雙碳目標(biāo)下中國(guó)能源轉(zhuǎn)型路徑思考

摘要中國(guó)提出碳排放達(dá)峰、碳中和“雙碳”目標(biāo)以來(lái)，社會(huì)各界有關(guān)能源轉(zhuǎn)型路徑的關(guān)鍵判斷趨于一致。要早日實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，必須加強(qiáng)節(jié)能工作，降低能源消費(fèi)總量；大幅增加風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電，加快建立高比例可再生能源體系；增加能源系統(tǒng)的儲(chǔ)備和調(diào)節(jié)能力，適應(yīng)波動(dòng)性能源增加的趨勢(shì)；加快終端電氣化比重，不斷增強(qiáng)電能替代；大力發(fā)展氫能，這是一些難以減排領(lǐng)域重要的深度減排途徑；加快碳捕集封存和利用技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化，是建設(shè)碳中和社會(huì)的重要準(zhǔn)備。習(xí)近平總書(shū)記2020年提出了中國(guó)新的碳排放達(dá)峰目標(biāo)和碳中和愿景，對(duì)能源發(fā)展提出了全新要求，對(duì)能源轉(zhuǎn)型邊界做了清晰劃定，更是對(duì)整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展模式和前進(jìn)方向、動(dòng)力都做了重新動(dòng)員。業(yè)界總體上在綠色低碳發(fā)展方向上的行業(yè)共識(shí)日益凝聚；特別是對(duì)那些當(dāng)前發(fā)展還面臨一定挑戰(zhàn)、存有爭(zhēng)議的行業(yè)，或?qū)σ恍┻€處于發(fā)展起步期、規(guī)模尚小的產(chǎn)業(yè)，甚至對(duì)一些發(fā)展路徑尚不明確、多種路線齊頭并進(jìn)的技術(shù)領(lǐng)域，相關(guān)方面的認(rèn)知愈發(fā)趨于一致；全社會(huì)技術(shù)創(chuàng)新方面的投入也越來(lái)越集中。1 加大節(jié)能是首要選擇在所有一次能源中，節(jié)能已被公認(rèn)為除煤炭、石油、天然氣、一次電力之外的“第五能源”。通過(guò)提高現(xiàn)有能源利用效率，或充分從利用過(guò)后的“廢棄能源”中回收能量，來(lái)滿足能源需求，是比開(kāi)發(fā)一次能源資源更有價(jià)值的能源發(fā)展方式。特別是在居住和公共建筑、能源基礎(chǔ)設(shè)施、工藝過(guò)程等，鎖定效應(yīng)強(qiáng)、投資高、影響范圍大的重點(diǎn)用能領(lǐng)域，提高能效標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)形成數(shù)十年持續(xù)性的節(jié)能效益。“十一五”以來(lái)，中國(guó)把節(jié)能工作放在重要位置，特別是近年來(lái)，通過(guò)實(shí)施控制能源消費(fèi)總量和單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）能耗強(qiáng)度的“雙控”制度，有效抑制了能源消費(fèi)快速增長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2006—2019年，中國(guó)單位GDP能耗下降了42.5%，環(huán)比累計(jì)節(jié)能22.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量，相當(dāng)于減少了超過(guò)40億噸的二氧化碳排放量。國(guó)際能源署（IEA）也把節(jié)能和提高能效作為減少溫室氣體排放的最主要途徑。按照國(guó)際能源署的模型情景分析結(jié)果，若將全球大氣溫度上升控制在2℃以內(nèi)，2050年前，節(jié)能和提高能效對(duì)全球二氧化碳減排的貢獻(xiàn)為37%，比可再生能源的貢獻(xiàn)還要高5個(gè)百分點(diǎn)。國(guó)家公布的《能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略（2016—2030）》提出，到2030年，能源消費(fèi)總量控制在60億噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量以內(nèi)，即預(yù)計(jì)2030年前，最多還可增加約10億噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量。在此背景下，若通過(guò)節(jié)能和提高能效減少1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量需求，就能減少約8000萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量的化石能源，相應(yīng)減少約1.6億?2.5億噸二氧化碳排放量，化石能源消費(fèi)及碳排放達(dá)峰的時(shí)間點(diǎn)就會(huì)提前。