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中國如何實現2060年前碳中和目標?
來源:北京國際能源專家俱樂部 時間:2020-11-09 字體:[ ]

建言“十四五”能源發展系列活動

第十一場:中國如何實現2060年前碳中和目標

2020年10月16日

總結報告
 

9月22日,國家主席習近平在第75屆聯合國大會一般性辯論上宣布,中國將提高國家自主貢獻力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和。這是一個偉大而及有遠見的宣言,在全世界引起了巨大的正能量反響。

中國如何實現這個雄心勃勃的目標?應該遵從什么樣的路線圖?中國的碳中和目標對于全球實現到本世紀中葉打造繁榮的凈零碳排放經濟意味著什么?圍繞著2060碳中和目標,國際社會對中國“十四五”期間的能源發展有什么期待和建議?

今年9月16日,總部在倫敦的能源轉型委員會(Energy Transitions Commission)發布了最新報告《踐行使命——打造全球零碳經濟》。報告指出,到本世紀中葉打造繁榮的凈零碳排放經濟是一項可完成的使命,實現凈零碳排放不僅技術可行,在經濟上也是劃算的。該報告列舉了要實現這一目標所需要的當前行動和未來十年的行動步驟。去年11月,能源轉型委員會聯合落基山研究所,聯合發布了《中國2050:一個全面實現現代化國家的零碳圖景》報告。該報告描繪了中國在本世紀中葉經濟發展達到中等發達國家水平,同時實現凈零碳排放的圖景,并通過詳實的分部門分析,闡明了實現這一藍圖的經濟和技術可行性。

2020年10月16日,北京國際能源專家俱樂部、亞洲開發銀行、北京大學能源研究院聯合舉辦了“建言'十四五'能源發展”系列活動的第11場,邀請了能源轉型委員會和落基山研究所主要負責人,分享其研究成果,并就“十四五”期間為落實2060碳中和目標應該采取的行動進行了研討。

會上,落基山研究所常務董事兼北京代表處首席代表李婷進行開場致辭。能源轉型委員會主席Adair Turner勛爵以“全球打造零碳經濟的可行性和中國實現2060年前碳中和的重要意義”為題做了主旨發言。落基山研究所資深董事Carla Frisch女士就“美國在零碳目標方面的立場和動向”進行了分享。落基山研究所董事陳濟博士就“中國2060碳中和目標下的零碳圖景”為題進行了主旨發言。美國能源部原副部長、哥倫比亞大學全球能源政策中心創始研究員David Sandalow先生做了評論。

 “十四五”國家能源規劃專家委員會專家委副組長周大地,中石化集團原董事長傅成玉,亞行首席能源官翟永平,北大能源研究院副院長楊雷、帝國理工學院榮譽研究員楊玉峰等做了點評發言。來自國家部委、學術機構和相關企業約40位能源行業專家學者出席了本次會議。

北京國際能源專家俱樂部總裁陳新華主持了本次會議。

1. Adair Turner勛爵的主要觀點總結

能源轉型委員會主席Adair Turner勛爵的演講題目是“全球打造零碳經濟的可行性和中國實現2060年前碳中和的重要意義”,主要觀點總結如下。

(1)全球經濟到2050/60年實現能源和工業系統的零碳排放是技術可行和經濟可行的。

從全球看,發達國家在2050年前、發展中國家在2060年前實現能源和工業系統的零碳排放,而不依賴永久性、大規模、基于自然的碳匯解決方案在技術和經濟上是可行的。該結論有以下幾個方面的事實來支撐:

首先,來自可再生能源的電力成本及其系統成本大幅下降。例如,光伏的成本在過去十年內下降了90%,風電的成本下降了50%~60%。規模經濟和學習曲線效應是成本快速下降的一大驅動力,尤其當全社會舉力發展可再生能源電力時,相應的成本還有進一步下降的空間。除了平準化成本外,可再生能源電力的實際拍賣的價格也體現了成本大幅下降的特征。比如,對于太陽能光伏,很多地方的拍賣價低至約20美元每兆瓦時。此外,儲能的成本大幅下降,為大規??稍偕茉垂拈g歇性提供了具有成本競爭力的解決方案。在過去十年中,電池的成本下降了85%,還有進一步下降的空間。從2010到2019年,電池價格平均每年下降18%。2017年,彭博新能源財經預測,電池價格在2025年將低至100美元/千瓦時,但這一水平已極有可能在2023年達到。針對全球不同區域的氣候條件和日間/季節性負荷的變化,可行且具有經濟競爭力的解決方案也已經存在。能源轉型委員會《踐行使命,打造全球零碳經濟》報告指出,到2035年,在可再生能源占比大于80%的電力系統,即使在空間受限的地區,全系統的總成本(發電,日內調峰、季節性平衡和備用成本)也只有80美元/MWh,接近傳統燃氣發電相的水平(約65美元/MWh),在條件優異的地區,系統總成本甚至可低至31美元/MWh。

