“能耗雙控”轉(zhuǎn)“碳雙控”背景下的浙江省減煤路徑研究*

王 誠 葉津宏 張?zhí)煊?黃 煒

(浙江省經(jīng)濟信息中心(浙江省價格研究所),浙江 杭州 310006)

黨的二十大報告中明確提出,要積極穩(wěn)妥推進碳達峰碳中和(以下簡稱“雙碳”),完善能源消耗總量和強度調(diào)控(以下簡稱“能耗雙控”),重點控制化石能源消費,逐步轉(zhuǎn)向碳排放總量和強度“雙控”制度(以下簡稱“碳雙控”)[1-2]?！疤茧p控”制度將會對煤炭這種高碳能源的利用,提出更清潔低碳高效的要求。此外,在諸如《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》等政府文件中,也對京津冀、長三角等重點地區(qū)的煤炭消費量提出明確的削減目標。

煤炭作為我國的主體能源,其消費量占全國能源消費總量的50%以上,特別是在電力生產(chǎn)方面,雖然煤電裝機容量占比下降至50%以下,但仍生產(chǎn)了全國約60%的電量,煤炭消費控制的合理性將會較大程度影響能源安全。可見,如何統(tǒng)籌好“碳雙控”目標、能源安全以及減煤約束目標之間的關(guān)系,將是在“雙碳”背景下亟需解決的難題[3]。

目前,很多研究對全社會的能源消費、碳排放情況等開展預測和情景分析,針對煤炭消費專門開展的研究較少。除常規(guī)的投入產(chǎn)出模型外,NAGATOMO等[4]利用綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化模型(MARKAL模型)分析了可再生能源對社會低碳發(fā)展的影響;EMODI等[5]采用長期能源替代規(guī)劃系統(tǒng)模型(LEAP模型)對能源低碳發(fā)展進行分析;李繼峰等[6]采用一般動態(tài)均衡模型(CMRCGE模型)對中國“十四五”能源與碳排放開展預測;畢清華等[7]則采用中國能源經(jīng)濟一般均衡模型(CDECGE模型)對中國的能源需求進行分析;XIAO等[8]采用一般均衡模型(CGE模型)分析能源對環(huán)境污染的影響。但上述研究多是對分部門的能源消費情況進行預測,未對行業(yè)進行細分,且缺乏能源安全、經(jīng)濟發(fā)展與碳排放等多目標約束下的情景分析。因此,建立以發(fā)電、供熱、水泥、鋼鐵、化工等重點用煤行業(yè)為主要研究對象的煤炭消費預測模型,并考慮能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)進步等因素來設(shè)置不同情景,分析長時間尺度下的減煤目標和路徑具有較大的研究意義。

當前,浙江省煤炭消費以集中利用為主,約95%的煤炭消費集中分布在發(fā)電、供熱、水泥、化工、石化、鋼鐵等行業(yè),規(guī)模以下及散煤利用極少。本研究以實現(xiàn)2030年碳達峰、2060年前碳中和的宏觀目標為背景,采用“自下而上”的分析方法,構(gòu)建分行業(yè)煤炭消費預測模型,分析不同情景下的減煤路徑;同時,在確保經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展和能源安全的前提下,從結(jié)構(gòu)、技術(shù)和管理等減煤維度,針對性提出分行業(yè)減煤舉措和建議,以期為國家和地方政府減煤工作提供參考。

