解百臣：储能与特高压驱动“双碳”目标实现的创新路径

2024年7月12日，由南方周末联合西北工业大学管理学院主办，西北工业大学新时代企业高质量发展研究中心、南方周末中国企业社会责任研究中心承办的第三届中国企业责任与高质量发展论坛在西安举办。本届论坛以“科技引领 碳寻未来”为主题，与相关领域学者、机构代表、企业高管共话“双碳”战略下的企业高质量发展之道。

在当天论坛上，天津大学管理与经济学部教授、博士生导师，国家社科重大项目首席专家解百臣以《储能与特高压驱动“双碳”目标实现的创新路径研究》为主题发表演讲。以下为演讲实录：

解百臣（天津大学管理与经济学部教授、博士生导师，国家社科重大项目首席专家）

在正式演讲之前，大家考虑一个问题，我国能源领域有哪些重大工程？我们首先想到的是西电东送、西气东输，这些工程影响了能源领域创新的方方面面。那么我们国家在实现“双碳”目标的过程中，主要驱动力是什么？我们肯定可以想到的必然有技术创新。无论是西气东输还是西电东送，这些工程中技术创新所起的作用，对“双碳”目标实现会有怎样的帮助？西气东输主要针对传统的油气资源。西电东送则直面我国“双碳”目标的核心——提高清洁能源占比，或者说提高风电、光伏等可再生能源的比例。

我今天讨论的内容更多从西电东送的角度进行，在此过程中，特高压线路建设作用很大。清洁能源比例提高之后，跨区域的电力输送又会面临哪些挑战，要从哪些方面进行突破？我们是否可以从已突破技术中探寻到可以借鉴的方案？基于这样的思路，我从西电东送案例引入，结合“双碳”目标，分析未来有望引领世界能源领域转型的技术难题，国家正在布局的储能技术的发展。

特高压技术的发展是我国目前在世界上领先，其他国家竞相学习，但不一定所有国家都适用的一种技术。西电东送主要建设了三个通道，核心目标是把西部地区能源、资源转化为电力，输送到电力需求旺盛的东部地区。建有“北、中、南三个通道”，北部通道包括新疆、内蒙古、陕西、宁夏等省区，向华北和华东地区输电；中部通道由四川、重庆、湖北等省市向华中和华东输电；南部通道则由云南、贵州、广西等省区向广东输电。截至2023年底，全国已建成四十余项西电东送输电工程，形成电力资源跨省跨区配置格局。

    仅仅在国家电网经营区，每年有4500多亿度电通过三万多公里的特高压线路，且这个数据一直处于更新和增长过程中。特高压线路建设过程中，面临越来越大的挑战，由于间歇性能源占比越来越高，其不确定性给电网调度带来越来越大的困难。如何突破这方面的制约就成为电网发展的重要掣肘，从今年电力装机数据上看，装机结构正在发生重大变化。发电能力上升，但电网消纳能力并未同步提高。这种情况下，如何提高可再生能源发电量占比成为一个需要迫切解决的问题。2023年之前其发电量占比一直是稳定增长或者基本平缓的态势，2022年我们非火电占比30.6%，但2023年非但没有上升，反而下降了0.2个百分点至30.4%。下降的原因很多，没办法解决电的存储问题是其中重要的因素之一，所以需要储能技术的发展，一是可持续发展的要求，二是“双碳”目标的要求。“双碳”目标每个国家提出的时间不一样，发达国家普遍是2050年或更早，发展中国家稍微靠后一些，我们承诺2060年，印度是2070年。

    “双碳”目标的提出是一个不断渐进的过程。近年来我们政策发布密度不断加强，所采用的技术手段和市场手段、市场工具也在不断丰富。在此过程中，我们越来越倾向于借助能源技术进步推动“双碳”目标实现。其中特高压和储能技术，都是重要的技术手段。

