刘吉臻：当传统理论方法和技术不能解决系统面临问题时，需要对系统特性进行再认识

专访中国工程院院士 刘吉臻

“实现我国‘双碳’目标，是一项艰巨且繁杂的系统性工程。要如期完成既定的战略性任务，必须以审慎又不失紧迫感的态度，把握好不同时期的发展节奏、重点任务和实施路径。”

近日，第十二届全国政协委员、中国工程院院士刘吉臻在接受编辑部专访时表示，环境问题是当今全球共同关注的问题，也是当代中国实现绿色发展的核心问题。面向能源电力领域的低碳化变革，应以“化石能源清洁化、清洁能源规模化、多种能源综合化”的总体思路，来应对日益严峻的能源安全形势；同时以适时的系统重构，来应对转型成本上升、高碳排放路径依赖的挑战。

“新能源电力安全、高效的生产与利用将是低碳时代永恒的主题。构建以新能源为主体的新型电力系统，需要以多能互补、网源协调和系统重构为基础，在电源、电网、负荷深度互动的基础上，实现高比例可再生能源替代，并最终通过以泛在、绿色、高效、智能为标志的再电气化，实现全社会能源消费与利用的根本性变革”。刘吉臻说。

Q：当前，应对气候变化已成为国际上为数不多可以达成发展共识的领域。习近平主席向世界承诺的“中国 3060”目标，为我国将来很长一段时期内，经济、能源领域的发展奠定了总基调。面对复杂的国际形势和“后疫情”时代的经济发展需求，我们应该如何更好地理解“双碳”目标的战略性意义？

刘吉臻：

我国的经济发展在近几年取得了举世瞩目的成就，但在跻身成为世界第二大经济体的同时，也成为了全球最大的能源消费国和最大的碳排放国。　　

从2019年的能源消费数据来看，我国的能源消费总量为48.6亿吨标准煤，约占世界的1/4, 其中煤炭消费总量28亿吨标准煤，约占世界的1/2；在全球能源消费净增量中，我国的占比超过3/4。在巨大的能源消费数字背后，是碳排放总量的几何形增长——2019年，我国碳排放总量为 98亿吨，比2000年提高了约15个百分点，是美国的2倍、欧盟的3倍，占比全球 28.8%。　　

如果将复杂的问题简单化，我们就不难从 1/4、1/2和 28.8% 这三个数字中理解“双碳”目标的初衷——提出并将“双碳”目标作为国家长期性战略，是权衡政治要素、经济要素，及国际局势等方面的多重考量；同时，通过倒逼形成碳减排的长效机制，来应对当前能源发展面临的诸多挑战。　　

首先，我国作为世界上最大的发展中国家，未来的能源需求仍将保持快速增长态势。根据中国工程院研究测算，我国能源消费总量将由2020年的49.6亿吨标准煤增长到2030年的56亿吨标准煤；保守估计，彼时的全社会用电量将由2020年的7.51万亿千瓦时增长到10万亿千瓦时。经济发展的内在需求，不仅预示着旺盛的能源消费，同时也带来了严峻的能源安全形势。　　

过去以往，我们总以“富煤贫油少气”来描述我国的能源资源禀赋，但是从国际权威能源研究机构和国家统计局等部门公布的数据来看，我国的石油、天然气、煤炭可采储量均远低于世界平均水平，其中煤炭的可采储比仅为世界最高国家——美国的一半。从人均资源占有率来看，我国的人口总数约占世界的19.3%，但常规能源资源仅占全球的10.7%。在能源需求总量和资源相对短缺的反差中，我国自 2011年起成为世界最大的煤炭进口国，进口煤炭占世界贸易量近1/4；原油、天然气的对外依存度分别达到71%和43%。 

