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碳达峰、碳中和背景下我国能源低碳转型路径及建议

来源:中机院  时间:2021-11-29  点击:1363
为保证“双碳”目标的实现,应大力加强高比例可再生能源及配套技术、煤电行业低碳转型路径以及碳捕集、利用和封存等关键技术或规划问题的研究。

  推进碳达峰、碳中和战略是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革,其中能源系统低碳转型将是实现“双碳”目标的关键。在当前经济社会发展水平下,应采用“两步加速”的总体发展方案,近期可通过加快发展非化石能源,确保2030年前碳达峰,并实施以2℃温升目标和1.5℃温升目标为导向的长期转型路径,力争在2060年前实现碳中和。为保证“双碳”目标的实现,应大力加强高比例可再生能源及配套技术、煤电行业低碳转型路径以及碳捕集、利用和封存等关键技术或规划问题的研究。
 
  一、我国实现低碳转型的可能路径
  清华大学气候变化与可持续发展研究院在2020年牵头完成的《中国低碳发展战略与转型路径研究》课题,对我国经济社会的低碳转型情景和路径进行了研究。该课题设置了4种情景,分别为当前政策情景、强化政策情景、2℃温升情景和1.5℃温升情景。当前政策情景描述了我国经济社会继续执行当前政策情景下的发展轨迹;强化政策情景描述了在强化现有政策手段下的发展轨迹;2℃温升情景和1.5℃温升情景分别描述了以实现《巴黎协定》设定温升目标为约束条件,倒逼转型的经济社会发展轨迹。
 
  研究表明,在当前政策和强化政策2种情景下,我国将在2030年左右实现碳达峰,但由于能源和经济体系自身的巨大惯性,难以实现2060年碳中和的目标。在当前政策和强化政策情景下,我国到2050年的碳排放量仅比峰值分别下降10%和40%左右,与碳中和目标的要求相去甚远。2℃温升情景和1.5℃温升情景的研究结果表明,实现碳中和目标需要进一步推进深度减排政策。因此,基于上述结果,清华大学在研究报告中提出基于强化政策情景尽快实现碳达峰,并加快推进实施以2℃和1.5℃温升目标为导向的长期低碳转型路径,即图3中阴影部分所示。这需要我国全面加强减碳相关领域的工作力度,按照建议路径和方向为最终实现2060年碳中和的总体目标奠定坚实的基础。
 
 
图3我国几种典型发展路径情景下的二氧化碳排放演变趋势
 
  二、能源低碳转型是我国碳中和的关键
  当前,能源相关的碳排放量(包括能源生产、运输、转化和终端利用的全过程)占我国全部碳排放量的80%以上。2020年,我国一次能源消费总量为49.8×108t标准煤,煤炭占比为57%左右,而非化石能源占比仅为15%左右,这导致了约100亿t与能源相关的二氧化碳排放量。因此,能源行业的低碳转型将是我国实现“双碳”目标的关键。
 
  图4和图5分别给出了为保证实现2℃和1.5℃温升目标,我国能源系统低碳转型的一次能源消费结构转型路径。
 
 
图42℃温升情景一次能源结构转型路径


图5  1.5 ℃温升情景一次能源结构转型路径
 
  在2℃温升情景下,一次能源消费将在2035年前后实现达峰,到2050年将下降到52×108t标准煤左右;2050年非化石能源在一次能源消费中的占比将达到70%以上,一次能源用于发电的比例将从当前的45%提高到2030年的50%,2050年将达到约75%;发电量结构中,非化石能源发电量占总发电量比例将由当前的约32%提升到约90%;终端能源消费中,电力消费占比也将大幅提高,由目前约25%提升到2050年的约55%。
 
  到2050年,我国能源相关碳排放量将降至29×108t左右,比2020年下降约70%,将实现温室气体的大幅减排。
 
  在1.5℃温升情景下,我国一次能源消费总量将在2030年前后实现达峰,2050年将下降到50×108t标准煤左右;2050年非化石能源在一次能源消费中的占比将超过85%,一次能源用于发电的比例将从当前的45%提高到2050年的约85%;发电量结构中,非化石能源发电量占总发电量比例将提高到约90%。与2℃温升情景相比,1.5°C温升情景下我国全社会电气化水平更高,电力消费占终端能源消费比例将由目前约25%大幅提高到约68%。
 
  到2050年,我国能源相关碳排放量将比2020年下降85%左右,为2060年最终实现碳中和目标奠定更加坚实的基础。
 
  三、政策建议
  实现能源行业从以化石燃料为主体向以新能源为主体的转变,我国需要付出巨大的代价。根据清华大学的研究结果,在2℃温升目标导向的转型路径下,中国能源行业在2020—2050年期间需要新增投资约100×104亿元,约占每年GDP的1.5%~2.0%。在1.5℃温升目标导向的转型路径下,能源行业需新增投资约138×104亿元,超过每年GDP的2.5%。低碳转型将是我国能源系统有史以来规模最大、最彻底、投资也最大的一次转型,需要全社会在技术、资金、政策等全方面做好积极准备。
 