    储能技术是我国目前重点布局的领域，我国从2021年开始，依托重点高校在全国建设了第一批三个、第二批四个储能技术产教融合平台，它主要解决从实验室到市场转化的“最后一公里”问题，投入的资金庞大。首批三所高校，每一个投入4.5亿元。主要布局技术包括以下几种类型：物理储能、电化学储能、电磁储能、热储能和氢储能。

    现在储能市场的发展非常快，能看到企业数量在2021年到2023年增长了10倍。目前所分布的省份跟大家的主观感受可能也略有区别。原来抽水储能占到总储能市场95%，但新增装机目前已经只占一半左右，电化学储能增长非常快。从国家发布的储能发展报告上可以看出，近年来增长速度达到80%。

    可以看出，我国已经把储能作为一个未来重要的技术突破口，并用于解决可再生能源的消纳问题。现在主要在什么地方布局呢？并不是发达地区，反而是在电力不稳定的西部地区建设比较多。储能技术未来要往哪里突破，国家要到哪里布局，这是我们重点探讨的问题。

要进一步开发储能技术、确定布局的方向，除了刚才说的储能产教融合平台，还要解决的是研发方向问题，目前重点是在电化学储能。锂电池储能技术已经比较成熟，从我参加天津大学几次储能中心的研讨来看，目前公认的是纳离子和半固态电池已经处于产业化的前夕，在市场上已经开展第二轮、第三轮融资。

如果要探讨以前我国在哪些技术领域出现比较大的突破，特高压可以给我们一些启示。特高压最初是中国的一个新生事物，最初国家特高压建设是把西部地区煤电运出来，所以线路主要分布在陕西、山西、内蒙古。2011年后大力发展清洁能源，此时重点输送的标的已经变成了清洁能源，例如青海建设了青豫特高压，重点传输水电和光伏。当前，又把它和储能基地的建设联系在一起。发展特高压的主要目标，就是从负荷与需求进行匹配的角度，跟我国能源结构转型进程紧密联系在一起，从特高压电量传输比例上也可以看到清洁能源占我国总发电量比例是不断提高的。

技术创新上，与特高压紧密相关的企业技术研发速度、投入资金、上市公司的产值也是在不断的增长的。世界上大部分国家并没有发展特高压，这既跟自己的资源禀赋有关，也跟国家的电力管理体制有关，美国、澳大利亚电网都分成了几个区域，德国和日本国家的面积，不需要发展特高压技术。

特高压到底给我们带来了多大的便利和影响？我们测算了一些数据，特高压线路在提高可再生能源渗透率、减少碳排放的方面，确实做出了比较大的贡献。但是目前，跨区域传输路线对碳排放的影响会随着碳排放上限的降低而逐步减弱，同时会受到电源结构的影响而减弱。建设与不建设特高压，我们做了不同的情景进行对比发现：区域间输电线路显著增加了电力市场的碳排放成本。电力市场和碳市场都是通过边际成本进行省域间测算的。我们课题组开发的中国高精度电力市场均衡模型把全国的发电厂都作为了节点纳入模型，考虑输电线路由技术参数导致的传输容量限制，比如800千伏直流和1000千伏的交流线路，我们算出来传输容量上限之后，还考虑多条线路的叠加和交会计算出传输容量限制，最后建立了一个含有五千多个变量，一万多个约束的规划模型。分析是否建设特高压所产生的影响，结果发现电价为谷价的时候影响更大、总体上并不利于清洁能源的传输比例的提高。

第二个结论，区域间输电线路对于清洁电力的消纳、减少碳排放影响有限，已经建好的线路并没有按照特高压线路的第二期规划，把清洁能源从西部输送到东部的既定目标进行。是否要施加进一步政策规制来提高清洁能源的传输比例就成了现在正在研究的课题。如果说将清洁能源管制的比例、在特高压线路上传输比例提高到45%，政策的效果会大大提高。

