1、 东北电力技术 年第 卷第 期“双碳”目标下东北地区新型电力系统发展研究胡 杰，那广宇，郭 旭，于 淼（中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，吉林 长春；国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳）摘要：随着“双碳”目标的提出，我国将加快构建适应新能源占比逐渐提高的新型电力系统，风电、光伏等新能源迎来新的大发展时期。东北地区风能、太阳能资源丰富，但整体开发水平偏低，未来开发潜力巨大，其不稳定的电源特点成为其大规模发展的掣肘。东北地区碳排放量仍处于波动性增长阶段，尚未实现碳达峰，而作为占比最高的电力行业，其碳排放量的优化调整成为东北地区实现碳达峰的关键。在电力系统新的发展形势下，针对东北地区新能源
2、发展面临的困难和问题，提出研究柔性特高压直流外送通道建设，促进以氢能为代表的新型储能系统建立，改善“双高”系统频率响应等相关建议，满足东北地区风光等新能源高质量发展的要求，促进新型电力系统科学构建。关键词：“双碳”目标；碳达峰；新型电力系统；“双高”系统中图分类号 文献标志码 文章编号（）“”，（，；，）：“”，“”，：“”；“”根据联合国政府间气候变化专门委员会的定义，碳达峰指二氧化碳排放量达到历史最高值，经历平台期后持续下降的过程，是二氧化碳排放量由增转降的历史拐点。碳中和是指在一定时间内产生的温室气体排放总量，通过节能减排、植树造林、碳捕集等形式抵消，从而实现二氧化碳“零排放”的效果。年
3、 月，在第 届联合国大会上，中国明确提出“将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，力争 年前二氧化碳排放量达到峰值，努力争取 年实现碳中和，即、双碳目标”。根据 年，全国 个省份各行业碳排放量统计数据分析，电力行业碳排放量占比最大。受全国富煤、贫油、少气的资源情况影响，发电也主要以煤电为主。因此，为尽早实现“双碳”目标，加快构建适应新能源占比逐渐提高的新型电力系统，以电力行业碳排放量尽快达峰从而带动全 年第 卷第 期胡 杰，等：“双碳”目标下东北地区新型电力系统发展研究 行业全面碳达峰成为近期发展的重点。本文结合东北地区（仅考虑黑龙江、吉林和辽宁三省，下同）能源资源开发和利用情况，从
4、地区碳排放发展实际出发，研究地区能源特别是新能源发展面临的困难和新问题，从而提出“双碳”目标下东北地区新型电力系统发展的相关建议。东北地区能源的生产及消费情况.能源生产情况东北地区曾是我国主要的能源产区和能源输出地，但由于近百年的高强度开采和消耗，辽宁省和吉林省的煤炭和石油资源都处于枯竭状态；黑龙江省的煤炭也进入稳产阶段，大庆油田持续减产。年，东北地区能源生产总量约为 万 标煤，年年均增速约为.，三省年均增速均为负增长，低于同期全国能源生产总量年均增速。地区能源生产占比也由 年的.下降至 年的.。年东北地区能源生产总量如表 所示。表 年东北地区能源生产总量单位：万 标煤项别 年 年 年辽宁省吉
5、林省黑龙江省 东北地区 全国 年，东北地区原煤产量占比约为.，原油产量占比约为.，天然气产量占比约为.，一次电力及其他占比约为.。其中，原煤产量占比呈逐年递减状态，原油产量占比在大庆油田稳产后也呈下降趋势，天然气产量占比微幅提高，而随着地区新能源开发力度不断加大，一次电力及其他能源产量占比明显提高。煤炭产量的降低，一方面验证了东北地区煤炭资源几近枯竭，另一方面也加重了冬季供暖期地区用煤对外依附程度。年东北地区一次能源生产占比如表 所示。.能源消费情况“十二五”以来，随着东北地区经济增长放缓以及各类节能降耗措施的推进，地区能源需求基本保持稳定，近期全国占比维持不到 的水平。年，东北地区能源消费总