從需求側看,一方面,電氣化的發展將大幅提升能源利用效率。在交通領域,到2025年左右,購買和使用電動車的成本將低于燃油車。從百公里等效油耗看,電動汽車的能源消耗量僅為燃油車的1/4。實際上,電動車的滲透率正逐年上升,且發展速度持續加快,內燃機技術恐怕很快會被淘汰。在建筑供暖領域,以獲取每千瓦時熱量所需的終端能源計算,電熱泵所需的能耗只有標準燃氣鍋爐的12%。另方面,即使在重工業、長距離和重型交通等難以減排的領域,也有可行的脫碳方案。在重工業方面,水泥的生產可結合碳捕集、封存和利用(CCUS),以及零碳電力、生物質等能源用于供熱,新型水泥化學也將是可行的方案。在鋼鐵生產中,傳統的焦炭還原路徑可結合CCUS,還可采用氫氣直接還原鐵、直接電解等新型路徑。在塑料生產方面,除了CCUS的運用外,電氣化供熱、以生物質作為原料和新型的電化學過程都是可行的脫碳方案。對于長距離重型交通,直接電氣化以及以氫、氨、合成燃料為載體的間接電氣化和生物燃料的應用都是可行的方案。

從供給側看,除了以上已提到的零碳電力外,零碳氫能的成本競爭力也將大幅提升。一方面,零碳電力價格的大幅下降會使綠氫的成本具有經濟性;另方面,制氫設備成本的還將持續降低。中國在制氫設備的成本優勢尤為突出,在彭博新能源財經給出的樂觀情景下,中國的大型電解水項目的系統設備成本的目前水平已低至200美元/千瓦,是歐美國家的1/6,到2050年,中國的成本還能進一步降低到80美元/千瓦,即便在保守情景下,中國2050年電解水設備成本也將低至98美元/千瓦??梢?,中國的電解制氫設備成本下降還有很大的空間,尤其是在未來幾十年內對氫的需求大幅上漲的情況下,規模效應將得到充分的發揮。

總的來說,在零碳圖景中,能源供給和消費方式將發生較大改變。在全世界終端能源消費總量中,電的占比將由2018年的19%增長到2050年的70%左右,電力需求將從目前的27萬億度/年增長到2050年的90~120萬億度/年。電力除了用于直接電氣化,還將用于氫的生產。與此同時,零碳轉型也將使化石能源的需求大幅下降。和目前水平相比,2050年煤炭和石油的消費量均將下降90%以上,天然氣消費量下降30%以上。

(2)未來十年對于中國實現2060碳中和目標尤為重要,需要將碳排放量降低一半。

從全球層面看,如果要將溫升控制在1.5℃內,就要在未來十年將碳排放量降低一半,這一階段性目標的實現對于2060甚至2050年實現零碳排放非常重要。在前10年減排一半的基礎上再接下來的30年,則要完成新技術的應用,還要實現存量資產的重新構建。這一挑戰,對于具有極強執行力的中國來說,既是使命必達,又是重大的機遇。在短期內,必須有快速和實際的行動。

(3)電力系統的脫碳是全社會零碳發展的關鍵

在未來電氣化的趨勢下,電力系統的脫碳是全社會零碳發展的關鍵。需求側大規模電氣化沒有碳排放的前提是,其所使用的電力都來自零碳能源。到2050年,中國將會需要15萬億度零碳電力,其來源包括2400GW風電、2500GW光伏、230GW的核電等,這些裝機規模都需要逐步建立,而不是短期內就能實現的。實際上,從各國經驗看,承諾電力系統實現零碳排放的時間節點均會早于整個經濟的零碳化。例如,英國承諾到2050年實現零碳排放,但電力系統需要在2035年實現零碳。清華大學氣候變化與可持續發展研究院的研究也指出,中國要在2060年實現碳中和,其電力系統實現零碳排放的節點將在2040年左右。除了電力本身,要保證氫能的零碳排放也將依賴于電的零碳化,否則,大規模的氫能利用也會失去服務于零碳目標的意義。

(4)“十四五”期間中國的投資應轉向零碳領域。

建議中國將宏觀經濟的復蘇刺激計劃與“碳中和”的長遠目標掛鉤,與2030年的達峰掛鉤,不能再繼續大規模新建煤電,而應加大零碳電力的投資力度。

從投資的角度看,應從基礎設施和房地產等領域向更加綠色的服務業和高科技領域轉變。目前,在中國大部分的增長來自于基礎設施和房地產的投入。尤其是在2008年金融危機后,這兩個領域的投資成為拉動中國經濟復蘇的重要力量。然而,這樣的投資模式存在一定弊端。首先,過度投資會造成資金的浪費。目前,48%的中國城鎮居民擁有一套以上的住房,不乏投機性質的投資,這也帶來了較高的住房空置率。此外,中國的二、三、四線城市的基礎設施以及重工業都存在較嚴重的產能過剩問題。此外,目前的投資和相關的建設碳強度較高,給碳排放總量的減量化工作增加了壓力。在未來,尤其是在后疫情階段,中國在投資應更多地考慮應對氣候變化的議程,踐行綠色復蘇。