第三个结论，对于中国电力工业排放的分布效应，有没有改变清洁能源在区域之间的分布呢？我们把所有电厂按照装机容量大小分成了10组。从曲线分布上来看，类似于环境经济学中的库兹涅茨曲线，差距最大的是中间这一段，从第3组开始到第9组均匀分布与累计分布中间的差距较大，所反映的含义是什么呢？这些电厂按照装机容量给出来的碳排放和实际碳排放差距比较大，到了最后一组，差距变小。也就是说，政策规制之后，特大和小型电厂所受到的影响没有那么大，未来如何引导电力市场竞争，就成为我们重点考虑的问题。目标是让它更敏感，让分布更均匀。

除了考虑碳市场，我们还考虑了绿电市场对跨区域传输交易的影响。在考虑了绿色证书、绿色电力市场以及输电因素影响后，我们进一步丰富了电力市场均衡模型，既有区域均衡，又有全国均衡。在对电厂进行聚合后，对于绿电市场来说，能够显著促进绿电的消纳，但绿色证书市场因为给电力提供了更加灵活的交易方式，在促进绿电消纳上并没有发挥预计效用。这两个市场联合机制是当前市场下的最佳选择，目前我国市场上实行的正是这两个市场的联合机制。

    基于前面的分析，从特高压建设的视角，我们可以得出这样一些结论：跨区域电力交易中存在一定程度的省间壁垒。除北京、上海之外，大部分省份还有建更多电厂的动机，但电源结构类型不一样。地方政府对跨区域电力市场运行现象的行政干预时有发生，但目前的电力市场监管政策对地方保护的约束力不足。比如我们经常听到迎峰度夏这样的词，是因为存在局部性的缺电行为，再加上风光的间歇性，影响会进一步扩大。二是绿色供应链发展较晚，其风电等清洁能源电力大规模输配运维体系尚未完善，从市场角度降低电力成本的话，现在并没有达到最优的程度。三是我国现有电网体系尚无法全面满足高比例可再生能源接入要求，一方面部分老旧电网设施无法承受高比例分布式电源接入，亟待升级改造；另一方面大规模分布式能源并网对电网稳定运行的负面影响也亟待解决。国内前几年的主流呼声电网越大越好，同时也会增加风险，假设一个电厂电压不稳定，发生供电中断事件对我们经济发展的影响会很大，因而也有不同声音，分布式发电呼声越来越高之后，如果能够解决储能问题，是不是还要大规模建设特高压，现在意见也并不一致。

基于前面的讨论也能够看到，无论从哪个角度，发展储能技术已经成为我国现在迫在眉睫的一件事。从特高压的建设上，如何得到一些可行的方案促进储能技术的发展呢？

首先，出发点都是电力供需平衡难度进一步增加。在储能和特高压技术路线的区别上，特高压更多是电从远方来，储能更多是属地化。储能跟特高压两者配合，现在要解决的是：除了可再生能源消纳之外，还要考虑负载功率平衡问题、供求曲线平滑问题以及峰谷负荷调度问题，进而实现资源有效利用。这个过程中还会面临一些新问题和新挑战，比如需求的空间分布不会有太大变化，会进一步向城市聚集。东部建设分布式有一些有利条件，在工业园区、在农村区域未来到底有多大的政策激励空间？还有需求的时间分布，调峰、虚拟电厂等政策跟储能发展也是息息相关的，这些议题也是我们正在做的工作。

正是由于这些问题的不断涌现，对电网智能化要求不断提高，复杂度也不断提高。基于复杂系统自动化程度提高，如何提高新型电力系统的控制能力，将是我们面临的主要难题。从监管的角度，要进行政策干预、技术攻关和创新。风电和光伏发电，我们国家现在已经很有竞争力，但并没有给我们国家带来足够的收益，甚至有时候还要面临大量的贸易争端。储能行业的发展必须走不同道路，在助力“双碳”目标实现的过程中，需要从完善机制、协同推进的角度提高可再生能源消纳比例，实现源输配储一体化发展，最终实现提高中国技术领先优势和国际贸易谈判话语权的目标。