详解 | 国家电网“碳达峰碳中和”行动方案点评
核心要点
能源消耗是我国碳排放的主要来源，而电力行业又占到能源行业排放的41%左右。因此解决电力行业的碳排放问题是我国实施碳减排的关键。目前我国电力供应中燃煤火电占比较高，未来清洁能源，特别是新能源将成为增长的主力，但新能源发电具有很强的不稳定性，并网消纳一直是难题。此次国家电网针对下阶段碳减排明确提出了构建坚强电网、提升系统调节能力等计划，包括储能建设、电源灵活性改造以及增强调峰能力等，这些措施的落地对于国家电网未来大规模的接受新能源并网具有积极意义。但与此同时我们也注意到，相关改造工作具有不小的技术难度，同时在资金上对于国家电网也是严峻的考验。
事件
2021年3月2日，国家电网发布“碳达峰 碳中和”行动方案，明确提出了实现我国“碳达峰 碳中和”目标的路径研究和实施方案。
正文
自2020年底我国政府提出“碳达峰 碳中和”目标以来，备受市场和社会各界的高度关注。虽然国家电网并不直接参与发电和能源消耗，但我们认为国家电网却在我国实现“碳达峰 碳中和”战略中扮演着极为重要的教色。
一方面电力行业本身是碳排放的最大来源，国内电力行业碳排放占到一次能源碳排放总量的41%，而能源行业的碳排放占到全社会碳排放总量的90%左右，显然电力行业的碳排放问题处理好了，就抓住了解决碳达峰、碳中和的关键。二是国内其他行业如交通、建筑、冶金、市政供暖等领域在实施碳减排过程中一个重要的手段就是电气化，也就是说将其能源消耗形式由直接消耗油气煤转化为电力消费，虽然行业本身碳排放问题解决了，实际上是将碳排放问题转移给了电力行业。如燃油汽车转换为替换为电动汽车后，能源消耗形式由石油变为电力，炼钢过程中的电炉短流程炼钢将能源消耗由煤炭转为电力。
也就是说在碳减排过程中，电力行业不仅要解决自身碳排放问题，还要承接其他产业转移过来的能源消耗和排放。未来我国全社会能源消耗有向电力大规模转型的内在诉求。而电力行业要解决碳减排的问题，并非直接增加清洁能源供应，减少燃煤燃气机组就可以实现，而是需要电网的深入参与，并对整个电网结构和技术标准进行大规模的改造才能有可能实现。
根据2020年底的数据显示，我国现有电力装机22亿千瓦，其中光伏和风电为代表的新能源装机超过5亿千瓦，但由于新能源利用率偏低的先天劣势，在整个电力供应量中的比重仅占9.5%。从发达国家来看，风电、光伏的占比也基本在25%以下，全球主要经济体中没有以新能源为基础电源供应的。挪威、法国等西方国家也是以水电、核电为其主要供电来源。美国是西方国家中新能源发电量占比较高的，但其比重也仅在20%左右。同时其燃煤燃气火电机组的发电量占比在40%以上。这种原因的出现在于新能源虽然实现了碳的零排放，但是新能源发电具有极强的不稳定性，需要有其他电源进行深度调峰配合才是实现整个供电体系的稳定性。如英国的新能源占比较高，也是以英国大量的燃气机组进行调峰配合为基础实现的。
从我国的供应结构看，火电发电量占比很高，2020年火电占比仍高达三分之二，而且基本上都是燃煤机组，一方面碳排放问题突出，另一方面燃煤机组进行电源的灵活性改造难度比较大，增加了与新能源匹配的困难。同时我国水电占比虽然较高，但是增量空间有限。未来能指望发电量显著增长的清洁能源方式只有核电、光伏和风电，其中核电受政策性因素影响，不可能过快发展，因此大规模增加风电、光伏装机成为我国电力领域实现减排的最直接方式。而我们看到目前风电、光伏在我国发电量中的占比并不算高，但即使如此对于电网而言并网消纳新能源已有不少困难。未来根据我国政府规划2030年新能源装机量达到12亿千瓦（我们预计实际装机可能达到16亿千瓦），如此大规模的新能源装机对于电网而言无疑是个巨大的挑战，如果不对电网本身以及电源结构进行调整，不仅无法充分消纳新能源，同时对于我国整体的电力供应安全都是有不小风险的。
为此，我们看到此次国家电网针对新能源大规模建设提出了四方面的具体应对措施，全力推动电网的转型升级，为应对下阶段我国电源结构调整做好了准备。
一、推动电网向能源互联网升级，打造清洁能源优化配置平台。具体措施包括构建坚强智能电网、加大跨区输送清洁能源力度、保障清洁能源及时同步并网发电等。如根据方案，国家电网拟在“十四五”期间建成7回特高压直流，新增输电能力5600万千瓦，到2025年使输送清洁能源的比重达到50%。并将国网经营区域风电、光伏装机量提升到10亿千瓦、核电装机提升到8000万千瓦。
