張靜，李昊，李文，張洪秩，王博

(1.中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司，北京市 100192；2.北京理工大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)院，北京市 100081)

0 引 言

氣候變化對(duì)人類(lèi)生存，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，引起全世界的廣泛關(guān)注。大規(guī)模排放二氧化碳是全球氣候變化的主要原因[1]。中國(guó)作為世界上較大的溫室氣體排放國(guó)之一，面臨著相當(dāng)大的減排壓力。2020年9月22日，習(xí)近平總書(shū)記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上向全世界莊嚴(yán)承諾“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”[2]。自此次會(huì)議以來(lái)，習(xí)近平總書(shū)記先后多次在國(guó)內(nèi)外重大會(huì)議上，做出我國(guó)深化落實(shí)“雙碳”目標(biāo)的重要論述，表明我國(guó)推動(dòng)綠色低碳轉(zhuǎn)型的決心和意志。

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革。相比于歐洲、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，面臨著高碳產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，高碳能源結(jié)構(gòu)，中高速工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程，碳減排時(shí)間短的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。應(yīng)對(duì)“三高一短”的挑戰(zhàn)、解決碳排放問(wèn)題的關(guān)鍵是要減少能源碳排放，治本之策是加快推進(jìn)能源清潔替代和電能替代，徹底擺脫化石能源依賴(lài)，從源頭上消除碳排放。

新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建和電能清潔替代是實(shí)現(xiàn)我國(guó)碳中和的關(guān)鍵抓手，是電力行業(yè)深入貫徹“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略的重要措施。2021年3月15日，中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議研究部署實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的基本思路和主要舉措時(shí)指出“深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”[3]。一方面，在電源側(cè)大規(guī)模開(kāi)發(fā)清潔能源，構(gòu)建多元電力生產(chǎn)格局[4]，可有效減少對(duì)油氣資源的依賴(lài)，有助于保障國(guó)家能源安全戰(zhàn)略。另一方面，在能源消費(fèi)環(huán)節(jié)以電代煤、以電代油、以電代氣、以電代柴，深入實(shí)施電能替代，不斷提高電能占終端能源消費(fèi)比重，有助于提升社會(huì)能效，降低碳排放強(qiáng)度[5]。二者協(xié)同發(fā)展、相輔相成，對(duì)推動(dòng)能源消費(fèi)革命、落實(shí)國(guó)家能源戰(zhàn)略、促進(jìn)能源清潔利用意義重大。雙碳背景下，電能占終端能源的消費(fèi)比重將從2020年的27%左右提升到2060年的66.4%[6]，未來(lái)電能將成為最主要的終端能源消費(fèi)品種，各領(lǐng)域電能替代任務(wù)重、潛力大。面對(duì)巨大的電能替代需求，亟需探索推動(dòng)雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的電能替代協(xié)同發(fā)展路徑。

1 電能替代發(fā)展歷程

電能替代是促進(jìn)能源消費(fèi)減量化、高效化的重要措施。研究表明，電能占終端能源消費(fèi)的比重每提高1個(gè)百分點(diǎn)，能源強(qiáng)度可下降3.7%[7]。在積極應(yīng)對(duì)氣候變化的全球發(fā)展趨勢(shì)下，實(shí)施電能替代已成為世界各國(guó)的普遍選擇。

進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)逐步下發(fā)了一系列支持電能替代的政策文件。2016年8月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局等八部門(mén)聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)電能替代的指導(dǎo)意見(jiàn)》，明確電能替代的重要意義和總體要求，在重點(diǎn)任務(wù)和保障措施方面提出指導(dǎo)性意見(jiàn)，正式將電能替代納入國(guó)家戰(zhàn)略。隨著可再生能源不納入能源總量控制，“碳雙控”要求以及市場(chǎng)化電價(jià)等多種政策出臺(tái)，能源消費(fèi)的綠色低碳轉(zhuǎn)型迫在眉睫，亟需深入實(shí)施電能替代，提升終端用能電氣化水平，契合國(guó)家能源考核轉(zhuǎn)型方向。

