趙國濤，錢國明，王盛，丁泉，朱海東

（國電南京自動(dòng)化股份有限公司，南京 210032）

0 引言

2020 年9 月，我國政府向世界承諾，力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和，即“雙碳”目標(biāo)?！半p碳”目標(biāo)的提出彰顯了中國積極應(yīng)對氣候變化、走綠色低碳發(fā)展道路的堅(jiān)定決心，對未來我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局和生活消費(fèi)方式等方面都將產(chǎn)生深刻的影響［1］。尤其在能源電力領(lǐng)域，該目標(biāo)的提出將會(huì)在多個(gè)維度帶來系統(tǒng)性的變革。

2021年2月，國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系的指導(dǎo)意見》。該指導(dǎo)意見指出，“雙碳”目標(biāo)必須依靠科技創(chuàng)新和政策創(chuàng)新，通過構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系和綠色經(jīng)濟(jì)體系來實(shí)現(xiàn)，這為能源電力行業(yè)的綠色低碳發(fā)展指明了方向。

近年來，國內(nèi)諸多能源企業(yè)響應(yīng)國家“雙碳”目標(biāo)的戰(zhàn)略部署，采取了各種積極的行動(dòng)，例如2021年3 月，國家電網(wǎng)發(fā)布碳達(dá)峰、碳中和行動(dòng)方案，全力推進(jìn)能源供給清潔化、終端能源消費(fèi)電氣化、清潔能源利用高效化。這些行動(dòng)反映出各企業(yè)在新時(shí)代背景下，為實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展、促進(jìn)轉(zhuǎn)型升級所做的初步思考與探索。

現(xiàn)有關(guān)于電力企業(yè)應(yīng)對低碳轉(zhuǎn)型問題的報(bào)道大致可分為以下幾個(gè)角度。（1）轉(zhuǎn)型管理研究。能源管理是目前低碳轉(zhuǎn)型方向的研究熱點(diǎn)［2］，主要是考慮如何將低碳轉(zhuǎn)型理念嵌入到環(huán)境管理的新思路中［3］。（2）轉(zhuǎn)型技術(shù)研究。目前的研究大多集中于策略設(shè)計(jì)方面，如采用政策手段與決策模型討論減排率與成本之間的關(guān)系等［4］。（3）轉(zhuǎn)型驅(qū)動(dòng)力分析。主要是討論驅(qū)動(dòng)力產(chǎn)生的來源和機(jī)制，在經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)責(zé)任之間進(jìn)行比較和權(quán)衡［5］。（4）轉(zhuǎn)型路徑探討。一般而言，能源電力的綠色低碳轉(zhuǎn)型路徑主要集中在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟(jì)性評價(jià)2 個(gè)方向［6?7］，尤其是轉(zhuǎn)型的成本［8］及約束性問題［9］?？傮w來看，這些報(bào)道在研究主題與研究策略上與“雙碳”目標(biāo)的要求基本符合，但是對于不同行業(yè)的細(xì)分性研究，尤其是針對火電企業(yè)在新形勢下面臨的困難和對策分析方面的文獻(xiàn)尚不多見。

本文通過對“雙碳”目標(biāo)概念的解讀，討論該目標(biāo)提出給我國能源電力行業(yè)帶來的深刻影響，分析火電企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營領(lǐng)域存在的主要痛點(diǎn)問題，提出與綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展相關(guān)的應(yīng)對策略與思路，為企業(yè)未來的快速發(fā)展梳理思路和提出建議。

1 “雙碳”目標(biāo)的解讀

對于“雙碳”目標(biāo)，截至目前國內(nèi)外都沒有一個(gè)嚴(yán)格、準(zhǔn)確的定義［10］。一般認(rèn)為：某個(gè)區(qū)域或組織的年度二氧化碳排放統(tǒng)計(jì)量若在某段時(shí)間達(dá)到峰值后，維持一定范圍內(nèi)的波動(dòng)，進(jìn)而進(jìn)入平穩(wěn)下降階段的演變過程，即可被稱作碳達(dá)峰；若該統(tǒng)計(jì)量因采用去除技術(shù)而達(dá)到碳排放和碳匯增減平衡，此平衡狀態(tài)可稱為碳中和。

從減排角度看，碳中和的實(shí)現(xiàn)難度要遠(yuǎn)超碳達(dá)峰。碳中和概念可被視為深層次的低碳目標(biāo)驅(qū)動(dòng)，主要包括碳減排和負(fù)碳技術(shù)2 個(gè)層面的內(nèi)容，其內(nèi)涵解讀如圖1所示。

圖1 碳中和概念的解讀Fig.1 Interpretation of the concept of carbon neutrality

1.1 碳減排

對于碳減排工作的內(nèi)涵，可以從國家戰(zhàn)略、政策法規(guī)、技術(shù)進(jìn)步、市場機(jī)制、民眾參與和國際合作等6個(gè)角度進(jìn)行解讀。

（1）從角色定位看，碳中和作為國家級發(fā)展戰(zhàn)略，是涉及能源安全和能源革命的重要主題。碳排放的管控過程必然涉及企業(yè)、政府、公眾及市場主體等多方的責(zé)任與利益，而要化解各種矛盾都離不開健全的法律體系和社會(huì)監(jiān)督。因此，有效解決有關(guān)碳排放管控的頂層設(shè)計(jì)問題，彰顯此項(xiàng)工作的權(quán)威性與強(qiáng)制性，是現(xiàn)階段亟待落實(shí)的舉措。

