阳能发电方式，具有很好的可靠性和调节特性，同时可以为系统提供转动惯量，是维持高比例新能源电力系统安全稳定运行难得的技术手段之一。
太阳能光热出力配合光伏和风电出力特性，匹配电力需求特性曲线，实现区域内零碳发电（资料来源 ：中控太阳能总工程师金建祥）
作为科技部A类联盟，国家太阳能光热产业技术创新战略联盟常务副理事长杜凤丽撰文表示，与发达国家相比，我国实现碳中和的时间减半，难度加倍，任务艰巨。对应碳中和目标，意味着供电碳排放必须从600克/千瓦时下降到100克/千瓦时，甚至50克/千瓦时。带有大容量、长周期、低成本、环境友好型储热装置的太阳能光热发电全生命周期二氧化碳排放强度仅为17g/千瓦时，是真正低碳清洁的发电技术。
综上专家所述，太阳能光热发电在我国应对气候变化、绿色低碳发展中将不可或缺，是构建我国可再生能源电力供应网络的重要组成部分，也是实现我国未来能源结构升级以及“碳达峰、碳中和”目标的重要途径之一。