與許多發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)能源利用效率還相對(duì)偏低，加大節(jié)能和提高能源利用效率，將是中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰目標(biāo)的首要選擇。當(dāng)前，隨著能源領(lǐng)域數(shù)字化、智能化水平不斷提高，許多能源企業(yè)都在通過(guò)發(fā)展綜合能源服務(wù)等方式，加快挖掘能源系統(tǒng)節(jié)能潛力和市場(chǎng)價(jià)值，這一方面是許多企業(yè)通過(guò)數(shù)字化、智能化手段提高自身能源利用效率的自然選擇，另一方面也是全社會(huì)重視節(jié)能和提高系統(tǒng)效率的必然結(jié)果。加快發(fā)展風(fēng)能太陽(yáng)能，持續(xù)提高非化石能源比重是主要方式中國(guó)非化石能源在一次能源消費(fèi)中的比重從 2010年的8.6%提高到2020年的15.9%左右，每年平均提高0.73個(gè)百分點(diǎn)。其中，“十二五”期間非化石能源所占比重年均提高0.68個(gè)百分點(diǎn)，“十三五”期間年均提高0.78個(gè)百分點(diǎn)。業(yè)界普遍判斷，中國(guó)若到2060年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，則非化石能源在2050—2055年所占比重需提高到70%?80%甚至更高，這意味著，未來(lái)30年中國(guó)非化石能源所占比重年均應(yīng)提高2個(gè)百分點(diǎn)左右。按照前低后高的發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)10年，中國(guó)非化石能源比重年均提高幅度需大致保持在1?1.5個(gè)百分點(diǎn)。水電、核電是中國(guó)重要的非化石能源，也是中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要選擇。但囿于資源潛力等多種因素，水電難以實(shí)現(xiàn)翻番式增長(zhǎng)；核電增長(zhǎng)潛力大，但發(fā)展也存在一定不確定性。未來(lái)需要以風(fēng)電、光伏發(fā)電為主力來(lái)支撐規(guī)模巨大的非化石能源增長(zhǎng)，這也是歐洲國(guó)家在實(shí)現(xiàn)碳中和方式上一致性的結(jié)論。近年來(lái)，新能源發(fā)電成本下降明顯加速。從2021年開(kāi)始，新增新能源發(fā)電將步入平價(jià)上網(wǎng)的全新階段。2020年中國(guó)風(fēng)電、光伏發(fā)電新增發(fā)電裝機(jī)容量合計(jì)1.2億千瓦，相當(dāng)于上兩年新增量之和，建設(shè)速度明顯加快。雖然這一成績(jī)背后與近兩年新能源發(fā)電價(jià)格調(diào)整窗口期有關(guān)，但這也表明，新能源裝備制造業(yè)已做好以更快速度發(fā)展的產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)備。增加能源系統(tǒng)的“儲(chǔ)、調(diào)”能力是必由之路風(fēng)電、光伏發(fā)電等可再生能源具有波動(dòng)性、隨機(jī)性等特點(diǎn)，若要建設(shè)高比例可再生能源體系，必須在能源系統(tǒng)的儲(chǔ)存、調(diào)節(jié)能力上形成與可再生能源建設(shè)速度一致的發(fā)展節(jié)奏。能源系統(tǒng)是否具備足夠的“儲(chǔ)、調(diào)”能力，是決定中國(guó)非化石能源何時(shí)能夠替代存量化石能源的關(guān)鍵性因素。為此，不僅要進(jìn)一步增強(qiáng)煤電、氣電、抽水蓄能等傳統(tǒng)電力系統(tǒng)靈活性資源，還要加快物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能、先進(jìn)儲(chǔ)熱（冷）、先進(jìn)儲(chǔ)氫等新型儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)前，隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電技術(shù)日趨成熟，全球正逐步形成以電化學(xué)儲(chǔ)能為代表的新一輪新能源技術(shù)投資熱潮。與 2006年前后風(fēng)電、光伏發(fā)電的投資熱潮類似，這一輪對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的投入也具有全球范圍的資本廣泛參與、市場(chǎng)主體復(fù)雜多元、各類技術(shù)路線齊頭并進(jìn)等特點(diǎn)。中國(guó)在“十三五”期間持續(xù)發(fā)力，通過(guò)新能源發(fā)電及電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的帶動(dòng)，逐步建立了全球規(guī)模最大的儲(chǔ)能市場(chǎng)和電池制造能力，并形成了若干龍頭企業(yè)。隨著動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池加速應(yīng)用，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)已開(kāi)始與風(fēng)光發(fā)電形成互動(dòng)的發(fā)展格局。