碳達(dá)峰目標(biāo)下我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型路徑研究

李 冰

一、引言

2015年12月，《巴黎氣候協(xié)定》正式簽署，其核心目標(biāo)是通過(guò)控制溫室氣體排放，在21世紀(jì)內(nèi)將全球氣溫上升控制在2攝氏度以?xún)?nèi)。目前，全球共有186個(gè)國(guó)家或地區(qū)簽署了《巴黎協(xié)定》，超過(guò)110個(gè)國(guó)家做出了在本世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)“碳中和”的承諾。但各國(guó)的碳減排規(guī)劃提升了對(duì)于煤炭、鋼鐵、煉油等工業(yè)的環(huán)保限制，增加了能源和基本生產(chǎn)資料的獲取成本。對(duì)于缺少技術(shù)優(yōu)勢(shì)的發(fā)展中國(guó)家而言，碳減排規(guī)劃既增加了居民生活成本，又為其工業(yè)化進(jìn)程構(gòu)成了更高的壁壘，對(duì)低收入國(guó)家經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)產(chǎn)生較大的阻礙，從而進(jìn)一步強(qiáng)化全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展不充分、不平衡的問(wèn)題。

針對(duì)發(fā)展中國(guó)家在碳中和進(jìn)程中如何平衡“環(huán)保責(zé)任”和“經(jīng)濟(jì)發(fā)展”這一問(wèn)題，本文完成了如下工作：首先，綜合梳理了全球碳中和治理體系的格局和各國(guó)碳排放政策；其次，討論了目前主要的可再生能源及化石燃料的發(fā)展現(xiàn)狀，并展望了不同能源在我國(guó)碳達(dá)峰過(guò)程中的作用；最后，以電力行業(yè)為主，結(jié)合不同能源的成本及碳排放，測(cè)算了“30·60”目標(biāo)下我國(guó)能源格局的潛在變化，分析了碳達(dá)峰過(guò)程中我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級(jí)路徑。

二、全球碳治理體系及重點(diǎn)區(qū)域政策分析

不同國(guó)家和地區(qū)間政策差異性較大。歐洲地區(qū)對(duì)于碳減排的推動(dòng)較為積極，北美地區(qū)承諾了2050年實(shí)現(xiàn)碳中和；繼中國(guó)之后，亞太地區(qū)中日本和韓國(guó)也已各自提交了自身的碳中和承諾意向書(shū)，上述國(guó)家目前對(duì)化石能源進(jìn)口的依賴(lài)度仍然較高，其可再生能源產(chǎn)業(yè)具有較大的發(fā)展空間。得益于服務(wù)業(yè)占比上升和產(chǎn)業(yè)遷移，發(fā)達(dá)國(guó)家普遍已在10年前自然實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，但發(fā)展中國(guó)家的碳排放量仍普遍處于上升階段，碳減排意愿并不強(qiáng)烈。因此，在全球碳中和治理體系的構(gòu)建和落實(shí)中，一是需要加強(qiáng)承諾國(guó)對(duì)“碳中和”的立法，以避免“囚徒困境”，提升碳中和路徑的穩(wěn)定性；二是需要針對(duì)“起點(diǎn)差異”，向未承諾碳中和的發(fā)展中國(guó)家提出合理補(bǔ)償，爭(zhēng)取更多潛在的排放大國(guó)加入碳治理機(jī)制，而非將化石能源和經(jīng)濟(jì)發(fā)展“妖魔化”；三是要積極推動(dòng)可再生能源技術(shù)、節(jié)能減排技術(shù)的進(jìn)步和新技術(shù)向發(fā)展中國(guó)家的流動(dòng)，以降低碳減排成本，通過(guò)市場(chǎng)手段推動(dòng)全球碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

圖1 全球各國(guó)能源需求與人均GDP及城鎮(zhèn)化率的關(guān)系

三、能源電力技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及成本分析

可再生能源成本持續(xù)下降。過(guò)去10年中，在技術(shù)水平、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同能力逐步成熟，行業(yè)規(guī)?？焖贁U(kuò)大的背景下，全球光伏及風(fēng)電成本持續(xù)下降，部分項(xiàng)目的全周期發(fā)電成本已較傳統(tǒng)能源出現(xiàn)優(yōu)勢(shì)，對(duì)生物能源、地?zé)崮芎退姷瘸墒炜稍偕茉葱纬奢^好的補(bǔ)充。據(jù)彭博社統(tǒng)計(jì)，2010-2019 年，全球光伏發(fā)電的成本下降了82%，陸上風(fēng)電成本下降了40%，海上風(fēng)電成本下降了29%，風(fēng)光電投資規(guī)模快速擴(kuò)大。在技術(shù)發(fā)展和規(guī)模效應(yīng)推動(dòng)可再生能源成本持續(xù)走低的背景下，預(yù)計(jì)未來(lái)可再生能源在電力領(lǐng)域的份額將持續(xù)上升。

