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践行"碳中和"目标,探索新形势下中国能源转型之路

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国能源研究会 发布时间:2021-01-19 浏览:
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中国大唐集团党组副书记时家林

9月22日,在第75届联合国大会一般性辩论上,习近平总书记历史性提出,中国的碳排放要力争在“2030年前达到峰值”、“2060年前实现碳中和”这一目标。12月12日,习近平总书记在气候雄心峰会上进一步明确了实现“碳中和”的2030年阶段性目标,在世界范围内引起了巨大反响。

当今世界正经历百年未有之大变局,中国是当前全球最大的化石能源消费国,石油、天然气对外依存度分别高达71%和43%,能源安全风险突出。同时,以煤为主的能源消费结构和长期以来高污染、高耗能的中低端产业布局,使我国的单位GDP能耗达到世界平均水平的1.5倍,年碳排放量超过100亿吨,长期居于世界第一,已逼近环境承载能力极限。

在“碳中和”目标的倒逼之下,中国亟需加快摒弃原先粗放型、高污染的发展道路,加速推动能源领域深度变革,逐步构建绿电为核心的现代能源体系,走出能源转型升级的“中国模式”,在全球能源秩序重构过程中彻底摆脱石油美元经济体系,完成从跟跑者向领跑者的历史性转变。

一、第四次工业革命推动经济技术条件日趋成熟,提出"碳中和"目标具有预见性、超前性

(一)技术创新驱动能源领域加速变革

当前,以新能源、新材料、物联网等技术为主要驱动力的第四次工业革命重塑全球能源供需格局,新能源、智能电网、储能、电动车和氢能产业的发展和落地加速实现,传统能源生产和消费方式将发生革命性变革。

供给侧,风能驱动叶片做功产生电能,光伏通过半导体直接将光能转化成电能;需求侧,电动车、电制冷/热等电气化技术不断成熟推广。这是一个从量变到质变的过程,新能源替代化石能源,终端电气化水平不断提升,能源利用从“高碳”向“无碳”、从“黑色”向“绿色”,供需两端的能量转换都在逐步脱离“高温高压”,能源领域即将从“火药时代”迈入“冷兵器时代”,未来实现“碳中和”目标的蓝图已呈现在眼前。

(二)能源供给侧加速无碳化进程

我国风、光等新能源装机已突破4亿千瓦,相当于英、法两国电力装机总和。青海、西藏、内蒙古等西、北部地区风、光资源量丰富。青海柴达木盆地24万平方公里的土地,理论上光伏装机可达100亿千瓦以上,年发电量可达20万亿千瓦时以上,完全可以满足全国终端能源需求(目前终端消费电量约7万亿千瓦时,若交通、建筑用能等全部由电能替代,消费总量约10万亿千瓦时)。

目前,新能源装机年增量约为6000万千瓦。若增量按10%增速增长到2030年,新能源总装机将达到15亿千瓦,可以超额完成总书记提出的2030年12亿千瓦目标;若随后30年保持年增量不变,到2060年新能源总装机约60亿千瓦,每年可提供12万亿千瓦时清洁电量。新能源装机以复利形式增长,“碳中和”战略目标可以加速实现。

同时,风、光度电成本近10年内快速下降,在内蒙、青海等资源条件较好的地区已逼近0.2元/度,仍保持下降趋势。利用西、北部闲置的荒漠、戈壁等区域规模化开发新能源大基地,打造高产量、零污染的新能源“电气田”,可替代传统“煤田、油田和气田”。通过特高压送到东部负荷中心(较输油、输气、输煤,特高压输电是最经济、便捷、可靠的能源输送方式),加上输电成本,仍低于当地火电价格,替代化石能源的经济性临界点已经到来。

(三)能源消费侧加速电气化进程

电动车、氢能、储能、热泵、储热等技术快速发展,交通、供暖等用能终端电代油、代气、代煤的步伐不断加快。全面电气化进程将引起能源消费结构的巨大变革,是一场效率革命、成本革命,电力与传统化石能源相比,能效、成本和环保优势逐步显现。