1)“十三五”期間電能替代量持續(xù)上升，各重點(diǎn)領(lǐng)域電氣化水平總體提高。

“十三五”期間，在社會(huì)各界共同努力下，我國(guó)電能替代潛力不斷被挖掘，電能替代工作成效顯著。據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)(China Electricity Council，CEC)數(shù)據(jù)顯示，2016—2019年，我國(guó)每年完成的替代電量分別為1 079億、1 286億、1 558億、2 066億kW·h[5]。到2020年，全年累計(jì)替代電量為2 252億kW·h，比2019年增長(zhǎng)9%，替代電量占用電增量的比重達(dá)76.1%，成為新增用電量的主體[8]，全社會(huì)用電量和電氣化水平穩(wěn)步提升?！笆濉逼陂g我國(guó)電能替代實(shí)施電量如圖1所示。

圖1 “十三五”期間我國(guó)電能替代實(shí)施電量

我國(guó)電能替代項(xiàng)目主要分布在工業(yè)、建筑、交通、農(nóng)業(yè)等重點(diǎn)領(lǐng)域，通過(guò)大力推廣工業(yè)電鍋爐(窯爐)、地能熱泵、船舶岸電、農(nóng)業(yè)電排灌、電采暖等電能替代措施提升各領(lǐng)域電氣化水平。其中，工業(yè)領(lǐng)域是替代電量的主要來(lái)源，占總替代電量的70%左右[9]。

各重點(diǎn)領(lǐng)域電力占終端能源消費(fèi)比重如圖2所示，近年來(lái)我國(guó)各重點(diǎn)領(lǐng)域電力占終端能源消費(fèi)比重整體呈上升趨勢(shì)，其中建筑(包含采暖)領(lǐng)域上升最為明顯。2019年各重點(diǎn)領(lǐng)域電力占終端能源消費(fèi)比重分別為：建筑(包含采暖)22.8%、農(nóng)業(yè)18.21%、鋼鐵行業(yè)11.19%、交通行業(yè)5.32%，各領(lǐng)域終端用能結(jié)構(gòu)差別較大。

圖2 各重點(diǎn)領(lǐng)域電力占終端能源消費(fèi)比重

2)我國(guó)電能替代工作起步晚，人均發(fā)電量水平與發(fā)達(dá)國(guó)家比有較大差距。

從世界電能替代發(fā)展的角度來(lái)看，與發(fā)達(dá)國(guó)家電能占終端能源消費(fèi)比重保持穩(wěn)定相比，我國(guó)電能替代工作起步晚、發(fā)展快。1990年電能占終端能源消費(fèi)比重不到7%；2020年電能占終端能源消費(fèi)比重達(dá)到27%左右[10]，位列世界第一。

盡管我國(guó)電能占終端能源消費(fèi)比重領(lǐng)先世界，但從2020年人均發(fā)電量水平來(lái)看，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還處在低位。其中，美國(guó)通過(guò)頒布政策推進(jìn)農(nóng)村電氣化，鼓勵(lì)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，扶持熱泵技術(shù)的應(yīng)用等，實(shí)現(xiàn)了較高的終端消費(fèi)電氣化水平，人均發(fā)電量達(dá)到了12 950 kW·h。歐盟通過(guò)建立健全電能替代標(biāo)準(zhǔn)，加大環(huán)保影響力，開(kāi)放電價(jià)市場(chǎng)，人均發(fā)電量達(dá)到6 222 kW·h。日本通過(guò)加速基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，補(bǔ)貼電動(dòng)汽車(chē)充電站，征收化石能源的資源稅，資金補(bǔ)貼企業(yè)電能替代技術(shù)等措施，人均發(fā)電量達(dá)到7 945 kW·h。而我國(guó)2020年的人均發(fā)電量為5 262 kW·h，有望進(jìn)一步提高。

3)我國(guó)電能替代潛力大、任務(wù)重，推廣部署面臨諸多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

2020年年初，國(guó)家能源局“十四五”電力規(guī)劃工作啟動(dòng)，要求加快構(gòu)建清潔低碳安全高效能源體系，加快電能替代發(fā)展。我國(guó)各領(lǐng)域電能替代潛力大、任務(wù)重，進(jìn)一步推廣部署面臨諸多挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)幾年的擴(kuò)展，我國(guó)電能替代工作開(kāi)始面臨天花板，我國(guó)電源清潔化比例不高、經(jīng)濟(jì)性差、政策制度待完善、節(jié)能意識(shí)待加強(qiáng)等問(wèn)題日漸凸顯。