化石能源利用受到諸多限制?；茉窗l(fā)電主要分為煤電和氣電。全球來(lái)看，受運(yùn)輸成本高、耗水量較大及環(huán)保成本逐漸升高等問(wèn)題影響，煤炭資源的利用成本近年來(lái)有所上升，其利用也在多國(guó)遭遇了較大程度的抵制。在提出碳中和目標(biāo)或意向的國(guó)家中，德國(guó)、匈牙利、奧地利、美國(guó)和智利等國(guó)都提出了在電力產(chǎn)業(yè)中逐步淘汰煤炭的計(jì)劃。此外，部分國(guó)際金融機(jī)構(gòu)也以“綠色金融”的名義，公開(kāi)聲明停止對(duì)煤電投資的融資支持。在技術(shù)發(fā)展方面，加裝碳捕集設(shè)備的“清潔煤炭”能夠較好地降低其碳排放，但該技術(shù)將導(dǎo)致煤電成本提升70%，經(jīng)濟(jì)效益難言樂(lè)觀。對(duì)我國(guó)而言，在電力行業(yè)使用天然氣取代煤炭的呼聲長(zhǎng)期存在。然而，在“多煤缺油少氣”的資源格局下，我國(guó)煤炭?jī)r(jià)格較低，但天然氣進(jìn)口成本較高且供應(yīng)趨緊。一方面，受供應(yīng)短缺等因素影響，天然氣發(fā)電效率較低，運(yùn)行成本較高；另一方面，化工、公用工程等領(lǐng)域“煤改氣”需求較大且經(jīng)濟(jì)效益更好，也同天然氣發(fā)電存在競(jìng)爭(zhēng)。預(yù)計(jì)未來(lái)5-10年中，煤電仍將是我國(guó)電力行業(yè)中的主力。

現(xiàn)階段氫氣主要產(chǎn)自化石能源。得益于“0碳排放”的優(yōu)勢(shì)，氫能源已成為國(guó)際上呼聲較高的“清潔能源”之一，多國(guó)已提出氫能發(fā)展規(guī)劃。但在經(jīng)濟(jì)性和安全性上，氫能源的分布式利用仍存在諸多短板。一是氫氣的密度和沸點(diǎn)是所有能源中最低的，意味著其分散儲(chǔ)運(yùn)需要低溫高壓，運(yùn)輸成本高于現(xiàn)有的所有燃料，氫能源車(chē)的成本較高且安全性較低，相比電動(dòng)車(chē)不具備競(jìng)爭(zhēng)力；二是目前全球氫氣的生產(chǎn)主要來(lái)自化石燃料，考慮到可再生能源發(fā)電需求仍然較高，光伏制氫在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性上都不成熟，預(yù)計(jì)全球氫氣主要來(lái)自化石能源這一現(xiàn)狀在 5-10 年內(nèi)不會(huì)改變。但光伏制氫仍然有一定優(yōu)點(diǎn)：一是原料（水）來(lái)源廣泛；二是相比輸電，管道輸送氫氣的能量損耗較低。長(zhǎng)期來(lái)看，“分散制氫、集中利用”或?qū)⒊蔀闅淠茉吹闹髁鲬?yīng)用形式。

四、碳達(dá)峰目標(biāo)對(duì)國(guó)內(nèi)能源結(jié)構(gòu)的影響

（一）我國(guó)電力及能源結(jié)構(gòu)

在電力結(jié)構(gòu)方面，根據(jù)國(guó)家能源局網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)顯示，2022年上半年，中國(guó)煤電裝機(jī)容量占總?cè)萘康?2%，但來(lái)自煤炭的發(fā)電量占全部的63%，其51%的發(fā)電效率在所有能源形式中僅次于核電。但與此同時(shí)，受供應(yīng)緊缺影響，天然氣發(fā)電效率僅為 27%。在可再生能源方面，盡管其2021年裝機(jī)容量已達(dá)到8.9億千瓦（約 39%），但發(fā)電量?jī)H占總額的31%，光伏和風(fēng)電的發(fā)電效率分別僅為 12%和21%。因此，盡管可再生能源發(fā)電在2021年新增裝機(jī)容量中占比達(dá)到71%，但在中國(guó)客觀能源需求持續(xù)增長(zhǎng)的背景下，預(yù)計(jì)可再生能源仍然難以在短期內(nèi)對(duì)煤電在電力結(jié)構(gòu)中的主體地位形成挑戰(zhàn)。如何提升以光伏和風(fēng)電為代表的可再生能源發(fā)電效率，將成為降低新能源發(fā)展成本的核心課題。