例如，儲(chǔ)能電池在電動(dòng)汽車(chē)的帶動(dòng)下成本快速下降，而儲(chǔ)能電池應(yīng)用的擴(kuò)大，也加快了動(dòng)力電池的技術(shù)創(chuàng)新步伐；新能源技術(shù)成本下降，使得清潔電力制氫具備經(jīng)濟(jì)性，清潔電力制氫也可以成為促進(jìn)清潔能源發(fā)展的新動(dòng)力。隨著新能源對(duì)“儲(chǔ)”和“調(diào)”需求的不斷擴(kuò)大，預(yù)計(jì)“十四五”將是中國(guó)新能源發(fā)電與新能源汽車(chē)兩大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相互融合、相互促進(jìn)的重大窗口期。業(yè)界樂(lè)觀估計(jì)，“十四五”期間中國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)的應(yīng)用規(guī)模，將從“百吉瓦時(shí)”級(jí)步入“太瓦時(shí)”（1000吉瓦時(shí)）級(jí)，中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展也將邁上一個(gè)新的臺(tái)階。加快終端電氣化應(yīng)用是必然結(jié)果風(fēng)能、光伏、水能、核能等都是轉(zhuǎn)化為電力才能被加以利用，建設(shè)高比例清潔能源系統(tǒng)，電力在終端能源消費(fèi)中的比重將持續(xù)提升。隨著中國(guó)電代煤、電代油等電能替代步伐加快，2019年中國(guó)電能替代規(guī)模已超過(guò)2000億千瓦時(shí)，“十三五”期間，全國(guó)電能替代規(guī)模約8000億千瓦時(shí)，在“十三五”全國(guó)新增用電需求中的比重超過(guò)40%，電能替代已成為推動(dòng)中國(guó)用電量增加的重要推動(dòng)力。最近幾年，電能占中國(guó)終端能源消費(fèi)的比重以年均0.5?1個(gè)百分點(diǎn)的速度快速提升，當(dāng)前已達(dá)到27%左右，甚至比一些歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的水平還要高?！半p碳”目標(biāo)提出以來(lái)，當(dāng)前研究的一致性觀點(diǎn)是，中國(guó)人均年用電量要從當(dāng)前的5300千瓦時(shí)左右，在2050年前后達(dá)到1萬(wàn)千瓦時(shí)甚至更高，超過(guò)當(dāng)前除美國(guó)、加拿大以外的大部分發(fā)達(dá)國(guó)家，相較過(guò)去研究預(yù)期的8000千瓦時(shí)的結(jié)論大大提高。相應(yīng)地，電能在終端能源消費(fèi)中的比重，也將從過(guò)去預(yù)計(jì)的40%左右，進(jìn)一步提高到50%甚至更高，這是建設(shè)高比例非化石能源系統(tǒng)的必然結(jié)果。隨著終端電氣化比重不斷提高，終端用能部門(mén)也要對(duì)能源利用方式做大幅度調(diào)整。鋼鐵、建材等工業(yè)部門(mén)將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的電鍋爐、電窯爐應(yīng)用，通過(guò)電氣化過(guò)程替代工業(yè)過(guò)程所需要的熱力，減少化石能源特別是煤炭消費(fèi)。這是推動(dòng)工業(yè)部門(mén)低碳化的重要途徑，也是終端消費(fèi)部門(mén)相對(duì)容易的低碳化方式。交通領(lǐng)域的電氣化是當(dāng)前能源低碳化路徑的代表。2016年以來(lái)，隨著歐洲主流國(guó)家及主要汽車(chē)制造企業(yè)陸續(xù)設(shè)置退出燃油車(chē)時(shí)間表，發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)已成為交通領(lǐng)域一場(chǎng)革命性的共識(shí)行動(dòng)。在此過(guò)程中，中國(guó)逐步建立了全球最大的電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)，在道路交通方面實(shí)現(xiàn)了一定規(guī)模的油品替代，并加快從輕型汽油車(chē)向重型柴油車(chē)、內(nèi)河航運(yùn)船舶等領(lǐng)域擴(kuò)大。建筑部門(mén)的低碳化路徑較為成熟，在繼續(xù)推廣超低能耗建筑的同時(shí)，還要加快可再生能源供熱及電熱泵、電蓄熱鍋爐等技術(shù)應(yīng)用，其中電氣化是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、便捷、低碳化取暖的核心方式。大力發(fā)展氫能是不可或缺的選擇“十三五”期間，全球氫能產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程明顯加快，2015年底達(dá)成的《巴黎協(xié)定》是這一輪氫能快速發(fā)展的重要推動(dòng)力。