可再生能源等零碳領域是“十四五”期間投資的理想標的。當前,中國提出的包括5G、特高壓輸電線路、高鐵、電動車充電站、大數據中心、人工智能相關基礎設施和工業物聯網等在內的“新基建”領域,其在2020到2025年間的直接投資規??傆?.31萬億元,帶動的總投資達到16萬億元。但與此相比,進入到基礎設施、房地產等傳統領域的投資規模遠遠不止于此,占到了中國固定資產投資的25%以上。盡管中國已將重點逐漸轉向科技含量更高的“新基建”投資,但更理想的方式是加大對可再生能源的投資。一方面,可再生能源投資的潛力更大,具備傳統基建經濟刺激效果好,創造就業機會較多的優點,另方面,它更能推動中國長期的高質量、綠色和可持續發展,兼具新基建優勢。因此,投資可再生能源等零碳領域,綠色和高能效城鎮化的基礎設施領域以及終端用能電氣化應成為中國綠色復蘇的優先選項。

2. Carla Frisch女士主要觀點總結

落基山研究所資深董事Carla Frisch女士的演講題目是“美國在零碳目標方面的立場和動向”。該演講主要基于落基山研究所的“美國承諾”(America's Pledge)系列研究,主要觀點為,美國各州、城市、企業和其他實體自下而上的行動為美國推動碳減排進程發揮了重要作用。

“美國承諾”是一個美國各州、城市、企業和地方領導人的聯盟,在特朗普政府宣布退出《巴黎協定》后的2017年7月發起,致力于填補由于特朗普政府短視的決定而使美國拒絕承擔其氣候義務所造成的空白。在過去的三年里,“美國承諾”跟蹤、鼓勵和記錄了美國極具活力的自下而上的應對氣候變化行動以及相關成效。Carla Frisch女士的演講主要內容總結如下。

(1)在聯盟政府退出《巴黎協議》的情況下,美國自下而上的應對氣候變化行動依舊活躍。

特朗普政府于2017年宣布并于2019年正式退出《巴黎協定》后,美國民間的應對氣候變化力量依舊強勁。美國至今有超過25個州、500個以上城市和郡、2275個大型企業、350個以上的大學以及宗教文化團體、醫療機構等等,依然積極致力于應對氣候變化行動。截至2019年底,這一應對氣候變化力量占到了美國GDP的68%,占全國總人口的65%,涉及的溫室氣體排放量占全國總量的51%,是美國溫室氣體減排的重要力量。

(2)美國自下而上的行動主要集中在零碳電力供給、終端能耗零碳化和生態系統的碳匯潛力三大領域,已取得較為理想的進展。

美國自下而上的應對氣候變化行動主要集中在三大領域,即:加速實現100%零碳電力供給、終端能源消費零碳化(包括工業、建筑、交通領域,主要通過電氣化和提高能源利用效率實現)以及提升生態系統的碳匯潛力(包括對森林、農田、濕地等的保護)。目前,美國已在這些方面取得了可圈可點的進展。例如,在過去三年內,美國的電動汽車數量已實現翻倍,16個州已承諾逐漸減少并最終摒棄氫氟碳化合物(HFCs)的使用,79%的美國民眾認為國家應大力發展可再生能源并使其成為能源供給的主要來源。此外,已有13個州提出了清潔電力承諾,其中的城市數量從33個增長到了165個,已經有30多個城市達到了100%的清潔電力。7個州和27個油氣企業承諾降低甲烷泄漏。從全國看,新建建筑全面實現電氣化的城市規模覆蓋600萬人口。

(3)盡管在疫情沖擊下美國經濟出現下行,各州、城市、企業和其他主體的氣候行動仍將進一步加快和深入。

落基山研究所2019年發布的《加速美國承諾》報告指出,美國各州、城市、企業和其他主體的氣候行動可在2030年實現碳排放量比2005年水平低37%。如果拜登在本輪競選中成功勝出,在聯邦政府的推動下,2030年的碳排放量還可進一步降到比2005年低49%的水平。在這一情景下,美國有望在本世紀中葉實現零碳排放的目標。

“美國承諾”的行動主要集中在電力、交通、建筑、減少甲烷泄漏和減少HFCs使用五個領域,參與者對于美國經濟實現低碳化甚至脫碳化的信心也并未受疫情的影響。盡管面臨巨大挑戰,各州、城市、企業等加快了應對氣候變化和發展清潔能源的進展,這也成為了后疫情時期刺激經濟的重要手段。在整個疫情高峰期,一些城市做出了新的實現100%清潔能源的承諾,例如弗吉尼亞。最近,加州宣布到2035年全面禁止內燃機汽車,這也是交通領域電氣化轉型的重要舉措。

