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建言“十四五”能源发展 | 中国如何实现2060年前碳中和目标?

北极星电力网新闻中心  来源:北京国际能源专家俱乐部    2020/10/28 14:52:27  我要投稿  

北极星火力发电网讯:建言“十四五”能源发展系列活动

第十一场:中国如何实现2060年前碳中和目标

2020年10月16日

总结报告

9月22日,国家主席习近平在第75届联合国大会一般性辩论上宣布,中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。这是一个伟大而及有远见的宣言,在全世界引起了巨大的正能量反响。

(来源:微信公众号“北京国际能源专家俱乐部”  ID:beijingenergyclub  )

中国如何实现这个雄心勃勃的目标?应该遵从什么样的路线图?中国的碳中和目标对于全球实现到本世纪中叶打造繁荣的净零碳排放经济意味着什么?围绕着2060碳中和目标,国际社会对中国“十四五”期间的能源发展有什么期待和建议?

今年9月16日,总部在伦敦的能源转型委员会(Energy Transitions Commission)发布了最新报告《践行使命——打造全球零碳经济》。报告指出,到本世纪中叶打造繁荣的净零碳排放经济是一项可完成的使命,实现净零碳排放不仅技术可行,在经济上也是划算的。该报告列举了要实现这一目标所需要的当前行动和未来十年的行动步骤。去年11月,能源转型委员会联合落基山研究所,联合发布了《中国2050:一个全面实现现代化国家的零碳图景》报告。该报告描绘了中国在本世纪中叶经济发展达到中等发达国家水平,同时实现净零碳排放的图景,并通过详实的分部门分析,阐明了实现这一蓝图的经济和技术可行性。

2020年10月16日,北京国际能源专家俱乐部、亚洲开发银行、北京大学能源研究院联合举办了“建言‘十四五’能源发展”系列活动的第11场,邀请了能源转型委员会和落基山研究所主要负责人,分享其研究成果,并就“十四五”期间为落实2060碳中和目标应该采取的行动进行了研讨。

会上,落基山研究所常务董事兼北京代表处首席代表李婷进行开场致辞。能源转型委员会主席Adair Turner勋爵以“全球打造零碳经济的可行性和中国实现2060年前碳中和的重要意义”为题做了主旨发言。落基山研究所资深董事Carla Frisch女士就“美国在零碳目标方面的立场和动向”进行了分享。落基山研究所董事陈济博士就“中国2060碳中和目标下的零碳图景”为题进行了主旨发言。美国能源部原副部长、哥伦比亚大学全球能源政策中心创始研究员David Sandalow先生做了评论。

“十四五”国家能源规划专家委员会专家委副组长周大地,中石化集团原董事长傅成玉,亚行首席能源官翟永平,北大能源研究院副院长杨雷、帝国理工学院荣誉研究员杨玉峰等做了点评发言。来自国家部委、学术机构和相关企业约40位能源行业专家学者出席了本次会议。

北京国际能源专家俱乐部总裁陈新华主持了本次会议。

1. Adair Turner勋爵的主要观点总结

能源转型委员会主席Adair Turner勋爵的演讲题目是“全球打造零碳经济的可行性和中国实现2060年前碳中和的重要意义”,主要观点总结如下。

(1)全球经济到2050/60年实现能源和工业系统的零碳排放是技术可行和经济可行的。

从全球看,发达国家在2050年前、发展中国家在2060年前实现能源和工业系统的零碳排放,而不依赖永久性、大规模、基于自然的碳汇解决方案在技术和经济上是可行的。该结论有以下几个方面的事实来支撑:

首先,来自可再生能源的电力成本及其系统成本大幅下降。例如,光伏的成本在过去十年内下降了90%,风电的成本下降了50%~60%。规模经济和学习曲线效应是成本快速下降的一大驱动力,尤其当全社会举力发展可再生能源电力时,相应的成本还有进一步下降的空间。除了平准化成本外,可再生能源电力的实际拍卖的价格也体现了成本大幅下降的特征。比如,对于太阳能光伏,很多地方的拍卖价低至约20美元每兆瓦时。此外,储能的成本大幅下降,为大规模可再生能源供应的间歇性提供了具有成本竞争力的解决方案。在过去十年中,电池的成本下降了85%,还有进一步下降的空间。从2010到2019年,电池价格平均每年下降18%。2017年,彭博新能源财经预测,电池价格在2025年将低至100美元/千瓦时,但这一水平已极有可能在2023年达到。针对全球不同区域的气候条件和日间/季节性负荷的变化,可行且具有经济竞争力的解决方案也已经存在。能源转型委员会《践行使命,打造全球零碳经济》报告指出,到2035年,在可再生能源占比大于80%的电力系统,即使在空间受限的地区,全系统的总成本(发电,日内调峰、季节性平衡和备用成本)也只有80美元/MWh,接近传统燃气发电相的水平(约65美元/MWh),在条件优异的地区,系统总成本甚至可低至31美元/MWh。

