“雙碳”目標(biāo)下的能源發(fā)展路徑

吳 琦 金 洋 韓 旭

(1.中國(guó)有色工程有限公司, 北京 100038; 2.中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

0 前言

伴隨“碳達(dá)峰、碳中和”被首次寫入政府工作報(bào)告，2021年也成為中國(guó)開啟“碳中和”征程的元年。新的起點(diǎn)上，“碳減排”被提到前所未有的高度，成為影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。在此背景下，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)迫在眉睫且任務(wù)艱巨。目前，發(fā)電、供熱的碳排放量占碳排放總量比例近半，因此，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、提高能源效率，實(shí)現(xiàn)供給端的清潔化和消費(fèi)端的電氣化，任重而道遠(yuǎn)。

1 能源轉(zhuǎn)型重任在肩

2021年10月24日，《中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》正式發(fā)布。其中，“構(gòu)建綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟(jì)體系，提升能源利用效率，提高非化石能源消費(fèi)比重，降低二氧化碳排放水平，提升系統(tǒng)匯碳能力”等方面內(nèi)容，作為主要目標(biāo)進(jìn)行了明確；“加快構(gòu)建清潔低碳安全高效能源體系”為能源轉(zhuǎn)型指明方向。

過去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，很多地區(qū)由于“短平快”的經(jīng)濟(jì)發(fā)展思路，高能耗產(chǎn)業(yè)“大干快上”，規(guī)模擴(kuò)張加劇，導(dǎo)致綠色可持續(xù)發(fā)展理念難以切實(shí)貫徹。要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，就必須告別低水平重復(fù)建設(shè)的發(fā)展模式，要以經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，促進(jìn)中國(guó)在全球產(chǎn)業(yè)鏈中持續(xù)向高端邁進(jìn)。2021年，中國(guó)碳市場(chǎng)啟動(dòng)后，首批40億t二氧化碳排放量就超過了全球溫室氣體總體排放規(guī)模的7%，也遠(yuǎn)超之前最大的碳市場(chǎng)——?dú)W盟。當(dāng)前，中國(guó)在能源消費(fèi)和生產(chǎn)規(guī)模方面都位居世界前列，加速推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，將對(duì)自身實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)、全球應(yīng)對(duì)氣候變化起到至關(guān)重要的積極作用。反過來說，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，也會(huì)倒逼新舊能源系統(tǒng)迭代，從根本上推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)在更加長(zhǎng)遠(yuǎn)的時(shí)間空間里發(fā)生模式的巨變。

當(dāng)前，電力行業(yè)的碳排放在我國(guó)能源消費(fèi)碳排放中占比近半，其中60%以上碳排放來自煤炭，因此，脫碳的首要目標(biāo)就是“減煤”。在減煤與新能源提速并行的道路上，構(gòu)建以新能源為主的新型電力系統(tǒng)，成為首要任務(wù)。截至2021年3月底，中國(guó)煤電裝機(jī)容量10.9億kW，在能源中的占比首次降至50%以下[1]。中國(guó)電力聯(lián)合會(huì)預(yù)計(jì)，到2021年底，包括水電、核電在內(nèi)的非化石能源裝機(jī)容量將達(dá)到11.2億kW，屆時(shí)其占比將達(dá)到47.3%，首次超過煤電。

眾所周知，新能源發(fā)電雖然在環(huán)保效益上具有顯著優(yōu)勢(shì)，但是就目前技術(shù)水平所能實(shí)現(xiàn)的發(fā)展程度而言，間歇性強(qiáng)、波動(dòng)性大、受制于氣候和天氣因素程度高等問題仍然有待解決，更為關(guān)鍵的是，儲(chǔ)能掣肘不消除，新能源即使“大發(fā)電”，卻也會(huì)因?yàn)闊o法全部上網(wǎng)、難以消納遭到拋棄。因此，隨著新能源占比的不斷提升，“極度豐饒”和“極度稀缺”必將交替出現(xiàn)，使電力系統(tǒng)的供需平衡遭遇嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在此背景下，可以預(yù)見的是，電力負(fù)荷峰谷差逐年加大，“尖峰負(fù)荷”更加顯著，煤電如果快速減退，儲(chǔ)能等電力峰谷熨平技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用如果無法跟上，必將導(dǎo)致嚴(yán)重的電力不足情況，造成缺電現(xiàn)象頻發(fā)，給能源安全造成隱患。