其次，与能源短缺风险和能源安全挑战并存的，是能源高污染和高消耗带来的环境危机。一方面，“黑色工业化”使环境污染从局部影响逐渐扩散成为全面影响。随着环境污染从隐性变为显性，我国大气、水污染、雾霾等极端事件发生的强度和频率正在呈现出明显的变化趋势；另一方面，尽管近年来我国能源电力领域在污染物减排、超低排放等方面作出了大量的努力，但“世界污染超级排放大国”的国际形象，仍使我国的减污减排进程受到国际舆论的高度关注。　　

当前，全球有近130个国家和地区提出了碳中和目标，世界主要经济体都通过立法或宣誓的形式，明确在2050年前实现碳中和。就我国而言，面对诡谲多变的国际形势和 “后疫情”时代的经济发展关键重振期，“双碳”目标不仅是我国作为负责任大国对世界可持续发展作出的庄严承诺，同时，也是倒逼我国将能源安全命脉掌握在自己手中，实现经济绿色复苏和“双循环”经济新格局的战略性举措。　　

毋庸置疑的是，实现“双碳”目标，是一项涉及每个人、每个领域，以及社会经济发展方方面面的长期系统性工程。这不仅需要我们尽快统一认识，深刻理解生态、政治、经济与能源四者间盘根错节、唇齿相依的关系；同时，也要求我们把节约能源资源放在首位，并把握好短期与长期、局部与整体的关系和推进节奏，以审慎且积极的态度迎接这一场广泛而又深刻的经济社会变革。

Q:在今年3月中财委第9次会议上，以新能源为主体的新型电力系统建设，被明确为能源电力行业转型的首要举措。新型电力系统除了以大规模新能源替代为主要特征外，还将会给我国长期运行的电力系统带来何种“颠覆性”的改变？

刘吉臻：

具体来说，“双碳”目标是一个“二阶”目标。我们所说的“尽快达峰”，是希望温室气体排放量由增转降的历史拐点在2030年前到来，由此带来经济发展由高耗能、高排放向清洁低能耗的模式转变。从2030到2060年的第二阶段，则是通过政策工具、市场工具，及碳汇等手段，对碳排放进行动态约束直至抵消的过程。 

具体到能源电力领域，根据相关数据测算，到2030年，非化石能源占一次能源消费的比重，将由2020年的15.9%提升至 25%，以风电和太阳能为代表的新能源发电总装机，将由目前的5.35亿千瓦时提升至12亿千瓦，非化石能源发电量的占比提升至50%。参照上述核心目标，一方面需要在电源侧实现可再生能源的大规模替代；另一方面，则要依靠在消费侧稳步推进电能替代，实现再电气化，助力全社会“脱碳”。 

以化石能源为主体，以大容量发电、远距离输电、集中统一管理的现代电力系统已经跨越了百年发展历史。随着新能源电力的规模化开发和在电网中占比的增加，传统电力系统的基本特征将发生显著的变化。　　

我在不同场合都经常提到，在未来的电网格局中，仅靠大规模的新能源外送，是解决不了能源转型和未来的能源供给需求的。因为以现有的系统运行方式，如果煤电减一半，风光涨一倍，电网就要面临崩溃。这既不是危言耸听，更不是空穴来风。当传统的理论方法与技术不能解决构建新型电力系统所面临的问题时，更需要我们深入认知以新能源为主体的电力系统的特性，创新理论方法与技术，从系统的整体特征出发，构建基于电源、电网和需求响应等用户参与为一体的新型电力系统发展模式。　　

从结构形态来看，基于我国资源负荷逆向分布的特征，在保持和增强特高压大时空范围内输送能力与资源优化配置能力的前提下，结合新能源具有多种利用方式的特征，着力构建区域电网间解耦链接、分层分区的输电网架和就地消纳与远距离输送相结合的新型电网模式。通过集中式与分布式并举的方式，结合储能、抽蓄等手段进行多元互补，最终实现系统接纳更大规模新能源并网的目标。　

在国际能源转型先驱——德国，已经先后建设了20万个独立于电网的供电单元，小到路灯、单元住宅，大到社区、园区微电网系统，通过与大电网相对独立，又互为补充的分布式能源利用形式，逐步实现新能源对化石能源的消费替代。这也是我们应该看到的未来能源系统形态变化的主流趋势。　　