首先，我國(guó)電力供給側(cè)清潔化程度不高，電力需求側(cè)電能替代大規(guī)模推廣可能導(dǎo)致碳排放增加。例如目前而言，工業(yè)行業(yè)的冶金電窯爐相對(duì)于沖天爐并無(wú)減排效果。與之相反，即便是全部使用火電，電動(dòng)汽車(chē)相較于燃油汽車(chē)仍有減碳效果[11]。在供給側(cè)清潔化程度不高的前提下，亟需建立健全我國(guó)各個(gè)重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)參數(shù)庫(kù)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、有序推進(jìn)，明確優(yōu)先領(lǐng)域與技術(shù)路徑。

其次，我國(guó)電能替代項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性差，電力市場(chǎng)化程度不高，電-碳耦合市場(chǎng)建設(shè)有待進(jìn)一步完善。我國(guó)電能替代項(xiàng)目初期投資建設(shè)經(jīng)濟(jì)性普遍較差，以補(bǔ)貼為主的相關(guān)政策導(dǎo)致項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)成本較高，電能替代項(xiàng)目配套電網(wǎng)投資和運(yùn)維成本難以回收。需要加快建設(shè)電碳協(xié)同市場(chǎng)，將碳排放納入企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本，充分發(fā)揮電能替代在減排和降成本方面的綜合優(yōu)勢(shì)。

最后，我國(guó)需求側(cè)用能方式粗放，節(jié)能意識(shí)薄弱，導(dǎo)致整體用能效率偏低。2020年，我國(guó)GDP能耗強(qiáng)度是全球平均水平的1.7倍[11]，是經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(Organization for Economic Cooperation and Development，OECD)的2.7倍。為保證電能替代項(xiàng)目的有效性，需要進(jìn)一步強(qiáng)化節(jié)能工作，把節(jié)約能源、提高能效貫穿到經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的全過(guò)程。

2 碳中和目標(biāo)下電能替代面臨的科學(xué)挑戰(zhàn)

鑒于我國(guó)同其他發(fā)達(dá)國(guó)家在資源稟賦、能源結(jié)構(gòu)、技術(shù)水平、政策制度環(huán)境等方面存在較大差異，電能替代實(shí)施方案、發(fā)展布局難以復(fù)制，亟需探索具有中國(guó)特色的電能替代協(xié)同發(fā)展路徑。然而，我國(guó)面向雙碳目標(biāo)的電能替代宏微觀市場(chǎng)協(xié)同發(fā)展的理論體系尚不健全，局部與整體相協(xié)同、短期與長(zhǎng)期統(tǒng)籌優(yōu)化的電能替代系統(tǒng)分析工具匱乏，電能替代雙輪驅(qū)動(dòng)理論體系有待完善，系統(tǒng)分析工具有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

電能替代路徑規(guī)劃涉及到能源、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境等多個(gè)領(lǐng)域，需要使用跨學(xué)科的系統(tǒng)綜合評(píng)估模型作為研究工具。目前較為成熟的系統(tǒng)綜合評(píng)估模型根據(jù)建模方法可以分為自上而下模型、自下而上模型和綜合模型3種類(lèi)型。然而，自上而下的模型缺乏微觀技術(shù)刻畫(huà)，自下而上的模型難以實(shí)現(xiàn)宏觀把控，綜合系統(tǒng)評(píng)估模型缺少中國(guó)化參數(shù)，這給電能替代工作進(jìn)一步推廣和部署帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

2.1 自上而下模型

自上向下模型是基于新古典經(jīng)濟(jì)理論發(fā)展而來(lái)，依照總體戰(zhàn)略目標(biāo)，分解出實(shí)施目標(biāo)的路徑和方法，代表模型有CGE(computational general equilibrium)模型、MERGE(model for evaluating the regional and global effects of GHG reduction policies)模型、3Es-Model(macroeconomic, energy and environment sub-model)模型等。此類(lèi)模型綜合考慮了能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境的系統(tǒng)協(xié)同，對(duì)周期長(zhǎng)、區(qū)域廣的系統(tǒng)模擬更為準(zhǔn)確，能夠考察資本、勞動(dòng)力、能源等要素投入與部門(mén)產(chǎn)出之間的關(guān)系。在宏觀經(jīng)濟(jì)政策、氣候政策和能源規(guī)劃等方面有廣泛應(yīng)用[12-14]。在電能替代建模中，可以根據(jù)政府頂層設(shè)計(jì)，利用電力市場(chǎng)、碳市場(chǎng)、用能權(quán)交易、能源市場(chǎng)等相關(guān)參數(shù)，對(duì)電能替代發(fā)展路徑進(jìn)行模擬。