2 電荒原因分析

2021年二季度開始，“限電”“有序用電”的熱度一直不減。起初，華東、華南等制造業(yè)產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)產(chǎn)能飽和，加上年底冬季取暖需求，導(dǎo)致局部地區(qū)的電力供應(yīng)短缺，并造成煤價(jià)上漲。進(jìn)入9月，煤價(jià)翻倍，絕大多數(shù)熱電廠發(fā)一度電虧幾分錢，很多以火電為主要能源的地區(qū)的電煤庫存只能維持幾天，設(shè)備負(fù)荷只有一半。按照國(guó)家有關(guān)制度要求，煤炭主產(chǎn)區(qū)以外的燃煤電廠存煤量原則上不應(yīng)低于20 d，但各地煤炭庫存已經(jīng)消耗到歷史低位，因此，9月下旬，從華東、華南到華北、東北，全國(guó)各地紛紛開始限電，其中不乏事先未經(jīng)通知、倉促拉閘的，對(duì)交通運(yùn)輸、工廠生產(chǎn)甚至居民生活造成了嚴(yán)重影響。雖然幾天之后，在全社會(huì)的廣泛關(guān)注、媒體的持續(xù)報(bào)道之下，很多“一刀切”的做法也趨于理性，但近有供暖壓力，遠(yuǎn)有“雙碳”目標(biāo)，一邊是減煤的必由之路，另一邊卻要面對(duì)缺煤的實(shí)際問題，更加重要的是，在此矛盾之下， “電荒”給生產(chǎn)生活帶來的嚴(yán)重影響，敲響了能源發(fā)展的警鐘。

造成“電荒”的原因是煤炭在安全環(huán)保壓力下供應(yīng)緊張，煤價(jià)高漲，影響了火電企業(yè)的效益，從而對(duì)供給積極性有所影響。2021年1—8月，全國(guó)規(guī)模以上火電廠月發(fā)電量3.87萬億kW，占全社會(huì)發(fā)電總量的七成，而且同期全社會(huì)用電量同比增長(zhǎng)13.8%，比規(guī)模以上企業(yè)發(fā)電量增速高出2.5個(gè)百分點(diǎn)，創(chuàng)下2003年以來增速差的最大值，反映了用電緊張的格局。

火電的主要燃料煤炭2021年9月底的價(jià)格是2020年同期的近3倍。主要原因是：從供給端看，自從煤炭行業(yè)在2016年啟動(dòng)了“去產(chǎn)能”后，煤礦產(chǎn)量增幅逐步壓縮，2020年國(guó)家嚴(yán)管煤礦安全環(huán)保及超產(chǎn)等相關(guān)問題，加上進(jìn)口受限，使煤礦規(guī)模大幅降低；從需求端看，“后疫情時(shí)期”的經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇，使海外訂單超預(yù)期增長(zhǎng)，制造業(yè)產(chǎn)能擴(kuò)張較快，國(guó)內(nèi)用電量以兩位數(shù)的速度快速增長(zhǎng)，造成煤炭需求居高不下的局面。國(guó)家發(fā)改委預(yù)測(cè)，2021年冬，受經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)、取暖用電快速增加等因素影響，全國(guó)最高用電負(fù)荷將逐步攀升，或?qū)⒊^2021年夏季和2020年冬季峰值。

此外，尤其值得關(guān)注的是，本輪電荒的發(fā)生，很重要的一個(gè)原因，就是新能源、清潔能源出力的大幅減少。比如，黑龍江、吉林、遼寧三省，原本風(fēng)能、太陽能的裝機(jī)已經(jīng)超過了3 000萬kW，可實(shí)現(xiàn)出力1 000萬kW。但是在2021年，由于冷空氣來襲，占比超過18%的風(fēng)電在9月出力明顯下降，將電力缺口推至10%～20%的嚴(yán)重級(jí)別，雖啟動(dòng)了3輪二級(jí)有序用電措施，但個(gè)別高峰時(shí)段缺口仍達(dá)416.92萬kW，于是東北電網(wǎng)調(diào)度部門直接決定下令，采取了“終極手段”——電網(wǎng)事故拉閘限電，以避免電網(wǎng)崩潰的風(fēng)險(xiǎn)。

同時(shí)，跨省送電的博弈也不可忽視。比如，一直處于緊平衡狀態(tài)的南方區(qū)域——廣東、廣西、云南等省份相繼啟動(dòng)了有序用電，云南還在大規(guī)模推動(dòng)以電解鋁為代表的高能耗產(chǎn)業(yè)，影響了自身本就“不富裕”的水電資源“東送”至廣東。也正因?yàn)槿绱耍緫?yīng)該在年中簽署的“十四五”滇粵送電協(xié)議，在供需關(guān)系變化的影響下遲遲無法協(xié)調(diào)簽訂，加劇了廣東原本緊張的用電。9月底，廣東全省最高用電負(fù)荷需求達(dá)1.41億kW，比2020年峰值增加11%，負(fù)荷創(chuàng)歷史新高。