（2）碳排放管控工作還需要解決規(guī)范性問題。面對國家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，各行業(yè)都在采取行動(dòng)積極應(yīng)對，但尚缺乏統(tǒng)一的指導(dǎo)性法規(guī)和文件。地方性法規(guī)、指導(dǎo)性文件、激勵(lì)性政策、相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范等都尚待完善和細(xì)分。只有將各種指導(dǎo)性規(guī)定納入到統(tǒng)一的系統(tǒng)性管理框架中，才能有效降低全社會(huì)的碳排放強(qiáng)度。

（3）碳排放的源頭管控工作，離不開科技水平的不斷進(jìn)步。從生產(chǎn)的工藝優(yōu)化到技術(shù)管理，從節(jié)能技術(shù)和裝備的應(yīng)用到能效管理，從碳足跡的追蹤到重點(diǎn)排放源的治理，從新能源技術(shù)的發(fā)展到信息技術(shù)的融合等，都需要科技進(jìn)步提供支撐。

（4）從市場建設(shè)視角看，全面推進(jìn)碳排放的源頭管控工作，必須要依靠以價(jià)格機(jī)制為導(dǎo)向的市場手段，從根本上激發(fā)資本市場對該項(xiàng)工作的參與熱情，并由此帶動(dòng)相關(guān)技術(shù)研發(fā)和科技進(jìn)步。目前，相關(guān)的市場機(jī)制主要包括：碳交易、節(jié)能量交易、綠證交易、綠電交易、用能權(quán)交易、排污權(quán)交易等。

（5）從民眾參與視角看，碳減排工作主要涉及碳配額的分配與管理、減碳量的市場開發(fā)和碳普惠的需求激發(fā)等3個(gè)方面［11］。其中，與生活消費(fèi)、出行方式、資源利用等密切相關(guān)的碳普惠機(jī)制最能體現(xiàn)民眾參與的普惠性，也是民眾自發(fā)參與碳減排活動(dòng)的一種形式。

（6）從《京都議定書》到《巴黎協(xié)定》，碳減排工作始終離不開包括標(biāo)準(zhǔn)修訂、技術(shù)交流、市場準(zhǔn)入、資金支持、運(yùn)行機(jī)制等方面的國際交流與合作。

1.2 負(fù)碳技術(shù)

負(fù)碳技術(shù)是采用物理、化學(xué)方法或管理手段，減少經(jīng)由人類活動(dòng)所產(chǎn)生二氧化碳的過程。負(fù)碳技術(shù)一般包括：二氧化碳捕獲、封存和轉(zhuǎn)化［12］，森林固碳和生態(tài)管理等。隨著各國碳中和目標(biāo)時(shí)間表的陸續(xù)確定，有關(guān)負(fù)碳技術(shù)的研究也漸成熱點(diǎn)，但目前多種負(fù)碳技術(shù)在應(yīng)用層面多受限于高能耗、高成本問題，成熟經(jīng)濟(jì)的工藝尚不多見。

對碳中和概念的多角度、概括性解讀，也是對未來此項(xiàng)工作開展的一種系統(tǒng)性思考。對于電力行業(yè)的二氧化碳控排而言，只有強(qiáng)化源頭控制與末端治理環(huán)節(jié)、遵循綠色發(fā)展的理念、不斷改進(jìn)過程管理，才能真正實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的要求。

2 “雙碳”目標(biāo)對于能源行業(yè)的影響

“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的提出將深刻影響我國社會(huì)的各個(gè)層面，尤其是高碳、高耗能產(chǎn)業(yè)?！半p碳”目標(biāo)對于能源行業(yè)的影響，可從能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源供給、能源消納、能源信息化、新興能源技術(shù)等5 個(gè)視角進(jìn)行分析，如圖2所示。

圖2 “雙碳”目標(biāo)對于能源行業(yè)的影響Fig.2 Impact of carbon peaking and carbon neutrality on energy industry

2.1 能源結(jié)構(gòu)調(diào)整

近年來，世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)正在發(fā)生深刻變化。根據(jù)英國石油公司（BP）發(fā)布的《世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒2020》：2019 年全球一次能源的占比下降到2003 年以來的最低水平（27%），可再生能源和天然氣推動(dòng)了能源消費(fèi)的增長，其中前者出現(xiàn)了年鑒統(tǒng)計(jì)史上最大年度增量（3.2 EJ）。同年，據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局核算，我國煤炭消費(fèi)占比約為57.7%?；鹆Πl(fā)電仍是我國碳排放的主要來源，未來能源結(jié)構(gòu)的重塑已經(jīng)勢在必行。

2.2 能源供給

根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的2019年年度數(shù)據(jù)，全國火力發(fā)電量為5 220.1 TW·h，占總發(fā)電量的69.57%，這樣的能源供給比例顯然不能滿足“雙碳”目標(biāo)的要求。隨著新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建與發(fā)展，可再生能源將迎來倍速發(fā)展。大規(guī)模新能源的并網(wǎng)發(fā)電問題變得日益突出，以煤電為主的電力系統(tǒng)面臨著不斷增大的靈活性改造壓力，這將為能源供給比例的調(diào)整帶來更大的挑戰(zhàn)。

2.3 能源消納

有效促進(jìn)新能源的消納，是“雙碳”目標(biāo)背景下構(gòu)建現(xiàn)代能源體系的重要步驟，也是新型電力系統(tǒng)建設(shè)的核心環(huán)節(jié)。

