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李俊峰:电力行业低碳发展的目标将更加明晰

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中国电力企业管理
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从2015年6月中国向联合国气候变化框架公约秘书处提交应对气候变化国家自主贡献文件《强化应对气候变化行动——中国国家自主贡献》,承诺“二氧化碳排放2030年左右达到峰值并争取尽早达峰”,到此次国家主席习近平在9月22日第75届联合国大会上宣布,中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和(简称“30•60目标和愿景”),中国成为全球二氧化碳主要排放国里首个设定达峰和碳中和目标期限的发展中国家,并且在碳排放达峰和长期碳中和时间问题上也设立了更高的目标。

近日,本刊记者就“30•60目标和愿景”给电力行业带来的机遇和挑战、碳减排遭遇的关键瓶颈,以及能源电力行业应该为实现“30•60目标和愿景”提供怎样的支撑等行业热点话题,采访了国家应对气候变化战略研究和国际合作中心原主任李俊峰。他表示,全球应对气候变化实质上是一场国家之间发展转型的竞赛,坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,是支撑达峰目标和碳中和愿景实现的根本保障。

“十三五”时期电力行业低碳转型喜忧参半

“十三五”以来,我国电力结构持续优化,非化石能源发电装机快速提升,这既是新时期我国电力自身高质量发展的需要,也是应对气候变化和环境质量改善的外在要求。数据统计显示,“十三五”时期,我国电力规模大幅提升,截至2019年,我国发电装机容量、全社会用电分别达到20.1亿千瓦、7.2万亿千瓦时,较2015年分别增长32%和27%。能源清洁发展成效显著,水电、风电、太阳能发电装机分别达到3.6亿、2.1亿、2亿千瓦,较2015年分别增长12%、60%、365%,规模和增速均居世界第一。

2020年上半年,即便是疫情期间,新核准了5000万千瓦左右的煤电项目,核准待建的煤电机组装机已达1亿千瓦左右,预计还有1亿千瓦左右的机组纳入规划,如果这些已批准或者规划中的项目在“十四五”期间都上马,煤电总装机将超过12亿千瓦。由于新建的煤电项目都有较长的锁定期,至少25~30年左右,将会对未来几十年的碳减排带来巨大的压力。

全球能源互联网发展合作组织在对我国能源变革转型进行专题研究后指出,当前每新增1亿千瓦煤电机组,将产生三大方面重大负面影响:一是未来将增加超过3000亿元资产损失;二是2030年前将累计减少清洁能源装机约3亿千瓦,挤压2万亿元清洁能源投资;三是到2050年将累计增加碳排放150亿吨,相当于2018年我国全部碳排放的1.6倍。

根据国际能源署公布的数据,全球电力行业(含热力)碳排放总量占比全球碳排放总量超过40%。因此,能源电力行业的低碳转型是实现全球碳减排目标的关键环节。

李俊峰指出,“十三五”时期我国立足技术创新,加快提质增效,电力工业在规模、结构、安全、效益等方面迈上新台阶,为经济社会发展提供了坚强保障,也为“十四五”发展奠定了良好基础。“总体来说,‘十三五’前期,电力行业在低碳转型上控制得比较好,然而后半期的开闸放水,加大了煤电企业的风险。能源结构的转型必须要回到清洁化和低碳化的道路上来。”

我国电力行业受自然资源禀赋约束,长期以来以煤电等化石燃料机组为主要电源。记者在采访中了解到,截至2019年底,我国火电装机容量119055万千瓦,占比59.2%。2019年,火电发电量5.05万亿千瓦时,占总用电量的68.9%。

相关统计数据指出,2019年我国二氧化碳排放约100亿吨,碳排放强度约1吨/万元。与2005年相比,2019年我国单位GDP二氧化碳排放下降了48.1%,相当于减少二氧化碳排放约56.2亿吨。

目前,电力企业越来越意识到低碳发展的重要性,充分认识到“大干快干上煤电”的时代一去不复返了。“‘30•60目标和愿景’不是中国的权宜之计,而是我国推动发展转型的重要抉择。能源电力企业一定要提高认识,在过去只谈清洁不提低碳的错误认知中,要开始正视低碳问题,逐步摆脱对化石能源,特别是对煤炭的过度依赖,大力推动能源结构的绿色低碳转型。”李俊峰表示。