二、推动网源协调发展，着力做好清洁能源并网消纳。具体措施包括持续提升系统调节能力，如加快抽水蓄能电站建设，支持煤电灵活性改造，支持调峰气电建设和储能的规模化应用，积极推动发展“光伏＋储能”。
这部分内容可谓此次行动方案的核心，也是明确针对社会所担心的新能源未来大规模并网消纳存在的问题提出了可行的解决方案，如抽水蓄能、储能建设和煤电、气电的灵活性改造和调峰建设，这些措施落地后对于增强电网消纳新能源具有积极作用。
三、推动全社会节能提效，着力提高终端消费电气化水平。具体措施包括拓展电脑替代的广度和深度，如推动电动汽车、港口岸电、纯电动船舶、铁路的电气化发展以及深挖锅炉替代潜力，推进清洁取暖的“煤改电”，实施绿色建筑节能等。我们在前文曾提到，交通、冶金、市政供暖等领域实施电气化是这些行业实现碳减排的有效途径。从此次国家电网的行动方案来看，也是鼓励终端消费提高电气化水平。值得注意的是，终端消费领域的电气化水平大幅提高，虽然对这些行业的减排有立竿见影的效果，但对于电力行业则是增加了负担。相应的，对于电网的考验和压力也更大了。
四、推动能源电力技术创新，着力提升运行安全和效率水平。具体措施包括加快电力系统构建和安全稳定运行控制等技术研发，加快以输送新能源为主的特高压输电、柔性直流输电等技术装备研发。大规模新能源并网后，电网面临的技术上的挑战，此次国家电网的行动方案显然也意识到这点。因此明确提出了推动电力技术创新，提升运行安全和效率。
此次国家电网“碳达峰 碳中和”行动方案内容丰富，针对下阶段国内电源结构将发生的大规模变化提出了明确的应对措施。我们认为行动方案意味着国家电网在“碳达峰 碳中和”行动中将承担较大的技术改造和庞大的资金压力。
首先是由于新能源建设大规模推进已无悬念，国家电网必须做好相关的技改工作以应对未来电源结构变化后对电网的冲击。这些工作包括：抽水蓄能电站和储能电站的建设、燃气燃煤机组的灵活电源改造、调峰系统的改造、新能源大规模并网后电网稳定性方面的技术改造以及输电系统的改造等。除了改造工作外，国家电网还需要投入更多的精力进行技术研发和创新。
其次，以上技术改造工作以及项目建设对国家电网而言需要投入大量的资金，这在客观上将明显增加国家电网的财务负担。特别是如储能建设、燃煤机组灵活电源改造等投资，投入和收益并不匹配，某种程度上而言国家电网将承担一些具有公益性质的项目。未来如果完全由企业负担，恐不利于调动企业的积极性，应考虑相应增加财政补贴资金，更有利于推进电网进行相应的改造工作。
再次，考虑到我国年用电量仍在增长，这就对新能源发电装机量提出更高的要求。当前，我国用电量年增速大概在6%左右。而非化石能源发电中，水电由于对地理环境要求较高，实际上在建设中有很大的制约因素，同时论证、调研周期也比较长；风电和光伏的利用小时数又远不及火电。根据国网规划，2025、2030年非化石一次能源消费比重要达到20%、25%左右，这就要求未来几年风光发电的装机容量将会远高于这一比重。与此同时，由于风光发电先天存在的问题，需要匹配相应规模的火电调相机组或储能设施，这将进一步增加电网基础设施的投资。
最后，是国家电网在碳中和行动中将承担总协调的角色。在规划中，国网提出了对电力系统参与主体的一些要求，具体来讲：发电企业大力发展清洁能源，加快实施煤电灵活性改造，淘汰不达标落后煤电机组。提升灵活调节电源的比重，建设调峰电源，发展“新能源+储能”、光热发电，提高系统调节能力。加快碳捕捉、封存和二次利用技术进步，力争尽早实现零碳排放。用电企业主动响应电力系统需求，及时调整用电行为和用电模式，积极消纳清洁能源。工业企业加快推进绿色改造，强化余热、余气、余压重复利用，降低能耗、提高能效。相关行业加大电能替代力度，提升电气化水平。加强自主创新，开发应用低碳节能技术和商业模式，推广绿色交通、绿色建筑，加快构建绿色低碳循环发展经济体系。此外，国网还将推动碳交易市场的建设。基于电力市场化改革成果，加快全国碳市场建设，全面实行碳排放权市场化交易。充分考虑碳市场对于电力市场的影响，将电能价格与碳排放成本有机结合，发挥两个市场相互促进、协同互补作用，提高清洁能源的市场竞争力，由用能企业承担碳排放成本，更好推动能源清洁低碳转型。当前，在国企改革的背景下，国家电网的主营业务将聚焦在输配电部分。但是其过去几十年积累下了规模十分庞大的数据，使得其能充分把握国民经济的电力生产和消费特征。以此为基础，通过碳交易市场的建设，国家电网有望在碳达峰行动中承担牵头人和协调人的角色，进而向综合能源服务平台方向转型。