從消納政策看，以2019 年《關(guān)于建立健全可再生能源電力消納保障機(jī)制的通知》為標(biāo)志，通過設(shè)定可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重來規(guī)范和約束各市場關(guān)聯(lián)主體的落實(shí)、組織和消納的責(zé)任。

從消納技術(shù)看，通過發(fā)展特高壓技術(shù)應(yīng)用，滿足可再生能源的跨區(qū)外送需求，解決用電負(fù)荷和能源資源分布不均的問題；通過提高電網(wǎng)的智能化水平，解決電力電子化給電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來的寬頻振蕩、電能質(zhì)量和電力系統(tǒng)安全運(yùn)行問題等；通過火電的靈活性改造、光伏儲(chǔ)能電站建設(shè)、抽水蓄能電站建設(shè)等手段，解決高比例新能源接入電網(wǎng)導(dǎo)致的電力系統(tǒng)峰谷差增大、電網(wǎng)調(diào)峰能力不足等問題；基于虛擬電廠（VPP）技術(shù)，采用源?網(wǎng)?荷?儲(chǔ)一體化模式，實(shí)現(xiàn)分布式可再生能源的就地平衡與消納。

從消納市場看，核心任務(wù)是解決可再生能源供需關(guān)系不平衡的問題［13］，可選擇的手段包括：發(fā)電企業(yè)對市場價(jià)格信號波動(dòng)的主動(dòng)預(yù)測、對可再生能源發(fā)電質(zhì)量的主動(dòng)監(jiān)控、對分布式可再生能源發(fā)電量的集成式管理、對區(qū)域能源系統(tǒng)內(nèi)外多交易市場聯(lián)動(dòng)機(jī)制的構(gòu)建［14］、對可再生能源發(fā)電“就近消納”市場機(jī)制［15］以及商業(yè)模式的探索等。

2.4 能源信息化

能源行業(yè)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)離不開工業(yè)化與信息化的融合，離不開能源企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。能源信息化的內(nèi)容體現(xiàn)在發(fā)電側(cè)的信息安全防護(hù)、能效管理、碳足跡評價(jià)等；網(wǎng)側(cè)的系統(tǒng)安全控制、智能微電網(wǎng)及儲(chǔ)能設(shè)施配置、分布式能源接入、多能互補(bǔ)方案等；用戶側(cè)的智能電表應(yīng)用、負(fù)荷側(cè)信息采集、網(wǎng)?荷信息互動(dòng)、網(wǎng)側(cè)快速響應(yīng)與應(yīng)急管理以及通信服務(wù)等。能源信息化的實(shí)質(zhì)就是對能源的發(fā)、輸、配、送、用等環(huán)節(jié)的數(shù)字化技術(shù)賦能過程。數(shù)字化技術(shù)賦能應(yīng)著力于促進(jìn)可再生能源電力在能源終端消費(fèi)中比重的提高。

2.5 新興能源技術(shù)

“雙碳”目標(biāo)確立后，發(fā)展環(huán)境效益良好、具備可持續(xù)性的新型發(fā)電技術(shù)成為了一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。目前較受關(guān)注的技術(shù)包括：海洋能發(fā)電、生物質(zhì)能、太陽能光熱技術(shù)、地?zé)崮堋⑻烊粴馑衔锇l(fā)電等。氫能作為一種靈活的二次能源，可促使能源供應(yīng)端融合、提升能源使用效率。通過綠電參與電解水制氫的過程有望成為促進(jìn)可再生能源消納的重要技術(shù)手段。另外，新能源與儲(chǔ)能技術(shù)的融合應(yīng)用成為目前研究的熱點(diǎn)。電化學(xué)儲(chǔ)能是當(dāng)前應(yīng)用范圍最廣的電力儲(chǔ)能技術(shù)［16］，鋰離子電池技術(shù)、鈉離子電池技術(shù)的研發(fā)與示范項(xiàng)目不斷更新。而一些處于世界科技前沿的新興技術(shù)，如區(qū)塊鏈［17］、虛擬現(xiàn)實(shí)［18］、邊緣計(jì)算［19］、物聯(lián)網(wǎng)［20］等技術(shù)都有望在能源領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

“雙碳”目標(biāo)的確定為能源行業(yè)的發(fā)展帶來了深層次影響，這也是未來火電企業(yè)進(jìn)行綠色低碳轉(zhuǎn)型的行業(yè)背景與推進(jìn)基礎(chǔ)。

3 火電企業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型

“雙碳”目標(biāo)的確定，迫使火電企業(yè)加快走上綠色低碳轉(zhuǎn)型之路，相關(guān)的對策分析如圖3所示。

圖3 火電企業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型思路Fig.3 Concept of green and low-carbon transformation for thermal power enterprises

3.1 火電企業(yè)面臨的痛點(diǎn)問題

目前火電企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營中面臨的難點(diǎn)主要包括企業(yè)定位、可再生能源消納、節(jié)能、成本管控、企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型等5 個(gè)方面，這些問題都與“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)密切相關(guān)。

3.1.1 火電企業(yè)的定位

“雙碳”目標(biāo)的確定必將促進(jìn)風(fēng)光發(fā)電的快速發(fā)展，受成本和技術(shù)限制，現(xiàn)階段高比例風(fēng)光發(fā)電接入問題的主要解決途徑還是依靠大電網(wǎng)消納。由于電能出力的波動(dòng)性和間歇性，高比例風(fēng)光發(fā)電的引入必然會(huì)給大電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來沖擊［21］。在此場景下，影響大電網(wǎng)穩(wěn)定的因素主要來自系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和系統(tǒng)備用。這些問題的解決都離不開火電機(jī)組的調(diào)度、調(diào)控和管理手段，這就引申出關(guān)于火電企業(yè)在“雙碳”目標(biāo)背景下如何定位發(fā)展的問題。

