基于碳達峰碳中和目標的河北省能源發(fā)展戰(zhàn)略研究

劉 偉，羅景輝，谷 巖

(1.河北省科學院能源研究所，河北 石家莊 050081；2.河北工程大學能源與環(huán)境工程學院，河北 邯鄲 056038；3.河北省生態(tài)環(huán)境宣傳教育與污染源監(jiān)控中心,河北 石家莊 050000)

0 引言

河北省能源消費總量大，且能源結構仍然以煤炭為主，碳排放量在全國處于高位[1],呈現(xiàn)煤炭消費比重、人均煤炭消費量、萬元GDP能耗均高于全國水平的“三高”現(xiàn)象[2]。在當前全國上下為碳達峰碳中和努力的背景下，河北省實現(xiàn)碳達峰碳中和的目標對全國實現(xiàn)碳達峰碳中和具有重要意義[3]。

1 河北省能源消費及碳排放的特點

河北省是能源消耗大省。2020年河北省能源消費總量為3.27億t標準煤[4]。其中，煤炭消費2.82億t，石油消費1710萬t，天然氣消費180億m3，全省用電量3934億kWh。近年來能源“雙控”有效實施，使得能源消費總量保持低速增長，能源消費結構加快優(yōu)化，煤炭消費總量、占比雙下降，煤炭消費占比由“十三五”初期的86.6%降至2020年的73.3%；清潔能源利用快速增長，2020年天然氣消費量達到180億m3、新能源發(fā)電量達到504億kWh。

2020年河北省碳排放量達到7.97億t，占全國總碳排放量的8.12%，居全國第二位。從行業(yè)看，河北省碳排放主要集中在傳統(tǒng)優(yōu)勢行業(yè)，鋼鐵、電力行業(yè)碳排放量分別占52.6%、34.7%，其他依次為建材5.27%、化工4.05%、石化1.27%；從排放強度看，河北省單位國內生產(chǎn)總值碳排放量2.25t，是全國平均水平的2.15倍，居全國第5位；從排放地域看，排放不均衡，唐山、邯鄲、石家莊等經(jīng)濟較好的市的碳排放量約占全省碳排放量的65%[5]。

2 河北省實現(xiàn)碳達峰碳中和面臨的主要挑戰(zhàn)

當前河北省經(jīng)濟發(fā)展處于關鍵時期，能源消費總量尚未達到峰值，如何處理好經(jīng)濟增長、能源安全、社會發(fā)展與碳減排的關系，是河北省實現(xiàn)碳達峰碳中和目標的最大挑戰(zhàn)。

2.1 GDP和城鎮(zhèn)化水平

GDP和城鎮(zhèn)水平提高促使能源消費增加。未來十年是國家基本實現(xiàn)現(xiàn)代化的關鍵階段，預計河北省未來十年年均GDP增長率不低于5%，年均城鎮(zhèn)化率提高不低于0.5%，能源供給存在剛性需求[6]。從單位GDP能耗來看，能源強度下降空間將持續(xù)收窄；從居民能耗來看，隨著新型城鎮(zhèn)化和鄉(xiāng)村振興的推進，居民生活水平逐步提高，居民能源消費仍有較大的提升空間。另外，鋼鐵行業(yè)的碳排放貢獻度達到44.21%，鋼鐵作為河北省的支柱產(chǎn)業(yè)之一，在短期內碳排放量不會降低。

2.2 能源供給保障

能源供給保障難度不斷加大。隨著能源結構的調整，如何保障全省能源體系在清潔和低碳的同時兼顧安全和高效，將面臨巨大挑戰(zhàn)。盡管冀北地區(qū)可再生能源發(fā)電豐富，可再生能源消納面臨“硬軟件”兩方面挑戰(zhàn)。在“硬件”方面，電網(wǎng)資源配置能力仍待加強。冀北地區(qū)外送通道在建容量與新能源大規(guī)模發(fā)展需求不匹配，造成有電送不出；冀南地區(qū)負荷峰谷特性、網(wǎng)內機組調峰能力與新能源出力特點不匹配，可調負荷及儲能建設不足，新能源消納與硬缺電問題并存。在“軟件”方面，靈活調節(jié)機制有待完善。目前，河北省裝機容量超過5000萬kW的煤電依然是電源側主要的靈活性資源，然而尚未全面放開的發(fā)電計劃機制使得發(fā)電側靈活調節(jié)能力明顯不足，影響了可再生能源的消納市場。此外，目前盡管河北省與北京、天津之間已經(jīng)建成了較為可靠的500kV骨干電網(wǎng)，與周邊山西、河南、山東也建有多條輸電通道，但受限于跨省新能源交易機制，電網(wǎng)互濟能力未能充分發(fā)揮，影響了可再生能源的消納空間。