實際上,很多清潔技術已到達了成本經濟性快速顯現、滲透率大幅上漲的臨界點。近期的一項民意調查顯示,70%的美國人都支持到2050年實現100%清潔能源,清潔能源將取代化石能源成為能源供給的主要力量,尤其在疫情后的經濟復蘇時期,大部分美國民眾也支持將發展清潔能源產業作為重點。同時,他們也希望保護有色人種社區免受氣候變化影響。在清潔電力方面,民眾呼吁在2040年前實現100%電力來自清潔能源,在交通領域,則呼吁實行更嚴格的能效標準。

3. 陳濟博士主要觀點總結

落基山研究所董事陳濟博士的演講題目是“中國2060碳中和目標下的零碳圖景”,主要觀點總結如下。

(1)中國碳中和目標為全球應對氣候變化和能源轉型注入了最強動力,確定了中國零碳發展的大方向。

9月22日,習主席在第75屆聯大會議上提出了中國實現2060年前實現碳中和,在各界引起了強烈反響,認為這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戰的關鍵時期,中國發揮全球領導力的重要標志。碳中和目標的提出更是對全球應對氣候變化和能源轉型注入了最強動力?;仡欀袊陙碓趹獙夂蜃兓矫娴倪M程,從十八大報告確定低碳發展作為生態文明的三大特征之一,到《巴黎協定》的國家自主貢獻中明確提出2030年左右達峰,再到剛剛提出的碳中和目標,可以看到,中國政府在逐步提高氣候行動的力度,加速推動中國經濟和能源結構朝零碳排放目標轉型。

中國的零碳轉型是技術可行且經濟可行的。落基山研究所和能源轉型委員會的研究表明,中國經濟的全面脫碳的成本僅為中國GDP的不到1%,且消費者需要負擔的成本很低,同時,還將帶來多方面的社會效益,比如技術優勢和競爭優勢的樹立、創造就業和推動經濟結構轉型、改善空氣質量等。

(2)從能源消費側看,中國的工業、交通和建筑領域均有技術可行且經濟可行的零碳轉型路徑。

落基山研究所于去年11月聯合能源轉型委員會發布了《中國2050:一個全面實現現代化國家的零碳圖景》分析報告,全面分析了當中國到2050年發展完成現代化、成為一個中等收入發達經濟體的同時,中國也可以完成全面脫碳,實現零碳轉型。分析認為,中國在2050年實現零碳是經濟和技術上可行的。

從整體經濟看,2050年,零碳中國的終端能源消費量將比2016年低30%,從30億噸標準煤下降到22億噸標準煤;一次能源消費降低45%,從2016年的45億噸標準煤降低到25億噸?;茉葱枨笙陆?0%,太陽能、風能、生物質等成為主要能源。終端能源消費的下降主要靠需求減量和節能來完成。節能和提高能效在近期將仍然是經濟性最高的手段。而一次能源結構的變化,主要歸功于能源消費和供給端脫碳技術的部署。而分部門看,工業、交通和建筑領域均有清晰且可行的零碳轉型路徑。

在工業領域,中國鋼鐵行業碳排放2016年占總排放的15%,鋼鐵產量預計從2016年的10億噸左右減少到2050年的4.75億噸,這主要是由于城鎮化的完成。生產結構上,短流程電爐鋼將成為主流,到2050年占到總產量的70%。從技術角度看,高爐煉鋼的效率還會有一定的提升,但考慮到已經達到的相當高的效率水平,進一步提高能效不太可能使每噸鋼的能耗和排放降低超過15-20%左右。因此,鋼鐵行業要實現零排放,中國還需要將更徹底的低碳化技術應用到鋼鐵初級生產中,如以氫為原料的直接還原鐵技術,加上CCS技術。水泥行業方面,中國的人均水泥存量和消費量已經遠遠高于其他國家,中國未來的水泥產量很可能會出現顯著下降,這是對其建設熱潮結束的回應。根據預測,中國的水泥產量將從現在的24億噸下降到2050年的8億噸。這將主要歸功于更長的建筑使用壽命以及更高的水泥質量。此外,能效的進一步提升、過程熱生產的燃料替代、部署CCS技術以及原料的替代都將為水泥行業零碳轉型做貢獻。具體而言,需要進一步提升水泥窯余熱發電的效率,利用生物質、氫氣(高溫熱力)和電力提供熟料生產過程中的熱量,捕集水泥生產反應過程中的二氧化碳并就近封存,使用氧化鎂等替代石灰石或熟料。在石化和化工行業,通過提高化肥和塑料等終端產品的利用效率、加大循環利用水平,中國2050年的初級化工產品產量與IEA的照常情景相比,可以減少30%。從生產路徑看,盡管中國的化工行業還需要少部分煤炭、石油和天然氣作為化工原料,工業過程用能則可基本替代掉煤炭、石油,僅用少部分天然氣。電力、氫和生物質將發揮更重要的角色,其中綠氫需要成為主力燃料和原料。實現零碳化工的主要路徑,包括了大力發展Power-to-X技術(即以電解水制取綠氫,再以氫氣、一氧化碳和二氧化碳為原料進行的合成反應,可形成化工行業價值鏈中的眾多主要產品),推動生物質在化工生產過程的應用以及部署CCS。當然,在采取這些顛覆性技術之前,我們必須再進一步挖掘能效提升的潛力。