3.1.2 可再生能源的消納

“雙碳”目標(biāo)背景下，火電企業(yè)集團(tuán)參與投資的可再生能源發(fā)電裝機(jī)量將會(huì)大幅度增長。但由于各地資源稟賦和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平存在差異，可再生能源的消納問題將會(huì)變得十分復(fù)雜。集中式和分布式風(fēng)光發(fā)電在消納的方式和思路上是存在差異的：前者更多的是依靠大電網(wǎng)消納和長距離傳輸；后者現(xiàn)階段以直接就地消納為主，未來將有賴于構(gòu)建消納的市場機(jī)制與商業(yè)模式。因此，針對不同的風(fēng)光發(fā)電模式，參與投資建設(shè)的火電企業(yè)須采取不同的應(yīng)對策略。

3.1.3 節(jié)能

理論上講，所有關(guān)于能耗的核算最終都能被計(jì)算或折算為減碳量。因此，企業(yè)的節(jié)能降耗不僅與能源成本控制相關(guān)，而且間接影響“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)?；痣娖髽I(yè)的節(jié)能控制點(diǎn)包括：汽輪機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行方式、機(jī)組配置與設(shè)備結(jié)構(gòu)、鍋爐系統(tǒng)設(shè)備燃燒率和防漏風(fēng)技術(shù)、環(huán)保系統(tǒng)的脫硫脫硝與除塵工段的節(jié)能技術(shù)、變頻改造技術(shù)和工質(zhì)管理技術(shù)以及廢熱利用技術(shù)等。在各種發(fā)電形式涌現(xiàn)與新興技術(shù)應(yīng)用的背景下，火電企業(yè)對節(jié)能降耗問題進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃與集控管理就變得十分重要。

3.1.4 成本管控

面對各類新能源快速發(fā)展的預(yù)期，火電企業(yè)的經(jīng)營壓力將進(jìn)一步增加，如何加強(qiáng)經(jīng)營成本的管控成為迫切和重要的課題。一般而言，常規(guī)的經(jīng)營成本主要包括燃料成本、生產(chǎn)費(fèi)用、財(cái)務(wù)費(fèi)用、折舊費(fèi)用、檢修費(fèi)用和其他費(fèi)用等［22］。隨著高比例可再生能源接入電網(wǎng)，參與調(diào)頻和備用輔助服務(wù)的燃煤/燃?xì)鈾C(jī)組所產(chǎn)生的備用機(jī)組的固定成本、調(diào)頻機(jī)組啟停費(fèi)用、企業(yè)擱淺成本等都會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化；隨著“雙碳”目標(biāo)的逐步推進(jìn)，火電控排企業(yè)在碳配額履約、節(jié)能服務(wù)、儲(chǔ)能及新能源投資、信息技術(shù)投入等方面也會(huì)產(chǎn)生新增成本，這都是火電企業(yè)需要盡早思考的問題。

3.1.5 數(shù)字化轉(zhuǎn)型

“雙碳”目標(biāo)背景下，分布式發(fā)電技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)、智能控制與自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)等都將在源?網(wǎng)?荷側(cè)得到深入的應(yīng)用與發(fā)展?；痣娖髽I(yè)將面臨從單純電力供給方轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉串a(chǎn)銷服務(wù)商的轉(zhuǎn)型，這意味著火電企業(yè)需要通過數(shù)字孿生等技術(shù)對電力裝備的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)維過程進(jìn)行優(yōu)化［23］，通過智能管理技術(shù)等對客戶服務(wù)的產(chǎn)品類型、服務(wù)模式等進(jìn)行管理，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

以上火電企業(yè)所面臨的痛點(diǎn)問題間也存在著相互關(guān)聯(lián)，并歸結(jié)于企業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型的目標(biāo)之下。

3.2 火電企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的對策

3.2.1 明確火電企業(yè)的發(fā)展定位

（1）確定火電機(jī)組在線的最優(yōu)比例。高比例可再生能源電力的并網(wǎng)，會(huì)直接造成系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下降，嚴(yán)重威脅系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。考慮到經(jīng)濟(jì)調(diào)度和系統(tǒng)安全，在滿足電力供應(yīng)的前提下，需要保證一定比例的火電機(jī)組在線托底。必須建立較為合理的識(shí)別方法來判斷擔(dān)當(dāng)調(diào)頻任務(wù)的（在線）機(jī)組究竟維持何種配置比例才能同時(shí)滿足電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。該方法的建立可能涉及燃?xì)鈾C(jī)組配置、風(fēng)光出力預(yù)測、電力設(shè)備利用效率等諸多因素，因此托底火電機(jī)組的最優(yōu)比例需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行具體分析。

（2）確定備用火電機(jī)組的最優(yōu)比例。高比例可再生能源電力的并網(wǎng)接入會(huì)造成系統(tǒng)內(nèi)總的發(fā)電能力不可控，甚至?xí)蝻L(fēng)光發(fā)電出力的大幅波動(dòng)而產(chǎn)生脫網(wǎng)現(xiàn)象。因此，需結(jié)合風(fēng)光發(fā)電出力特性和最大負(fù)荷情況，合理設(shè)置系統(tǒng)的備用容量，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)預(yù)留備用的最優(yōu)比例也是需要結(jié)合經(jīng)濟(jì)性、安全性而進(jìn)行科學(xué)的預(yù)判。