从运行控制方式来看，电网先进控制与安全防御是决定电网输送极限的又一重要因素，这也是决定系统安全运行水平的关键因素。同时，随着 V2G、虚拟电厂、可平移负荷等资源的出现与利用，包括微电网等复杂技术在内参与的电力电量平衡，也都离不开智能调度与控制的协同。因此，新型电力系统中智能电网的建设，应强化“大云物移智”等新技术与能源行业深度融合，通过传感器的大量应用与“平台型”系统的建设，促进电能生产、传输、利用各个环节智能化水平的提升。

在通过信息化、数字化手段提升电网输送能力与自愈能力的同时，更应关注电网友好型先进发电技术的发展与应用。一方面，在我国的电源结构中，由于燃气、抽蓄等快速性互补电源相对匮乏，使得火电机组深度调峰成为系统灵活性的依赖路径；另一方面，过去的电力系统追求满发、稳定、电力负荷“拉直线”，忽略了灵活智能发电的重要作用。

现代、动态、低碳甚至零碳的新型电力系统，放大了对电源侧灵活发电能力的需求——通过精准的负荷预测、配储能的新能源发电技术等，既可以大幅度削减新能源规模化并网对电力系统运行的影响，同时也可以通过电源“自优化”促进新能源电力的消纳。

当然，消费侧的参与和友好响应，是新型电力系统建设的重要内容。通过市场手段，引导用户的消费理念、行为更新，使需求侧主动成为电网的友好互动资源，实现供需协同；最终构建形成以能源技术与信息技术高度融合的多能互补、源网荷协调控制的新型电力系统。

Q:当前，以最小社会成本践行能源革命和实现电力系统低碳化转型，已经成为业内的普遍共识。在您看来，平衡低碳发展与成本、系统安全三者关系中，可供我们选择的路径有哪些？

刘吉臻：

以最小社会成本完成好能源电力领域的低碳转型，最终还是要依靠技术进步的力量，但是在现阶段，需要我们算清能源革命的“经济账”。在构建新型电力系统的过程中，必须将减排目标与技术经济的合理性统筹考虑。

目前在能源科技领域已经涌现出了大量的先进前沿技术，其中有些领域依也依靠近年来的规模化应用，站上了突破技术经济性的临界点。值得注意的是，科学技术的发展本就需要经历从提出到研发、从成熟再到产业化的漫长历史过程。无论是在实现“双碳”目标的过程中，抑或是在新型电力系统的构建中，如果冒进地使用一些不成熟的技术，既不经济、也不负责任，造成的后果往往是不可承受的。　　

但是，阶段性的发展现状并不能成为否定其发展的依据。我们一方面要对氢能、核能、CCUS，以及新能源技术与现代信息技术融合应用——对这一类具有前瞻性、战略性的前沿科技加大研发投入，尽早实现关键领域的突破和领先；同时，更要注重现有可推广的应用技术，将其放到更为“耀眼”的位置，发挥最大的价值。　　

在“双碳”背景下，丰富的风能资源，和其靠近东南沿海负荷中心等特点，使我们不能再以单纯的“新能源发电资源”，来衡量和框定这一类能源资源在电力领域低碳转型中的作用与地位。

实现“双碳”目标，协调好低碳发展与成本、系统安全三者之间的关系，本就是在多目标平衡中选择更优的实施路径。放眼全球，世界各国在零碳资源的就近开发与利用方面已经走在了我国的前列。当前，塑造“电从远方来、电从身边来，西电东送、海电西送”的电源支撑格局，既是构建新型电力系统的题之大义，也是实现“双碳”目标路径选择中的应有之义。　

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本文作者：陈敏曦 就职于国家电投集团战略研究院。

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编辑 | 王湛森

编审 | 陈敏曦

审核 | 华志刚

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