1 研究方法

1.1 煤炭消費預測模型

基于LEAP模型框架,以浙江省發(fā)電、供熱、水泥、化工、鋼鐵等重點用煤行業(yè)為對象,構(gòu)建“自下而上”的煤炭消費預測模型。模型的總體計算機理見圖1。首先,基于不同行業(yè)的用煤特征開展預測分析;對于發(fā)電行業(yè),需結(jié)合全省電力需求預測,考慮能源供需平衡來明確電源結(jié)構(gòu),尤其是煤電發(fā)電量、供電煤耗,以此來確定發(fā)電用煤量;對于供熱用煤,從需求側(cè)出發(fā),主要考慮紡織、化纖等用熱行業(yè)的發(fā)展趨勢,根據(jù)供熱量、供熱煤耗等確定供熱用煤量;對于水泥、化工、鋼鐵等行業(yè),構(gòu)建CGE模型對其發(fā)展趨勢進行研判,并考慮浙江省“十四五”和2035年遠景規(guī)劃目標要求[9]、碳達峰背景下產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整導向等,得到各行業(yè)增加值、產(chǎn)量等相關(guān)經(jīng)濟指標,結(jié)合單位產(chǎn)品用煤量等指標,以此來確定各行業(yè)用煤量。將上述重點用煤行業(yè)的煤炭消費量加總,預測得到浙江省煤炭消費總量。同時,綜合考慮浙江省能源轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)進步等情況[10],并參考全國2030年碳達峰、2060年實現(xiàn)碳中和的時序要求等[11-12],設(shè)置不同情景開展減煤路徑研判。

圖1 煤炭消費預測模型構(gòu)建思路Fig.1 The framework of coal consumption prediction model

1.2 情景設(shè)置

基于浙江省未來經(jīng)濟社會發(fā)展趨勢和能源轉(zhuǎn)型特點,結(jié)合已出臺的能源、產(chǎn)業(yè)相關(guān)發(fā)展規(guī)劃與政策,適當參考部分發(fā)達國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展和降碳相關(guān)的指標,研究確定重點用煤行業(yè)相關(guān)參數(shù),并考慮能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)進步等關(guān)鍵要素的不同發(fā)展進程,分別設(shè)置3種減煤情景,具體參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 情景分析參數(shù)設(shè)置Table 1 The parameter settings under different scenarios

2 結(jié)果及分析

2.1 不同情景下煤炭消費預測結(jié)果與分析

通過情景分析,初步得到不同情景下2015-2060年浙江省煤炭消費量的預測結(jié)果(見圖2)。

圖2 不同情景下浙江省煤炭消費預測Fig.2 The coal consumption forecast in Zhejiang Province under different scenarios

基準情景下,煤炭消費量預計在“十四五”階段持續(xù)增長,在“十五五”中期(2027年)達到峰值(約1.7億t),這主要是發(fā)電、化工用煤增長所驅(qū)動;隨著石化項目產(chǎn)能逐漸釋放和核電項目的發(fā)電投產(chǎn),煤炭消費將出現(xiàn)回落,并在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化等工作的推動下持續(xù)下降,到2060年煤炭消費量預計較峰值下降約55%。

煤控情景下,煤炭消費達峰年提前,預計在2025年,峰值約1.6億t,到2060年煤炭消費量僅有5 000萬t左右;煤炭消費量較基準情景下整體偏低,這主要由于煤控情景下的風能、太陽能等新能源發(fā)展更快速,以及工業(yè)領(lǐng)域?qū)υ嫌妹旱目刂聘鼑栏瘛?/p>

碳達峰情景下,煤炭消費量已在2018年達峰,峰值約1.4億t;由于2020年基數(shù)較低,“十四五”時期保持較平緩的上漲趨勢,在2025年后煤炭消費量逐年下降;2030-2060年煤炭消費量下降趨勢加快,到碳中和年,煤炭消費量僅有1 400萬t左右。

2.2 重點行業(yè)煤炭消費情況預測結(jié)果與分析

基于模型預測結(jié)果,進一步對浙江省發(fā)電、水泥、化工、鋼鐵等分行業(yè)的煤炭消費情況進行研判。首先,分析不同情景下各行業(yè)煤炭消費量占比(質(zhì)量分數(shù))情況。以達峰年為例,3種情景下發(fā)電煤炭消費量占比始終位列第一,均超過60%;供熱位列其次,且占比基本穩(wěn)定(18%～20%);化工行業(yè)在達峰年的煤炭消費量占比排在發(fā)電、供熱行業(yè)之后(除碳達峰情景外);鋼鐵行業(yè)煤炭消費量占比在重點用煤行業(yè)中占比最低(見表2)。

