我國(guó)電力行業(yè)應(yīng)對(duì)碳達(dá)峰面臨的風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)與對(duì)策建議

李秋白，張亞平，王圣,4

(1.國(guó)家能源集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院，南京 210023；2.清潔高效燃煤發(fā)電與污染控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210023；3.東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，南京 210096；4.國(guó)家環(huán)境保護(hù)大氣物理模擬與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210031)

氣候變化是當(dāng)今人類(lèi)面臨的重大全球性挑戰(zhàn)，積極應(yīng)對(duì)氣候變化是實(shí)現(xiàn)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求，是加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)的重要抓手，是我國(guó)推動(dòng)構(gòu)建人類(lèi)命運(yùn)共同體的重大歷史擔(dān)當(dāng)。習(xí)近平總書(shū)記宣布我國(guó)二氧化碳排放達(dá)峰與實(shí)現(xiàn)碳中和的愿景，并在氣候雄心峰會(huì)上進(jìn)一步宣布國(guó)家自主貢獻(xiàn)最新舉措，這均顯示了中國(guó)作為負(fù)責(zé)任的大國(guó)，應(yīng)對(duì)全球氣候變化的責(zé)任和擔(dān)當(dāng)、果斷勇敢的全球治理行動(dòng)力，更彰顯出中國(guó)未來(lái)發(fā)展的目標(biāo)導(dǎo)向和價(jià)值取向[1]。

電力行業(yè)作為碳排放大戶(hù)，正在迎來(lái)最強(qiáng)挑戰(zhàn)，結(jié)合我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，電力行業(yè)需要推動(dòng)化石能源發(fā)電低碳化、一次能源發(fā)電清潔化和清潔能源發(fā)電常態(tài)化[2-3]。電力行業(yè)作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性行業(yè)，不僅要保障我國(guó)經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)高質(zhì)量發(fā)展，還要思考如何實(shí)現(xiàn)自身的高質(zhì)量發(fā)展；不僅要實(shí)現(xiàn)自身的能源低碳化，還要實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化；不僅在碳達(dá)峰、碳中和與減碳方面需要走在全行業(yè)前列，更需要堅(jiān)持系統(tǒng)觀念，用系統(tǒng)學(xué)方法來(lái)協(xié)同應(yīng)對(duì)[4]。

1 我國(guó)電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的形勢(shì)分析

1.1 從世界角度看我國(guó)電力行業(yè)碳達(dá)峰形勢(shì)

世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家工業(yè)化和城市化進(jìn)程完成較早，經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型也早于其它國(guó)家。美國(guó)、歐盟和日本的碳排放峰值均已出現(xiàn)。美國(guó)、加拿大和澳大利亞等國(guó)家，人均二氧化碳排放峰值在20 t/a左右，排放總量峰值一般出現(xiàn)在2005年以后，這類(lèi)國(guó)家往往屬于奢侈型排放。德國(guó)、英國(guó)和比利時(shí)等國(guó)家，人均二氧化碳排放峰值在10～15 t/a，排放總量峰值一般出現(xiàn)在1970年左右，這類(lèi)國(guó)家屬于減排先鋒國(guó)家，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)和減排的雙贏。意大利和西班牙等國(guó)家，人均二氧化碳排放峰值在10 t/a以下，排放總量峰值一般出現(xiàn)在2005年前后，這類(lèi)國(guó)家人均排放比英德還低，但經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平屬于第二梯隊(duì)。

碳中和是應(yīng)對(duì)全球溫室效應(yīng)問(wèn)題的一個(gè)重要環(huán)境管理工具。公開(kāi)提出邁向碳中和的國(guó)家有挪威、葡萄牙、新西蘭、馬爾代夫、冰島、哥斯達(dá)黎加和梵蒂岡等。公開(kāi)提出邁向碳中和的城市有丹麥哥本哈根、德國(guó)弗萊堡、加拿大的溫哥華和道森克里克市、韓國(guó)大田、阿聯(lián)酋阿布扎比和澳大利亞布里斯本等。