从需求侧看,一方面,电气化的发展将大幅提升能源利用效率。在交通领域,到2025年左右,购买和使用电动车的成本将低于燃油车。从百公里等效油耗看,电动汽车的能源消耗量仅为燃油车的1/4。实际上,电动车的渗透率正逐年上升,且发展速度持续加快,内燃机技术恐怕很快会被淘汰。在建筑供暖领域,以获取每千瓦时热量所需的终端能源计算,电热泵所需的能耗只有标准燃气锅炉的12%。另方面,即使在重工业、长距离和重型交通等难以减排的领域,也有可行的脱碳方案。在重工业方面,水泥的生产可结合碳捕集、封存和利用(CCUS),以及零碳电力、生物质等能源用于供热,新型水泥化学也将是可行的方案。在钢铁生产中,传统的焦炭还原路径可结合CCUS,还可采用氢气直接还原铁、直接电解等新型路径。在塑料生产方面,除了CCUS的运用外,电气化供热、以生物质作为原料和新型的电化学过程都是可行的脱碳方案。对于长距离重型交通,直接电气化以及以氢、氨、合成燃料为载体的间接电气化和生物燃料的应用都是可行的方案。

从供给侧看,除了以上已提到的零碳电力外,零碳氢能的成本竞争力也将大幅提升。一方面,零碳电力价格的大幅下降会使绿氢的成本具有经济性;另方面,制氢设备成本的还将持续降低。中国在制氢设备的成本优势尤为突出,在彭博新能源财经给出的乐观情景下,中国的大型电解水项目的系统设备成本的目前水平已低至200美元/千瓦,是欧美国家的1/6,到2050年,中国的成本还能进一步降低到80美元/千瓦,即便在保守情景下,中国2050年电解水设备成本也将低至98美元/千瓦。可见,中国的电解制氢设备成本下降还有很大的空间,尤其是在未来几十年内对氢的需求大幅上涨的情况下,规模效应将得到充分的发挥。

总的来说,在零碳图景中,能源供给和消费方式将发生较大改变。在全世界终端能源消费总量中,电的占比将由2018年的19%增长到2050年的70%左右,电力需求将从目前的27万亿度/年增长到2050年的90~120万亿度/年。电力除了用于直接电气化,还将用于氢的生产。与此同时,零碳转型也将使化石能源的需求大幅下降。和目前水平相比,2050年煤炭和石油的消费量均将下降90%以上,天然气消费量下降30%以上。

(2)未来十年对于中国实现2060碳中和目标尤为重要,需要将碳排放量降低一半。

从全球层面看,如果要将温升控制在1.5℃内,就要在未来十年将碳排放量降低一半,这一阶段性目标的实现对于2060甚至2050年实现零碳排放非常重要。在前10年减排一半的基础上再接下来的30年,则要完成新技术的应用,还要实现存量资产的重新构建。这一挑战,对于具有极强执行力的中国来说,既是使命必达,又是重大的机遇。在短期内,必须有快速和实际的行动。

(3)电力系统的脱碳是全社会零碳发展的关键

在未来电气化的趋势下,电力系统的脱碳是全社会零碳发展的关键。需求侧大规模电气化没有碳排放的前提是,其所使用的电力都来自零碳能源。到2050年,中国将会需要15万亿度零碳电力,其来源包括2400GW风电、2500GW光伏、230GW的核电等,这些装机规模都需要逐步建立,而不是短期内就能实现的。实际上,从各国经验看,承诺电力系统实现零碳排放的时间节点均会早于整个经济的零碳化。例如,英国承诺到2050年实现零碳排放,但电力系统需要在2035年实现零碳。清华大学气候变化与可持续发展研究院的研究也指出,中国要在2060年实现碳中和,其电力系统实现零碳排放的节点将在2040年左右。除了电力本身,要保证氢能的零碳排放也将依赖于电的零碳化,否则,大规模的氢能利用也会失去服务于零碳目标的意义。

(4)“十四五”期间中国的投资应转向零碳领域。

建议中国将宏观经济的复苏刺激计划与“碳中和”的长远目标挂钩,与2030年的达峰挂钩,不能再继续大规模新建煤电,而应加大零碳电力的投资力度。

从投资的角度看,应从基础设施和房地产等领域向更加绿色的服务业和高科技领域转变。目前,在中国大部分的增长来自于基础设施和房地产的投入。尤其是在2008年金融危机后,这两个领域的投资成为拉动中国经济复苏的重要力量。然而,这样的投资模式存在一定弊端。首先,过度投资会造成资金的浪费。目前,48%的中国城镇居民拥有一套以上的住房,不乏投机性质的投资,这也带来了较高的住房空置率。此外,中国的二、三、四线城市的基础设施以及重工业都存在较严重的产能过剩问题。此外,目前的投资和相关的建设碳强度较高,给碳排放总量的减量化工作增加了压力。在未来,尤其是在后疫情阶段,中国在投资应更多地考虑应对气候变化的议程,践行绿色复苏。

