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 專訪中國(guó)工程院院士 劉吉臻

“實(shí)現(xiàn)我國(guó)‘雙碳’目標(biāo)，是一項(xiàng)艱巨且繁雜的系統(tǒng)性工程。要如期完成既定的戰(zhàn)略性任務(wù)，必須以審慎又不失緊迫感的態(tài)度，把握好不同時(shí)期的發(fā)展節(jié)奏、重點(diǎn)任務(wù)和實(shí)施路徑。”

近日，第十二屆全國(guó)政協(xié)委員、中國(guó)工程院院士劉吉臻在接受編輯部專訪時(shí)表示，環(huán)境問(wèn)題是當(dāng)今全球共同關(guān)注的問(wèn)題，也是當(dāng)代中國(guó)實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展的核心問(wèn)題。面向能源電力領(lǐng)域的低碳化變革，應(yīng)以“化石能源清潔化、清潔能源規(guī)?；⒍喾N能源綜合化”的總體思路，來(lái)應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的能源安全形勢(shì)；同時(shí)以適時(shí)的系統(tǒng)重構(gòu)，來(lái)應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)型成本上升、高碳排放路徑依賴的挑戰(zhàn)。

“新能源電力安全、高效的生產(chǎn)與利用將是低碳時(shí)代永恒的主題。構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，需要以多能互補(bǔ)、網(wǎng)源協(xié)調(diào)和系統(tǒng)重構(gòu)為基礎(chǔ)，在電源、電網(wǎng)、負(fù)荷深度互動(dòng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源替代，并最終通過(guò)以泛在、綠色、高效、智能為標(biāo)志的再電氣化，實(shí)現(xiàn)全社會(huì)能源消費(fèi)與利用的根本性變革”。劉吉臻說(shuō)。

Q：當(dāng)前，應(yīng)對(duì)氣候變化已成為國(guó)際上為數(shù)不多可以達(dá)成發(fā)展共識(shí)的領(lǐng)域。習(xí)近平主席向世界承諾的“中國(guó) 3060”目標(biāo)，為我國(guó)將來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，經(jīng)濟(jì)、能源領(lǐng)域的發(fā)展奠定了總基調(diào)。面對(duì)復(fù)雜的國(guó)際形勢(shì)和“后疫情”時(shí)代的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，我們應(yīng)該如何更好地理解“雙碳”目標(biāo)的戰(zhàn)略性意義？

劉吉臻：我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展在近幾年取得了舉世矚目的成就，但在躋身成為世界第二大經(jīng)濟(jì)體的同時(shí)，也成為了全球最大的能源消費(fèi)國(guó)和最大的碳排放國(guó)。  

從2019年的能源消費(fèi)數(shù)據(jù)來(lái)看，我國(guó)的能源消費(fèi)總量為48.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約占世界的1/4, 其中煤炭消費(fèi)總量28億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約占世界的1/2；在全球能源消費(fèi)凈增量中，我國(guó)的占比超過(guò)3/4。在巨大的能源消費(fèi)數(shù)字背后，是碳排放總量的幾何形增長(zhǎng)——2019年，我國(guó)碳排放總量為 98億噸，比2000年提高了約15個(gè)百分點(diǎn)，是美國(guó)的2倍、歐盟的3倍，占比全球 28.8%。  

如果將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，我們就不難從 1/4、1/2和 28.8% 這三個(gè)數(shù)字中理解“雙碳”目標(biāo)的初衷——提出并將“雙碳”目標(biāo)作為國(guó)家長(zhǎng)期性戰(zhàn)略，是權(quán)衡政治要素、經(jīng)濟(jì)要素，及國(guó)際局勢(shì)等方面的多重考量；同時(shí)，通過(guò)倒逼形成碳減排的長(zhǎng)效機(jī)制，來(lái)應(yīng)對(duì)當(dāng)前能源發(fā)展面臨的諸多挑戰(zhàn)。  

首先，我國(guó)作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，未來(lái)的能源需求仍將保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。根據(jù)中國(guó)工程院研究測(cè)算，我國(guó)能源消費(fèi)總量將由2020年的49.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤增長(zhǎng)到2030年的56億噸標(biāo)準(zhǔn)煤；保守估計(jì)，彼時(shí)的全社會(huì)用電量將由2020年的7.51萬(wàn)億千瓦時(shí)增長(zhǎng)到10萬(wàn)億千瓦時(shí)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展的內(nèi)在需求，不僅預(yù)示著旺盛的能源消費(fèi)，同時(shí)也帶來(lái)了嚴(yán)峻的能源安全形勢(shì)。  