3 “雙控”之下的能源路徑

雖然全國(guó)性觸發(fā)限電看似原因很多，但其核心，卻直指深層次的“能耗雙控”誘因。“能耗雙控”是指能源消耗強(qiáng)度和消費(fèi)總量。前者是指單位GDP所需能耗，旨在考察能源在創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值中的利用效率。部分省份2021年上半年能耗目標(biāo)完成情況不盡如人意，8月份又被國(guó)家發(fā)改委點(diǎn)名，并在每個(gè)季度公布的“紅黃燈預(yù)警清單”上“榜上有名”。而在實(shí)際生產(chǎn)中，各地“兩高”行業(yè)的產(chǎn)能有所擴(kuò)張，能源需求旺盛，煤電資源捉襟見肘，政府只能采取強(qiáng)制手段，導(dǎo)致個(gè)別“運(yùn)動(dòng)式”限電的發(fā)生。此輪電荒顯示，在資源有限的條件約束下，過去多年并未構(gòu)成太大挑戰(zhàn)的“能耗雙控”，在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下所帶來的新舊能源系統(tǒng)迭代背景下，將成為持續(xù)激發(fā)多產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的牽引力量。而且，在所有一次能源中，“節(jié)能”已經(jīng)和煤炭、石油、天然氣和一次電力并列，被稱為“第五能源”，也就是說，提高能源的利用效率，或者對(duì)已經(jīng)得到利用的“廢棄能源”進(jìn)行再次開發(fā)，將成為下一步能源發(fā)展的重要方式。

3.1 穩(wěn)步“減煤”

在能源利用方面，“十四五”規(guī)劃綱要將“單位GDP能源消耗降低13.5%”作為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主要約束性指標(biāo)之一[2]。和“十三五”相比，這個(gè)目標(biāo)雖只下降了1.5個(gè)百分點(diǎn)，但是卻給各地帶來了巨大壓力。8月份，國(guó)家發(fā)改委披露了2021年上半年，在能耗強(qiáng)度上不降反升的9個(gè)“紅燈”一級(jí)預(yù)警省區(qū)，以及能耗強(qiáng)度降低率未達(dá)標(biāo)的10個(gè)“黃燈”二級(jí)預(yù)警省區(qū)。各地壓力巨大，尤其是一些傳統(tǒng)高能耗產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)體系中占比較高的省區(qū)，由于前期能耗管控比較寬松，已經(jīng)在一季度就用完了上半年乃至全年的能耗指標(biāo)，到了年末，“雙控”形勢(shì)非常嚴(yán)峻，只能“急剎車、快收口”。在“雙碳”目標(biāo)指引下，各地收緊能耗，卻面臨著“減排”和“發(fā)展”兩大目標(biāo)的權(quán)衡難題。國(guó)家發(fā)改委出臺(tái)的《完善能源消費(fèi)強(qiáng)度和總量雙控制度方案》(發(fā)改環(huán)資〔2021〕1310號(hào))，在能源消費(fèi)總量管控的彈性方面有所增強(qiáng)，也不再“一刀切”限制所有能源使用，而是對(duì)可再生能源更加鼓勵(lì)。但是，必須要面對(duì)的問題是，在接下來的40年時(shí)間里，要將40多億噸的煤炭消費(fèi)量降到幾萬噸，能源路徑將如何轉(zhuǎn)變？煤炭利用所產(chǎn)生的碳排放占我國(guó)碳排放總量的70%，消費(fèi)量長(zhǎng)期處于平臺(tái)期。目前，消費(fèi)主要集中在火電、鋼鐵、建材、煤化工四大行業(yè)，占比分別為53%、17%、13%和7%，合計(jì)90%，因此減碳以電力為主。“十四五”期間，風(fēng)電、光伏能量密度不夠，還要考慮電網(wǎng)消納問題，未開發(fā)的水電優(yōu)質(zhì)資源極為有限，水電開發(fā)周期較長(zhǎng)。因此，即使可再生能源全面鋪開，風(fēng)、光、水電的增量部分也不能滿足能源消費(fèi)的增量部分，仍需煤電來填補(bǔ)。