然而，自上而下模型缺少微觀企業(yè)技術(shù)的刻畫(huà)，難以模擬能源技術(shù)之間的替代過(guò)程、難以刻畫(huà)技術(shù)之間的有效互動(dòng)，無(wú)法評(píng)估技術(shù)路線(xiàn)的可行性。目前電能替代領(lǐng)域技術(shù)實(shí)施路徑亟需規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)更具深度和廣度的發(fā)展。單純考慮自上而下模型，難以指導(dǎo)電能替代進(jìn)一步推廣實(shí)施。

2.2 自下而上模型

自下而上模型主要是以工程技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，從微觀技術(shù)層面推演整體目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的可能性，與自上而下的模型相比考慮了微觀市場(chǎng)資源配置，代表模型有TIMES(the integrated MARKAL-EFOM system)模型、MESSAGE(the model for energy supply systems alternatives)模型、LEAP(long-range energy alternatives planning system)模型等。此類(lèi)模型能夠?qū)ξ⒂^技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)地刻畫(huà)和仿真，考慮各技術(shù)的成本-經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)化特定能源需求目標(biāo)下的技術(shù)路徑。

自下而上模型能夠?qū)δ茉瓷a(chǎn)、能源加工轉(zhuǎn)換與能源消費(fèi)全過(guò)程涉及的能源技術(shù)進(jìn)行模擬[15-16]，可以分析電能替代技術(shù)的節(jié)能潛力、環(huán)境影響和成本效益，為電能替代工作提供有力的支持與引導(dǎo)。

然而，自下而上模型對(duì)經(jīng)濟(jì)的刻畫(huà)只局限于技術(shù)的成本層面，難以實(shí)現(xiàn)與宏觀層面頂層設(shè)計(jì)的協(xié)同耦合，且忽略了行業(yè)間的溢出效應(yīng)和回彈效應(yīng)。若采用自下而上模型對(duì)電能替代技術(shù)路徑進(jìn)行規(guī)劃，由于溢出效應(yīng)的存在，可能難以達(dá)到預(yù)期的減排目標(biāo)。

2.3 綜合評(píng)估模型

目前，自上而下和自下而上耦合的綜合評(píng)估模型是學(xué)術(shù)研究前沿，綜合模型既強(qiáng)調(diào)技術(shù)方面的因素，同時(shí)也注重宏觀經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，能夠充分結(jié)合自上而下和自下而上兩種模型對(duì)能源系統(tǒng)進(jìn)行分析，發(fā)揮以上兩種模型的優(yōu)點(diǎn)[17-19]。典型的綜合評(píng)估模型有AIM/CGE(Asian Pacific integrated model)系列、GCAM(global change assessment model)、IAMGE(integrated model to assess the greenhouse effect)等。

而目前的綜合評(píng)估模型，“自上而下”的頂層設(shè)計(jì)，尚未結(jié)合我國(guó)頒布的電能替代相關(guān)的具體政策，如《關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)電能替代的指導(dǎo)意見(jiàn)》等；“自下而上”的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，尚未考慮各行業(yè)電能替代項(xiàng)目的具體實(shí)施效果，比如某鋼廠(chǎng)電窯爐項(xiàng)目的實(shí)施成本、經(jīng)濟(jì)效益、減排效果等，這導(dǎo)致以往綜合模型的宏微觀參數(shù)不符合中國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)水平和政策特點(diǎn)，可能導(dǎo)致模型結(jié)果與中國(guó)實(shí)際情況不符。