电力行业低碳发展的目标将更加明晰

碳中和并不是意味着一吨碳都不可以排放,只是意味着碳排放和碳汇吸收之间尽量能够达到平衡,而电力的低碳化是最基本的先决条件,预计大部分发达国家和地区在2050年实现碳中和目标的情境下,电力行业都要基本实现脱碳化(零排放)或者近零排放,比如欧盟2050年绿色新政实现碳中和的情景下,预计电力行业80%以上的发电量都将是可再生能源提供的,部分国家甚至将达到100%。

李俊峰认为,“30•60目标和愿景”给电力行业发展带来的最大机遇是清洁低碳发展的目标将更加清晰。他指出,对电力行业来说,要加快推进我国能源结构从以煤炭发电为主向以清洁低碳能源为主的跨越式发展。坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,激发更多的创新活力,从根本上支撑达峰目标和碳中和愿景的实现。

记者了解到,经过十多年的努力,我国电力行业的低碳发展已经取得了很大进步,单位供电碳排放从2005年的900克二氧化碳/千瓦时左右下降到目前的600克左右。同时,从国务院发布的《“十三五”控制温室气体排放工作方案》中,也提到大型发电集团单位供电二氧化碳排放控制在550克二氧化碳/千瓦时以内。如果横向比较,目前中国电力行业单位供电碳排放比全球的平均水平450克左右仍然高出了约30%。

李俊峰告诉记者,中国如果要在2060年实现碳中和目标,电力行业单位供电碳排放要从目前的600克左右,至少以每年平均10克左右的速度下降,才能确保2060年左右达到目前近零排放国家的水平。“这就需要电力行业低碳发展有一个非常清晰的目标,就是尽可能地降低单位供电碳排放。”李俊峰指出。

记者在采访中获悉,过去10年(2009~2019年),以风电、光伏和水电为主的可再生能源装机增长迅速,每年增长5000万千瓦左右,装机总量从逾2亿千瓦到近8亿千瓦,增加了近4倍,其中风电增长超过10倍,太阳能由于基数低,从2009年的2万千瓦增长到2019年的逾2亿千瓦,增长了1万倍。但是未来要实现电力行业的零排放或近零排放,即便仍然保持过去10年每年5000万千瓦左右的可再生能源装机增长速度,也肯定无法满足要求。

即使2060年中国电力消费量维持在10万亿千瓦时的水平上,如果完全由非化石能源来提供,也需要新增50亿千瓦的可再生能源发电装机,平均每年新增超过1.2亿千瓦,是过去十年平均水平的2倍左右。每年新增可再生能源发电装机带来的投资需求也将是巨大的,在过去5年每年新增投资额已经超过1000亿美元的基础上,预计未来40年累计投资达到数万亿美元(麦肯锡最新的估计是5万亿美元,即人民币35万亿元左右)。

实现碳中和,不仅仅是增加非化石能源的供应,还要大幅度提高能源利用效率,德国和日本碳中和的方案里面都有大幅度提高能源效率的要求,特别是德国,2050年能源效率提高一倍,能源消费量减少一半。中国碳中和的愿景也是建立在大幅度提高能源效率的基础上。

李俊峰表示,随着可再生能源发电进入规模化“倍速”发展阶段,投资规模的不断增加将继续带来风电、光伏等建设造价和发电成本的进一步下降,在风电和光伏陆续实现平价上网后,将来发电成本会逐步降低,逐渐低于煤电发电成本,从而取得多年以来梦寐以求的成本优势,会进一步增加投资的比较优势。但是,没有能源效率的支撑,仅仅依靠可再生能源完成这样的目标是不现实的。

同时,李俊峰认为,非化石能源替代水平与能效进步表明实现碳中和具备可行性。2019年,我国新增非化石能源发电量约2000亿千瓦时,折合6000万吨标准煤。如果加大政策支持力度,我国新增非化石能源发电量提高到每年3000亿千瓦时,即每年提供1亿吨标准煤的非化石能源,坚持30年即新增30亿吨标准煤的非化石能源,如果届时能源效率再提高50%,我国能源消费量到本世纪中叶控制在30亿吨标准煤左右,我国有望在2050年左右实现碳中和,因此提出2060年实现碳中和的目标,还有10年左右的缓冲期。

对于“30•60目标和愿景”给电力行业发展带来的挑战,李俊峰认为,首先是从碳达峰到碳中和的缓冲时间较短。欧洲大致在上世纪八九十年代实现碳达峰。欧盟承诺的碳中和时间与达峰时间的距离是65~70年,我国承诺的碳中和时间与达峰时间的距离是30年,意味着达峰之后平台期缓冲时间很短,就要稳中有降,以至快速下降。“这是我们目前面临的最大挑战,减排道路几乎相同,但缓冲期较短。”李俊峰说。