過(guò)去以往，我們總以“富煤貧油少氣”來(lái)描述我國(guó)的能源資源稟賦，但是從國(guó)際權(quán)威能源研究機(jī)構(gòu)和國(guó)家統(tǒng)計(jì)局等部門公布的數(shù)據(jù)來(lái)看，我國(guó)的石油、天然氣、煤炭可采儲(chǔ)量均遠(yuǎn)低于世界平均水平，其中煤炭的可采儲(chǔ)比僅為世界最高國(guó)家——美國(guó)的一半。從人均資源占有率來(lái)看，我國(guó)的人口總數(shù)約占世界的19.3%，但常規(guī)能源資源僅占全球的10.7%。在能源需求總量和資源相對(duì)短缺的反差中，我國(guó)自 2011年起成為世界最大的煤炭進(jìn)口國(guó)，進(jìn)口煤炭占世界貿(mào)易量近1/4；原油、天然氣的對(duì)外依存度分別達(dá)到71%和43%。

其次，與能源短缺風(fēng)險(xiǎn)和能源安全挑戰(zhàn)并存的，是能源高污染和高消耗帶來(lái)的環(huán)境危機(jī)。一方面，“黑色工業(yè)化”使環(huán)境污染從局部影響逐漸擴(kuò)散成為全面影響。隨著環(huán)境污染從隱性變?yōu)轱@性，我國(guó)大氣、水污染、霧霾等極端事件發(fā)生的強(qiáng)度和頻率正在呈現(xiàn)出明顯的變化趨勢(shì)；另一方面，盡管近年來(lái)我國(guó)能源電力領(lǐng)域在污染物減排、超低排放等方面作出了大量的努力，但“世界污染超級(jí)排放大國(guó)”的國(guó)際形象，仍使我國(guó)的減污減排進(jìn)程受到國(guó)際輿論的高度關(guān)注。  

當(dāng)前，全球有近130個(gè)國(guó)家和地區(qū)提出了碳中和目標(biāo)，世界主要經(jīng)濟(jì)體都通過(guò)立法或宣誓的形式，明確在2050年前實(shí)現(xiàn)碳中和。就我國(guó)而言，面對(duì)詭譎多變的國(guó)際形勢(shì)和 “后疫情”時(shí)代的經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)鍵重振期，“雙碳”目標(biāo)不僅是我國(guó)作為負(fù)責(zé)任大國(guó)對(duì)世界可持續(xù)發(fā)展作出的莊嚴(yán)承諾，同時(shí)，也是倒逼我國(guó)將能源安全命脈掌握在自己手中，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)綠色復(fù)蘇和“雙循環(huán)”經(jīng)濟(jì)新格局的戰(zhàn)略性舉措。  

毋庸置疑的是，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，是一項(xiàng)涉及每個(gè)人、每個(gè)領(lǐng)域，以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方方面面的長(zhǎng)期系統(tǒng)性工程。這不僅需要我們盡快統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，深刻理解生態(tài)、政治、經(jīng)濟(jì)與能源四者間盤根錯(cuò)節(jié)、唇齒相依的關(guān)系；同時(shí)，也要求我們把節(jié)約能源資源放在首位，并把握好短期與長(zhǎng)期、局部與整體的關(guān)系和推進(jìn)節(jié)奏，以審慎且積極的態(tài)度迎接這一場(chǎng)廣泛而又深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)變革。

Q:在今年3月中財(cái)委第9次會(huì)議上，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設(shè)，被明確為能源電力行業(yè)轉(zhuǎn)型的首要舉措。新型電力系統(tǒng)除了以大規(guī)模新能源替代為主要特征外，還將會(huì)給我國(guó)長(zhǎng)期運(yùn)行的電力系統(tǒng)帶來(lái)何種“顛覆性”的改變？

劉吉臻：具體來(lái)說(shuō)，“雙碳”目標(biāo)是一個(gè)“二階”目標(biāo)。我們所說(shuō)的“盡快達(dá)峰”，是希望溫室氣體排放量由增轉(zhuǎn)降的歷史拐點(diǎn)在2030年前到來(lái)，由此帶來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展由高耗能、高排放向清潔低能耗的模式轉(zhuǎn)變。從2030到2060年的第二階段，則是通過(guò)政策工具、市場(chǎng)工具，及碳匯等手段，對(duì)碳排放進(jìn)行動(dòng)態(tài)約束直至抵消的過(guò)程。