表2 不同情景下的達峰年分行業(yè)煤炭消費量占比Table 2 Proportion of coal consumption of different industries on peak year under different scenarios %

不同情景下重點行業(yè)煤炭消費量預測見圖3。發(fā)電行業(yè)煤炭消費量除碳達峰情景外,另兩種情景(基準情景、煤控情景)下的峰值年份與全省煤炭達峰時間保持一致,分別是2027、2025年;煤控、碳達峰情景下發(fā)電煤炭消費量峰值較基準情景下分別低800萬、2 500萬t左右?；ば袠I(yè)煤炭消費量在基準、煤控、碳達峰情景下的達峰時間分別是2027、2027、2025年,且煤控、碳達峰情景下化工煤炭消費量峰值分別比基準情景下低200萬、250萬t左右。水泥和鋼鐵行業(yè)煤炭消費量自“十四五”以來保持下降趨勢,煤炭消費量及其占比逐年遞減,到2060年兩者煤炭消費占比均低于1%。

圖3 不同情景下重點行業(yè)煤炭消費量預測Fig.3 The coal consumption forecast of key industries under different scenarios

2.3 “碳雙控”目標下浙江省減煤路徑討論

基于上述預測分析,浙江省減煤整體路線可分為“兩步走”。2030年前,浙江省減煤工作應以“控”為主,著力推動煤炭的高效清潔利用,重點通過壓減鋼鐵、水泥、化工等高碳行業(yè)的發(fā)展,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),推動經(jīng)濟發(fā)展與煤炭消費逐漸脫鉤;同時,采用工藝提升、技術(shù)進步等手段促進用煤效率的提升,降低煤炭消費量。2030年后,在“碳中和”愿景影響下,煤炭消費將實現(xiàn)由“控”到“減”的轉(zhuǎn)變。一方面,需要加大力度推進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化,壓減淘汰鋼鐵、水泥產(chǎn)能;另一方面,通過技術(shù)變革推進核電、太陽能、風能等清潔能源替代傳統(tǒng)煤電,并通過水泥熟料、鋼鐵、化學制品等生產(chǎn)技術(shù)的改革創(chuàng)新,實現(xiàn)煤炭替代。具體實施減煤的可行路徑如下:

(1) 發(fā)電、供熱行業(yè)的減煤路徑:①結(jié)構(gòu)減煤,通過壓減火電產(chǎn)能及清潔能源發(fā)電替代火電等,加快推進核電項目,大力發(fā)展風、光可再生能源,到2030年,浙江省可再生電力裝機占比提高到45%左右,煤電的發(fā)電占比減少至32%左右;②技術(shù)減煤,采用高效的火電儲能技術(shù)、智能電網(wǎng)及安全穩(wěn)定的非化石能源發(fā)電技術(shù)等,2030年有序淘汰在運次高溫次高壓熱電聯(lián)產(chǎn)機組轉(zhuǎn)為天然氣熱電聯(lián)產(chǎn),研究探索其他新型供熱方式;③管理減煤,加大對核電、光伏、風電等清潔能源的財稅支持力度,依托發(fā)電行業(yè)碳交易市場機制及智能化管理手段等實現(xiàn)管理減煤。綜上,2060年發(fā)電、供熱行業(yè)煤炭消費量分別控制在1 000萬t以內(nèi)、200萬t以內(nèi)。