6、量约为 万 标煤，年年均增速约为，除辽宁省能源消费总量保持相对较快增长外，其他两省基本保持不变或处于负增长态势。年东北地区能源消费情况如表 所示。表 年东北地区一次能源生产占比单位：年份项别原煤比例原油比例天然气比例一次电力及其他比例全国.东北.全国.东北.全国.东北.全国.东北.表 年东北地区能源消费总量单位：万 标煤项别 年 年 年辽宁省 吉林省黑龙江省 东北地区 全国 从一次能源消费品种来看，东北地区原煤消费量呈波动性下降趋势，近期消费占比维持在 左右，高于全国平均消费占比；原油消费占比较为稳定，保持在 左右；天然气和一次电力及其他能源消费量占比稳中有升，但总体低于全国平均消费占比。年东
7、北地区一次能源消费占比如表 所示。.能源发展存在的主要问题表 年东北地区一次能源消费占比单位：年份项别原煤比例原油比例天然气比例一次电力及其他比例全国.东北.全国.东北.全国.东北.注：国家统计局官方网站缺少 年东北地区三省分类能源消费情况。东北电力技术 年第 卷第 期.一次常规能源资源匮乏，对外依存度不断加大。东北地区属于一次常规能源匮乏地区，地区能源总量对外依存度逐年上升。年，东北地区能源消费总量对外依存度已达.。其中，煤炭对外依存度维持在 左右，石油对外依存度已超过，随着国内外能源供应日趋紧张，地区能源安全问题更为突出，对常规能源代替特别是对新能源的发展需求更加强烈。.能源消费仍以煤炭为
8、主，消费结构有待进一步优化。东北地区能源消费以煤炭为主，煤炭占一次能源消费总量的比例保持在 以上。近年来，东北地区能源消费中一次电力及其他能源消费总量快速增长，使地区煤炭消费占比有明显下降，但仍高于全国平均水平。由于水能资源匮乏，尽管近年来东北地区以风电和光伏为代表的新能源实现了高速增长，但清洁能源消费占比仍明显低于全国平均水平。持续改善能源消费方式，优化调整能源结构，发展清洁高效能源，仍是东北地区能源发展需重点关注的问题。.能源利用效率低，节能降耗任务艰巨。受历史因素影响，东北地区作为传统的重工业基地，经济发展普遍为粗放型增长方式，高耗能产业占比较大，能源消费结构不合理，能源利用效率整体偏低
9、。年，东北地区万元 能耗约为.标煤，明显高于全国平均水平（.标煤），黑龙江、吉林、辽宁三省能源利用效率与国内经济发达地区相比差距均较为明显，地区节能降耗任务仍显艰巨。东北地区经济发展及碳排放量分析.经济发展情况 年，东北地区 总量为 .亿元，同比增长.，低于全国 增速.个百分点。其中，辽宁省 总量为 亿元，同比增长.；吉林省 总量为 .亿元，同比增长.；黑龙江省 总量为 .亿元，同比增长。年，东北地区 年均增速约为.。其中，“十二五”初期，地区 年增速略高于全国 年增速，随着地区产业结构调整及外在经济大环境影响，年以来，地区 增速均低于全国 年增速，且地区经济总量占全国比例逐年下降，年地区经济
10、占比约为。年东北地区 增长及全国占比图 年东北地区 增速及全国占比变化如图 所示。.碳排放量情况 年东北地区碳排放量为.，同比增长.。其中，辽宁省、吉林省和黑龙江省碳排放量分别为.、.和.，占地区比例分别为、和。年，东北地区碳排放量年均增速约为.，略低于全国 个省平均增速.（不含西藏地区，下同）。其中，“十二五”初期，地区碳排放量年增速较快，在经历 年 年平稳期后，年和 年地区碳排放量均为负增长，年后地区碳排放量呈波动性上涨趋势。与全国 个省合计碳排放量情况对比，东北地区的波动更为明显，年在全国 个省合计碳排放量增速趋缓时，东北地区则出现较为明显的加速，需要引起对地区产业用能及减排的高度重视。
11、年东北地区及全国 个省碳排放量增速变化情况如图 所示。图 年东北地区及全国 个省碳排放量增速变化 年东北地区电力行业碳排放量为.，同比增长.，约占地区碳排放量的.。年，东北地区电力行业碳排放量占比逐年提高，对地区碳排放总量的影响愈趋明显。电力行业因用煤产生的碳排放量约占行业碳排放量的 以上，在“双碳”目标下，地区电力结构的优化调整尤显重要。年东北 年第 卷第 期胡 杰，等：“双碳”目标下东北地区新型电力系统发展研究 表 年东北地区碳排放量单位：项别 年 年 年 年碳排放量.电力行业碳排放量.电力行业用煤产生碳排放量.地区碳排放量如表 所示。.发电量与碳排放量分析 年，东北地区发电量为.亿，同比