具體到能源電力領(lǐng)域，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)算，到2030年，非化石能源占一次能源消費(fèi)的比重，將由2020年的15.9%提升至 25%，以風(fēng)電和太陽(yáng)能為代表的新能源發(fā)電總裝機(jī)，將由目前的5.35億千瓦時(shí)提升至12億千瓦，非化石能源發(fā)電量的占比提升至50%。參照上述核心目標(biāo)，一方面需要在電源側(cè)實(shí)現(xiàn)可再生能源的大規(guī)模替代；另一方面，則要依靠在消費(fèi)側(cè)穩(wěn)步推進(jìn)電能替代，實(shí)現(xiàn)再電氣化，助力全社會(huì)“脫碳”。

以化石能源為主體，以大容量發(fā)電、遠(yuǎn)距離輸電、集中統(tǒng)一管理的現(xiàn)代電力系統(tǒng)已經(jīng)跨越了百年發(fā)展歷史。隨著新能源電力的規(guī)模化開發(fā)和在電網(wǎng)中占比的增加，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的基本特征將發(fā)生顯著的變化。  

我在不同場(chǎng)合都經(jīng)常提到，在未來(lái)的電網(wǎng)格局中，僅靠大規(guī)模的新能源外送，是解決不了能源轉(zhuǎn)型和未來(lái)的能源供給需求的。因?yàn)橐袁F(xiàn)有的系統(tǒng)運(yùn)行方式，如果煤電減一半，風(fēng)光漲一倍，電網(wǎng)就要面臨崩潰。這既不是危言聳聽，更不是空穴來(lái)風(fēng)。當(dāng)傳統(tǒng)的理論方法與技術(shù)不能解決構(gòu)建新型電力系統(tǒng)所面臨的問(wèn)題時(shí)，更需要我們深入認(rèn)知以新能源為主體的電力系統(tǒng)的特性，創(chuàng)新理論方法與技術(shù)，從系統(tǒng)的整體特征出發(fā)，構(gòu)建基于電源、電網(wǎng)和需求響應(yīng)等用戶參與為一體的新型電力系統(tǒng)發(fā)展模式。  

從結(jié)構(gòu)形態(tài)來(lái)看，基于我國(guó)資源負(fù)荷逆向分布的特征，在保持和增強(qiáng)特高壓大時(shí)空范圍內(nèi)輸送能力與資源優(yōu)化配置能力的前提下，結(jié)合新能源具有多種利用方式的特征，著力構(gòu)建區(qū)域電網(wǎng)間解耦鏈接、分層分區(qū)的輸電網(wǎng)架和就地消納與遠(yuǎn)距離輸送相結(jié)合的新型電網(wǎng)模式。通過(guò)集中式與分布式并舉的方式，結(jié)合儲(chǔ)能、抽蓄等手段進(jìn)行多元互補(bǔ)，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)接納更大規(guī)模新能源并網(wǎng)的目標(biāo)。 

在國(guó)際能源轉(zhuǎn)型先驅(qū)——德國(guó)，已經(jīng)先后建設(shè)了20萬(wàn)個(gè)獨(dú)立于電網(wǎng)的供電單元，小到路燈、單元住宅，大到社區(qū)、園區(qū)微電網(wǎng)系統(tǒng)，通過(guò)與大電網(wǎng)相對(duì)獨(dú)立，又互為補(bǔ)充的分布式能源利用形式，逐步實(shí)現(xiàn)新能源對(duì)化石能源的消費(fèi)替代。這也是我們應(yīng)該看到的未來(lái)能源系統(tǒng)形態(tài)變化的主流趨勢(shì)。  

從運(yùn)行控制方式來(lái)看，電網(wǎng)先進(jìn)控制與安全防御是決定電網(wǎng)輸送極限的又一重要因素，這也是決定系統(tǒng)安全運(yùn)行水平的關(guān)鍵因素。同時(shí)，隨著 V2G、虛擬電廠、可平移負(fù)荷等資源的出現(xiàn)與利用，包括微電網(wǎng)等復(fù)雜技術(shù)在內(nèi)參與的電力電量平衡，也都離不開智能調(diào)度與控制的協(xié)同。因此，新型電力系統(tǒng)中智能電網(wǎng)的建設(shè)，應(yīng)強(qiáng)化“大云物移智”等新技術(shù)與能源行業(yè)深度融合，通過(guò)傳感器的大量應(yīng)用與“平臺(tái)型”系統(tǒng)的建設(shè)，促進(jìn)電能生產(chǎn)、傳輸、利用各個(gè)環(huán)節(jié)智能化水平的提升。