2019年11月，歐盟發(fā)布《歐洲綠色協(xié)議》，提出到2030年二氧化碳排放較1990年減排55%，到2050年實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)。2018年美國(guó)加州提出到2030年之前60%電力將來(lái)自可再生能源，2045年之前實(shí)現(xiàn)只用“無(wú)碳能源”發(fā)電。

所以，從全球?qū)用娴慕嵌?，我?guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)一方面需要高質(zhì)量發(fā)展，另一方面碳減排、碳達(dá)峰以及碳中和的壓力還是比較大，尤其是電力及能源行業(yè)。

1.2 從全國(guó)角度看我國(guó)電力行業(yè)碳達(dá)峰形勢(shì)

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)變革。我國(guó)力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，是黨中央經(jīng)過(guò)深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類(lèi)命運(yùn)共同體。黨中央要求要把碳達(dá)峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局，拿出抓鐵有痕的勁頭，如期實(shí)現(xiàn)2030年前碳達(dá)峰和2060年前碳中和的目標(biāo)。針對(duì)我國(guó)“30·60”目標(biāo)，總書(shū)記做了多次重要指示與要求。

2020年9月22日，習(xí)近平總書(shū)記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上正式宣布，“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”，明確了我國(guó)二氧化碳排放達(dá)峰與實(shí)現(xiàn)碳中和的愿景。

2020年12月12日，習(xí)近平總書(shū)記在氣候雄心峰會(huì)上進(jìn)一步宣布，“到2030年，中國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右，森林蓄積量將比2005年增加60億m3，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億kW·h以上”。

2021年4月22日，習(xí)近平總書(shū)記在領(lǐng)導(dǎo)人氣候峰會(huì)上進(jìn)一步對(duì)能源行業(yè)提出最新要求，“中國(guó)將嚴(yán)控煤電項(xiàng)目，‘十四五’時(shí)期嚴(yán)控煤炭消費(fèi)增長(zhǎng)、‘十五五’時(shí)期逐步減少”。

自2014年提出“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略以來(lái)，我國(guó)能源轉(zhuǎn)型取得顯著成績(jī)。截至2019年底，單位GDP碳排放量相比2005年已經(jīng)下降48.1%，但化石能源在能源結(jié)構(gòu)中的比例仍然高達(dá)84.7%，化石能源發(fā)電裝機(jī)占比也達(dá)到55%，電力及能源行業(yè)排放的二氧化碳排放總量依然保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，二氧化碳減排壓力巨大。

所以，從國(guó)家層面的角度，我國(guó)電力行業(yè)必須要主動(dòng)踐行黨中央的號(hào)召，要圍繞二氧化碳排放達(dá)峰與中和主題，目標(biāo)制定、技術(shù)研發(fā)、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和管理制度等系統(tǒng)謀劃，進(jìn)一步強(qiáng)化前瞻性思考、全局性謀劃、戰(zhàn)略性布局和整體性推進(jìn)。

2 我國(guó)電力行業(yè)應(yīng)對(duì)碳達(dá)峰的風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)

碳達(dá)峰和碳中和的“30·60”目標(biāo)對(duì)于我國(guó)能源電力低碳化轉(zhuǎn)型提出的要求，主要體現(xiàn)在能源結(jié)構(gòu)與發(fā)電結(jié)構(gòu)調(diào)整，雖然能源與電力行業(yè)積極響應(yīng)號(hào)召，為碳減排做出最大的努力，但是也存在諸多方面的風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)[5-6]。

2.1 可再生能源發(fā)電不穩(wěn)定性所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)預(yù)測(cè)，到“十四五”末，我國(guó)非水可再生能源發(fā)電裝機(jī)約占38%。鑒于風(fēng)電、光電自身的資源轉(zhuǎn)化受制于自然條件因素，其有效性有所降低，風(fēng)電和光伏的實(shí)際發(fā)電量比預(yù)計(jì)結(jié)果要少近一半，并網(wǎng)消納則更低，很多情況下風(fēng)電和光伏裝機(jī)規(guī)模，并不會(huì)形成有效的或預(yù)期的生產(chǎn)力。加上清潔能源最大的挑戰(zhàn)是其固有的周期性特點(diǎn)，所以在實(shí)際運(yùn)行中，會(huì)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