在交通領域,盡管考慮到中國經濟的持續發展且向服務業轉型,中國到2050年交通活動水平還將大幅度上升3-3.5倍,交通領域特別是路面交通的脫碳非常值得期待。落基山研究所研究預計,中國屆時的輕載路面交通將全面實現電氣化,這主要歸功于電動汽車和氫燃料電池汽車的大范圍普及。另外,考慮到中國高鐵的快速發展,1000公里以內的遠距離交通也將較為容易實現高比例電氣化(可以替代一部分短途航空出行)。航空和船舶運輸脫碳較為困難,但也有現成的技術解決方案。航空領域可用生物燃料和合成燃油以及在短途航線應用電動飛機或燃料電池飛機。在船運領域通過改造現有發動機,使用氫氣、氨和生物燃料。

與交通部門一樣,由于城市化進程的進一步推進以及人們對生活水平要求的提升,在建筑領域,中國2050年的人均住宅面積和建筑服務水平都將進一步提高。但是建筑部門的脫碳仍然可以通過大規模推廣熱泵、改善建筑圍護結構、更大范圍的依靠大溫差遠距離(200km)輸熱技術利用工業余熱。到2050年,中國的建筑部門將實現75%的電氣化率。

總體來講,消費側脫碳成本預估不會超過GDP的1%,對消費者最終產品(如汽車、房子)的價格影響更小。

(3)從能源供給側看,零碳電力、氫能、生物質能等清潔能源將取代化石能源成為主流,碳捕集也將發揮重要作用。

在零碳中國圖景下,從能源供給側看,到2050年,中國電力需求將達到15萬億度,綠氫需求將達到8100萬噸,每年將需要捕集10億噸二氧化碳。從電力的使用看,除了工業、建筑和交通的大規模電氣化以外,18%的電力消耗來自于制氫;氫氣的消費,主要來自于化工原料、交通、鋼鐵、水泥以及合成氨等部門;碳捕集將主要用于工業原料、煤制氫、工業過程以及火電所產生的碳排放。

具體地,在零碳電力方面,到2030年,風電和光伏占中國發電裝機量的近50%,風電裝機870GW,光伏854GW;到2050年風電和光伏共計近70%,其中風電裝機2400GW,光伏2460GW。風電和光伏未來成本大幅下降為這種情景提供了可能性。從資源可行性看,到2050年,2460GW的光伏將僅占中國國土面積的0.8%,2400GW的風電裝機量占目前陸上可用總儲量的70%。

從經濟可行性看,中國在未來30年新增光伏和風電裝機所需的總投資額僅占到同期GDP的0.4%左右,即使考慮到配電網和儲能的投資,也不會超過GDP的0.7%。一系列電網靈活性措施也將為這一高比例可再生能源電力系統提供電力供需平衡的技術支撐。這些靈活性的資源主要是包括抽水蓄能、電池的儲能、氫能、需求響應,以及非常少部分的天然氣的調峰機組。根據落基山研究所和能源轉型委員會的模型研究,抽水蓄能的容量將從現在的30GW增長到2050年的140GW,電池儲能將增長到510GW,用于靈活性調節的氫能達到100GW的水平。

在氫能方面,隨著零碳電力和制氫設備成本下降帶來的綠氫成本快速降低,綠氫將在交通、工業等多個領域得到大規模應用,到2050年,中國的氫氣需求量將達到8100萬噸。到2050年,當電解槽成本在100美元/千瓦,零碳電價30美元/兆瓦的情況下,綠氫成本將低至10~15元/公斤的水平,比煤制氫的成本還要低。此外,到2050年,氫的用途將大大擴展,這也將極大地帶來規模效應。在未來,氫的應用場景包括鋼鐵、水泥、化工等工業過程,重型交通、輕型交通、航空航運等交通領域等等。根據不同領域氫能利用的技術成熟度、成本經濟性、產業配套情況等的不同,氫能將從路面交通領域開始滲透,并逐漸發展到合成氨、直接還原鐵等工業領域,以及較為后期的船舶、航空燃料應用以及電轉氣(Power-to-X)等領域的應用。

在生物質方面,2050年,中國的潛在生物質資源達到6億噸標煤,足夠滿足零碳情景下4.4億噸標煤的需求。然而,由于生物質資源區域分布不均、運輸成本較高等原因,生物質資源將優先用于航空和化工原料等其他零碳解決方案有限或成本較高的領域,另有一大部分的生物質資源可能會應用于發電領域。在碳捕集方面,中國的碳捕集和封存容量大大多于10億噸/年,且鑒于中國的規模經濟和學習曲線效應帶來的成本優勢,碳捕集和封存也將在中國的零碳轉型過程中扮演重要角色。

