谁来引领能源转型？能源消费将以电力为主体 发电技术与储能等协同发展

摘要：未来，能源消费将以电力为主体，电力消费总量也有比较大的增长空间；在电力供应侧，非化石能源占比将快速增加；在电力需求侧，终端部门电气化水平将显著提高；电力生产和输送的布局将由大范围资源优化配置逐步过渡到大范围资源优化配置与分布式、就地平衡并举；发电技术将实现突破性进展，并与储能技术、智能电网、能源互联网、多能互补体系、分布式用能系统等新技术和新模式协同发展，促进电力系统快速向信息物理深度融合、智能化演变。可再生能源的接入，会带来跨区域输电、储能容里需求和投资规模的增加，同时可再生能源高比例渗透，存在不同时间尺度的挑战，分布在电力系统规划、运行、稳态、暂态等环节，不仅需要大量的投资，还需要创新性解决方案。

在《巴黎协定》框架下，1.5℃温控目标成为全球热点，电力工业则承担了最重的减碳任务，也应该是最先实现低碳转型的行业。

气候变化是人类社会可持续发展面临的最大威胁，《巴黎协定》是一个里程碑，它体现了全球的高度共识。

能源是影响气候变化的重要因素，能源转型对于应对气候变化十分重要。尽管源转型有多种可能情景，本文主要介绍其中的两种。一是渐变转型的情景，就是按照当前的技术、政策和产业的趋势继续发展。另外一个是碳排放迅速下降的快速转型的情景，它所对应的转型路径和《巴黎协定》规定的2℃目标要求是一致的，但这个路径需要强有力的政策干预和支持。

2018年， 全世界一次能源消费总量是138.6亿吨标准油，按照世界人口75亿计算，每人平均消费接近2吨标准油。从世界能源消费结构来看，石油占比是“33.6%，煤炭占比27.2%，天然气占比 23.9%，水电和核能分别是6.8%和4.4%，可再生能源是4%左右。

现实情况是，能源行业的发展面临双重挑战，一方面是经济发展需要更多的能源，另一方面它需要更低的碳排放，因此技术进步和产业结构调整非常重要。与渐进性情景的能源需求增长 30%相比，快速转型情景由于能源效率提高和更精心的管理，能源需求增量相对 2017 年会增加20%，但是结构会发生巨大变化。到2040年快速情昱之下煤炭比例甚至会降到7%，而可再生能源会从 2017 年的 4%升到29%，在整个能源结构里非化石能源的比例会升到44%。对比渐进情景和快速转型情景的碳排放差额可以看6 到，电力工业承担的减碳任务最重，同时它也应该是最先实现低碳转型的一个行业。之所以会转型，主要是气候变化驱动的，气候变化领域当前最重要的文件就是《巴黎协定》，它为能源低碳发展甚至为整个社会的发展起到了塑型作用。

全球：1.5℃温升成热潮

气候变化领域当前最重要的文件就是《巴黎协定》，它为能源低碳发展甚至为整个社会的发展起到了一个塑型的作用。

《巴黎协定》之所以达成，根本原因在于气候变化是人类社会可持续发展面临的最大威胁，保护全球生态安全、实现绿色低碳发展，已成为世界可持续发展的核心议题。

《巴黎协定》重申了2℃的全球温升的控制目标，同时提出要努力实现1.5℃的目标。两者尽管只差0.5℃，但是需要付出的额外努力和成本非常大，对我们国家也有重要的影响。同时，它规定了未来实现这一目标的步骤和轮廓：为了实现长期目标，缔约方应该尽快达到温室气体排放的全球峰值，之后要求快速下降。到21世纪下半叶，实现温室气体源的人为排放与平衡，即所谓的碳中和，大约会在2070年左右实现。

与一般的“自上而下”分配指标的方式不同，《巴黎协定》采取的是“自下而上”的方式，要求世界各国应制定、通报并保持其“国家自主贡献”，通报频率是每五年一次，新的贡献应比上一次有所加强，并且反映出该国可实现的最大力度。

减缓方面，发达国家和发展中国家有所区别，要求发达国家继续提出全经济范围绝对量减排目标，鼓励发展中国家根据自身国情向全经济范围绝对量减排或者限排目标迈进。资金方面，因为发达国家历史的责任，要向发展中国家提供资金支持，鼓励其他国家在自愿基础上出资。

《巴黎协定》达成了“协定”加“决定”的法律形式，具有最大包容性，照顾了各方的核心关切；坚持了《公约》下，公平、共同但有区别的责任和各自能力原则，考虑不同国情等根本原则，确立了“自下而上”的模式，形成各方结合国情自主决定贡献（NDC）的局面；提出了将全球温升控制在2℃以内，并争取控制在1.5℃以内的长期目标和全球低碳、气候韧性和可持续发展的共同愿景。中国国家主席习近平和时任美国总统奥巴马为巴黎协定的达成、签署、生效和实施发挥了关键作用，做出了关键贡献。