對(duì)于基礎(chǔ)能源煤炭來說，下一步，推動(dòng)自身從生產(chǎn)方式、用能方式、智能程度和轉(zhuǎn)型發(fā)展上實(shí)現(xiàn)低碳減排是應(yīng)盡之意，同時(shí)，煤炭地位從“主體”向“兜底”轉(zhuǎn)變也將是大勢(shì)所趨。市場(chǎng)普遍預(yù)計(jì)，煤電裝機(jī)容量將在2025年實(shí)現(xiàn)達(dá)峰，停留在11.5億kW，國(guó)家電網(wǎng)、中電聯(lián)與電規(guī)院將煤電裝機(jī)容量峰值設(shè)在了12億～13億kW，全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織預(yù)計(jì)峰值將在11億kW左右。目前，中國(guó)煤電裝機(jī)容量為10.9億kW，再建1億kW，總計(jì)約為12億kW。未來，部分缺電省份還要新增少量煤電項(xiàng)目，煤電技術(shù)進(jìn)步要依靠示范項(xiàng)目支撐，光熱發(fā)電、生物質(zhì)耦合發(fā)電及其他新型的熱發(fā)電技術(shù)，也需要通過煤炭相關(guān)技術(shù)進(jìn)行儲(chǔ)備。因此，“十四五”期間，每年仍然需要核準(zhǔn)少量煤電機(jī)組?！笆逦濉焙笃冢瑢⒅鸩较鳒p煤電存量，不過削減量或不大，到2030—2035年，削減會(huì)加速。2035年之前，整體仍靠電力部門減碳，以清潔能源進(jìn)口替代電煤。隨著替代的加速，到2060年，市場(chǎng)普遍認(rèn)為仍然需要保留一定煤電裝機(jī)，即仍需2億～3億kW煤電裝機(jī)，其中部分加裝二氧化碳補(bǔ)集、利用與封存技術(shù)(CCUS)，部分作為備用點(diǎn)支撐[3]。

3.2 提高非化石能源比重

此外，在提高非化石能源比重方面，按照目前業(yè)內(nèi)估計(jì)，如果想要實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，2050—2055年我國(guó)的非石化能源所占比重至少提高至70%，也就是說，未來30年，每年都應(yīng)該保持2%的漲幅才能滿足預(yù)期發(fā)展目標(biāo)。目前，我國(guó)的水電、核電受制于多種因素?zé)o法實(shí)現(xiàn)成倍增長(zhǎng)，且具有不確定性，因此，建立以風(fēng)電、光伏發(fā)電為主力的能源結(jié)構(gòu)，成為全球在實(shí)現(xiàn)碳中和方面的一致共識(shí)。2020年，我國(guó)風(fēng)、光新增發(fā)電裝機(jī)容量合計(jì)已經(jīng)達(dá)到了1.2億kW，規(guī)模相當(dāng)于前兩年的增量之和。未來，隨著電網(wǎng)改造、儲(chǔ)能和氫能方面核心技術(shù)的持續(xù)攻關(guān)，新能源發(fā)電將得到有效消納，其隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性強(qiáng)的缺陷也將得到有效克服。

3.3 提升能源系統(tǒng)儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)能力

建設(shè)高比例的可再生能源體系，對(duì)能源系統(tǒng)的存儲(chǔ)和調(diào)節(jié)能力提出了更高要求，也就是說，新能源能否替代傳統(tǒng)石化能源、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵因素，就是要形成與可再生能源建設(shè)一致的發(fā)展節(jié)奏，既要增強(qiáng)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的應(yīng)用水平和靈活性，又要加快物理化學(xué)儲(chǔ)能、先進(jìn)儲(chǔ)冷儲(chǔ)熱、先進(jìn)儲(chǔ)氫等新型儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。目前，以電化學(xué)儲(chǔ)能為代表的新一輪新能源技術(shù)正掀起熱潮，在動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池加速應(yīng)用的大背景下，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開始與風(fēng)光發(fā)電形成互動(dòng)發(fā)展格局。隨著新能源對(duì)能源系統(tǒng)儲(chǔ)蓄、調(diào)節(jié)需求的不斷擴(kuò)大，我國(guó)也將迎來新能源發(fā)電與新能源汽車兩大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)融合促進(jìn)的發(fā)展窗口期。

在此基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)于終端電氣化技術(shù)的攻關(guān)及產(chǎn)品應(yīng)用、持續(xù)健全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展氫能、做好碳補(bǔ)集封存和利用技術(shù)儲(chǔ)備[4]，也將為在“雙碳”目標(biāo)指引下加快能源轉(zhuǎn)型，注入強(qiáng)大動(dòng)能。

4 結(jié)束語

在“雙碳”目標(biāo)指引下，我國(guó)能源發(fā)展將迎來重大變革。在構(gòu)建清潔、低碳、安全的能源體系的過程中，必須將加大新能源的支撐力度與穩(wěn)步實(shí)現(xiàn)“減煤”放在同樣重要的位置，逐步建立“系統(tǒng)有效、安全可控、靈活高效、智能優(yōu)化、開放互動(dòng)”的能源轉(zhuǎn)型路徑，構(gòu)建以新能源為主的新型電力系統(tǒng)。