其次,是单位GDP能源强度、碳排放强度水平较高。数据显示,中国单位GDP能源强度是世界平均水平的2倍多、欧盟的4倍多;中国单位GDP碳强度是世界平均水平的3倍多、欧盟的6倍多。“这在很大程度上要依赖经济发展方式的转变,来降低能耗和碳排放水平。”李俊峰说。

技术进步可以解决发电侧和负荷侧平衡问题

众所周知,风能、太阳能等新能源易受气候影响,其出力具有随机性和波动性,而电网中的发电和负荷要时刻保持电力平衡,随着煤电装机在电力总装机比重的下降和可再生能源发电比例的提高,对电网的长期安全稳定运行提出了更大的挑战。

李俊峰认为,应对这种挑战,技术进步是最关键的因素。电网需要加大先进信息通信技术、控制技术和人工智能技术的研发和大规模部署应用,有效支撑可再生能源大规模开发利用,提升电网长期稳定安全运行及智能化水平。“技术问题是电网应该解决的问题,电网企业要转变思路,重视技术创新。”李俊峰说。

以储能为例,李俊峰告诉记者,大规模储能技术的研发和广泛应用才是改善可再生能源发电间歇性和波动性最根本的保障,能够显著提高风、光等可再生能源的消纳水平,是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术,需要引起足够重视并加大部署的力度。

其次,加快构建以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网,全面提高电网安全水平、配置能力和运行效率,促进清洁能源大规模开发、大范围配置和高效利用,更好地支撑“十四五”时期经济社会发展。同时,高质量发展配电网。以保障供电安全、提升服务质量为目标,加快构建可靠性高、互动性好、经济高效的中心城市电网。完善配电网结构,合理划分供区范围,提高负荷转供能力,全面消除薄弱环节,优化电力营商环境。围绕服务乡村振兴战略,加快新型小乡镇、中心村电网和农业生产供电设施升级改造,补齐乡村配电网短板。

从提升电网智能化水平角度,李俊峰表示,要推动大数据、云计算、物联网、移动互联、人工智能等现代信息通信技术与电力系统深度融合,更好地适应清洁能源开发和电能替代需要。大力构建智能互动、开放共享、协同高效的现代电力服务平台,促进“源-网-荷-储”协调发展,满足各类分布式发电、用电设施接入以及用户多元化需求。深挖需求侧响应潜力,通过加强需求侧智能管理,提升灵活调节能力,实现5%左右的最大用电负荷“削峰”,降低峰谷差,更好地满足能源消纳需要。

据了解,未来电力系统中灵活性资源的来源将趋于广泛,在电源、电网、负荷、储能侧均有涉及。传统电力系统中,灵活性资源主要以各类可调节电源及抽水蓄能电站为主。随着能源互联网逐步建成,电网运行方式将更加灵活优化,需求响应和各类新型储能将更加高频地参与电力供需平衡,灵活性资源的形式日益多元。在电源侧,气电和水电是优质的灵活调节电源,同时可通过合理的辅助服务市场机制,结合灵活性改造激发煤电调节潜力,未来光热电站发展成熟后也将为系统灵活调节作出一定贡献。在电网侧,可统筹送受端的调峰安排,制定更加灵活的电网运行方式,鼓励跨省、跨区共享调峰与备用资源。在负荷侧,可大力发展需求响应,结合现货市场建设探索实时电价。在储能侧,可在条件适宜地区稳步推进抽水蓄能发展,鼓励电化学储能等新型储能投资建设。

碳减排面临最大的挑战是认知而非技术

2060年碳中和目标的提出,对以CCS(碳捕集与封存)或者CCUS(碳捕集、利用与封存)为代表的减排技术发展利好,尤其是对电力行业来讲,如果还要保留一定比例的煤电或者气电等化石能源装机,以及发展生物质能源发电等,就必须要考虑对这部分装机发电产生的二氧化碳进行捕集、封存或者利用,不然无法仅通过森林碳汇来抵消数以亿吨甚至十亿吨的排放量。

