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关键：电力部门实现能源转型是中国碳中和的首要发力点

在确定了“减排为主”的大方针后，中国需要确定发力点。根据IEA和CEADs的数据，2020年，燃料燃烧和工业过程（也被称为“能源体系”）的二氧化碳排放量超过11吉吨，占中国温室气体排放总量的90％，远高于世界其他地区的60％比例。其中，发电部门排放的二氧化碳又占整个中国能源体系二氧化碳排放总量的48％（工业、交通运输、建筑部门次之，分别占比36％、8％、5％）。

电力部门在现有基础设施的排放总量中占有很大比重，原因是我国的发电设施以燃煤电厂为主。燃煤电厂提供发电总量的60％以上，其排放量占电力部门现有电厂到2060年潜在累积排放总量的95％以上。因此，电力行业的改造，也就是中国从以煤炭为主的电力系统转向可再生能源为主的电力系统，是实现碳中和的关键。事实上，对所有已经实现重大减排的国家而言，电力部门的转型无一例外都是主要的驱动力量之一。例如，英国和美国从煤炭转向天然气和可再生能源，德国从煤炭转向可再生能源，法国从煤炭和石油转向核能。

IEA根据中国在2020年的承诺目标情景测算，基于可再生能源的发电（主要是风能和太阳能光伏发电），在2020年至2060年间将增加6倍，届时将占发电总量的约80％。2060年的发电结构中，仅太阳能光伏发电的比重就将接近45％。相比之下，煤电的份额将下降到5％左右，届时这些燃煤电厂几乎都将配备碳捕捉设施，用于提供灵活服务，而不是作为基荷电厂运行。不过为保障经济和居民生活平稳地运行，短期内中国不能激进地清退火电。在碳中和前期，提高化石能源使用效率会成为包括电力、石化等行业的重要发展方向（比如发展陶瓷膜分离技术，还有催化燃烧技术等）。

但是对任何一国而言，不可能只在一个方向上持续突破来实现本国净零排放所需的减排量。中国也不例外。根据IEA的测算，中国从2020到2030年的清洁能源转型可以建立在多项可用技术和有效政策的基础上，承诺目标情景中初期最大的减排量将来自能效的提高，特别是在工业过程、空间采暖制冷以及道路车辆方面。承诺目标情景下，仅能效一项就将贡献2030年二氧化碳减排量的四分之一左右，可再生电力（主要是风能和太阳能光伏）将贡献2030年减排总量的三分之一。到2060年，可再生能源的贡献份额将上升到近40％，能效的贡献比重将会下降至12％左右。

在明确了中国的碳中和集中发力点在使用清洁能源后，我们需要对各类型清洁能源的发展现状有清晰的了解，并洞察未来技术演进和突破的方向。接下来我们将先介绍直接清洁能源，包括风电、光伏、核能、水能等，然后将介绍间接清洁能源——氢能。细分

细分领域现状及趋势

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风能：海陆并举，解决东西部风能资源与用电需求不匹配的问题

1．  陆上风电与海上风电

中国的陆上风能资源的分布极其不均匀。我国风能集中分布在华北、东北和西北地区，主要是在内蒙古、宁夏、陕西、甘肃、新疆、黑龙江和吉林等省份。这些地方地广人稀，电力消费市场不大。而经济发达地区的风能资源很匮乏，比如用电量占到全国70％以上的东部地区和南方地区，风能密度只有内蒙古地区的不到三分之一。而且在这些地方，适合发展风电的特殊地形（比如山地）现在已经基本上被完全使用。

2021年2月，国家林业和草原局颁布了《关于规范风电厂项目建设用地的通知》，明确提出禁止风电项目使用重点林区林地。因此，陆上集中式风电项目的开发难度越来越大。解决东西部风能资源与用电需求不匹配的问题有两种思路：一是依靠后文介绍的特高压输电技术，实现“西电东送”，另一种是发展海上风电技术。

截至2021年6月底，我国海上风电的装机容量超过11GW，超过英国成为全球第一。海上风电有三个优势：储量大、效率高，就近便利。

• 储量大：根据全国900多个气象站的测算，我国近海区域可开发的风能储量大概有7．5亿kW，是陆地风能资源的近3倍。如果这部分资源能得到充分利用，风电是有可能成为主力的；

• 效率高：由于没有山脉阻挡，海上风机每年运行的有效时间高达4000小时以上，效率比陆上风机高出20％～40％。而且海上风电场远离陆地，不占用土地，也不必担心噪音、电磁波等对居民的影响，大规模开发的副作用就小；

• 就近便利：东南沿海的浙江、福建、广东正好是用电大省。过去它们长期需要外省的电力输入，现在直接就近建设海上风电，既解决了用电问题，又缓解了电网压力。

目前广东、江苏、浙江等沿海省份在出台的能源“十四五”规划中，都把海上风电作为未来的重点发展方向。如果未来风电要成为新能源发电的主力，发展海上风电的局势势不可挡。

2． 降低风电成本的机会尽管风电是充满潜力的新能源，风电的发展因为一些技术原因，无法进一步降低成本、推广应用。归纳起来，我们认为如下四个方面存在着大量值得探索新的机会（其中前后两者主要针对海上风电）：

a． 研发高度更高、叶片直径更大的风机

一方面，“更高更大”的风机能够更好地捕捉到高空中的风力资源，从而提升发电效率。其次，风机造得越大，从成本角度考虑就越合适。根据国网能源研究院的数据，风电建设成本中，风机的原材料、零部件成本是大头。而零部件的用量，不会因为风机容量的增大而线性增大，因此风机造大就可以摊薄制造成本。

  b． 提高安装和发电效率、降低运维成本

利用AI和大数据技术，企业可以在设备安装前得到风机的最优化配置方案。在设备运行期间，如果能准确预测风能的变化，从而调整风机的参数，则可以进一步提升风机的运行效率。数字化系统还可以帮助企业进行故障预警，从而减少日常维护的频率，降低运维成本。

  c． 发展大型漂浮式电站

在海上建设风电设施还需要进行水文观测，并需要预防海底地震。一个可能的解决方案是发展漂浮式电站，即将风机建在一个漂浮平台上。由于平台不是固定的，所以就不用考虑装机施工时，海床的地质条件，还有水文条件了。风机直接在岸上组装，装好了再拖到海上去，这也降低了安装成本。

  d． 创新相关材料制造工艺，改进输电技术

由于海上环境恶劣，配套供海上风电设置使用的海缆，在制作、运输安装、后期维护成本都很高。一些企业已经开始研发使用光电复合电缆，来降低相关的成本。