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美国发电行业的减碳之路

来源:万米空间作者:一头雾水的熊2021/9/7 9:31:36我要投稿

北极星碳管家网讯:发电行业碳排放大户,在全球能源相关领域的二氧化碳排放总量中占比近四成。发电行业实现减碳不仅关系到自身,还影响着其它行业,是实现全社会整体减碳的关键所在。

我国要实现自己的碳中和目标,发电行业的低碳转型势在必行。美国发电系统从体量上仅次于中国,并且已经实现一定程度的低碳转型,其减碳之路对我国发电系统的转型无疑是一个有益的参照。

本文试图回答以下四个问题:一是美国发电行业迄今实现了多大幅度的减碳;二是美国发电行业是如何实现减碳的;三是美国能否进一步实现零碳电力目标;四是美国电力减碳之路对我们有什么启示。

一、美国发电行业的减碳成绩

2005年,美国能源信息署(EIA)在其年度能源展望报告中预测:美国的煤电和气电将持续大幅增长,2020年发电行业的二氧化碳排放将达到30.1亿吨。

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美国电力结构演变趋势(2005年预测)

(单位:10亿千瓦时;来源:EIA报告)

如今,十五年过去了,美国发电行业的现实情况是怎样的呢?

2021年4月,EIA发布月度能源回顾(Monthly Energy Review)报告,分析美国去年的二氧化碳排放形势。相关数据显示,2020年美国发电行业的二氧化碳排放量为14.5亿吨。

这就是说,美国发电行业2020年的实际碳排放比2005年给出的预测值低52%,比2005年的实际碳排放降低了40%。

当然,2020年的碳排放数据肯定受到了疫情影响,因为美国2020年的电力需求比2019年降低了4%。

2019年的数据更有说服力。这一年,美国发电行业的实际碳排放比预测值低46%,比2005年的实际排放降低了33%。

因此,以2005年的碳排放量为基数,美国发电行业的减碳幅度约为1/3。如果以当年的预测值为基数,美国发电行业的减碳幅度约为1/2。

二、美国发电行业的减碳途径

总体来看,美国发电行业的减碳成绩源自电力需求走平和电力结构变化两个方面。

首先,美国2020年的电力需求总量比预测值低24%,几乎与2005年持平。剔除疫情影响,2019年的电力需求比预测值低21%。

由于受到2008年金融危机等因素影响,美国2019年的GDP较预测值低13%。此外,产业结构变化、能效提高等因素也有利于控制全社会的电力总需求。

其次,可再生能源的发电量比预测值大幅增加79%。这主要得益于风电和光伏的迅猛增长。2020年,美国风电和光伏总发电量为4,700亿千瓦时,是预测值的13.4倍,加上水电、地热发电等,可再生能源总发电量达到8,340亿千瓦时,是2005年实际值的2.3倍。

发电成本的超预期下降、联邦政府的税收政策、州政府的可再生能源标准和区域性电力传输基础设施的完善等因素,共同推动了风电和光伏的加速增长。

再次,从煤到气的能源结构转变幅度超出预期。2005年,美国天然气发电量为7,610亿千瓦时,2020年增加至16,170亿千瓦时,比预测值高出18%。

与此同时,煤电在加速退出。2005年,美国的煤炭发电量为20,130亿千瓦时,2020年锐减至7,740亿千瓦时,只有2005年的38%,仅为预测值的31%。煤电退出为美国发电行业的二氧化碳减排贡献了十多亿吨的空间。

尽管天然气发电的大幅增长导致气电板块二氧化碳排放增加,但由于气电的碳排放强度不足煤电的一半,气电替代仍然使得美国2020年的二氧化碳排放减少了约4.7亿吨,贡献了2005年以来美国发电行业二氧化碳减排总量的48%。

三、美国实现零碳电力的前景

过去十五年间,美国发电行业减碳33%,贡献了其能源领域减碳总量的53%。相比之下,居住建筑领域、商业建筑领域、工业领域和交通领域的减碳力度更小,2019年分别为24%、22%、15%和3%。

美国拜登政府在竞选期间,提出了到2035年实现零碳电力的口号。在最近举行的中美气候变化天津会谈中,美国方面重申了这一目标。

相关研究认为,美国如果要达到90%的清洁电力,2035年之前需要新增11亿千瓦风电和光伏,同时增加1.5亿千瓦的四小时储能装机。

这相当于在今后的十五年中,每年新增7,000万千瓦风电和光伏,考虑到去年美国新增并网的风电和光伏装机已经达到3,400万千瓦,这种装机速度并非遥不可及。

还有研究显示,美国进入规划的2025年前并网风电与光伏规模已经达到5.7亿千瓦,规划储能装机规模也达到2.0亿千瓦。这些数据进一步强化了美国实现其2035年可再生能源装机目标的可能性。

对于保留的气电和煤电,二氧化碳捕集利用与封存(CCUS/CCS)则是必然选项。在这方面,美国的技术储备与项目规划也遥遥领先。

根据全球碳捕集与封存研究院(GCCSI)的统计,2020年美国有14个运营中的CCS商业项目,捕集能力接近2,200万吨/年,其中包括全球最大的燃煤电厂烟气碳捕集项目——位于德州WA Parish电厂的佩特拉诺瓦(Petra Nova)项目。

与此同时,美国进入开发或建设阶段的电厂CCS项目至少有10个,总捕集规模接近3,000万吨/年。这些CCS项目多数计划在2025年前后投运。

总体来看,新能源的加速装机和电厂CCS项目的密集示范,极大增强了美国最终实现零碳电力目标的可能性。

四、相关启示

预测未来可以帮助我们更好地明确努力的方向,但这种预测往往是不准确的,能源领域更是如此。

政策激励和技术进步是实现发电行业减碳的两个重要抓手。这一点已经被可再生能源的爆发式增长所证明,未来还将在更多领域被验证。

控制电力需求总量是我国实现低碳甚至零碳电力的前提。2020年,中国用电总量为7.8万亿千瓦时、GDP总量为14.7万亿美元,美国用电总量为4.3万亿千瓦时、GDP总量为20.9万亿美元。中国单位GDP的用电量是美国的2.58倍,提高用能效率,调整产业结构,任重而道远。

大力增加风电、光伏与储能装机,是我国近期快速提高零碳电力比重的可靠选择。2020年,我国并网风电和光伏发电总量为7,300亿千瓦时,是美国的1.5倍,新增并网风电和光伏装机1.2亿千瓦,是美国的3.5倍。

有序退出部分低效煤电机组,是我国短期内实现发电行业大幅度减碳的几乎唯一的方式。发展可再生能源只是不增加电力行业的碳排放,并不能直接达到减碳的目的。美国发电行业过去十五年的减碳空间,也全部来自煤电机组的退出。

大力发展和应用CCUS技术,是我国中长期内实现发电行业深度减碳的重要手段。化石能源电力具有无可比拟的可靠性和安全性,必将在可预见的未来电力系统中继续保持一定份额。CCUS作为配套技术,不可或缺。


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