可再生能源等零碳领域是“十四五”期间投资的理想标的。当前,中国提出的包括5G、特高压输电线路、高铁、电动车充电站、大数据中心、人工智能相关基础设施和工业物联网等在内的“新基建”领域,其在2020到2025年间的直接投资规模总计9.31万亿元,带动的总投资达到16万亿元。但与此相比,进入到基础设施、房地产等传统领域的投资规模远远不止于此,占到了中国固定资产投资的25%以上。尽管中国已将重点逐渐转向科技含量更高的“新基建”投资,但更理想的方式是加大对可再生能源的投资。一方面,可再生能源投资的潜力更大,具备传统基建经济刺激效果好,创造就业机会较多的优点,另方面,它更能推动中国长期的高质量、绿色和可持续发展,兼具新基建优势。因此,投资可再生能源等零碳领域,绿色和高能效城镇化的基础设施领域以及终端用能电气化应成为中国绿色复苏的优先选项。

2. Carla Frisch女士主要观点总结

落基山研究所资深董事Carla Frisch女士的演讲题目是“美国在零碳目标方面的立场和动向”。该演讲主要基于落基山研究所的“美国承诺”(America’s Pledge)系列研究,主要观点为,美国各州、城市、企业和其他实体自下而上的行动为美国推动碳减排进程发挥了重要作用。

“美国承诺”是一个美国各州、城市、企业和地方领导人的联盟,在特朗普政府宣布退出《巴黎协定》后的2017年7月发起,致力于填补由于特朗普政府短视的决定而使美国拒绝承担其气候义务所造成的空白。在过去的三年里,“美国承诺”跟踪、鼓励和记录了美国极具活力的自下而上的应对气候变化行动以及相关成效。Carla Frisch女士的演讲主要内容总结如下。

(1)在联盟政府退出《巴黎协议》的情况下,美国自下而上的应对气候变化行动依旧活跃。

特朗普政府于2017年宣布并于2019年正式退出《巴黎协定》后,美国民间的应对气候变化力量依旧强劲。美国至今有超过25个州、500个以上城市和郡、2275个大型企业、350个以上的大学以及宗教文化团体、医疗机构等等,依然积极致力于应对气候变化行动。截至2019年底,这一应对气候变化力量占到了美国GDP的68%,占全国总人口的65%,涉及的温室气体排放量占全国总量的51%,是美国温室气体减排的重要力量。

(2)美国自下而上的行动主要集中在零碳电力供给、终端能耗零碳化和生态系统的碳汇潜力三大领域,已取得较为理想的进展。

美国自下而上的应对气候变化行动主要集中在三大领域,即:加速实现100%零碳电力供给、终端能源消费零碳化(包括工业、建筑、交通领域,主要通过电气化和提高能源利用效率实现)以及提升生态系统的碳汇潜力(包括对森林、农田、湿地等的保护)。目前,美国已在这些方面取得了可圈可点的进展。例如,在过去三年内,美国的电动汽车数量已实现翻倍,16个州已承诺逐渐减少并最终摒弃氢氟碳化合物(HFCs)的使用,79%的美国民众认为国家应大力发展可再生能源并使其成为能源供给的主要来源。此外,已有13个州提出了清洁电力承诺,其中的城市数量从33个增长到了165个,已经有30多个城市达到了100%的清洁电力。7个州和27个油气企业承诺降低甲烷泄漏。从全国看,新建建筑全面实现电气化的城市规模覆盖600万人口。

(3)尽管在疫情冲击下美国经济出现下行,各州、城市、企业和其他主体的气候行动仍将进一步加快和深入。

落基山研究所2019年发布的《加速美国承诺》报告指出,美国各州、城市、企业和其他主体的气候行动可在2030年实现碳排放量比2005年水平低37%。如果拜登在本轮竞选中成功胜出,在联邦政府的推动下,2030年的碳排放量还可进一步降到比2005年低49%的水平。在这一情景下,美国有望在本世纪中叶实现零碳排放的目标。

“美国承诺”的行动主要集中在电力、交通、建筑、减少甲烷泄漏和减少HFCs使用五个领域,参与者对于美国经济实现低碳化甚至脱碳化的信心也并未受疫情的影响。尽管面临巨大挑战,各州、城市、企业等加快了应对气候变化和发展清洁能源的进展,这也成为了后疫情时期刺激经济的重要手段。在整个疫情高峰期,一些城市做出了新的实现100%清洁能源的承诺,例如弗吉尼亚。最近,加州宣布到2035年全面禁止内燃机汽车,这也是交通领域电气化转型的重要举措。