(4)中國零碳能源轉型需多個領域多項技術驅動,其技術成熟度和市場期望度處于不同階段,可有效指導政策和投資決策。

中國的零碳轉型需要多個領域多項技術驅動,從投資的角度看,主要集中在七大領域,分別為循環經濟、能效提升、零碳發電、儲能、氫能、終端消費電氣化和數字化。從發展階段看,這些領域中的細分技術分布在技術萌芽期比如工業電加熱、動力電池回收,期望膨脹期比如氫燃料電池、電動汽車,泡沫破例期比如鉛炭電池、穩步復蘇期比如鋰電池和產業成熟期比如風光發電五個不同階段。每個階段的市場期望度存在差異,發展的主要任務以及驅動因素不同。未來,到2050年,中國要實現零碳圖景,這七大領域的各項細分技術領域都能夠走過產業成熟度曲線的五個階段,達到商業可行的最終方向。這七大領域可形成潛力非常巨大的市場空間,至少在十幾萬億級別,投資零碳中國的回報也將非??捎^。

(5)嚴格限制新增煤電裝機和大力推動綠氫發展應成為“十四五”以及隨后的中短期內中國零碳轉型的重要舉措。

在“十四五”期間,中國無需新增煤電裝機,即可滿足2030年前電力需求增加和電力系統靈活性的要求。這是落基山研究所和能源轉型委員會近期即將發布的報告結論。從全國的層面看,通過對預測的2030年全國夏季和冬季典型日的負荷曲線和各來源的發電出力的分析表明,盡管不計入水電、抽水蓄能、電化學儲能、需求響應等一系列的靈活性資源,中國已有的煤電裝機已完全可以滿足電力系統靈活性的要求。進一步從區域和省的層面看,該研究模型對電力輸入省和電力輸出省的情況進行模擬,結果表明,通過技術手段和電力系統市場機制的完善來實現系統優化和靈活性資源的充分釋放,也可平衡電力供需,而無需額外的煤電裝機投入。其中,系統平衡的主要措施包括:適應可再生能源出力情況的靈活的省間調度、煤電靈活性改造和輔助服務市場機制的完善、水電靈活性潛力的充分發揮(仍有30%可挖掘)、工商民用電以及電動車等的需求響應、發展和采用電化學儲能等其他形式靈活性手段等等。

從所需行動看,中國要在不新增煤電裝機的情況下滿足電力系統靈活性要求,需要清晰的目標設定、完善的市場機制、系統的規劃部署和匹配的政策支持。具體在目標設定方面,一方面需要設立與中國2060年前實現碳中和乃至2050年實現零碳排放的整體目標相適應的分行業目標,另方面,還應分階段設立短期、中期、長期目標,且這些目標間應具有連續性。在市場機制方面,應實行可更好反映可再生能源間歇性出力和體現價格信號的短期市場和實時市場機制,協調跨省電力調度,并通過建立開放的市場激勵新商業模式的出現。在規劃部署方面,所需措施包括進行全面且盡可能精確的負荷預測,放開技術資源采購限制,以及保證輸配電網的升級、規劃和建設應與可再生能源長期發展目標相一致等。在政策支持方面,應透明化負荷曲線、預測等數據和信息的披露,以創造開放的市場競爭環境,此外,應進一步規范行業標準,以及在電力調度中充分量化和評價系統慣量等。

在“十四五”期間的另一個關鍵行動是大力支持綠氫的發展。建議將綠氫的發展納入能源的總體規劃,涉及的內容包括鼓勵綠氫的消費和制取等。隨著產業熱度的提升和市場的發展,“十四五”是綠氫發展的重要機會窗口。一些地方和行業部門已具備較為成熟的條件來進行示范,特別是在可再生能源電力成本比較低的地方以及棄風、棄光、棄水的區域,建議給予一些包括電價政策的優惠(包括輸電成本減免等),鼓勵綠氫的示范。此外,還可支持建立綠氫示范的工業園區,實現可再生能源和綠氫的就地消納。

4. David Sandalow的發言要點

美國能源部原副部長、哥倫比亞大學全球能源政策中心創始研究員David Sandalow先生認為,習主席宣布的“中國2060年前實現碳中和”目標非常重要,非常令人鼓舞,對實現巴黎協定目標,避免氣候變化帶來的不利影響都是非常積極的。

從全球反應看,大家一方面非常歡迎習主席所做的承諾,但同時也十分關心中國在近期將采取的行動,看這些行動是否與長期目標相匹配。正如中國的老子所說:“千里之行,始于足下”。要實現2060碳中和的承諾,中國應抓緊時間配合一些切實的近期行動措施,以增強承諾的可信度。為此,Sandalow先生提出了5點建議。