總體而言，我國(guó)電能替代規(guī)劃研究相關(guān)理論支持有限，規(guī)劃基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，局部與整體相協(xié)同、短期與長(zhǎng)期統(tǒng)籌優(yōu)化的電能替代系統(tǒng)分析工具十分匱乏。因此，如何在綜合考慮宏觀政策目標(biāo)和微觀市場(chǎng)資源配置的前提下，提出適用于中國(guó)國(guó)情的電能替代綜合評(píng)估模型，是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。

3 電能替代綜合評(píng)估模型框架

針對(duì)目前電能替代路徑規(guī)劃領(lǐng)域存在的理論缺失問(wèn)題，本文提出了具有中國(guó)特色的綜合評(píng)估模型框架，既考慮重點(diǎn)領(lǐng)域的技術(shù)參數(shù)，又結(jié)合具有中國(guó)特色的宏觀市場(chǎng)，為實(shí)現(xiàn)未來(lái)電能替代項(xiàng)目的整體部署提供理論參考。電能替代綜合評(píng)估模型框架主要從以下四部分考慮：一是構(gòu)建典型行業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)，為各行業(yè)電能替代潛力分析提供基礎(chǔ)；二是宏觀上頂層設(shè)計(jì)，將聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)開(kāi)發(fā)的共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑(shared socioeconomic pathways，SSPs)中國(guó)化，作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景輸出；三是將技術(shù)參數(shù)中國(guó)化，實(shí)現(xiàn)微觀層面參數(shù)校準(zhǔn)；四是耦合宏觀微觀市場(chǎng)，建立動(dòng)態(tài)反饋、雙輪驅(qū)動(dòng)機(jī)制，充分發(fā)揮宏觀政策管理優(yōu)勢(shì)和微觀市場(chǎng)基礎(chǔ)性作用。電能替代綜合評(píng)估模型框架如圖3所示。

圖3 電能替代綜合評(píng)估模型框架

3.1 典型行業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建

建筑、交通、鋼鐵等各行業(yè)發(fā)展步調(diào)不一致，資源稟賦和技術(shù)瓶頸各不相同，因此有必要構(gòu)建分行業(yè)的數(shù)據(jù)庫(kù)，整理各行業(yè)特有的歷史數(shù)據(jù)，制備資源參數(shù)。例如整理建筑行業(yè)的各類(lèi)型建筑面積、分類(lèi)型建筑用能結(jié)構(gòu)、建筑單位面積能耗、建筑行業(yè)能源平衡表、采暖方式等數(shù)據(jù)，以便測(cè)算未來(lái)電能替代潛力。同時(shí)依托于各行業(yè)歷史數(shù)據(jù)，可以采用因素分解等方法，進(jìn)一步分析哪些指標(biāo)對(duì)碳達(dá)峰起到?jīng)Q定性作用，為雙碳目標(biāo)下電能替代工作的推進(jìn)方向提供科學(xué)指導(dǎo)。

3.2 宏觀場(chǎng)景參數(shù)中國(guó)化

在宏觀上建立與電能替代相關(guān)的符合我國(guó)國(guó)情的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景與政策情景，充分發(fā)揮我國(guó)政府宏觀制度管理優(yōu)勢(shì)，為自上而下模型提供政策目標(biāo)。

IPCC開(kāi)發(fā)的SSPs基于一系列內(nèi)部邏輯一致的人為假設(shè)，描述了緩解和適應(yīng)氣候變化挑戰(zhàn)下的未來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展的不同軌跡[18]。SSPs情景包括了人口、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、城市化特征的定量描述，以及能源和土地使用的定性假設(shè)，為綜合評(píng)估模型進(jìn)一步擬定情景提供了基礎(chǔ)[20]。共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑框架依據(jù)減緩、適應(yīng)挑戰(zhàn)的難易程度分為5個(gè)主要情景，如圖4所示：可持續(xù)發(fā)展情景——綠色發(fā)展之路(SSP1)、中間情景(SSP2)、悲觀情景——嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)與減排挑戰(zhàn)(SSP3)、低預(yù)期情景——經(jīng)濟(jì)發(fā)展不暢(SSP4)、傳統(tǒng)情景——化石能源高度發(fā)展(SSP5)。圖4中：橫軸表示適應(yīng)方面的挑戰(zhàn)水平從左到右不斷上升；縱軸表示減緩方面的挑戰(zhàn)水平從下到上不斷上升。