实际上,很多清洁技术已到达了成本经济性快速显现、渗透率大幅上涨的临界点。近期的一项民意调查显示,70%的美国人都支持到2050年实现100%清洁能源,清洁能源将取代化石能源成为能源供给的主要力量,尤其在疫情后的经济复苏时期,大部分美国民众也支持将发展清洁能源产业作为重点。同时,他们也希望保护有色人种社区免受气候变化影响。在清洁电力方面,民众呼吁在2040年前实现100%电力来自清洁能源,在交通领域,则呼吁实行更严格的能效标准。

3. 陈济博士主要观点总结

落基山研究所董事陈济博士的演讲题目是“中国2060碳中和目标下的零碳图景”,主要观点总结如下。

(1)中国碳中和目标为全球应对气候变化和能源转型注入了最强动力,确定了中国零碳发展的大方向。

9月22日,习主席在第75届联大会议上提出了中国实现2060年前实现碳中和,在各界引起了强烈反响,认为这是在全球疫情仍在蔓延,全球化和全球合作受到前所未有挑战的关键时期,中国发挥全球领导力的重要标志。碳中和目标的提出更是对全球应对气候变化和能源转型注入了最强动力。回顾中国近年来在应对气候变化方面的进程,从十八大报告确定低碳发展作为生态文明的三大特征之一,到《巴黎协定》的国家自主贡献中明确提出2030年左右达峰,再到刚刚提出的碳中和目标,可以看到,中国政府在逐步提高气候行动的力度,加速推动中国经济和能源结构朝零碳排放目标转型。

中国的零碳转型是技术可行且经济可行的。落基山研究所和能源转型委员会的研究表明,中国经济的全面脱碳的成本仅为中国GDP的不到1%,且消费者需要负担的成本很低,同时,还将带来多方面的社会效益,比如技术优势和竞争优势的树立、创造就业和推动经济结构转型、改善空气质量等。

(2)从能源消费侧看,中国的工业、交通和建筑领域均有技术可行且经济可行的零碳转型路径。

落基山研究所于去年11月联合能源转型委员会发布了《中国2050:一个全面实现现代化国家的零碳图景》分析报告,全面分析了当中国到2050年发展完成现代化、成为一个中等收入发达经济体的同时,中国也可以完成全面脱碳,实现零碳转型。分析认为,中国在2050年实现零碳是经济和技术上可行的。

从整体经济看,2050年,零碳中国的终端能源消费量将比2016年低30%,从30亿吨标准煤下降到22亿吨标准煤;一次能源消费降低45%,从2016年的45亿吨标准煤降低到25亿吨。化石能源需求下降90%,太阳能、风能、生物质等成为主要能源。终端能源消费的下降主要靠需求减量和节能来完成。节能和提高能效在近期将仍然是经济性最高的手段。而一次能源结构的变化,主要归功于能源消费和供给端脱碳技术的部署。而分部门看,工业、交通和建筑领域均有清晰且可行的零碳转型路径。

在工业领域,中国钢铁行业碳排放2016年占总排放的15%,钢铁产量预计从2016年的10亿吨左右减少到2050年的4.75亿吨,这主要是由于城镇化的完成。生产结构上,短流程电炉钢将成为主流,到2050年占到总产量的70%。从技术角度看,高炉炼钢的效率还会有一定的提升,但考虑到已经达到的相当高的效率水平,进一步提高能效不太可能使每吨钢的能耗和排放降低超过15-20%左右。因此,钢铁行业要实现零排放,中国还需要将更彻底的低碳化技术应用到钢铁初级生产中,如以氢为原料的直接还原铁技术,加上CCS技术。水泥行业方面,中国的人均水泥存量和消费量已经远远高于其他国家,中国未来的水泥产量很可能会出现显著下降,这是对其建设热潮结束的回应。根据预测,中国的水泥产量将从现在的24亿吨下降到2050年的8亿吨。这将主要归功于更长的建筑使用寿命以及更高的水泥质量。此外,能效的进一步提升、过程热生产的燃料替代、部署CCS技术以及原料的替代都将为水泥行业零碳转型做贡献。具体而言,需要进一步提升水泥窑余热发电的效率,利用生物质、氢气(高温热力)和电力提供熟料生产过程中的热量,捕集水泥生产反应过程中的二氧化碳并就近封存,使用氧化镁等替代石灰石或熟料。在石化和化工行业,通过提高化肥和塑料等终端产品的利用效率、加大循环利用水平,中国2050年的初级化工产品产量与IEA的照常情景相比,可以减少30%。从生产路径看,尽管中国的化工行业还需要少部分煤炭、石油和天然气作为化工原料,工业过程用能则可基本替代掉煤炭、石油,仅用少部分天然气。电力、氢和生物质将发挥更重要的角色,其中绿氢需要成为主力燃料和原料。实现零碳化工的主要路径,包括了大力发展Power-to-X技术(即以电解水制取绿氢,再以氢气、一氧化碳和二氧化碳为原料进行的合成反应,可形成化工行业价值链中的众多主要产品),推动生物质在化工生产过程的应用以及部署CCS。当然,在采取这些颠覆性技术之前,我们必须再进一步挖掘能效提升的潜力。

