解百臣：儲能與特高壓驅動“雙碳”目標實現的創新路徑

　　2024年7月12日，由南方周末聯合西北工業大學管理學院主辦，西北工業大學新時代企業高質量發展研究中心、南方周末中國企業社會責任研究中心承辦的第三屆中國企業責任與高質量發展論壇在西安舉辦。本屆論壇以“科技引領 碳尋未來”為主題，與相關領域學者、機構代表、企業高管共話“雙碳”戰略下的企業高質量發展之道。

　　在當天論壇上，天津大學管理與經濟學部教授、博士生導師，國家社科重大項目首席專家解百臣以《儲能與特高壓驅動“雙碳”目標實現的創新路徑研究》為主題發表演講。以下為演講實錄：

解百臣(天津大學管理與經濟學部教授、博士生導師，國家社科重大項目首席專家)

　　在正式演講之前，大家考慮一個問題，我國能源領域有哪些重大工程?我們首先想到的是西電東送、西氣東輸，這些工程影響了能源領域創新的方方面面。那么我們國家在實現“雙碳”目標的過程中，主要驅動力是什么?我們肯定可以想到的必然有技術創新。無論是西氣東輸還是西電東送，這些工程中技術創新所起的作用，對“雙碳”目標實現會有怎樣的幫助?西氣東輸主要針對傳統的油氣資源。西電東送則直面我國“雙碳”目標的核心——提高清潔能源占比，或者說提高風電、光伏等可再生能源的比例。

　　我今天討論的內容更多從西電東送的角度進行，在此過程中，特高壓線路建設作用很大。清潔能源比例提高之后，跨區域的電力輸送又會面臨哪些挑戰，要從哪些方面進行突破?我們是否可以從已突破技術中探尋到可以借鑒的方案?基于這樣的思路，我從西電東送案例引入，結合“雙碳”目標，分析未來有望引領世界能源領域轉型的技術難題，國家正在布局的儲能技術的發展。

　　特高壓技術的發展是我國目前在世界上領先，其他國家競相學習，但不一定所有國家都適用的一種技術。西電東送主要建設了三個通道，核心目標是把西部地區能源、資源轉化為電力，輸送到電力需求旺盛的東部地區。建有“北、中、南三個通道”，北部通道包括新疆、內蒙古、陜西、寧夏等省區，向華北和華東地區輸電;中部通道由四川、重慶、湖北等省市向華中和華東輸電;南部通道則由云南、貴州、廣西等省區向廣東輸電。截至2023年底，全國已建成四十余項西電東送輸電工程，形成電力資源跨省跨區配置格局。

　　僅僅在國家電網經營區，每年有4500多億度電通過三萬多公里的特高壓線路，且這個數據一直處于更新和增長過程中。特高壓線路建設過程中，面臨越來越大的挑戰，由于間歇性能源占比越來越高，其不確定性給電網調度帶來越來越大的困難。如何突破這方面的制約就成為電網發展的重要掣肘，從今年電力裝機數據上看，裝機結構正在發生重大變化。發電能力上升，但電網消納能力并未同步提高。這種情況下，如何提高可再生能源發電量占比成為一個需要迫切解決的問題。2023年之前其發電量占比一直是穩定增長或者基本平緩的態勢，2022年我們非火電占比30.6%，但2023年非但沒有上升，反而下降了0.2個百分點至30.4%。下降的原因很多，沒辦法解決電的存儲問題是其中重要的因素之一，所以需要儲能技術的發展，一是可持續發展的要求，二是“雙碳”目標的要求。“雙碳”目標每個國家提出的時間不一樣，發達國家普遍是2050年或更早，發展中國家稍微靠后一些，我們承諾2060年，印度是2070年。

　　“雙碳”目標的提出是一個不斷漸進的過程。近年來我們政策發布密度不斷加強，所采用的技術手段和市場手段、市場工具也在不斷豐富。在此過程中，我們越來越傾向于借助能源技術進步推動“雙碳”目標實現。其中特高壓和儲能技術，都是重要的技術手段。