2.3 能源結構調整和新能源發(fā)展

能源結構調整和新能源發(fā)展面臨巨大資金缺口。一方面存量的高碳資產(chǎn)面臨淘汰風險，大量能源基礎設施和工業(yè)生產(chǎn)設備的服役期普遍都比較短，河北煤電廠平均服役期僅為15年左右，遠低于一般30年左右的設計壽命，較大規(guī)模的高碳資產(chǎn)陷入提前淘汰風險。另一方面增量的低碳投資面臨巨大資金缺口，據(jù)中金公司預測，2060年實現(xiàn)碳中和的資金需求約為138萬億元，按2020年河北省GDP在全國占比3.57%進行分解，河北省年均資金需求將達到1240億元。河北省出臺支持燃煤機組超低排放改造、清潔供暖價格補貼，差別化電價等政策，但距離實現(xiàn)碳中和的年均資金需求相差甚遠。

3 河北省實現(xiàn)碳達峰碳中和的技術路徑

實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，技術創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)布局是重要保障和支撐，可從以下幾個方面入手，減少碳排放量。

3.1 提高傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展質量

針對河北省鋼鐵、水泥、建材、制藥、建筑等高耗能行業(yè)，加大節(jié)能減碳技術的使用；通過多能互補的方式提高可再生能源的占比；開發(fā)先進的數(shù)字控制技術實現(xiàn)智能化管理；將高耗能行業(yè)按照能源需求鏈區(qū)域集中發(fā)展，實現(xiàn)能源的產(chǎn)銷互供，提高能源的利用效率；鼓勵鋼鐵、焦化聯(lián)產(chǎn)，提升產(chǎn)品附加值，大力發(fā)展被動式超低能耗建筑，通過被動化技術，使建筑對機械系統(tǒng)提供的冷、熱、光的需求降到最小，再通過供能系統(tǒng)的最優(yōu)化技術，使其供能效率得到較大程度的提高。

3.2 燃煤機組高效清潔減碳技術

在未來一段時間內，煤電仍將占主導地位。目前，河北省300MW以上等級主力燃煤機組平均供電煤耗約為310g/kWh，換算成碳排放強度約為860g/kWh，需要通過實施節(jié)能提效改造技術，降低能耗強度和CO2排放強度。可以通過汽輪機乏汽余熱利用技術、“零碳能源”生物質能量的生物質耦合發(fā)電技術、亞臨界機組參數(shù)提升技術、抽汽能量梯級利用技術、低負荷保效技術等提高燃煤機組的效率，同時也可以通過燃煤煙氣中CO2捕集技術降低碳排放量。

3.3 加大可再生能源的發(fā)展力度

加大風能、太陽能、生物質能、地熱能等可再生能源的開發(fā)，將其應用在發(fā)電、供熱、供冷、燃料等領域，有效替代傳統(tǒng)化石能源，從而達到優(yōu)化調整一次能源結構的目的；加快光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高光電轉化效率，推進“光伏+”的場景應用；在張家口、承德等地區(qū)大力發(fā)展風能電解水制氫技術，加快氫燃料電池技術攻關，將氫能應用在交通領域，實現(xiàn)交通領域的低碳排放。張家口、承德地區(qū)風電資源豐富，但是當?shù)氐碾娏ο{能力有限，需要將電力輸出，必須加快構建智能化的電力調度交易和運行機制，推動柔性直流輸電，局域智能電網(wǎng)和微電網(wǎng)等技術的應用，解決可再生能源發(fā)電輸送困難的問題[7]。

3.4 大力推廣熱泵技術

從能源利用角度來看，熱泵是一種使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置，輸入1個單位的高位能(電能)驅動熱泵循環(huán)，吸收空氣、土壤或水中的熱能后，能夠制取超過3-5個單位的熱能，因此具有節(jié)能高效的特點。在僅考慮建筑和工業(yè)的終端用熱的熱能占比前提下，我國近一半的終端用能都以熱能的形式消耗了。面對如此大的熱量需求，在有合適的低位熱源條件下，使用熱泵來提供熱能將大大減少整個國家化石燃料的消耗，從而助力碳中和。