在能源結(jié)構(gòu)方面，2019 年中國(guó)煤炭占一次能源消費(fèi)的 57.7%，石油占 18.9%，天然氣占 8.1%，化石能源消費(fèi)接近總量的85%。從排放看，化石能源消費(fèi)產(chǎn)生碳排放 98.6 億噸，其中來(lái)自煤炭的碳排放量達(dá)72.9億噸，占化石能源碳排放總量的74%，而來(lái)自石油和天然氣的碳排放分別占21%和5%。對(duì)我國(guó)而言，煤炭在能源結(jié)構(gòu)和碳排放中均占據(jù)主導(dǎo)地位，考慮到能源需求穩(wěn)健上漲的背景，煤炭很難在短期內(nèi)被其它能源所取代；天然氣方面，受?chē)?guó)內(nèi)貯藏量較少及進(jìn)口能力不足影響，其供應(yīng)長(zhǎng)期處于“緊平衡”狀態(tài)，消費(fèi)占比顯著低于全球24.2%的平均水平。

（二）“碳達(dá)峰”目標(biāo)對(duì)電力及能源結(jié)構(gòu)的影響

我國(guó)在2020年底提出的“30·60”目標(biāo)中，提出2030年風(fēng)光電裝機(jī)容量達(dá)到12億瓦，可再生能源占一次消費(fèi)之比達(dá)到25%及碳強(qiáng)度較 2005年下降65%等詳細(xì)發(fā)展目標(biāo)。因此，本文以“30·60”目標(biāo)為約束條件，結(jié)合我國(guó)一次能源消費(fèi)及發(fā)電量數(shù)據(jù)，測(cè)算了我國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”后的電力及能源發(fā)展路徑。除假設(shè)2030年中國(guó)能源結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足“碳達(dá)峰”約束條件外，本文在測(cè)算中還參考了IMF及EIU對(duì)2020-2030年 我 國(guó) GDP增速的預(yù)測(cè)。另考慮到我國(guó)城鎮(zhèn)化率的增長(zhǎng)和電動(dòng)車(chē)的發(fā)展，電氣化水平將進(jìn)一步提升，假設(shè)2030年我國(guó)發(fā)電量將提高到一次能源消費(fèi)的 70%-75%。

考慮到電動(dòng)車(chē)市場(chǎng)發(fā)展的上行風(fēng)險(xiǎn)，分兩個(gè)場(chǎng)景對(duì)2030年我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)及電力結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)算。基準(zhǔn)場(chǎng)景假設(shè)電力取代其它能源方式的進(jìn)展處于正常水平，2030年發(fā)電量達(dá)到一次能源消費(fèi)的70%，2030年光伏和風(fēng)電的裝機(jī)容量各達(dá)到6億千瓦，可再生能源占比達(dá)到一次能源消費(fèi)的25%；樂(lè)觀場(chǎng)景（高電氣化場(chǎng)景）假設(shè)新能源投資高于基準(zhǔn)水平，電力取代其它能源方式的進(jìn)展較快， 2030年發(fā)電量達(dá)到一次能源消費(fèi)的75%，2030年光伏和風(fēng)電的裝機(jī)容量各達(dá)8億千瓦，可再生能源占比達(dá)到一次能源消費(fèi)的 27.5%。此外，預(yù)計(jì)技術(shù)升級(jí)將導(dǎo)致光伏、風(fēng)電和天然氣發(fā)電的效率分別提升至15%、25%和30%。測(cè)算結(jié)果中，兩個(gè)場(chǎng)景下煤炭占一次能源消費(fèi)的比例將下降至45%左右，天然氣占比大幅提升，而原油占比或?qū)⒁蛉加托枨笙陆祷芈洹?/p>

在電力結(jié)構(gòu)方面，兩個(gè)場(chǎng)景下2030年發(fā)電量將分別達(dá)到10.5萬(wàn)億瓦時(shí)和11.8萬(wàn)億瓦時(shí)，可再生能源的發(fā)電量將出現(xiàn)翻倍，成為僅次于煤電的電力來(lái)源。在基準(zhǔn)場(chǎng)景中，煤電之外的所有發(fā)電形式都將出現(xiàn)顯著增長(zhǎng)，煤電裝機(jī)容量維持穩(wěn)定；而在電力需求更高的高電氣化場(chǎng)景中，電力對(duì)燃油的進(jìn)一步替代不僅將促進(jìn)更高水平的可再生能源發(fā)展，也將進(jìn)一步為傳統(tǒng)能源的高效利用打開(kāi)空間。兩個(gè)場(chǎng)景中，煤電發(fā)電量占比分別達(dá)50.5%和49.0%，均高于可再生能源，仍將是我國(guó)最主要的電力來(lái)源。