2020年底，我國(guó)“風(fēng)電之都”內(nèi)蒙烏蘭察布市出現(xiàn)供電困難，大部分與上述原因有關(guān)。所以在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)過(guò)程中，如何解決大力發(fā)展風(fēng)電光電與其自身的不穩(wěn)定性是風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)之一。

2.2 經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源結(jié)構(gòu)調(diào)整所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)

要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和，參照國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，化石能源和非化石能源的消費(fèi)比例一般達(dá)到1∶9左右，被稱(chēng)為“一九定律”，而目前我國(guó)這一比例大約是5.5∶1。我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重，能源結(jié)構(gòu)偏煤，化石能源占比高于世界平均水平，減碳?jí)毫薮蟆５钱?dāng)前我國(guó)仍處于社會(huì)主義初級(jí)階段，發(fā)展仍然是第一要?jiǎng)?wù)。我們一方面需要通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新解決雙碳目標(biāo)下的存量問(wèn)題，更要通過(guò)新技術(shù)解決雙碳目標(biāo)下的增量問(wèn)題。

一方面要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，另一方面要率先實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，所以在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)過(guò)程中，如何解決我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的協(xié)同是風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)之一。

2.3 傳統(tǒng)火電應(yīng)急與調(diào)峰定位所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)

要實(shí)現(xiàn)“30·60”目標(biāo)，對(duì)當(dāng)前以化石能源為主的電力行業(yè)來(lái)說(shuō)是極大的挑戰(zhàn)。大規(guī)模發(fā)展風(fēng)電和光伏，勢(shì)必要求當(dāng)前的大部分火電成為深度調(diào)峰、應(yīng)急電源以及靈活性改造，同時(shí)也帶來(lái)了巨大的資產(chǎn)閑置或損失。2020年底的電荒，讓我們認(rèn)識(shí)到一刀切式的煤電去產(chǎn)能動(dòng)搖了工業(yè)用電基礎(chǔ)，風(fēng)電和光伏不足以填補(bǔ)去煤電后的用能空白。如果煤電被超規(guī)律削弱，預(yù)計(jì)風(fēng)電和光伏的實(shí)際消納將非常困難。

所以，無(wú)論是對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)的支撐，還是對(duì)于新能源發(fā)電的穩(wěn)定與保障，如何科學(xué)解決傳統(tǒng)火電與新能源發(fā)電之間的關(guān)系，如何合理對(duì)傳統(tǒng)火電進(jìn)行定位，是我國(guó)電力行業(yè)應(yīng)對(duì)碳達(dá)峰的風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)之一。

2.4 尚沒(méi)有成熟的碳減排技術(shù)所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)

對(duì)于能源發(fā)電行業(yè)的碳減排，末端治理非常重要，但是電力行業(yè)的CCS/CCU技術(shù)，目前還僅限于二氧化碳10～15萬(wàn)t/a的捕集量，與燃煤電廠的煙氣量相比，被捕集并應(yīng)用的煙氣量不足5%，所以當(dāng)前的碳捕集技術(shù)還有較大的上升空間。另外，要想實(shí)現(xiàn)燃煤發(fā)電行業(yè)溫室氣體排放控制，需要盡快出臺(tái)相關(guān)的濃度排放標(biāo)準(zhǔn)，濃度排放標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)總量控制的基礎(chǔ)，也是進(jìn)行減排考核的基礎(chǔ)。在燃煤電廠系統(tǒng)開(kāi)展燃燒前、燃燒后和富氧燃燒等各種二氧化碳捕集技術(shù)也不夠成熟。

所以，在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)過(guò)程中，對(duì)于二氧化碳末端治理而言，當(dāng)前不夠成熟的碳減排技術(shù)，以及缺失相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，也是電力行業(yè)應(yīng)對(duì)碳達(dá)峰的風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)之一。