（3）繼續(xù)深入推進(jìn)火電機(jī)組的靈活性改造。目前，電網(wǎng)靈活性提升主要來自于單循環(huán)調(diào)峰氣電、抽水蓄能電站、熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組和常規(guī)煤電靈活性改造。高比例可再生能源電力的并網(wǎng)接入，要求電力系統(tǒng)須具備能提供實(shí)時(shí)響應(yīng)的技術(shù)和資源，火電（尤其是煤電）機(jī)組進(jìn)行靈活性改造需要滿足電力系統(tǒng)靈活性的基本要求，改造可能涉及機(jī)組設(shè)備本體、輔助設(shè)備和各類子系統(tǒng)，且一套機(jī)組可提供多套改造方案，每套方案之間的改造重點(diǎn)與投資成本也會(huì)存在差異。對于多數(shù)火電企業(yè)而言，進(jìn)行機(jī)組靈活性改造的關(guān)鍵點(diǎn)在于相應(yīng)投資成本及費(fèi)用的分?jǐn)?，這會(huì)影響其參與此項(xiàng)工作的積極性。

應(yīng)出臺(tái)更多有利于調(diào)峰補(bǔ)償?shù)恼撸晟齐娏o助服務(wù)補(bǔ)償制度，構(gòu)建以電力用戶側(cè)為主體的輔助服務(wù)市場；并在技術(shù)層面加強(qiáng)對電源靈活性改造的細(xì)節(jié)性研究，為進(jìn)一步促進(jìn)規(guī)?；稍偕茉聪{采取行動(dòng)。

（4）加強(qiáng)虛擬?仿真技術(shù)在調(diào)峰/調(diào)頻方向的應(yīng)用研究。目前用于電網(wǎng)調(diào)峰/調(diào)頻方向的虛擬技術(shù)，主要有虛擬同步機(jī)（VSG）和VPP。

VSG 通過在風(fēng)光發(fā)電并網(wǎng)逆變器內(nèi)的控制器中加入一種模擬同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行機(jī)制和外特性的控制算法，以自控方式調(diào)節(jié)風(fēng)光出力，以替代真實(shí)火電機(jī)組參與調(diào)頻，可增加系統(tǒng)的平衡能力和頻率穩(wěn)定能力［21］。目前，有關(guān)VSG 技術(shù)的研究主要集中在自適應(yīng)控制策略［24］、并網(wǎng)穩(wěn)定性［25］和微電網(wǎng)中的應(yīng)用［26］等3 個(gè)方面，VSG 與儲(chǔ)能的關(guān)聯(lián)研究也逐漸成熱點(diǎn)。VSG 技術(shù)可借助儲(chǔ)能模塊對機(jī)組輸出功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，并能模擬同步發(fā)電機(jī)的慣性參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻控制，快速平滑功率，消除可再生能源的間歇性與負(fù)荷的隨機(jī)性，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此，未來有必要加強(qiáng)對微電網(wǎng)、VSG 和儲(chǔ)能的協(xié)同技術(shù)研究，以拓展微電網(wǎng)的應(yīng)用空間，為促進(jìn)可再生能源在大電網(wǎng)的消納提供技術(shù)性支撐。

VPP通過分布式電力管理系統(tǒng)將電網(wǎng)中分散安裝的清潔電源、可控負(fù)荷和儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行聚合、優(yōu)化控制和管理，為電網(wǎng)提供調(diào)頻、調(diào)峰等輔助服務(wù)，是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的重要技術(shù)之一。目前，有關(guān)VPP參與電網(wǎng)調(diào)峰方面的研究大多來自于電力交易市場和電力輔助服務(wù)市場，關(guān)注點(diǎn)一般在運(yùn)營模式［27］、交易出清模型［28］、調(diào)峰策略［29］等方面。這些研究對交易過程的出力預(yù)測與模型優(yōu)化較為關(guān)注，但較少從電網(wǎng)層面針對VPP 參與調(diào)峰過程所引起的電壓、頻率、潮流變化等方面進(jìn)行討論。另外，有關(guān)VPP 技術(shù)在協(xié)調(diào)控制技術(shù)、智能計(jì)量技術(shù)和信息通信技術(shù)等方面的研究也尚待加強(qiáng)。

（5）加強(qiáng)儲(chǔ)能?火電聯(lián)合調(diào)頻/調(diào)峰的應(yīng)用研究。目前，我國的調(diào)頻電源主要為火電機(jī)組，其對自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）指令響應(yīng)滯后，不能滿足電網(wǎng)調(diào)度的要求，而通過儲(chǔ)能與火電機(jī)組聯(lián)合調(diào)頻就能在一定程度上解決這個(gè)問題。目前，此方向的研究多集中在調(diào)頻性能［30］、調(diào)頻效益［31］、調(diào)頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)［32］等方面，對于儲(chǔ)能單元接入后對于電廠自身用電波動(dòng)性的影響則關(guān)注較少。高比例可再生能源并網(wǎng)時(shí)，電化學(xué)儲(chǔ)能可降低可再生能源機(jī)組的波動(dòng)性、提高入網(wǎng)電能質(zhì)量、增強(qiáng)電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力和運(yùn)行的穩(wěn)定性［33］。而且作為快速響應(yīng)的電源，儲(chǔ)能設(shè)備還可以參與到電力輔助市場中提供系統(tǒng)備用容量。從嚴(yán)格意義上講，儲(chǔ)能?火電聯(lián)合調(diào)頻/調(diào)峰也是火電靈活性改造的一種手段。另外，獨(dú)立儲(chǔ)能電站參與輔助服務(wù)市場，提供調(diào)峰、調(diào)頻服務(wù)，也是促進(jìn)可再生能源消納的一種積極方式。