在能源結(jié)構(gòu)及碳排放方面，兩個(gè)場(chǎng)景下，2030年一次能源消費(fèi)將分別達(dá)到60.6億噸標(biāo)煤和63.6億噸標(biāo)煤，碳排放量分別達(dá)103.3及105億噸，對(duì)應(yīng)的碳強(qiáng)度分別為0.64和0.65噸CO2/萬(wàn)元，均滿(mǎn)足約束條件。兩個(gè)場(chǎng)景下，我國(guó)每年能源需求將分別上升2%和2.6%，碳強(qiáng)度下降 4%和4.2%。僅就碳達(dá)峰過(guò)程而言，更高的可再生能源投資將有效壓低碳強(qiáng)度，從而允許更高的傳統(tǒng)能源消費(fèi)水平。結(jié)果表明，大力發(fā)展可再生能源和維持傳統(tǒng)能源規(guī)模穩(wěn)定并不互斥。

對(duì)化石能源而言，現(xiàn)階段“碳達(dá)峰”規(guī)劃下,煤炭及燃油需求增長(zhǎng)將受到較大的抑制，存在較大的改革壓力，但主要偏向于結(jié)構(gòu)性調(diào)整，尚不需要大幅縮減規(guī)模。與此同時(shí)，天然氣將在工業(yè)和公用工程領(lǐng)域取代煤炭的份額，工業(yè)用煤或?qū)⒁悦磕?.1%的水平快速減少，而工業(yè)用氣每年的增速將達(dá)到 7.5%以上；原油的需求將主要取決于電動(dòng)車(chē)對(duì)燃油車(chē)的替代，在基準(zhǔn)場(chǎng)景下，用于生產(chǎn)燃料油的原油比例將從67%下降至52%；在高電氣化場(chǎng)景下，燃料油的生產(chǎn)比重將進(jìn)一步下降至43%。

對(duì)新能源而言，光伏和風(fēng)電的年化增速將在基準(zhǔn)場(chǎng)景中達(dá)到10%的水平，在高電氣化場(chǎng)景中達(dá)到14%的水平，這一高增速意味著對(duì)土地使用、電網(wǎng)建設(shè)和儲(chǔ)能設(shè)施的需求將進(jìn)一步增加，上述任何一個(gè)基本要素受限都可能大幅拖慢新能源行業(yè)的發(fā)展。此外，發(fā)電效率低下是以光電和風(fēng)電為主的新能源產(chǎn)業(yè)仍然面臨的問(wèn)題，且隨著其規(guī)模的提升，提質(zhì)增效所帶來(lái)的收益將繼續(xù)增大。

此外，能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變進(jìn)一步強(qiáng)化了能效需求。2019年，我國(guó)可再生能源發(fā)電量共計(jì)9.2億噸標(biāo)煤，但可再生能源的一次消費(fèi)量?jī)H為7.4億噸標(biāo)煤，消費(fèi)量?jī)H為發(fā)電量的80%。如果該比例能在2030年提升1個(gè)百分點(diǎn)，將節(jié)約相當(dāng)于2000萬(wàn)噸標(biāo)煤的電能。因此，能效的提高意味著經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保目標(biāo)的雙贏，隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的逐步升級(jí)和電氣化水平的提升，如何實(shí)現(xiàn)電能的高效輸送和儲(chǔ)存，減少能量損耗，將成為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

圖2 能源及電力結(jié)構(gòu)發(fā)展路徑測(cè)算

五、結(jié)論與建議

對(duì)我國(guó)而言，通過(guò)技術(shù)發(fā)展、投資拉動(dòng)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)推進(jìn)“碳達(dá)峰”的正反饋快車(chē)道，與采取經(jīng)驗(yàn)主義做法限制能源消費(fèi)、抵制使用化石能源以達(dá)到“碳達(dá)峰”的負(fù)反饋慢車(chē)道之間存在巨大的差距。在“30·60”目標(biāo)指導(dǎo)下，我國(guó)新能源行業(yè)具有高速增長(zhǎng)的強(qiáng)大潛力，加之我國(guó)在光伏和風(fēng)電領(lǐng)域存在一定的技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)，新能源技術(shù)及設(shè)備出口有望在繼續(xù)維持快速增長(zhǎng)。與此同時(shí)，天然氣等化石能源在2030年前仍然存在一定的發(fā)展空間。在“碳達(dá)峰”政策的具體執(zhí)行中，應(yīng)當(dāng)注重投資拉動(dòng)下對(duì)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，避免對(duì)傳統(tǒng)能源的“一刀切”行為，從而在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的同時(shí)最大程度上緩解環(huán)保政策對(duì)我國(guó)消費(fèi)者經(jīng)濟(jì)效益的沖擊。