3 我國(guó)電力行業(yè)應(yīng)對(duì)碳達(dá)峰的對(duì)策建議

“十四五”期間，我國(guó)電力行業(yè)低碳發(fā)展將以“降低能耗”為首要技術(shù)路徑與主要目標(biāo)，圍繞結(jié)構(gòu)性減碳、協(xié)同性減碳、技術(shù)性減碳、管理性減碳四個(gè)方面系統(tǒng)開(kāi)展，“十四五”末初步構(gòu)成清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系，實(shí)現(xiàn)在能源生產(chǎn)側(cè)實(shí)現(xiàn)清潔替代，在能源消費(fèi)側(cè)實(shí)現(xiàn)電能替代[7-13]。

3.1 降低能耗是電力碳減排的首要技術(shù)路徑

我國(guó)單位GDP能耗是當(dāng)前世界平均水平的1.4～1.5倍，據(jù)估算若能達(dá)到世界平均，每年可減少13億t標(biāo)準(zhǔn)煤的消費(fèi)，折算可減排34億t二氧化碳，大約占我國(guó)2020年能源碳排放總量的1/3。因此，對(duì)于能源行業(yè)而言，相比拓展二氧化碳資源化利用途徑，節(jié)能提效才是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的第一優(yōu)選，降低能耗是碳減排的首要技術(shù)路徑。

同時(shí)還需要全社會(huì)建筑業(yè)、制造業(yè)和交通業(yè)等全行業(yè)都要重視節(jié)能降耗，抓住碳達(dá)峰過(guò)程中的“牛鼻子”工程，真正實(shí)現(xiàn)協(xié)同性、系統(tǒng)性節(jié)能與降耗，進(jìn)一步推進(jìn)綠色低碳循環(huán)發(fā)展，加快資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)，爭(zhēng)取盡快實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。

3.2 強(qiáng)化可再生能源發(fā)電結(jié)構(gòu)減排重要作用

“十四五”需要結(jié)合能源資源特點(diǎn)，分區(qū)域進(jìn)一步強(qiáng)化陸上風(fēng)電、海上風(fēng)電和光伏發(fā)電等可再生能源的作用，加強(qiáng)生物質(zhì)能發(fā)電及抽水蓄能等作為補(bǔ)充，并進(jìn)一步結(jié)合儲(chǔ)能和氫能等新技術(shù)，提升可再生能源在能源供應(yīng)中的穩(wěn)定性。

同時(shí)，還要重視跨跨區(qū)的區(qū)外清潔能源來(lái)電，尤其是區(qū)外水電。大幅提升化石能源清潔利用水平，推進(jìn)煤炭清潔高效開(kāi)發(fā)利用和減量替代，加快提升清潔能源開(kāi)發(fā)利用，顯著提高清潔能源消費(fèi)占比，堅(jiān)持綠色為先，推動(dòng)低碳發(fā)展。

3.3 加強(qiáng)核電作為清潔能源發(fā)電的重要補(bǔ)充

“十四五”在確保安全的前提下，可以沿海高效發(fā)展核電。用核電替代部分煤電，對(duì)于保障我國(guó)日益增長(zhǎng)的能源需求，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、減少對(duì)化石能源的依賴(lài)，實(shí)施高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略具有不可替代的重要作用。加強(qiáng)核電安全高效發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)短期碳排放達(dá)峰、長(zhǎng)期碳中和的有效路徑之一。

同時(shí)，建議依托目前成熟的核電基地，打造落地的“零碳城市”或“零碳示范區(qū)域”，以及加快推進(jìn)部分在役核電機(jī)組的供熱改造。

3.4 著力發(fā)展儲(chǔ)能為可再生能源發(fā)電做保障

發(fā)展清潔能源發(fā)電是實(shí)現(xiàn)“30·60”目標(biāo)的重中之重，而發(fā)展電化學(xué)儲(chǔ)能則是清潔能源及可再生能源發(fā)電可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，只有解決了儲(chǔ)能這個(gè)問(wèn)題，才能解決風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電自身間隙性缺陷，才能解決風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的不穩(wěn)定沖擊?！笆奈濉逼陂g，需要突破現(xiàn)有儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展瓶頸，發(fā)展有針對(duì)性的儲(chǔ)能技術(shù)和集成關(guān)鍵技術(shù)，以及儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)接入之間的耦合。