在交通领域,尽管考虑到中国经济的持续发展且向服务业转型,中国到2050年交通活动水平还将大幅度上升3-3.5倍,交通领域特别是路面交通的脱碳非常值得期待。落基山研究所研究预计,中国届时的轻载路面交通将全面实现电气化,这主要归功于电动汽车和氢燃料电池汽车的大范围普及。另外,考虑到中国高铁的快速发展,1000公里以内的远距离交通也将较为容易实现高比例电气化(可以替代一部分短途航空出行)。航空和船舶运输脱碳较为困难,但也有现成的技术解决方案。航空领域可用生物燃料和合成燃油以及在短途航线应用电动飞机或燃料电池飞机。在船运领域通过改造现有发动机,使用氢气、氨和生物燃料。

与交通部门一样,由于城市化进程的进一步推进以及人们对生活水平要求的提升,在建筑领域,中国2050年的人均住宅面积和建筑服务水平都将进一步提高。但是建筑部门的脱碳仍然可以通过大规模推广热泵、改善建筑围护结构、更大范围的依靠大温差远距离(200km)输热技术利用工业余热。到2050年,中国的建筑部门将实现75%的电气化率。

总体来讲,消费侧脱碳成本预估不会超过GDP的1%,对消费者最终产品(如汽车、房子)的价格影响更小。

(3)从能源供给侧看,零碳电力、氢能、生物质能等清洁能源将取代化石能源成为主流,碳捕集也将发挥重要作用。

在零碳中国图景下,从能源供给侧看,到2050年,中国电力需求将达到15万亿度,绿氢需求将达到8100万吨,每年将需要捕集10亿吨二氧化碳。从电力的使用看,除了工业、建筑和交通的大规模电气化以外,18%的电力消耗来自于制氢;氢气的消费,主要来自于化工原料、交通、钢铁、水泥以及合成氨等部门;碳捕集将主要用于工业原料、煤制氢、工业过程以及火电所产生的碳排放。

具体地,在零碳电力方面,到2030年,风电和光伏占中国发电装机量的近50%,风电装机870GW,光伏854GW;到2050年风电和光伏共计近70%,其中风电装机2400GW,光伏2460GW。风电和光伏未来成本大幅下降为这种情景提供了可能性。从资源可行性看,到2050年,2460GW的光伏将仅占中国国土面积的0.8%,2400GW的风电装机量占目前陆上可用总储量的70%。

从经济可行性看,中国在未来30年新增光伏和风电装机所需的总投资额仅占到同期GDP的0.4%左右,即使考虑到配电网和储能的投资,也不会超过GDP的0.7%。一系列电网灵活性措施也将为这一高比例可再生能源电力系统提供电力供需平衡的技术支撑。这些灵活性的资源主要是包括抽水蓄能、电池的储能、氢能、需求响应,以及非常少部分的天然气的调峰机组。根据落基山研究所和能源转型委员会的模型研究,抽水蓄能的容量将从现在的30GW增长到2050年的140GW,电池储能将增长到510GW,用于灵活性调节的氢能达到100GW的水平。

在氢能方面,随着零碳电力和制氢设备成本下降带来的绿氢成本快速降低,绿氢将在交通、工业等多个领域得到大规模应用,到2050年,中国的氢气需求量将达到8100万吨。到2050年,当电解槽成本在100美元/千瓦,零碳电价30美元/兆瓦的情况下,绿氢成本将低至10~15元/公斤的水平,比煤制氢的成本还要低。此外,到2050年,氢的用途将大大扩展,这也将极大地带来规模效应。在未来,氢的应用场景包括钢铁、水泥、化工等工业过程,重型交通、轻型交通、航空航运等交通领域等等。根据不同领域氢能利用的技术成熟度、成本经济性、产业配套情况等的不同,氢能将从路面交通领域开始渗透,并逐渐发展到合成氨、直接还原铁等工业领域,以及较为后期的船舶、航空燃料应用以及电转气(Power-to-X)等领域的应用。

在生物质方面,2050年,中国的潜在生物质资源达到6亿吨标煤,足够满足零碳情景下4.4亿吨标煤的需求。然而,由于生物质资源区域分布不均、运输成本较高等原因,生物质资源将优先用于航空和化工原料等其他零碳解决方案有限或成本较高的领域,另有一大部分的生物质资源可能会应用于发电领域。在碳捕集方面,中国的碳捕集和封存容量大大多于10亿吨/年,且鉴于中国的规模经济和学习曲线效应带来的成本优势,碳捕集和封存也将在中国的零碳转型过程中扮演重要角色。