(1)控制煤電總裝機容量不超過1100GW?!笆奈濉币巹澲腥绻^續增加煤電廠裝機容量,會引起全球關注和擔憂,影響他們對中國實現碳中和目標的信心。

(2)可再生能源發展應該從部署更多的裝機容量轉向發出更多電量的目標轉變,也就是說從MW(兆瓦)向MWh(兆瓦時)轉變,設立可再生能源發電量目標。

(3)部署綠氫發展。

“十四五”期間,中國及時部署綠氫對能源轉型和完成氣候變化目標都非常重要。氫能的發展一定要以綠色氫能為目標,如果氫的生產是來自于化石燃料,沒有進行碳捕集,那就適得其反了。

(4)加大CCS研究與試點。中國實現氣候變化目標需要碳捕集與封存技術。在這方面,中國企業有很好的機會,未來可以從CCS或者CCUS中獲利,對全球減排也可帶來好處。

(5)節約“糧食”和減少糧食消耗對中國實現碳減排目標至關重要。糧食生產與消費的產業鏈貢獻了約25%的溫室氣體排放,這個問題很少在能源圈里談及,但從糧食的全產業鏈來講,糧食從農場生產和包裝,糧食加工、運輸與最終消費等過程都與能源相關。從應對氣候變化角度看,這里有很大的機會,包括新技術的開發應用以及消費者行為方式的改變,可以降低糧食體系中的碳排放,同時提高公共健康,更好地保護生物多樣性,并提升動物的福祉。習近平主席已經推動了杜絕食物浪費的倡議,這可以很大程度上降低溫室氣體排放。建議把這一倡議納入到國家自主減排貢獻計劃中。

5. 其他專家意見總結:

與會人士感謝三位家的精彩演講和David Sandalow的評論和價值建議,并在此基礎上提出了以下建議:    

(1)中國“2060年前實現碳中和目標”困難與挑戰巨大,需提高和統一認識、樹立堅定信心。

相比于歐洲從1990年達峰到2050年實現碳中和所需的60年時間,中國在2030年前達峰到2060年前實現碳中和,時間只有歐盟的一半,要在這么短的時間內,在能源需求還在上升,全社會在氣候變化方面的民意基礎、企業認同、技術儲備、市場機制、法律法規等方面嚴重滯后的情況下,將目前化石能源占80%以上的能源系統變成零碳能源系統,所面臨的挑戰是史無前例的。

此外,受新冠疫情的沖擊,世界各國的企業步履維艱,包括中國在內的許多國家可能為了經濟復蘇供應而減緩對化石能源盡快淘汰的決心,在低碳、零碳政策的執行方面可能出現松動,這將直接影響到未來碳中和目標的實現。

對此,各行各界人士,尤其是對能源界人士包括能源企業的領導和負責國家能源管理和規劃的同志,首先要登高望遠,進行思想解放和思想革命,對“碳中和目標”有緊迫感。習主席提出的“2030年前達峰和2060年前碳中和”不僅僅是兩個具體目標,還與貫徹五大發展理念中的“綠色發展”、落實全球溫升小于2度并爭取控制在1.5度的“巴黎協定”、應對人類面臨共同挑戰而“構建人類命運共同體”等重大問題互為一體、交相呼應。在這樣的偉大愿景下,能源規劃者應該思考“碳中和”和“碳達峰”兩個目標對于目前的能源發展意味著什么,積極研究規劃“十四五”期間在能源領域應該采取的行動,而不是悲觀無為。

其次,要從發展的眼光看待碳中和目標的實現途徑。正如能源轉型委員會和落基山研究所報告所展示的,清潔能源技術的發展即將到達拐點,成為最有競爭力的電力來源。能源規劃者要思考如何進行合理布局,及時改革阻礙技術推廣和利用的體制機制,讓這些技術發揮應有的作用。

第三,我國以化石能源為主的能源結構與全球平均水平來說相差無幾,涉及的也是工業、交通和建筑領域,與其他主要國家有著許多共性,一樣也面臨著用30年左右的時間將80%化石能源系統變成零碳能源系統的挑戰,難度不一定比其他國家大。我們應加強國際合作,互相借鑒,學習先進技術,與世界各國一道推動全球的低碳進程,尤其是中美之間的合作仍然很重要。

(2)要把行業層面分析的解決方案變為企業的具體執行方案,同時鼓勵地方政府先試先行。

企業是落實減排任務的主體。目前很多研究都集中在全球或國家或行業的宏觀層面,前景都很樂觀,但這些樂觀的解決方案如果無法變成企業的執行方案,其結果就會落空。為此,要把國家的宏偉目標變成企業的行動。建議:一是要進行行業與企業碳普查,讓各企業摸清自己碳排放的“家底”,使其碳減排工作更為精準有效;二是要從國家層面,要重新評估和提高我國各行各業的能效和碳排放標準,以標準來推動企業的減排工作。三是要讓企業通過碳減排獲得效益,加快推動碳交易市場建設,把碳交易從電力、鋼鐵等試點行業擴展到所有行業。四是要重視產品含碳的計量,特別是對外貿易產品中的含碳量計量,因為未來國際貿易將有可能按照產品的“碳足跡”來征收關稅,如歐盟正在醞釀的“邊境調節稅”。五是要把一個地區碳排放總量像之前的能源消費總量和企業能耗通過單位GDP能耗和單位產出能耗兩個指標一起作為抓手落實,讓碳減排工作落到實處。

