导致地球温室效应的气体主要有二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、含氢氟氯的碳化合物、六氟化硫等，近30年二氧化碳的温室气体贡献率占比80%以上。多项研究表明，无论从机理还是特征上看，地球升温主要由二氧化碳导致。
我国正处于经济高速发展期，二氧化碳排放自然会很高。作为负责任的大国，我国主动提出“碳中和”目标，但由于我国碳排放强度是国际平均水平的1.3倍，而且经济发展与碳排放没有脱钩，对于当前的经济总量、产业结构和能源结构来说，供能与用能结构的全面调整将面临巨大挑战。
多源互补推进能源供给侧革命
我国西北地区的内蒙古、新疆、甘肃、青海和宁夏，风光可开发量达到397万亿千瓦时/年，相当于4700个三峡水电站，只要开发1/60就能满足当前全国的电力需求。
目前，青海发电装机4030万千瓦，其中，清洁能源发电装机3638万千瓦，占比超90%，新能源发电装机2445万千瓦，占比超60%，2020年全省清洁能源发电量847亿千瓦时，新能源发电量249亿千瓦时，相当于替代原煤3811万吨，减排二氧化碳6268万吨；新疆风电装机2009万千瓦，光伏装机1027万千瓦；宁夏风电装机1116万千瓦，光伏装机918万千瓦，并建设了全球最大的光伏发电电解水制氢项目；内蒙古风能可开发潜力达1.5亿千瓦，占中国陆地50%，风电装机1849万千瓦。
西北地区用电负荷不高，火电、光伏发电、风电可以打捆向华北和华中电网外送，减少煤电出力从而降低二氧化碳排放。如云南、四川的水电装机比重近70%，水电丰枯期出力与负荷需求特性不匹配，造成弃水，而广东、贵州以火电为主，区域之间可通过水电、火电互补运行，既减少弃水又节约煤炭资源，同时降低二氧化碳排放。
我国需要依托特高压大电网对可再生能源进行基地化、规模化开发，如西南地区金沙江、雅砻江等流域建成了4个水电基地，三北地区及甘肃、新疆、宁夏等建成8个千万千瓦级风电基地，青海、新疆、内蒙古等建成8个千万千瓦级太阳能发电基地。
我国能源结构需要从煤电为主向光伏与风电为主转变，发展抽水蓄能、电化学储能，实现以光伏、风电优先消纳为主的“水电+风电+光伏+储能+核电+燃气发电”多源互补运行方式。
“冷热电气”推进能源消费侧革命
2019年，我国能源活动过程的碳排放为94亿吨，其中能源生产与转换过程的碳排放占比47%，能源消费过程的碳排放占比53%。能源消费过程中，工业碳排放占比30%，交通占比13%，建筑占比6%，其他占比4%。而工业领域中，钢铁碳排放占比17%，建材占比8%，化工占比6%。
针对钢铁、水泥、化工和有色等工业领域的碳减排，可通过再电气化（如电窑炉、电锅炉等）实现以电代煤；针对建筑楼宇、学校、医院和企业的食堂等，可以推广屋顶光伏、电源热泵、电采暖和电气化厨房等，实现以电代煤或以电代气；我国新能源汽车保有量突破500万辆，针对交通领域的碳减排，可以大力推广电动汽车、氢燃料车，实现以电代油或以氢代油。
对于产业园区、机场、火车站、校园、医院、综合楼宇等，以燃气分布式冷热电三联供为核心，互补整合光伏发电、小风电、地源热泵、污水源热泵、生物质能、工厂余热余压尾气等，继而将新能源发电转换成制冷、制热、制气并进行储能（蓄冷、储热、储气、储电），实现连续需求用户的用冷、用热、用电、用气、用氢等，就地利用分散新能源，减少碳排放。
新型电力系统催生能源技术侧革命
以新能源为主体的新型电力系统应以风电、太阳能发电等新能源为主体，以煤电、气电等化石能源为辅助，以辅助性电源支撑大规模波动性、间歇性风、光出力有效消纳的新型电力系统。
我国日用电高峰一般出现在上午9~11点和晚上7~10点，而风电主要出现在后半夜，光伏在晚高峰为零；季用电高峰出现在夏、冬，而风电主要集中在春、秋。国网区域风电出力日波动可达6300万千瓦，光伏出力日波动达到2亿千瓦；相邻两日间风电发电量相差可达9.46亿度，光伏发电量相差可达4.23亿度；东北出现连续92小时无风，华北58小时无风，西北120小时无风；华中、华东持续8天无光，湖南、江西持续超过10天无光。1月6~8日，南方出现寒潮，寒潮前全国风电出力达到1.1亿千瓦，寒潮后风电出力降低到0.6亿千瓦，但寒潮后增加制热电负荷5000万千瓦，正负相差1亿千瓦，相当于200台50万千瓦机组的停启。
上述数据表明，在火电全部退出的情形下，储能需要连续放电120小时或10天，充/放功率需要达到5000万千瓦。2030年，我国风电、光伏发电装机预计达到19亿千瓦，电动汽车保有量达到4000万辆。
发电、用电的高度双侧随机性，需要构建以新能源为主体的新型电力系统，融合信息化、智慧化、互动化信息通信技术，凭借互联互通能源网络平台，各类电力资源互动共享和互为备用，区域间、时段间的风光水火核、冷热电气氢等能源电力配置双向互动、智能高效，新能源发电主动平抑波动，电网与发电、用户友好协调，灵活柔性，精准调峰调频，提升主动支撑性能。
各类投资主体需要能源体制革命
我国煤电油气能源领域基本由国有企业垄断经营，随着冷热电气综合能源供应体的出现，以及“风光水火”电的打捆互补运行，原来的垄断状态正在被打破，一些优秀的低碳设备技术民营企业、股份制企业蓬勃发展。
例如，比亚迪的电动公交车出口美国、日本、英国和法国等国；远景能源的智能风机出口英国、墨西哥、阿根廷和法国等国；特变电工的光伏、风电出口智利、泰国、印度和巴基斯坦等国；金风科技的风机出口北美、欧洲和中东等地区；华为的智能光伏逆变器出口60多个国家和地区。
另外，用户用能的多样化（采暖业的热负荷、炼油业的电负荷、造纸业的蒸汽负荷、商场的冷负荷、工业锅炉的燃气负荷）基本归结为电、热（热水、蒸汽）、冷、气（燃气）等需求，可以通过电采暖、电制冷、电转气、储能（蓄热蓄冷储气储电）、电动汽车、客户群需求响应，与风电、光伏发电、小水电、地源热、秸秆发电、燃气冷热电三联供互补来实现能源梯级利用。
多能互补运行不仅需要“风光水火”电源的多补、“源荷储”（冷源、热源、电源、气源，冷负荷、热负荷、电负荷、气负荷，储冷、储热、储电、储气）的多补，还需要“冷热电气”的互补。因而迫切需要能源体制革命，打破各主体之间的“行业分割”“地域分块”，以及技术、市场和体制等壁垒，跨界融合冷热电气供应与需求，推动能效提升和新能源消纳。
来源：中国科学报 作者：谭忠富 系华北电力大学经济与管理学院教授