3.5 大力發(fā)展CCUS技術

《中國二氧化碳碳捕集利用與封存年度報告》(2021版)明確指出CCUS技術作為我國實現(xiàn)碳中和目標技術組合的重要組成部分，不僅是我國化石能源低碳利用的唯一技術選擇，保持電力系統(tǒng)靈活性的主要技術手段，而且是鋼鐵水泥等難減排行業(yè)的可行技術方案。CO2捕集包括燃燒前捕集、燃燒后捕集、富氧燃燒和化學鏈捕集等，開發(fā)了物理吸收法、化學吸收法、變壓吸附法、變溫吸附法、膜分離法、深冷法等一系列捕集方法[8]。近年來，直接空氣捕集技術迅速發(fā)展，可對數(shù)以百萬計的小型化石燃料燃燒裝置以及數(shù)以億計的交通工具等分布源排放的CO2進行捕集處理。

4 河北省實現(xiàn)碳達峰碳中和的對策建議

推動構建以清潔低碳能源為主體的能源體系是碳達峰背景下我省能源發(fā)展的目標，健全能源綠色低碳安全保供體系是保障能源供應的基礎，建立支撐能源綠色低碳轉型的科技創(chuàng)新體系是實現(xiàn)能源低碳轉型的保障。河北省實現(xiàn)碳達峰碳中和需做到以下幾點：

(1)河北省的能源戰(zhàn)略和能源規(guī)劃必須堅持“安全至上、先立后破、通盤謀劃”的基本原則。同時，也要清醒地認識到碳達峰、碳中和對新經(jīng)濟增長、高質量發(fā)展的引領作用。堅持不“搶跑”，避免“一刀切”。把節(jié)能降碳擺在突出位置，大力優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構和能源結構，逐步實現(xiàn)碳排放和經(jīng)濟增長脫鉤。

(2)在科學規(guī)劃的基礎上，加快碳中和示范項目、示范園區(qū)和示范縣、示范市建設。逐步形成“由點到線，由線到面，集中連片”的雙碳區(qū)域實現(xiàn)路徑。加快推進生物質發(fā)電等低碳和零碳技術的推廣應用，逐步構建能源電力化、電力零碳化的能源供應體系。

(3)依托我省豐富的林業(yè)資源，同時結合新能源、新材料、新產(chǎn)品、林下經(jīng)濟、碳匯交易、生態(tài)修復和森林康養(yǎng)旅游等項目形成產(chǎn)業(yè)閉環(huán)，進而形成具有區(qū)域優(yōu)勢的農村可持續(xù)低碳循環(huán)經(jīng)濟模式，促進鄉(xiāng)村振興和農民增收。

(4)持續(xù)加大科技投入。加大對風電光伏、新型電力系統(tǒng)、高密度儲能、工業(yè)電加熱、工業(yè)用氫、氫燃料電池、熱泵、廢棄物綜合利用、超低能耗建筑、CCUS等關鍵技術和裝備的研發(fā)攻關力度。加強綠色低碳關鍵核心技術的梳理和跟蹤，強化碳達峰碳中和重大科技攻關支持。著力突破重點行業(yè)、區(qū)域碳達峰碳中和關鍵技術難題。加強與國家科技計劃銜接，推動國家科技資源布局河北，促進綠色低碳關鍵核心技術列入國家重點研發(fā)計劃和科技重大專項。充分發(fā)揮科技引導投資基金作用。加大對綠色技術創(chuàng)新領域項目投融資支持。

(5)加快建立我省碳交易平臺、碳核查標準體系、控排企業(yè)納入標準、碳匯交易機制、重點企事業(yè)單位碳排放監(jiān)測、報告和核查體系建設。為政府部門、能源企業(yè)、耗能用戶等提供能源碳監(jiān)測、能源碳評估及能源碳預測等功能。組織專業(yè)技術力量，結合河北省能源資源情況，研究開發(fā)濕地碳匯方法學、抽水蓄能方法學、低碳建筑方法學、工業(yè)CO2養(yǎng)殖微藻方法學，填補國家溫室氣體核證自愿減排(CCER)項目方法學空白。

(6)加快開展碳封存潛力和風險評估。根據(jù)渤海灣-華北盆地的地質特點，掌握與能源行業(yè)匹配的適宜集群式碳封存信息。整合遙感、無人機、地質調查與井下勘查監(jiān)測等技術鏈條，形成空天地井一體化綜合勘查技術方法，并進行封存場地示范驗證和風險監(jiān)測評估?；谌济弘姀S碳減排需求，開展深部咸水層CO2封存與開采示范。