当前，《巴黎协定》和实施细则已经基本达成，2020年后各方合作应对气候变化的制度安排已经基本确立，下一步主要的任务就是落实在行动上和提高力度。其中，处理好2℃和1.5℃目标的关系特别重要。现在呼吁1.5℃的热潮不断地涌现。今年9月份，联合国秘书长古特雷斯召开联合国全球气候峰会，提升各国领导人的政治意愿，呼吁各方为实现温升1.5℃提高力度。今年12月初，联合国全球气候变化大会将在西班牙召开，将完成《巴黎协定》第6条市场机制未决问题的谈判，主席国智利拟将推动各国提高力度作为本次大会的核心议题。

《IPCC1.5℃特别评估报告》认为，气候变化已经不是未来的挑战，而是眼前的威胁。实现1.5℃温升控制目标，需要从现在起就要采取大规模的减排措施。如果按照2℃温控目标，2030年减排二氧化碳和2010年相比要下降25%，1.5℃的目标则要下降45%。2℃目标要求在21世纪的下半叶，即2070年左右要达到净零排放，而按照1.5℃的目标，到2050年就要实现这一目标，这意味着要提前20年实现净零排放。需要指出的是，发达国家的能源结构是偏低碳的，实现碳中和条件远远好于我国，所以实现1.5℃目标对我国的压力会非常大。

明年是一个关键年份，各方将根据《巴黎协定》的要求，更新2020年后的自主贡献目标，提出到21世纪中叶的长期温室气体低排放发展战略。

中国：电力引领转型

发达国家的能源结构是偏低碳的，实现碳中和条件远远好于我国，这会对我国产生非常大的压力。

按照《巴黎协定》的要求，2020年中国要向联合国递交一个强化自主贡献目标，以及到2050年的长期温室气体低排放发展战略。我国能源结构的特点决定了能源转型具有天然的难度。从结构角度来讲，最显著的特点就是煤炭长期占主导地位，近年在国家的引导之下逐渐下降。2018年煤炭消费占比是59%。2018年我国一次能源消费总量是46.4亿吨标准煤，人均能源消费大概是世界平均数的1.2倍，折合成标准油接近2.4吨。在习近平主席生态文明思想指导下，中国制定了积极、有力度的自主贡献减排目标，推动能源革命，促进经济转型升级，中国绿色低碳的转型正在稳步进行。

能 源 生 产 和 消 费 革 命 战 略（2016~2030）勾画了我国未来能源的大的轮廓，制定了包括2030年碳排放达峰，非化石能源的比例到2020年要达到15%，2030年要达到20%，2050年非化石能源占比要达到50%等一系列目标。文件中也提出，电力工业到2030年要实现非化石能源发电占比达到50%，这是一个非常严格的要求。

渐进转型情景VS.快速转型情景

要实现这样的目标难度很大，可以用任重道远来形容。首先，数字说起来很容易，但是每一个百分点都意味着巨大的装机容量。按照上述规划，中国发电容量的增加是以10亿千瓦来计算的，所以将来可能是3倍甚至是4倍当前的装机容量。此外，即使按照2050年50%非化石占比的规划，我们离《巴黎协定》目标还是有差距的。

未来，能源消费将以电力为主体，电力消费总量也有比较大的增长空间；在电力供应侧，非化石能源占比将快速增加；在电力需求侧，终端部门电气化水平将显著提高；电力生产和输送的布局将由大范围资源优化配置逐步过渡到大范围资源优化配置与分布式、就地平衡并举；发电技术将实现突破性进展，并与储能技术、智能电网、能源互联网、多能互补体系、分布式用能系统等新技术和新模式协同发展，促进电力系统快速向信息物理深度融合、智能化演变。

清华大学的研究显示，能源清洁低碳转型的行动时机对碳排放轨迹会有很大的影响。越晚行动，到2050年前剩余煤电/火电容量愈少，导致电网可调度调峰容量缺乏；而且晚行动会导致煤电在短时间内大规模退役，带来的投资成本浪费和社会成本可能会很高。因此，建设新的煤电项目需要格外慎重，要避免成为搁浅资产。

需要指出的是，煤电发展碳捕获与封存（CCS）技术，捕碳率一般为90%，要实现净零排放，还需要负碳排放（BECCS）技术，但是生物质资源量是否足够始终是有疑问的。另外，可再生能源的接入，会带来跨区域输电、储能容里需求和投资规模的增加，同时可再生能源高比例渗透，存在不同时间尺度的挑战，分布在电力系统规划、运行、稳态、暂态等环节，不仅需要大量的投资，还需要创新性解决方案。

总之，低碳能源转型已经成为全球发展的共识和主格调，不可逆转。我国能源绿色低碳转型已经在路上，但是以煤为主的能源结构和经济持续增长使得能源转型任重道远。1.5℃温升控制目标对我们国家的挑战和压力是巨大的。电力工业在全社会碳减排中担负着特殊重要的作用，它是先行者，也是调节器。电力工业低碳转型存在着许多技术和经济挑战，一方面需要创新，抢占技术制高点，增强核 I心竞争力。另一方面也需要进行前瞻性的研究和政策部署。

（作者系清华大学气候变化与可持续发展研究院常务副院长、能源与动力工程系教授）