總之，在“雙碳”目標(biāo)背景下，未來的火電企業(yè)應(yīng)該將促進(jìn)高比例可再生能源的并網(wǎng)作為重點(diǎn)應(yīng)用場景，以輔助電網(wǎng)的調(diào)峰/調(diào)頻為主要角色定位。在此前提下，保留一定比例的托底機(jī)組，以應(yīng)對各種突發(fā)事件引起的電網(wǎng)運(yùn)行極端情況的出現(xiàn)。

3.2.2 可再生能源的消納

可再生能源的消納受政策層面影響較大，但從技術(shù)上而言（以風(fēng)光發(fā)電為例），存在2 種不同的應(yīng)對思路。

（1）集中式風(fēng)光發(fā)電。受資源稟賦、負(fù)荷特性等因素的制約，國內(nèi)集中式風(fēng)光發(fā)電的消納尚存在消納結(jié)構(gòu)不平衡、源?網(wǎng)發(fā)展不協(xié)調(diào)的情況，這就需要借助特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，通過長程傳送來提升能源的配置能力。實(shí)現(xiàn)風(fēng)光發(fā)電長程外送的關(guān)鍵在于區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)互聯(lián)、互通能力的大小，即負(fù)荷曲線和常規(guī)機(jī)組最小出力曲線之間的差值［34］。除增加外送負(fù)荷之外，火電企業(yè)應(yīng)提高靈活性電源的比例，提升機(jī)組調(diào)峰/調(diào)頻性能，做好日前/日內(nèi)精準(zhǔn)發(fā)電預(yù)測及負(fù)荷預(yù)測，通過電力交易市場促進(jìn)集中式風(fēng)光發(fā)電的消納。另外，新能源大規(guī)模接入擠占了常規(guī)機(jī)組開機(jī)空間，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)頻能力下降、無功支撐不足、電壓穩(wěn)定問題突出、越限風(fēng)險(xiǎn)增加等情況的出現(xiàn)，須借助數(shù)字技術(shù)和信息化技術(shù)，提高電力系統(tǒng)靈活性、加速構(gòu)建能夠適應(yīng)高比例可再生能源的智能電力系統(tǒng)。

（2）分布式風(fēng)光發(fā)電。分布式風(fēng)光發(fā)電的消納思路是以“就近消納”為主，目前較受關(guān)注的技術(shù)和手段有：直接就近消納、儲(chǔ)能+微電網(wǎng)、風(fēng)光發(fā)電+綠氫、能源區(qū)塊鏈、綜合能源服務(wù)等。

其中，儲(chǔ)能+微電網(wǎng)的消納模式兼顧了分布式電源的靈活性調(diào)控和儲(chǔ)能容量的充裕度，有助于實(shí)現(xiàn)對微電網(wǎng)的有效控制和能量管理［35］。但這種組合應(yīng)用的覆蓋面尚有待擴(kuò)展；同時(shí)，該技術(shù)組合還可參與輔助市場服務(wù)，有利于推動(dòng)可再生能源并網(wǎng)和保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行?，F(xiàn)階段，國內(nèi)風(fēng)光儲(chǔ)模式發(fā)展的瓶頸主要來自成本和安全問題。未來需要在鋰電池梯次利用、儲(chǔ)能輔助服務(wù)市場和收益/容量失配等方向加強(qiáng)技術(shù)研究。

氫能是綠色、高效的二次能源，其技術(shù)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)布局近年來備受關(guān)注。通過可再生能源電解水制氫（綠氫）的路線，可有效解決棄風(fēng)棄光的問題，同時(shí)可降低制氫成本，是未來實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要技術(shù)方向。在此路線中，制氫容量配置對技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的影響較大［36］；但由于風(fēng)電氫儲(chǔ)能系統(tǒng)可以自適應(yīng)風(fēng)電出力的隨機(jī)性與間歇性，負(fù)荷波動(dòng)情況對制氫系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響較?。?7］。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度看，當(dāng)前影響氫能規(guī)?；瘧?yīng)用的瓶頸主要集中于燃料電池技術(shù)研發(fā)、儲(chǔ)氫與運(yùn)氫過程的成本控制方面。未來在此方向的研究應(yīng)聚焦氫能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和安全性，深入挖掘氫能技術(shù)的市場潛力，以低成本產(chǎn)業(yè)發(fā)展推動(dòng)可再生能源的消納進(jìn)程。

區(qū)塊鏈技術(shù)可以提供公開、可靠的信任體系，實(shí)現(xiàn)對能源的精準(zhǔn)數(shù)字化管理。因其去中心化的特點(diǎn)與分布式能源的稟賦相契合，因此能源區(qū)塊鏈技術(shù)開始受到較多的關(guān)注?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)，各發(fā)電企業(yè)可以通過智能合約參與市場交易，大幅度降低了分布式風(fēng)光電力的交易成本，提升了交易效率；基于區(qū)塊鏈技術(shù)，以能源碳通證為減碳量核算載體，可為參與可再生能源消納的各市場主體提供激勵(lì)［38?39］?；痣娖髽I(yè)應(yīng)積極跟進(jìn)并提早布局能源區(qū)塊鏈技術(shù)方向的研究。