(2) 鋼鐵、水泥、化工等行業(yè)的減煤路徑:①結(jié)構(gòu)減煤,通過壓減、轉(zhuǎn)移產(chǎn)能及能源替代等,化工行業(yè)重點減少甲醇、合成氨等化工產(chǎn)品產(chǎn)能,預計到2025年,甲醇、合成氨產(chǎn)量較2020年下降約10%;煤制氫產(chǎn)能隨著舟山綠色石化的逐步投產(chǎn)增加,持續(xù)推進天然氣制氫工藝替代,減少化工行業(yè)用煤;水泥行業(yè)嚴格執(zhí)行水泥熟料項目減量置換政策,逐步淘汰2 500 t/d及以下規(guī)模的水泥熟料生產(chǎn)線,并嚴禁省外水泥熟料產(chǎn)能指標轉(zhuǎn)移到浙江省;鋼鐵行業(yè)嚴格執(zhí)行產(chǎn)能置換政策,壓減低效產(chǎn)能,將粗鋼生產(chǎn)線轉(zhuǎn)移至省外或國外,省內(nèi)主要生產(chǎn)高附加值金屬制品。②技術(shù)減煤,通過應用推廣技術(shù)工藝改造、節(jié)能、余能利用及煤炭高效利用等技術(shù),化工行業(yè)重點發(fā)展天然氣制氫、天然氣制甲醇、焦爐煤氣制甲醇、天然氣制合成氨等技術(shù),水泥行業(yè)重點發(fā)展垃圾等協(xié)同處置技術(shù)、余熱回收利用等。③管理減煤,通過節(jié)能審批、區(qū)域節(jié)能評估等行政舉措及各類市場機制,并采用數(shù)字化手段加強用煤管理等舉措實現(xiàn)管理減煤。綜上,到2060年,水泥、鋼鐵、化工行業(yè)煤炭消費量相較于2020年可分別下降98%、99%、83%。

3 政策建議

通過構(gòu)建與經(jīng)濟發(fā)展相耦合的煤炭消費預測模型,設(shè)置不同情景,對“碳雙控”目標下浙江省及分行業(yè)的煤炭消費量進行預測研判,并得到浙江省重點行業(yè)的減煤路徑。研究結(jié)論對以浙江省為代表的用煤集中、減煤空間有限、碳達峰任務緊迫的省份有參考意義,故提出“能耗雙控”轉(zhuǎn)“碳雙控”背景下的政策建議:

(1) 調(diào)整煤炭消費總量控制機制?！笆奈濉睍r期,浙江省能源安全保障形勢嚴峻,經(jīng)濟發(fā)展仍是重要目標,需要更關(guān)注經(jīng)濟發(fā)展、能源安全、碳排放等多目標的綜合平衡。建議在繼續(xù)堅持“以控為主”的前提下,調(diào)整煤炭消費總量控制機制為“煤炭消費總量彈性控制機制”,不設(shè)明確總量目標,但仍需對總量進行有效控制。

(2) 將發(fā)電、供熱行業(yè)作為減煤重點。浙江省80%以上的煤炭用于發(fā)電、供熱,隨著電氣化進程的深入,這部分煤炭消費量占比還可能進一步提高。對于全省統(tǒng)調(diào)電廠,由于已全部完成超低排放改造,建議要將重心放在降低供電標準煤耗上,進一步加強對標國際先進、國內(nèi)一流水平;對于地方熱電廠,要在繼續(xù)降低供電標準煤耗的基礎(chǔ)上,進一步合理控制用煤規(guī)模,最大程度發(fā)揮出集中供熱的效益。

(3) 削減工業(yè)行業(yè)原料用煤。浙江省原料用煤消費主要集中在水泥、鋼鐵、化工等行業(yè),這幾個行業(yè)總體已達到發(fā)展的平臺期,同時又是典型的“高碳低效”行業(yè),繼續(xù)擴大規(guī)模不利于浙江省“雙碳”工作推進。建議以控制行業(yè)發(fā)展規(guī)模為主、以能源結(jié)構(gòu)非煤化調(diào)整為輔,推動實現(xiàn)浙江省工業(yè)行業(yè)原料用煤的絕對量削減。