在通過(guò)信息化、數(shù)字化手段提升電網(wǎng)輸送能力與自愈能力的同時(shí)，更應(yīng)關(guān)注電網(wǎng)友好型先進(jìn)發(fā)電技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。一方面，在我國(guó)的電源結(jié)構(gòu)中，由于燃?xì)?、抽蓄等快速性互補(bǔ)電源相對(duì)匱乏，使得火電機(jī)組深度調(diào)峰成為系統(tǒng)靈活性的依賴路徑；另一方面，過(guò)去的電力系統(tǒng)追求滿發(fā)、穩(wěn)定、電力負(fù)荷“拉直線”，忽略了靈活智能發(fā)電的重要作用。

現(xiàn)代、動(dòng)態(tài)、低碳甚至零碳的新型電力系統(tǒng)，放大了對(duì)電源側(cè)靈活發(fā)電能力的需求——通過(guò)精準(zhǔn)的負(fù)荷預(yù)測(cè)、配儲(chǔ)能的新能源發(fā)電技術(shù)等，既可以大幅度削減新能源規(guī)?；⒕W(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響，同時(shí)也可以通過(guò)電源“自優(yōu)化”促進(jìn)新能源電力的消納。

當(dāng)然，消費(fèi)側(cè)的參與和友好響應(yīng)，是新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要內(nèi)容。通過(guò)市場(chǎng)手段，引導(dǎo)用戶的消費(fèi)理念、行為更新，使需求側(cè)主動(dòng)成為電網(wǎng)的友好互動(dòng)資源，實(shí)現(xiàn)供需協(xié)同；最終構(gòu)建形成以能源技術(shù)與信息技術(shù)高度融合的多能互補(bǔ)、源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)控制的新型電力系統(tǒng)。

Q:當(dāng)前，以最小社會(huì)成本踐行能源革命和實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)低碳化轉(zhuǎn)型，已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)的普遍共識(shí)。在您看來(lái)，平衡低碳發(fā)展與成本、系統(tǒng)安全三者關(guān)系中，可供我們選擇的路徑有哪些？

劉吉臻：以最小社會(huì)成本完成好能源電力領(lǐng)域的低碳轉(zhuǎn)型，最終還是要依靠技術(shù)進(jìn)步的力量，但是在現(xiàn)階段，需要我們算清能源革命的“經(jīng)濟(jì)賬”。在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的過(guò)程中，必須將減排目標(biāo)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)的合理性統(tǒng)籌考慮。

目前在能源科技領(lǐng)域已經(jīng)涌現(xiàn)出了大量的先進(jìn)前沿技術(shù)，其中有些領(lǐng)域依也依靠近年來(lái)的規(guī)模化應(yīng)用，站上了突破技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的臨界點(diǎn)。值得注意的是，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展本就需要經(jīng)歷從提出到研發(fā)、從成熟再到產(chǎn)業(yè)化的漫長(zhǎng)歷史過(guò)程。無(wú)論是在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的過(guò)程中，抑或是在新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建中，如果冒進(jìn)地使用一些不成熟的技術(shù)，既不經(jīng)濟(jì)、也不負(fù)責(zé)任，造成的后果往往是不可承受的。  

但是，階段性的發(fā)展現(xiàn)狀并不能成為否定其發(fā)展的依據(jù)。我們一方面要對(duì)氫能、核能、CCUS，以及新能源技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)融合應(yīng)用——對(duì)這一類具有前瞻性、戰(zhàn)略性的前沿科技加大研發(fā)投入，盡早實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵領(lǐng)域的突破和領(lǐng)先；同時(shí)，更要注重現(xiàn)有可推廣的應(yīng)用技術(shù)，將其放到更為“耀眼”的位置，發(fā)揮最大的價(jià)值。  

在“雙碳”背景下，豐富的風(fēng)能資源，和其靠近東南沿海負(fù)荷中心等特點(diǎn)，使我們不能再以單純的“新能源發(fā)電資源”，來(lái)衡量和框定這一類能源資源在電力領(lǐng)域低碳轉(zhuǎn)型中的作用與地位。

實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，協(xié)調(diào)好低碳發(fā)展與成本、系統(tǒng)安全三者之間的關(guān)系，本就是在多目標(biāo)平衡中選擇更優(yōu)的實(shí)施路徑。放眼全球，世界各國(guó)在零碳資源的就近開發(fā)與利用方面已經(jīng)走在了我國(guó)的前列。當(dāng)前，塑造“電從遠(yuǎn)方來(lái)、電從身邊來(lái)，西電東送、海電西送”的電源支撐格局，既是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的題之大義，也是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)路徑選擇中的應(yīng)有之義。
 
原標(biāo)題：當(dāng)傳統(tǒng)理論方法和技術(shù)不能解決系統(tǒng)面臨問(wèn)題時(shí)，需要對(duì)系統(tǒng)特性進(jìn)行再認(rèn)識(shí)