此外,應鼓勵地方(省、市)層面,在“碳達峰”(如湘潭市在2025年實現碳達峰)“碳中和”(如蘇州市2050碳中和)規劃,形成中央、省、市及企業層面,上下統一、多條腿同時走路的局面,把國家層面面臨的挑戰和緊迫感落實到地方政府和企業的行動中。

(3)國家需制訂零碳電力發展戰略規劃,加速構建以綠色低碳電力為支撐電源的電力系統,這是實現“碳中和”目標的關鍵抓手。

在中國能源轉型過程中,一個極為重要的問題是如何實現電力負荷中心的支撐電源由化石能源向綠色低碳電力轉變,并實現全國綠色電力負荷中心(如省級、區域級負荷中心)之間的互聯互通,形成最高安全等級的綠色電網系統。這是未來中國能源系統升級改造最為龐大和具有挑戰性、最為專業化的能源工作。

首先,建議國家制訂一個“零碳電力發展戰略規劃”,這是我國實現“碳中和”的核心。需要在重新認識我國電力系統的基礎上,對我國電源、電網、負荷中心、跨省電力調度、輸配等等進行重新評估,要以實現“零碳電力”為目標導向,充分利用能源與數字技術進步,重新思考我國的電力供、需、輸、配、調以及管理機制和體制問題。

其次,近期新建的煤電機組將增加我國電力系統能源轉型的難度和未來減排的成本,應引導煤電投資從基荷為主向調峰電源轉變。從電力系統角度看,一方面,目前部分基荷煤電退役機組需要補充時,許多具體電力負荷中心在沒有新增可再生電力的條件下,需要煤電機組頂上;另一方面,在逐步布局高比例可再生電力過程中,局部市場一定時段內需要更多煤電機組充當備用裝機為更多間歇性可再生電力削峰填谷提供靈活性電源,適當增加電機組并不一定意味著增加煤炭發電,相反是為了增加可再生電力出力小時數。

再次,目前的技術進步已經讓我們看到希望,有條件對未來以電力為主導的能源系統進行重新規劃布局。正如能源轉型委員會報告所指出的,風電、光伏太陽能等各類可再生能源成本仍在大幅下降,已經具備了足夠的競爭力,通過電氣化實現的能源利用效率在急劇提升,鋰電池為代表的儲能成本和電動車動力電池成本也在急速下降。這些技術對未來電力系統靈活性至關重要,加上綠氫、電力系統優化、動力電池回收等技術的快速發展并走向成熟,再通過數字化、人工智能等技術的助推,“綠色低碳電力為支撐電源的負荷中心”替代當前的“化石能源為支撐電源的負荷中心”一定會很快到來。

最后,實現“碳中和”目標、加速構建以綠色低碳電力負荷中心網絡為核心的電力系統,電力體制的改革,特別是配網側的改革變得尤為重要。當前的電力系統運行機制是幾十年前逐步形成的,已經遠遠不能適應當前和未來我國發展清潔、低碳、零碳電力的需要,也會成為電力及能源技術進步及先進技術、產品、系統解決方案應用的障礙,應下定決心,加大改革力度,加快改革進程。

(4)通過碳稅,設立國家“碳中和”基金,在支持技術研發和推廣的同時,幫助經濟欠發達的地區共同轉型。

要讓碳減排成為一種可持續業務,對減排量的合理定價(碳稅)應成為不可或缺的手段??煽紤]設立源于碳稅的碳中和國家基金,一方面用于低碳能源轉型和實現“碳中和目標”的技術研發、技術示范、市場推廣及國際合作。

另一方面,參照歐盟通過專項資金來確保經濟落后國家實現低碳轉型的公平性,我國也可以通過“國家碳中和基金”對困難多、發展任務更重的地方提供幫助,并鼓勵投資能夠往這些地區傾斜。

(5)完善市場機制,通過系統解決方案和可持續的商業模式,凝聚全社會力量,贏得全球零碳經濟建設這場創新競賽

實現“碳中和目標”需要一個以高比例可再生能源、節能和儲能為核心的系統性解決方案,更需要一個以市場化為基礎可持續運營模式,靈活性電力資源市場的建設尤為重要。

應通過改革,把實現二氧化碳減排的業務變為新的商業模式,給從業者合理回報,徹底改變過去多賣能源、多排放可以多賺錢的發展模式。

以碳中和為目標的全球能源轉型已成為世界各國之間在技術創新和制度創新的國際競賽,競賽的號角已經吹響。我們不但不能落后,還應領跑世界,這需要凝聚全社會力量共同實現。

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