(4)中国零碳能源转型需多个领域多项技术驱动,其技术成熟度和市场期望度处于不同阶段,可有效指导政策和投资决策。

中国的零碳转型需要多个领域多项技术驱动,从投资的角度看,主要集中在七大领域,分别为循环经济、能效提升、零碳发电、储能、氢能、终端消费电气化和数字化。从发展阶段看,这些领域中的细分技术分布在技术萌芽期比如工业电加热、动力电池回收,期望膨胀期比如氢燃料电池、电动汽车,泡沫破例期比如铅炭电池、稳步复苏期比如锂电池和产业成熟期比如风光发电五个不同阶段。每个阶段的市场期望度存在差异,发展的主要任务以及驱动因素不同。未来,到2050年,中国要实现零碳图景,这七大领域的各项细分技术领域都能够走过产业成熟度曲线的五个阶段,达到商业可行的最终方向。这七大领域可形成潜力非常巨大的市场空间,至少在十几万亿级别,投资零碳中国的回报也将非常可观。

(5)严格限制新增煤电装机和大力推动绿氢发展应成为“十四五”以及随后的中短期内中国零碳转型的重要举措。

在“十四五”期间,中国无需新增煤电装机,即可满足2030年前电力需求增加和电力系统灵活性的要求。这是落基山研究所和能源转型委员会近期即将发布的报告结论。从全国的层面看,通过对预测的2030年全国夏季和冬季典型日的负荷曲线和各来源的发电出力的分析表明,尽管不计入水电、抽水蓄能、电化学储能、需求响应等一系列的灵活性资源,中国已有的煤电装机已完全可以满足电力系统灵活性的要求。进一步从区域和省的层面看,该研究模型对电力输入省和电力输出省的情况进行模拟,结果表明,通过技术手段和电力系统市场机制的完善来实现系统优化和灵活性资源的充分释放,也可平衡电力供需,而无需额外的煤电装机投入。其中,系统平衡的主要措施包括:适应可再生能源出力情况的灵活的省间调度、煤电灵活性改造和辅助服务市场机制的完善、水电灵活性潜力的充分发挥(仍有30%可挖掘)、工商民用电以及电动车等的需求响应、发展和采用电化学储能等其他形式灵活性手段等等。

从所需行动看,中国要在不新增煤电装机的情况下满足电力系统灵活性要求,需要清晰的目标设定、完善的市场机制、系统的规划部署和匹配的政策支持。具体在目标设定方面,一方面需要设立与中国2060年前实现碳中和乃至2050年实现零碳排放的整体目标相适应的分行业目标,另方面,还应分阶段设立短期、中期、长期目标,且这些目标间应具有连续性。在市场机制方面,应实行可更好反映可再生能源间歇性出力和体现价格信号的短期市场和实时市场机制,协调跨省电力调度,并通过建立开放的市场激励新商业模式的出现。在规划部署方面,所需措施包括进行全面且尽可能精确的负荷预测,放开技术资源采购限制,以及保证输配电网的升级、规划和建设应与可再生能源长期发展目标相一致等。在政策支持方面,应透明化负荷曲线、预测等数据和信息的披露,以创造开放的市场竞争环境,此外,应进一步规范行业标准,以及在电力调度中充分量化和评价系统惯量等。

在“十四五”期间的另一个关键行动是大力支持绿氢的发展。建议将绿氢的发展纳入能源的总体规划,涉及的内容包括鼓励绿氢的消费和制取等。随着产业热度的提升和市场的发展,“十四五”是绿氢发展的重要机会窗口。一些地方和行业部门已具备较为成熟的条件来进行示范,特别是在可再生能源电力成本比较低的地方以及弃风、弃光、弃水的区域,建议给予一些包括电价政策的优惠(包括输电成本减免等),鼓励绿氢的示范。此外,还可支持建立绿氢示范的工业园区,实现可再生能源和绿氢的就地消纳。

4. David Sandalow的发言要点

美国能源部原副部长、哥伦比亚大学全球能源政策中心创始研究员David Sandalow先生认为,习主席宣布的“中国2060年前实现碳中和”目标非常重要,非常令人鼓舞,对实现巴黎协定目标,避免气候变化带来的不利影响都是非常积极的。

从全球反应看,大家一方面非常欢迎习主席所做的承诺,但同时也十分关心中国在近期将采取的行动,看这些行动是否与长期目标相匹配。正如中国的老子所说:“千里之行,始于足下”。要实现2060碳中和的承诺,中国应抓紧时间配合一些切实的近期行动措施,以增强承诺的可信度。为此,Sandalow先生提出了5点建议。