12、增长.。化石能源发电量为 亿，水电发电量为.亿，核电发电量为.亿，非水可再生能源发电量为.亿。年东北地区发电量年均增速.，低于全国平均水平.，如表 所示。表 年东北地区及全国发电量单位：亿 项别 年 年 年 年全国 东北地区.参考 脱钩理论及 脱钩模型，本文设定碳排放弹性系数为碳排放量增速与经济增长增速的比值，设定电力行业碳排放量弹性系数为电力碳排放量增速与电力发电量增速的比值，通过碳排放弹性系数来研究东北地区碳排放量特别是电力行业碳排放量发展总体情况。其中，当碳排放量增速与经济增速均为正值或电力行业碳排放量增速与发电量增速均为正值，且碳排放量增速或电力行业碳排放量增速更小时，定义为弱脱钩。通
13、常低碳经济发展越好，碳排放强度越低；电力行业碳排放量与发电量脱钩性越强，电力行业低碳减排效果越显著。经计算，年，东北地区碳排放弹性系数由 年的.波动性调整至 年的.，而电力行业碳排放弹性系数由 年的.波动性调整至 年的.，个弹性系数变化趋势基本一致，但电力行业碳排放弹性系数变化更为强烈。与全国 个省平均水平对比，弹性系数变化保持大趋势的相对一致性，但地区变化更为明显，且在近期变化出现与全国 个省平均水平相反的情况，主要是受地区经济发展及电源结构调整影响。年东北地区及全国 个省碳排放弹性系数对比如图 所示。图 年东北地区及全国 个省碳排放弹性系数对比由图 可知，“十二五”期间主要呈弱脱钩性，“十
14、三五”以来，碳排放弹性系数波动性较大，总体呈负脱钩性，年碳排放量增速明显增快。由东北地区电力行业碳排放弹性系数变化情况可知，地区电力行业主要呈弱脱钩性，年电力行业碳排放量也明显增加。分析数据表明，东北地区碳排放总量特别是电力行业碳排放量仍波动性增长，地区碳排放弹性系数主要呈负脱钩性或弱脱钩性，近期有所反弹。根据“碳排放量达峰后 年内，地区碳排放量减少以上”的判断规则，东北地区碳排放仍未实现达峰。东北地区新能源发展及面临的问题.新能源发展情况东北地区具有丰富的风资源和光资源，并设有九大国家级清洁能源基地之一的“松辽清洁能源基地”。据统计，地区风电可开发量约为 万，光伏潜在可开发量约为 万。年东北
15、地区风电装机容量为 万，占总装机容量的.，已成为地区第二大装机容量电源；地区光伏装机容量为 万，占总装机容量的.。年东北地区风电发电量为.亿，占总发电量的.；地区光伏发电量为.亿，占总发电量的.。随着吉林省及黑龙江省风电投资预警由红（橙）调整为绿色后，东北地区风电发展明显提速；而“十三五”期间，东北地区光伏始终处于爆发性发展状态，装机规模显著增长。但与地区潜在可开发资源情况相比，东北地区新能源开发程度仍明显不足，年地区风电开发程度仅达到.，光伏开发程度仅达到.。东北电力技术 年第 卷第 期.新能源发展面临的新问题.新型电力系统中新能源定位调整。东北地区风、光资源较为丰富，风电、光伏已成为地区第
16、二、三大装机容量电源，但风、光发电量合计仅占地区发电量的.，新能源已开发比例不足，新能源利用程度明显偏低。通过对地区碳排放总量分析，电力行业减排对地区总体减排具有重要意义。在新型电力系统加快构建的大背景下，三省新能源发展将明显加速，新能源定位也将由补充电源转变为电力电量主体电源，其在电力系统中责任主体的作用将更加突出。.新能源发展与负荷需求、调峰资源空间分布差异性。目前，东北地区的调峰资源主要为火电，调峰资源较单一，且在考虑到现有机组灵活性改造全部实施后，仍不能满足“十四五”期间地区新能源发展需要。“十四五”期间，东北地区共规划 座抽蓄电站开工建设，除兴城抽蓄外，均位于东部地区，而地区风、光资源则主要集中在西部地区，如黑龙江的大庆、齐齐哈尔；吉林的白城、松原；辽宁的阜新、朝阳等。规划的抽蓄资源与地区丰富的风、光资源存在空间分布差异，且东北地区的负荷中心主要集中在哈长沈大沿线，负荷与电源、风光与抽蓄空间分布的巨大差异，均对新能源的高质量、可持续发展造成影响。东北地区电力系统为典型送端系统，在新能源大规模开发后，其电力送出与消纳矛盾将更为突出。.电力供应保障面临新挑战。随着新能源快速发展，