　　儲能技術是我國目前重點布局的領域，我國從2021年開始，依托重點高校在全國建設了第一批三個、第二批四個儲能技術產教融合平臺，它主要解決從實驗室到市場轉化的“最后一公里”問題，投入的資金龐大。首批三所高校，每一個投入4.5億元。主要布局技術包括以下幾種類型：物理儲能、電化學儲能、電磁儲能、熱儲能和氫儲能。

　　現在儲能市場的發展非常快，能看到企業數量在2021年到2023年增長了10倍。目前所分布的省份跟大家的主觀感受可能也略有區別。原來抽水儲能占到總儲能市場95%，但新增裝機目前已經只占一半左右，電化學儲能增長非常快。從國家發布的儲能發展報告上可以看出，近年來增長速度達到80%。

　　可以看出，我國已經把儲能作為一個未來重要的技術突破口，并用于解決可再生能源的消納問題。現在主要在什么地方布局呢?并不是發達地區，反而是在電力不穩定的西部地區建設比較多。儲能技術未來要往哪里突破，國家要到哪里布局，這是我們重點探討的問題。

　　要進一步開發儲能技術、確定布局的方向，除了剛才說的儲能產教融合平臺，還要解決的是研發方向問題，目前重點是在電化學儲能。鋰電池儲能技術已經比較成熟，從我參加天津大學幾次儲能中心的研討來看，目前公認的是納離子和半固態電池已經處于產業化的前夕，在市場上已經開展第二輪、第三輪融資。

　　如果要探討以前我國在哪些技術領域出現比較大的突破，特高壓可以給我們一些啟示。特高壓最初是中國的一個新生事物，最初國家特高壓建設是把西部地區煤電運出來，所以線路主要分布在陜西、山西、內蒙古。2011年后大力發展清潔能源，此時重點輸送的標的已經變成了清潔能源，例如青海建設了青豫特高壓，重點傳輸水電和光伏。當前，又把它和儲能基地的建設聯系在一起。發展特高壓的主要目標，就是從負荷與需求進行匹配的角度，跟我國能源結構轉型進程緊密聯系在一起，從特高壓電量傳輸比例上也可以看到清潔能源占我國總發電量比例是不斷提高的。

　　技術創新上，與特高壓緊密相關的企業技術研發速度、投入資金、上市公司的產值也是在不斷的增長的。世界上大部分國家并沒有發展特高壓，這既跟自己的資源稟賦有關，也跟國家的電力管理體制有關，美國、澳大利亞電網都分成了幾個區域，德國和日本國家的面積，不需要發展特高壓技術。

　　特高壓到底給我們帶來了多大的便利和影響?我們測算了一些數據，特高壓線路在提高可再生能源滲透率、減少碳排放的方面，確實做出了比較大的貢獻。但是目前，跨區域傳輸路線對碳排放的影響會隨著碳排放上限的降低而逐步減弱，同時會受到電源結構的影響而減弱。建設與不建設特高壓，我們做了不同的情景進行對比發現：區域間輸電線路顯著增加了電力市場的碳排放成本。電力市場和碳市場都是通過邊際成本進行省域間測算的。我們課題組開發的中國高精度電力市場均衡模型把全國的發電廠都作為了節點納入模型，考慮輸電線路由技術參數導致的傳輸容量限制，比如800千伏直流和1000千伏的交流線路，我們算出來傳輸容量上限之后，還考慮多條線路的疊加和交會計算出傳輸容量限制，最后建立了一個含有五千多個變量，一萬多個約束的規劃模型。分析是否建設特高壓所產生的影響，結果發現電價為谷價的時候影響更大、總體上并不利于清潔能源的傳輸比例的提高。

　　第二個結論，區域間輸電線路對于清潔電力的消納、減少碳排放影響有限，已經建好的線路并沒有按照特高壓線路的第二期規劃，把清潔能源從西部輸送到東部的既定目標進行。是否要施加進一步政策規制來提高清潔能源的傳輸比例就成了現在正在研究的課題。如果說將清潔能源管制的比例、在特高壓線路上傳輸比例提高到45%，政策的效果會大大提高。