綜合能源業(yè)務(wù)以用戶為中心、以在用戶側(cè)實(shí)現(xiàn)信息化為最主要的落地方式，能夠降低企業(yè)的終端用電成本、提高能源利用效率［40］。綜合能源系統(tǒng)集成了各種不同特性的電源，在促進(jìn)分布式風(fēng)光發(fā)電消納方面所起的作用與風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)類似，有關(guān)此服務(wù)規(guī)?；?、落地技術(shù)的研究還須加強(qiáng)。

3.2.3 節(jié)能

節(jié)能降耗工作直接影響火電企業(yè)的利潤，也是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)。該項(xiàng)工作的改進(jìn)，可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。

（1）熱動(dòng)系統(tǒng)。考慮對該系統(tǒng)的運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化，提高能量轉(zhuǎn)化率，重視熱能品位和燃料化學(xué)能品位的關(guān)系，促使能量得到充分利用。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，考慮對熱動(dòng)機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化配置和節(jié)能改造，必要時(shí)可對設(shè)備進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)。要重視針對電機(jī)、水泵、鍋爐等設(shè)備的新興節(jié)能技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，如工業(yè)通用燃燒優(yōu)化控制技術(shù)（BCS）等。

（2）環(huán)保系統(tǒng)?；痣娖髽I(yè)環(huán)保系統(tǒng)的節(jié)能，主要涉及與脫硝、煤粉清潔、水煤漿潔凈等環(huán)節(jié)相關(guān)的燃燒技術(shù)。這些燃燒技術(shù)一般都重視設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且兼顧強(qiáng)化燃燒與污染控制雙重功效，未來針對此方向的技術(shù)研發(fā)應(yīng)該得到重視。

（3）熱電聯(lián)產(chǎn)與余熱回收。對于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一集中供熱和提高余熱回收率，可采取的措施包括：著力推廣蓄熱與保溫新型材料的應(yīng)用，加強(qiáng)對現(xiàn)有設(shè)施的節(jié)能改造、充分利用低品質(zhì)熱源以提升機(jī)組運(yùn)行效率；重視對節(jié)能熱力學(xué)的研究，深入剖析熱能損失與工藝過程的關(guān)聯(lián)，提高大型火電機(jī)組的綜合能量利用效率；協(xié)調(diào)短期供熱運(yùn)行和長期熱負(fù)荷水平之間的關(guān)系，充分考慮機(jī)組進(jìn)行靈活性改造前后成本及收益的變化，提高供熱企業(yè)的積極性；提高信息化技術(shù)對機(jī)組集控運(yùn)行的管控水平，推動(dòng)能效管理制度建設(shè)等。目前，煙氣、鍋爐排污水、蒸汽凝結(jié)水中的熱量回收技術(shù)尚未成熟，導(dǎo)致余熱回收效率不夠理想。

3.2.4 成本管控

（1）成本分析?；痣娖髽I(yè)的成本問題主要來自4 個(gè)方面（如圖3 所示）：常規(guī)經(jīng)營成本、參與輔助市場產(chǎn)生的成本、新的投資成本和政策性履約成本。

常規(guī)經(jīng)營成本與電力生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)相關(guān)，其中較大比例來自燃料成本。影響燃料成本主要因素包括燃料價(jià)格的波動(dòng)、入廠燃料的質(zhì)量和儲(chǔ)運(yùn)過程的損耗。解決燃料成本問題的對策是實(shí)施煤電一體化的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈上下游整合，形成管理功能良性互補(bǔ)和綜合效益最大化。另外，要發(fā)揮市場機(jī)制作用，形成合理的煤炭產(chǎn)權(quán)流轉(zhuǎn)制度，并借助信息化手段建立成本預(yù)算細(xì)化管理機(jī)制，從根本上實(shí)現(xiàn)對常規(guī)經(jīng)營成本的管控。

參與輔助市場產(chǎn)生的成本主要包括調(diào)峰和備用成本［41］。調(diào)峰成本與火電機(jī)組的煤耗成本、油耗成本、損耗成本、環(huán)境成本等都有關(guān)聯(lián)。在涉及深度調(diào)峰時(shí)，為平衡系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)而實(shí)時(shí)改變出力所付出的能量損耗及其他費(fèi)用會(huì)直接影響火電機(jī)組參與調(diào)峰的積極性。為削弱可再生能源接入電網(wǎng)產(chǎn)生的系統(tǒng)波動(dòng)，火電機(jī)組預(yù)留有旋轉(zhuǎn)備用容量，這也會(huì)產(chǎn)生輔助服務(wù)成本。

“雙碳”目標(biāo)背景下，火電企業(yè)需要提高可再生能源發(fā)電的裝機(jī)比例，需要在負(fù)碳技術(shù)、儲(chǔ)能、氫能等方面加大研發(fā)投資力度，而這些新能源和新技術(shù)的投資也存在一定風(fēng)險(xiǎn)性，且短時(shí)期未必能取得直接效益。因此，此類中長期投資所產(chǎn)生的成本，對于火電企業(yè)也是需要進(jìn)行評估和權(quán)衡的。