(1)控制煤电总装机容量不超过1100GW。“十四五”规划中如果继续增加煤电厂装机容量,会引起全球关注和担忧,影响他们对中国实现碳中和目标的信心。

(2)可再生能源发展应该从部署更多的装机容量转向发出更多电量的目标转变,也就是说从MW(兆瓦)向MWh(兆瓦时)转变,设立可再生能源发电量目标。

(3)部署绿氢发展。

“十四五”期间,中国及时部署绿氢对能源转型和完成气候变化目标都非常重要。氢能的发展一定要以绿色氢能为目标,如果氢的生产是来自于化石燃料,没有进行碳捕集,那就适得其反了。

(4)加大CCS研究与试点。中国实现气候变化目标需要碳捕集与封存技术。在这方面,中国企业有很好的机会,未来可以从CCS或者CCUS中获利,对全球减排也可带来好处。

(5)节约“粮食”和减少粮食消耗对中国实现碳减排目标至关重要。粮食生产与消费的产业链贡献了约25%的温室气体排放,这个问题很少在能源圈里谈及,但从粮食的全产业链来讲,粮食从农场生产和包装,粮食加工、运输与最终消费等过程都与能源相关。从应对气候变化角度看,这里有很大的机会,包括新技术的开发应用以及消费者行为方式的改变,可以降低粮食体系中的碳排放,同时提高公共健康,更好地保护生物多样性,并提升动物的福祉。习近平主席已经推动了杜绝食物浪费的倡议,这可以很大程度上降低温室气体排放。建议把这一倡议纳入到国家自主减排贡献计划中。

5. 其他专家意见总结:

与会人士感谢三位家的精彩演讲和David Sandalow的评论和价值建议,并在此基础上提出了以下建议:

(1)中国“2060年前实现碳中和目标”困难与挑战巨大,需提高和统一认识、树立坚定信心。

相比于欧洲从1990年达峰到2050年实现碳中和所需的60年时间,中国在2030年前达峰到2060年前实现碳中和,时间只有欧盟的一半,要在这么短的时间内,在能源需求还在上升,全社会在气候变化方面的民意基础、企业认同、技术储备、市场机制、法律法规等方面严重滞后的情况下,将目前化石能源占80%以上的能源系统变成零碳能源系统,所面临的挑战是史无前例的。

此外,受新冠疫情的冲击,世界各国的企业步履维艰,包括中国在内的许多国家可能为了经济复苏供应而减缓对化石能源尽快淘汰的决心,在低碳、零碳政策的执行方面可能出现松动,这将直接影响到未来碳中和目标的实现。

对此,各行各界人士,尤其是对能源界人士包括能源企业的领导和负责国家能源管理和规划的同志,首先要登高望远,进行思想解放和思想革命,对“碳中和目标”有紧迫感。习主席提出的“2030年前达峰和2060年前碳中和”不仅仅是两个具体目标,还与贯彻五大发展理念中的“绿色发展”、落实全球温升小于2度并争取控制在1.5度的“巴黎协定”、应对人类面临共同挑战而“构建人类命运共同体”等重大问题互为一体、交相呼应。在这样的伟大愿景下,能源规划者应该思考“碳中和”和“碳达峰”两个目标对于目前的能源发展意味着什么,积极研究规划“十四五”期间在能源领域应该采取的行动,而不是悲观无为。

其次,要从发展的眼光看待碳中和目标的实现途径。正如能源转型委员会和落基山研究所报告所展示的,清洁能源技术的发展即将到达拐点,成为最有竞争力的电力来源。能源规划者要思考如何进行合理布局,及时改革阻碍技术推广和利用的体制机制,让这些技术发挥应有的作用。

第三,我国以化石能源为主的能源结构与全球平均水平来说相差无几,涉及的也是工业、交通和建筑领域,与其他主要国家有着许多共性,一样也面临着用30年左右的时间将80%化石能源系统变成零碳能源系统的挑战,难度不一定比其他国家大。我们应加强国际合作,互相借鉴,学习先进技术,与世界各国一道推动全球的低碳进程,尤其是中美之间的合作仍然很重要。

(2)要把行业层面分析的解决方案变为企业的具体执行方案,同时鼓励地方政府先试先行。

企业是落实减排任务的主体。目前很多研究都集中在全球或国家或行业的宏观层面,前景都很乐观,但这些乐观的解决方案如果无法变成企业的执行方案,其结果就会落空。为此,要把国家的宏伟目标变成企业的行动。建议:一是要进行行业与企业碳普查,让各企业摸清自己碳排放的“家底”,使其碳减排工作更为精准有效;二是要从国家层面,要重新评估和提高我国各行各业的能效和碳排放标准,以标准来推动企业的减排工作。三是要让企业通过碳减排获得效益,加快推动碳交易市场建设,把碳交易从电力、钢铁等试点行业扩展到所有行业。四是要重视产品含碳的计量,特别是对外贸易产品中的含碳量计量,因为未来国际贸易将有可能按照产品的“碳足迹”来征收关税,如欧盟正在酝酿的“边境调节税”。五是要把一个地区碳排放总量像之前的能源消费总量和企业能耗通过单位GDP能耗和单位产出能耗两个指标一起作为抓手落实,让碳减排工作落到实处。