　　第三個結論，對于中國電力工業排放的分布效應，有沒有改變清潔能源在區域之間的分布呢?我們把所有電廠按照裝機容量大小分成了10組。從曲線分布上來看，類似于環境經濟學中的庫茲涅茨曲線，差距最大的是中間這一段，從第3組開始到第9組均勻分布與累計分布中間的差距較大，所反映的含義是什么呢?這些電廠按照裝機容量給出來的碳排放和實際碳排放差距比較大，到了最后一組，差距變小。也就是說，政策規制之后，特大和小型電廠所受到的影響沒有那么大，未來如何引導電力市場競爭，就成為我們重點考慮的問題。目標是讓它更敏感，讓分布更均勻。

　　除了考慮碳市場，我們還考慮了綠電市場對跨區域傳輸交易的影響。在考慮了綠色證書、綠色電力市場以及輸電因素影響后，我們進一步豐富了電力市場均衡模型，既有區域均衡，又有全國均衡。在對電廠進行聚合后，對于綠電市場來說，能夠顯著促進綠電的消納，但綠色證書市場因為給電力提供了更加靈活的交易方式，在促進綠電消納上并沒有發揮預計效用。這兩個市場聯合機制是當前市場下的最佳選擇，目前我國市場上實行的正是這兩個市場的聯合機制。

　　基于前面的分析，從特高壓建設的視角，我們可以得出這樣一些結論：跨區域電力交易中存在一定程度的省間壁壘。除北京、上海之外，大部分省份還有建更多電廠的動機，但電源結構類型不一樣。地方政府對跨區域電力市場運行現象的行政干預時有發生，但目前的電力市場監管政策對地方保護的約束力不足。比如我們經常聽到迎峰度夏這樣的詞，是因為存在局部性的缺電行為，再加上風光的間歇性，影響會進一步擴大。二是綠色供應鏈發展較晚，其風電等清潔能源電力大規模輸配運維體系尚未完善，從市場角度降低電力成本的話，現在并沒有達到最優的程度。三是我國現有電網體系尚無法全面滿足高比例可再生能源接入要求，一方面部分老舊電網設施無法承受高比例分布式電源接入，亟待升級改造;另一方面大規模分布式能源并網對電網穩定運行的負面影響也亟待解決。國內前幾年的主流呼聲電網越大越好，同時也會增加風險，假設一個電廠電壓不穩定，發生供電中斷事件對我們經濟發展的影響會很大，因而也有不同聲音，分布式發電呼聲越來越高之后，如果能夠解決儲能問題，是不是還要大規模建設特高壓，現在意見也并不一致。

　　基于前面的討論也能夠看到，無論從哪個角度，發展儲能技術已經成為我國現在迫在眉睫的一件事。從特高壓的建設上，如何得到一些可行的方案促進儲能技術的發展呢?

　　首先，出發點都是電力供需平衡難度進一步增加。在儲能和特高壓技術路線的區別上，特高壓更多是電從遠方來，儲能更多是屬地化。儲能跟特高壓兩者配合，現在要解決的是：除了可再生能源消納之外，還要考慮負載功率平衡問題、供求曲線平滑問題以及峰谷負荷調度問題，進而實現資源有效利用。這個過程中還會面臨一些新問題和新挑戰，比如需求的空間分布不會有太大變化，會進一步向城市聚集。東部建設分布式有一些有利條件，在工業園區、在農村區域未來到底有多大的政策激勵空間?還有需求的時間分布，調峰、虛擬電廠等政策跟儲能發展也是息息相關的，這些議題也是我們正在做的工作。

　　正是由于這些問題的不斷涌現，對電網智能化要求不斷提高，復雜度也不斷提高。基于復雜系統自動化程度提高，如何提高新型電力系統的控制能力，將是我們面臨的主要難題。從監管的角度，要進行政策干預、技術攻關和創新。風電和光伏發電，我們國家現在已經很有競爭力，但并沒有給我們國家帶來足夠的收益，甚至有時候還要面臨大量的貿易爭端。儲能行業的發展必須走不同道路，在助力“雙碳”目標實現的過程中，需要從完善機制、協同推進的角度提高可再生能源消納比例，實現源輸配儲一體化發展，最終實現提高中國技術領先優勢和國際貿易談判話語權的目標。