不容忽視的是，光伏發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電技術(shù)進(jìn)步及成本快速下降，例如，阿聯(lián)酋等出現(xiàn) 1.35美分/千瓦時(shí)（約合0.1元人民幣/千瓦時(shí)）的光伏發(fā)電招標(biāo)價(jià)格，使得可再生能源制氫產(chǎn)業(yè)化成為可能，零碳技術(shù)制氫前景更加清晰，也是本次氫能發(fā)展在全球范圍內(nèi)爆發(fā)的重要支撐因素之一。自歐盟2019年提出2050年碳中和目標(biāo)后，中國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)也相繼提出碳中和目標(biāo)，氫能不僅成為全球未來(lái)深度脫碳產(chǎn)業(yè)的代表，也成為未來(lái)國(guó)家間低碳技術(shù)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。雖然當(dāng)前氫能發(fā)展還存在著“灰氫”為主、“綠氫”較少，以及氫產(chǎn)業(yè)鏈不全、氫燃料車(chē)應(yīng)用規(guī)模小、“綠氫”經(jīng)濟(jì)性差等諸多問(wèn)題，但各國(guó)下定決心將氫能作為未來(lái)戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)背后的原因在于，即使在終端用能部門(mén)實(shí)現(xiàn)高比例電氣化的情景下，要實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，仍有30%?40%的終端能源需求無(wú)法通過(guò)電力滿足，除使用可再生能源供熱、制取液體和氣體燃料外，還需要通過(guò)氫能滿足來(lái)實(shí)現(xiàn)低碳化。除了在難以減排領(lǐng)域的應(yīng)用，氫還可被用以生產(chǎn)合成氨、甲醇等化工產(chǎn)品，替代傳統(tǒng)油氣消費(fèi)；在長(zhǎng)途重卡、航運(yùn)等電池解決方案難度較大的交通領(lǐng)域，氫燃料車(chē)能夠發(fā)揮能量密度高、續(xù)航能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)；在電力部門(mén)，氫還可以發(fā)揮調(diào)峰、分布式供能等多重作用。做好碳捕集封存和利用技術(shù)產(chǎn)業(yè)積累是必需準(zhǔn)備當(dāng)前，國(guó)家尚未明確2060年碳中和的范圍，從發(fā)達(dá)國(guó)家所提出的碳中和目標(biāo)看，除二氧化碳外，還包括甲烷、氧化亞氮及其他 3類含氟化合物。6種溫室氣體中，二氧化碳排放的貢獻(xiàn)占75%左右，二氧化碳之外幾類溫室氣體的減排難度和邊際減排成本都較高。清華大學(xué)等的研究成果表明，在深度減排情景下，到2050年，即使考慮農(nóng)林業(yè)的碳匯，也難以抵消能源及工業(yè)領(lǐng)域數(shù)十億噸二氧化碳排放，再加上超過(guò)10億噸二氧化碳當(dāng)量的非二氧化碳?xì)怏w難以減排，必須靠碳捕集封存和利用（CCUS）技術(shù)來(lái)為最終實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)兜底。與氫能應(yīng)用類似，碳捕集封存和利用技術(shù)可在難以減排領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。例如，碳捕集封存和利用技術(shù)是目前唯一可在水泥生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)深度減排的技術(shù)解決方案，在鋼鐵及化工行業(yè)的應(yīng)用前景也較為廣闊。在化石燃料制氫過(guò)程中應(yīng)用碳捕集封存和利用技術(shù)，也是許多化石能源豐富國(guó)家未來(lái)氫能社會(huì)建設(shè)的重要選項(xiàng)，國(guó)際能源署預(yù)計(jì)，遠(yuǎn)期全球40%的低碳“氫能”來(lái)自這種方式。此外，對(duì)生物質(zhì)發(fā)電廠進(jìn)行碳捕集封存和利用技術(shù)改造，或從空氣中直接捕捉二氧化碳，也是減少碳排放的重要途徑?？偟膩?lái)看，在許多減排技術(shù)共同發(fā)展的過(guò)程中，碳捕集封存和利用技術(shù)將是主要國(guó)家都會(huì)考慮的實(shí)現(xiàn)碳中和的重要方式。但是，與其他碳減排技術(shù)相比，當(dāng)前碳捕集封存和利用技術(shù)還處于小范圍的商業(yè)化示范階段。國(guó)際能源署的報(bào)告顯示，全球約20個(gè)已商業(yè)化運(yùn)行的應(yīng)用碳捕集封存和利用技術(shù)的項(xiàng)目，近一半集中在美國(guó)，近10年來(lái)，澳大利亞、沙特阿拉伯和中國(guó)等應(yīng)用碳捕集封存和利用技術(shù)的項(xiàng)目陸續(xù)投運(yùn)，但全球碳捕集封存和利用技術(shù)項(xiàng)目每年僅減排4000萬(wàn)噸二氧化碳，與全球每年300多億噸規(guī)模的二氧化碳排放量相比還很少。影響碳捕集封存和利用技術(shù)應(yīng)用的最大因素是成本，不同行業(yè)二氧化碳捕集成本差別較大。與碳排放權(quán)交易市場(chǎng)價(jià)格對(duì)比，當(dāng)前歐盟碳市場(chǎng)價(jià)格約為30