  为实现能源行业低碳转型的长期发展目标,笔者提出如下政策建议:
 
  (1)进一步加大新能源及关键支撑配套技术发展和应用的政策支持力度。
  未来实现碳中和的关键是能源系统的低碳转型,其中2个关键的着力点是提高可再生能源在一次能源消费中的占比和提高终端能源电气化率,因此电力行业的低碳转型将是能源转型的核心。我国已经明确提出要建设以新能源为主体的新型电力系统。习近平总书记也已经在更新的中国自主减排承诺方案(NDC)中提出,中国的风电和太阳能发电装机到2030年将达到12亿kW以上,因此未来我国需要长期、大规模发展新能源。另外,未来以新能源为主体的新型电力系统对电网中的灵活性资源、可靠备用资源、转动惯量资源等都提出了更高的要求。但目前取消补贴后的可再生能源项目的盈利性仍不理想,发展可再生能源与土地占用之间的系统性矛盾也仍待解决,导致企业长期持续大规模投资的热情存在较大不确定性;另外,化学和其他新型储能等高比例可再生能源支撑配套技术的大规模应用仍面临技术、成本、缺乏合理收益机制等多方面问题。
 
  因此,建议有关部门加强对支持可再生能源加快发展的配套政策的研究,例如加快电力市场、碳市场和绿证市场等有利于可再生能源发展的市场机制建设,完善可再生能源配额制等配套政策手段。另外,可加大对高比例可再生能源电力系统安全稳定运行,储能关键技术研发、示范和推广应用的政策支持,尽快研究并出台针对储能的合理收益机制,为尽快实现储能的大规模发展铺平道路。
 
  (2)加快煤电行业低碳转型的路径研究和政策制定。
  煤电依然是我国最大的电力来源,2020年其发电量占比达61%,远超其他发电技术。未来要实现电力行业的碳中和,大幅降低燃煤发电量将不可避免。但我国在运机组规模高达10.8亿kW,占全球一半左右,而且平均年龄只有12年,远未达到退役时间。同时,我国的煤电机组无论从效率、安全可靠性,还是常规污染物减排等方面基本都处在全球领先水平,是非常优质的发电资产。如果在“双碳”目标下大规模关停尚处年轻阶段的煤电机组,将造成上万亿元发电资产的搁浅和浪费,并至少导致煤电行业数十万人失去就业岗位,甚至引发较大规模的金融和社会稳定问题。
 
  因此,如何处置我国庞大的煤电资产将是决定我国电力乃至能源行业低碳转型成败的关键因素之一,必须加快研究煤电行业和资产的出路问题。面对未来可再生能源占比大幅提高的电力系统,经过灵活性改造后的煤电机组依然有可能大有作为。建议加快煤电资产低碳转型出路的研究,并配套出台支持政策。例如一个可能的方案是,逐步缩减煤电机组的平均发电小时数,降低发电量和碳排放量,但同时保留尚在正常寿命期内的优质煤电机组作为灵活性和备用资源,并由整个电力系统中享受煤电机组支撑服务的其他参与方(可能主要是新能源企业)提供给煤电企业保持其可持续经营的合理容量补偿费用。这将为我国煤电行业在未来中长期实现碳中和历史阶段中保持可持续发展和平稳着陆创造有利条件。
 
  (3)加快碳捕集、利用和封存(CCUS)技术的研究、示范和推广应用。
  未来实现碳中和并不一定以非化石能源完全替代化石能源为唯一选择。在替代难度大的某些领域,例如炼钢焦炉、水泥窑炉等一些工业过程以及发电领域,适度保留化石能源可能是综合成本效益最优的方案。对剩余的化石能源使用环节,实施CCUS是最有效的碳中和路径之一。由于煤炭仍将在未来相当长一段时间内发挥重要作用,发展CCUS能够帮我国尽可能延长煤炭、煤电等相关产业和资产的生存时间,因此更具重要意义。
 
  我国目前由企业主导已经在CCUS方面有所探索,并建成了若干中等规模的示范装置,但相关技术尚未完全成熟,而且在技术标准、实施规范、经济激励或约束机制以及管理体制等方面基本仍属空白。因此,建议有关部门加强对CCUS研发、示范和推广应用的政策支持力度,加快CCUS发展,为将来在保留一次能源中化石能源一定比例的前提下,实现碳中和目标做好充足的技术储备。
 
  总之,实现碳达峰、碳中和是我国顺应全球合作、应对气候变化大势向全世界做出的庄严承诺,体现了我国的大国形象和大国担当,但实现“双碳”目标并不能一蹴而就,而是需要全国各行业、全社会付出艰苦努力,尤其是能源行业的低碳转型。本文对我国提出“双碳”目标的背景、意义以及实现低碳转型的可能路径进行了分析,并对如何以较低的综合成本确保我国“双碳”目标如期实现进行了探讨并提出了若干政策建议。(作者:李 政  张东杰  潘玲颖  李天枭  高俊伟)

 
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