同時(shí)，需要結(jié)合自身能源特點(diǎn)，因地制宜地發(fā)展“太陽(yáng)能發(fā)電”、“太陽(yáng)能發(fā)電+儲(chǔ)能”、“風(fēng)能發(fā)電”、“風(fēng)能發(fā)電+儲(chǔ)能”不同模式的有機(jī)組合，進(jìn)一步提高風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電的價(jià)值與有效性。

3.5 研發(fā)與利用氫能發(fā)電最大程度減污降碳

氫能作為“21世紀(jì)的終極能源”，其開(kāi)發(fā)與利用已成為新一輪世界能源變革的重要方向，被稱(chēng)作“綠氫”的可再生能源制氫，其制備過(guò)程實(shí)現(xiàn)了“零碳排放”。“十四五”期間，需要在氫能發(fā)展上突破關(guān)鍵核心技術(shù)，重點(diǎn)破解可再生能源電解水制氫、液氫、氫燃料電池系統(tǒng)集成等領(lǐng)域的核心技術(shù)，提升產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，以“氫能發(fā)電”作為清潔能源發(fā)電的有力補(bǔ)充，深入推進(jìn)低碳轉(zhuǎn)型，加速優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。

同時(shí)，培養(yǎng)珠三角、長(zhǎng)三角、京津冀等氫能產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，綜合配套發(fā)展、錯(cuò)位發(fā)展和互補(bǔ)發(fā)展的發(fā)展格局，進(jìn)一步完善氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，將氫能發(fā)電在條件成熟的地區(qū)全方位建設(shè)成為清潔能源的第二梯隊(duì)。

3.6 提升碳交易與碳金融的管理水平及能力

加快研究符合我國(guó)行業(yè)特點(diǎn)的碳排放權(quán)交易市場(chǎng)機(jī)制，結(jié)合全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)的啟動(dòng)與運(yùn)行，有效推進(jìn)碳市場(chǎng)建設(shè)，結(jié)合“30·60”目標(biāo)，大力發(fā)展低碳綠色金融，盡快構(gòu)建包括碳交易及碳稅制度、綠色金融標(biāo)準(zhǔn)、激勵(lì)機(jī)制、產(chǎn)品體系等在內(nèi)的成熟的綠色金融體系。要將碳交易與碳金融等產(chǎn)品與能源等主要產(chǎn)業(yè)的中長(zhǎng)期綠色發(fā)展規(guī)劃和區(qū)域布局有機(jī)結(jié)合，編制綠色產(chǎn)業(yè)和重點(diǎn)項(xiàng)目投融資規(guī)劃，建立綠色產(chǎn)業(yè)規(guī)劃與綠色金融發(fā)展規(guī)劃之間的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)機(jī)制。

同時(shí)，從我國(guó)能源碳達(dá)峰、碳中和的角度，需要進(jìn)一步創(chuàng)新適合于清潔能源項(xiàng)目的產(chǎn)品和服務(wù)；探索支持能源行業(yè)綠色和低碳轉(zhuǎn)型所需的有針對(duì)性的金融產(chǎn)品和服務(wù)；鼓勵(lì)設(shè)立綠色基金和轉(zhuǎn)型基金，支持綠色低碳產(chǎn)業(yè)的股權(quán)投資，滿(mǎn)足能源行業(yè)的轉(zhuǎn)型融資需求；積極發(fā)展能效信貸、綠色債券和綠色信貸資產(chǎn)證券化等創(chuàng)新產(chǎn)品；探索建立節(jié)能降耗顯著企業(yè)綠色股票的綠色通道機(jī)制；探索碳金融和碳衍生產(chǎn)品；大力開(kāi)發(fā)和推廣可再生能源保險(xiǎn)創(chuàng)新型綠色金融產(chǎn)品；結(jié)合全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)的啟動(dòng)與運(yùn)行，盡快將控排范圍從能源行業(yè)擴(kuò)展到其他主要高耗能工業(yè)行業(yè)以及交通和建筑領(lǐng)域等，有效推進(jìn)碳市場(chǎng)建設(shè)。