隨著“雙碳”目標(biāo)的逐步推進(jìn)和實(shí)施，相關(guān)的法律法規(guī)也會(huì)陸續(xù)出臺(tái)，作為高能耗控排對象的火電企業(yè)面臨的“碳約束”壓力會(huì)進(jìn)一步加大，由此產(chǎn)生的政策性履約成本也會(huì)增加。如果再疊加既有的環(huán)境約束、安全生產(chǎn)約束、社會(huì)責(zé)任約束成本，火電企業(yè)面臨的成本管控問題將進(jìn)一步復(fù)雜化。

（2）成本管理決策。針對成本構(gòu)成的復(fù)雜性，可考慮采用智能優(yōu)化算法，對火電企業(yè)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合評價(jià)尋優(yōu)，進(jìn)而為企業(yè)成本管理決策提供依據(jù)和支撐。首先，對上述4 類成本分別進(jìn)行再細(xì)化分析，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對細(xì)分后的各種成本進(jìn)行占比賦值，得到成本核算所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及組成；其次，分析、核算與各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相關(guān)的生產(chǎn)、經(jīng)營環(huán)節(jié)，并將對核算結(jié)果產(chǎn)生較大影響的成本作為決策變量。以全局智能優(yōu)化算法為基礎(chǔ)，以滿足“低碳”和“環(huán)保”要求為約束條件，以火電企業(yè)全生命周期成本最低為準(zhǔn)則（目標(biāo)變量），建立成本優(yōu)化模型，采用多種優(yōu)化算法（遺傳、粒子群、退火算法等）進(jìn)行目標(biāo)尋優(yōu)；最后，結(jié)合智能尋優(yōu)分析結(jié)果與火電企業(yè)運(yùn)行管控流程構(gòu)建成本管理系統(tǒng)，對與成本管控相關(guān)的生產(chǎn)經(jīng)營過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)化、系統(tǒng)化管理。以此為基礎(chǔ)，創(chuàng)新管理模式，提高管理效率，實(shí)現(xiàn)對企業(yè)成本管理決策水平的改進(jìn)與提高。

3.2.5 數(shù)字化轉(zhuǎn)型

為順應(yīng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的客觀需要、加快實(shí)體經(jīng)濟(jì)新舊動(dòng)能的接續(xù)轉(zhuǎn)換，火電企業(yè)應(yīng)積極融入到工業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮之中，相關(guān)的工作開展可從以下4個(gè)方面入手。

（1）推進(jìn)發(fā)電側(cè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。要加快構(gòu)筑網(wǎng)絡(luò)化的電力生產(chǎn)體系，將數(shù)字化、自動(dòng)化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化融合到智能發(fā)電的全過程，以實(shí)現(xiàn)安全、高效、清潔、低碳、靈活的生產(chǎn)目標(biāo)，例如，發(fā)電信息的監(jiān)測與反饋、發(fā)電側(cè)智能巡檢、優(yōu)化運(yùn)行方案的模擬與仿真、發(fā)電側(cè)成本管理決策、節(jié)能管控一體化等，都可經(jīng)由工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)；另外，要借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動(dòng)現(xiàn)代電力服務(wù)模式和電力安全保障模式的構(gòu)建，打造雙向迭代、互促共進(jìn)、開放共享、安全可靠的供電平臺(tái)生態(tài)體系。

（2）推進(jìn)發(fā)電側(cè)的數(shù)字化改造。要加快構(gòu)筑全生命周期的發(fā)電企業(yè)數(shù)據(jù)鏈接，推動(dòng)相關(guān)設(shè)備及生產(chǎn)線的自動(dòng)化、數(shù)字化改造，使發(fā)電廠的設(shè)計(jì)、過程控制、運(yùn)維保障、經(jīng)營決策、經(jīng)營管理等過程實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息化交換。在此基礎(chǔ)上，推動(dòng)有關(guān)應(yīng)用基礎(chǔ)信息、新技術(shù)仿真模擬、政策解讀、電網(wǎng)側(cè)信息收集與分析等數(shù)字化系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)。

（3）拓展融合發(fā)電側(cè)的創(chuàng)新應(yīng)用。要加快培育火電企業(yè)數(shù)字化的新業(yè)態(tài)、新模式，尤其是在智能發(fā)電的基礎(chǔ)上，建立用戶側(cè)的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制、服務(wù)化延伸等新模式，提高能源和資源的利用率，建立現(xiàn)代能源電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)安全、高效、綠色、低碳發(fā)電。

（4）實(shí)現(xiàn)軟硬件技術(shù)突破。火電企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，離不開核心工業(yè)軟件的開發(fā)。要大力發(fā)展“軟件定義”平臺(tái)，培育軟件定義生態(tài)，尤其是要加強(qiáng)核心軟件的自主化開發(fā)力度。要積極研發(fā)適應(yīng)數(shù)字電廠、智慧電廠建設(shè)的工業(yè)硬件設(shè)備，特別是與可再生能源利用、氫能開發(fā)及儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的工業(yè)裝備。

總之，推進(jìn)火電企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作是實(shí)體經(jīng)濟(jì)與數(shù)字經(jīng)濟(jì)融合發(fā)展的客觀要求，也是信息技術(shù)賦能工作在發(fā)電側(cè)的具體體現(xiàn)。

4 結(jié)束語

“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的提出為能源電力行業(yè)帶來深層次的影響，這種影響觸及火電企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的痛點(diǎn)問題：企業(yè)定位、可再生能源消納、節(jié)能、成本管控、企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型等。為加快綠色低碳轉(zhuǎn)型的進(jìn)程，通過對痛點(diǎn)問題深入剖析，提出對策與思考，為未來火電企業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型發(fā)展提供借鑒和思路。