此外,应鼓励地方(省、市)层面,在“碳达峰”(如湘潭市在2025年实现碳达峰)“碳中和”(如苏州市2050碳中和)规划,形成中央、省、市及企业层面,上下统一、多条腿同时走路的局面,把国家层面面临的挑战和紧迫感落实到地方政府和企业的行动中。

(3)国家需制订零碳电力发展战略规划,加速构建以绿色低碳电力为支撑电源的电力系统,这是实现“碳中和”目标的关键抓手。

在中国能源转型过程中,一个极为重要的问题是如何实现电力负荷中心的支撑电源由化石能源向绿色低碳电力转变,并实现全国绿色电力负荷中心(如省级、区域级负荷中心)之间的互联互通,形成最高安全等级的绿色电网系统。这是未来中国能源系统升级改造最为庞大和具有挑战性、最为专业化的能源工作。

首先,建议国家制订一个“零碳电力发展战略规划”,这是我国实现“碳中和”的核心。需要在重新认识我国电力系统的基础上,对我国电源、电网、负荷中心、跨省电力调度、输配等等进行重新评估,要以实现“零碳电力”为目标导向,充分利用能源与数字技术进步,重新思考我国的电力供、需、输、配、调以及管理机制和体制问题。

其次,近期新建的煤电机组将增加我国电力系统能源转型的难度和未来减排的成本,应引导煤电投资从基荷为主向调峰电源转变。从电力系统角度看,一方面,目前部分基荷煤电退役机组需要补充时,许多具体电力负荷中心在没有新增可再生电力的条件下,需要煤电机组顶上;另一方面,在逐步布局高比例可再生电力过程中,局部市场一定时段内需要更多煤电机组充当备用装机为更多间歇性可再生电力削峰填谷提供灵活性电源,适当增加电机组并不一定意味着增加煤炭发电,相反是为了增加可再生电力出力小时数。

再次,目前的技术进步已经让我们看到希望,有条件对未来以电力为主导的能源系统进行重新规划布局。正如能源转型委员会报告所指出的,风电、光伏太阳能等各类可再生能源成本仍在大幅下降,已经具备了足够的竞争力,通过电气化实现的能源利用效率在急剧提升,锂电池为代表的储能成本和电动车动力电池成本也在急速下降。这些技术对未来电力系统灵活性至关重要,加上绿氢、电力系统优化、动力电池回收等技术的快速发展并走向成熟,再通过数字化、人工智能等技术的助推,“绿色低碳电力为支撑电源的负荷中心”替代当前的“化石能源为支撑电源的负荷中心”一定会很快到来。

最后,实现“碳中和”目标、加速构建以绿色低碳电力负荷中心网络为核心的电力系统,电力体制的改革,特别是配网侧的改革变得尤为重要。当前的电力系统运行机制是几十年前逐步形成的,已经远远不能适应当前和未来我国发展清洁、低碳、零碳电力的需要,也会成为电力及能源技术进步及先进技术、产品、系统解决方案应用的障碍,应下定决心,加大改革力度,加快改革进程。

(4)通过碳税,设立国家“碳中和”基金,在支持技术研发和推广的同时,帮助经济欠发达的地区共同转型。

要让碳减排成为一种可持续业务,对减排量的合理定价(碳税)应成为不可或缺的手段。可考虑设立源于碳税的碳中和国家基金,一方面用于低碳能源转型和实现“碳中和目标”的技术研发、技术示范、市场推广及国际合作。

另一方面,参照欧盟通过专项资金来确保经济落后国家实现低碳转型的公平性,我国也可以通过“国家碳中和基金”对困难多、发展任务更重的地方提供帮助,并鼓励投资能够往这些地区倾斜。

(5)完善市场机制,通过系统解决方案和可持续的商业模式,凝聚全社会力量,赢得全球零碳经济建设这场创新竞赛

实现“碳中和目标”需要一个以高比例可再生能源、节能和储能为核心的系统性解决方案,更需要一个以市场化为基础可持续运营模式,灵活性电力资源市场的建设尤为重要。

应通过改革,把实现二氧化碳减排的业务变为新的商业模式,给从业者合理回报,彻底改变过去多卖能源、多排放可以多赚钱的发展模式。

以碳中和为目标的全球能源转型已成为世界各国之间在技术创新和制度创新的国际竞赛,竞赛的号角已经吹响。我们不但不能落后,还应领跑世界,这需要凝聚全社会力量共同实现。

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