圖4 SSPs情景氣候變化挑戰(zhàn)

電能替代綜合評(píng)估模型所需的情景框架，除了SSPs自有的經(jīng)濟(jì)、人口、城鎮(zhèn)化水平等社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況，還需要進(jìn)一步預(yù)測(cè)未來(lái)電能替代各重點(diǎn)領(lǐng)域特有的情景參數(shù)值。例如交通行業(yè)的未來(lái)貨運(yùn)結(jié)構(gòu)、客運(yùn)結(jié)構(gòu)、電氣化交通工具滲透率等；建筑行業(yè)的未來(lái)建筑面積、電采暖面積、居民能源消費(fèi)需求、保溫標(biāo)準(zhǔn)等；鋼鐵行業(yè)的BOF-EAF結(jié)構(gòu)、廢鋼比、鋼鐵比、純氧高爐、熔融電解技術(shù)滲透率等。

不同區(qū)域在SSPs場(chǎng)景中經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)不同，因此有必要預(yù)測(cè)得到我國(guó)特定的情景參數(shù)值?？梢砸劳蠸SPs情景下經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、技術(shù)發(fā)展水平、公平程度等基本社會(huì)因素的設(shè)定，結(jié)合我國(guó)碳達(dá)峰行動(dòng)方案，利用回歸模型、機(jī)器學(xué)習(xí)等模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，初步實(shí)現(xiàn)SSPs情景下關(guān)鍵參數(shù)的中國(guó)化，即得到SSPs情景下中國(guó)的人口、GDP和城市化特征等宏觀經(jīng)濟(jì)參數(shù)，同時(shí)結(jié)合各行業(yè)電能替代相關(guān)政策，獲得未來(lái)各重點(diǎn)領(lǐng)域的關(guān)鍵參數(shù)，如交通行業(yè)的貨運(yùn)結(jié)構(gòu)等。

3.3 微觀技術(shù)參數(shù)制備

自下而上模型需要輸入詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)。建立健全中國(guó)電能替代重點(diǎn)領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)、建筑等重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)參數(shù)中國(guó)化，是當(dāng)前亟需解決的問(wèn)題。

電能替代主要代表性技術(shù)如表1所示。按照電力用途的不同，電能替代可分為3類(lèi)具有全局影響性的關(guān)鍵技術(shù)：電轉(zhuǎn)冷熱技術(shù)、電轉(zhuǎn)動(dòng)力技術(shù)、電力供應(yīng)技術(shù)。其中，工業(yè)領(lǐng)域中熱泵、電爐、輔助電動(dòng)力技術(shù)，交通領(lǐng)域電動(dòng)汽車(chē)，采暖領(lǐng)域的分散電采暖具有較大的潛力空間。

表1 電能替代主要代表性技術(shù)

基于大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)算法，借鑒典型的電能替代項(xiàng)目實(shí)踐案例，依據(jù)實(shí)踐效果將3類(lèi)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)中國(guó)化。主要的技術(shù)參數(shù)有電能替代技術(shù)的開(kāi)展領(lǐng)域、能耗狀況、減排效果、成本變化、技術(shù)實(shí)施的難易程度、技術(shù)進(jìn)步與革新等。自下而上模型依托技術(shù)參數(shù)，可以核算各領(lǐng)域?qū)嵤╇娔芴娲夹g(shù)的成本收益、能源需求、減排潛力等，并實(shí)現(xiàn)技術(shù)優(yōu)選，為技術(shù)路線(xiàn)決策提供參考。

3.4 “自上而下”與“自下而上”模型耦合

建立具有中國(guó)特色的電能替代綜合評(píng)估模型，在開(kāi)展中國(guó)電能替代政策場(chǎng)景構(gòu)建及電能替代技術(shù)參數(shù)中國(guó)化的基礎(chǔ)上，更為關(guān)鍵的是要厘清市場(chǎng)間協(xié)同機(jī)理，實(shí)現(xiàn)自上而下的中國(guó)特色政策場(chǎng)景與自下而上的電能替代技術(shù)場(chǎng)景耦合。宏微觀場(chǎng)景耦合如圖5所示。