目前,CCUS无论是从技术上、成本上还是商业模式上,都还面临很大的挑战。首先是CCUS技术发展阶段距离大规模商用仍有较大差距。从捕集、封存到利用的各个环节所需的技术大部分都还处在基础研究环节,其中只有一小部分技术进入了中试或者示范环节,即便是示范环节的项目,处理的二氧化碳量也非常有限。据不完全统计,目前国内十余个CCUS示范项目,加起来每年处理的二氧化碳不到100万吨,部分项目甚至示范后不久就面临技术和商用价值缺乏等原因而停运或者处于间歇式运营。

其次,CCUS成本居高不下,在CCUS捕集、输送、利用与封存环节中,捕集是能耗和成本最高的环节。以百万千瓦装机的超超临界电厂为例,捕集增加的耗能可能直接把一个电厂的效率从超超临界降低到亚临界,更别提后面的输送、利用和封存环节能耗以外的大量成本了。

第三,CCUS生态安全风险防范压力较大。把二氧化碳封存在地下,理论上是可行的,但是地质条件是比较复杂的,虽然之前已经通过各种研究得出陆上地质利用与封存技术的理论总容量为万亿吨以上的结论,但这只是一个理论的总容量,具体的选址和封存技术是否满足要求,还需要结合项目开展大量论证,因为技术的不成熟,生态安全风险防范还有大量的难关需要攻克。

同时,李俊峰认为,碳减排面临的最大挑战还是在于人们的认知和观念上。他指出,中国的碳减排技术其实并不落后,但是人们总是存在这样一种观念,那就是发展中国家有优先的排放权,如果不克服这个观念,那么减排问题肯定不会彻底。“我们要转变煤炭是‘压舱石’的观念,在发展转型问题上,在提高能源效率利用问题上,要真抓实干,切忌做表面文章。”李俊峰说。

提到碳市场,李俊峰还表示,目前我国碳市场与电力市场如何有效衔接,是难度最大的地方。“碳市场真正的成功取决于能源市场化改革,要尊重市场规律,符合发展逻辑。”他补充道。

持之以恒积极谋划寻求技术突破

“30•60目标和愿景”是党中央、国务院统筹国际国内两个大局作出的重大战略决策,影响深远,意义重大。从国内来讲,这一重大宣示为我国当前和今后一个时期,乃至本世纪中叶应对气候变化工作、绿色低碳发展和生态文明建设提出了更高的要求,擘画了宏伟蓝图,指明了方向和路径。从国际来看,这一重大宣示展示了中国应对全球气候变化作出的新努力、新贡献,体现了中国对多边主义的坚定支持,为推动全球疫后经济可持续和韧性复苏提供了重要政治动能和市场动能,也充分展现了中国作为负责任大国,为推动构建人类命运共同体的担当,受到国际社会广泛认同和高度赞誉。

李俊峰指出,包括可再生能源在内,所有行业都必须共同行动。“四十年是一场马拉松,需要持之以恒。”他认为,一是要积极谋划“十四五”应对气候变化目标任务,研究提出实现对外宣示相衔接的“十四五”碳排放控制目标,并纳入国民经济和社会发展规划纲要,完善配套制度和政策,建立有效的监督考核机制。二是积极开展二氧化碳排放达峰行动,制定二氧化碳排放达峰行动计划,提出全国重点行业、不同地区梯次达峰方案,确保全国如期实现达峰目标。三是加快部署推进低碳发展的若干工作,诸如加快推进全国碳市场建设,继续推进低碳试点示范,支持有条件的地方开展近零碳乃至零碳示范区建设,加快启动气候投融资试点。四是加强适应气候变化工作,组织编制《国家适应气候变化战略2035》,明确相关领域适应气候变化工作任务,提升全社会气候变化适应能力,特别是基于自然的解决方案。五是积极参与全球治理,继续坚持多边主义,坚持共同但有区别的责任原则,持续推进全球气候治理体系更加公平合理、合作共赢。

“要在技术上进行突破,不仅仅是风电、光伏发电、光热发电、潮汐发电、生物质发电等新能源发电技术,还要发展氢能利用,特别是氢冶金技术等新技术,另外就是跨季节的储能技术,增加碳汇和碳捕捉封存应用技术也很重要。”李俊峰表示。

“十四五”时期是我国在全面建成小康社会基础上,建设社会主义现代化强国、实现第二个百年奋斗目标新征程的重要开局,是经济社会高质量发展和生态环境高水平保护协同共进的关键时期,也是低碳发展持续深化、国家自主贡献稳步落实的重要时期。着眼新的国家自主贡献目标和碳中和愿景,未来我国将以更大的决心和力度加快能源结构向清洁低碳方向转型,大力推动伟大愿景的实现!