圖5 宏微觀場(chǎng)景耦合

需求側(cè)電能替代技術(shù)是否能達(dá)到減排效果，減排潛力如何，不僅與技術(shù)本身特性相關(guān)，也與供給側(cè)發(fā)電結(jié)構(gòu)密不可分。

“電力系統(tǒng)碳排放流是依附于電力潮流存在且隨著系統(tǒng)有功潮流定向移動(dòng)的耦合碳排放”[21]，電-碳耦合體系，從電力系統(tǒng)“源-網(wǎng)-荷”全環(huán)節(jié)衡量碳排放，包含發(fā)電側(cè)的直接碳排放、輸配電網(wǎng)的能量損失、用電側(cè)的隱含碳排放。

SSPs情境下有不同的電源結(jié)構(gòu)，如可持續(xù)發(fā)展情景(SSP1)相較于其他情景，電源結(jié)構(gòu)更為清潔。宏觀層面，考慮電力系統(tǒng)全環(huán)節(jié)碳排放，確定SSPs情景下經(jīng)濟(jì)發(fā)展用能需求(如鋼鐵需求量、貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量等)；微觀層面，在滿(mǎn)足能源需求的前提下，如何統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、有序推進(jìn)微觀技術(shù)配置，明確優(yōu)先領(lǐng)域與技術(shù)路徑，以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)最大的減排量，對(duì)促進(jìn)電能替代的發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

除了宏觀經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，政策導(dǎo)向和約束也是實(shí)現(xiàn)“自上而下”與“自下而上”模型軟連接的關(guān)鍵因素。政策公布的排放標(biāo)準(zhǔn)、能耗標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)展規(guī)劃，有利于促進(jìn)微觀層面技術(shù)的革新與進(jìn)步，加快能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。本文提出的模型綜合考慮宏觀政策因素、微觀技術(shù)發(fā)展與能源需求和供給間的相互作用，實(shí)現(xiàn)多重能源-環(huán)境-技術(shù)的協(xié)同與耦合，建立宏觀政策目標(biāo)與微觀市場(chǎng)資源配置之間的聯(lián)系。

未來(lái)模型的完善會(huì)進(jìn)一步考慮電力市場(chǎng)、碳交易市場(chǎng)、能源市場(chǎng)、資源稅等多重能源-環(huán)境政策的協(xié)同與耦合。構(gòu)建上層情景輸出、下層參數(shù)校準(zhǔn)體系，完善雙輪驅(qū)動(dòng)、動(dòng)態(tài)反饋機(jī)制，為電能終端消費(fèi)市場(chǎng)的發(fā)展提供客觀依據(jù)。

4 結(jié) 語(yǔ)

電能替代是實(shí)現(xiàn)能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的重要舉措。從我國(guó)電能替代實(shí)施現(xiàn)狀來(lái)看，在推進(jìn)雙碳目標(biāo)的大趨勢(shì)下，電能替代發(fā)展須破解技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和理念幾方面的制約。技術(shù)上，加快推進(jìn)技術(shù)變革，開(kāi)發(fā)與行業(yè)發(fā)展相適應(yīng)的電力新技術(shù)。經(jīng)濟(jì)上，加快促進(jìn)電碳市場(chǎng)耦合，完善價(jià)格體系，科學(xué)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。用能理念上，塑造全民節(jié)約意識(shí)，實(shí)現(xiàn)終端用能清潔化、低碳化，持續(xù)推進(jìn)電能高質(zhì)量替代。

另外，本文就目前理論方面存在的不足，提出了新的建模思考：在實(shí)現(xiàn)宏觀場(chǎng)景參數(shù)和微觀技術(shù)參數(shù)中國(guó)化的基礎(chǔ)上，將模型“上下”耦合實(shí)現(xiàn)電能替代的仿真推演。中國(guó)電能替代綜合評(píng)估模型構(gòu)建是一個(gè)開(kāi)放性、持續(xù)性工作，今后還應(yīng)在擴(kuò)大基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源、擴(kuò)展領(lǐng)域范圍、深入實(shí)現(xiàn)參數(shù)中國(guó)化，完善宏觀微觀市場(chǎng)耦合理論等方面進(jìn)一步推進(jìn)，以更加全面準(zhǔn)確衡量我國(guó)電能替代工作的成效，為未來(lái)電能替代工作提供更多更具參考價(jià)值的決策支撐信息。