交通领域,电动车市场快速推广,行驶百公里约耗电15度,能耗仅为燃油车的1/4;使用低谷电充电时,成本仅为燃油车的10%;如使用绿电,行驶百公里相比燃油车可减少20kg碳排放,相当于一棵成年树一年吸收的二氧化碳量。建筑供暖领域,热泵作为高效的电制热技术,在提供相同热量情况下,能耗仅为燃气、燃煤锅炉的30%,使用低谷电供热时,成本仅为燃气锅炉的1/3,与燃煤锅炉相当。例如北京某会议中心综合智慧能源项目,采用热泵技术,利用低谷电制、储冷/热,年节约能源费用约40%,减少碳排放量约85%。

同时,大数据、物联网、5G等信息与数字技术不断进步,可以对每个发、用电单元进行精准控制,以数字化手段构建需求侧智慧能源管控系统,实现荷随源动、源荷互动的运行机制,提供了新能源间歇性问题的解决路径。

二、实现"碳中和"目标,关键在于坚持系统思维,构建绿电为核心的现代能源体系

传统能源体系下,煤、油、气、电、核等各类能源形式相互割裂、各自为战,行业与行业之间壁垒严重,能源体系的整体布局还是脱离不了缺煤找煤、缺油找油、缺气找气的思维模式,造成了综合效率的低下。实现“碳中和”目标,亟需打破行业壁垒,坚持系统思维,立足整个能源系统全局,统一谋划,全盘考虑,通过电的“空间转移”和“时间转移”,构建绿电为核心的“发输储用”一体化现代能源系统。

能源供应侧,构建清洁化的能源供应系统,以风、光等非化石能源取代油、气、煤等传统化石能源,逐步成为电力系统的主导一次电源。特别是在风光资源优势突出的西部、北部地区建设清洁能源基地,将廉价清洁能源送出,实现我国清洁能源更大范围、更大规模的“空间转移”。

能源消费侧,构建高弹性的能源消费系统,加快推进能源消费终端的电气化进程,从需求侧改革做文章,通过合理电价机制引导需求侧可中断、可调节负荷有序调整,统一调度分布化的需求侧资源,变散兵游勇为集团军作战。加快储能、储热/冷、电动车及氢能的发展,在风、光等新能源出力高峰、电价较低时,将电能转化各种形式能源“储存”,在风、光等新能源出力不足、电价较高时,使用储存的能源供能,从而实现能源的“时间转移”。

绿电为核心的现代能源体系对传统“发输用”同时完成的电力系统而言是一次变革,将带来若干重大转变∶

系统向“发输储用”转变。系统中的电制氢、电制热/冷、电动车充放电等不仅承担着替代煤油气等化石能源的作用,更是系统负荷调节的“蓄能器”,使电力系统由“发输用”向“发输储用”模式转变,需求侧的各个用能、储能单元可以实时响应发电侧出力,让负荷跟随发电侧调节,适应新能源出力特点,彻底解决间歇性问题。预计2030年,我国电动车保有量或超1亿辆,可达50亿千瓦时以上的储能规模,相当于北京市半个月的用电量,需求侧将拥有海量“储能”资源。

整体运行效率显著提高。现有电力系统为满足安全运行,预留较大的备用容量,导致运行效率较低(不超过50%)。现代能源体系将通过电价机制,拉动低谷电使用,利用低价的电进行储电、储冷/热、制氢,把更多负荷转移到低谷时段,实现削峰填谷,大幅减少备用容量,提高整体运行效率。

社会总体用能成本下降。电能替代增量可以通过“时间转移”实现在低谷时段消纳,不会过多新增电网投资成本。新能源的规模化发展带来供能成本的下降,终端电气化的推进带来能源利用效率的提升,这样,现代能源体系不会推高能源利用成本,社会总体用能成本会呈下降趋势。

变总量平衡为时空平衡。过去能源系统往往更关注能源供应与需求之间量的匹配问题,即发即用,就地平衡。现代能源体系将通过电的“时间转移”、“空间转移”,打破原有能源供给的时空约束,推动多种能源互补利用,实现更大时间、空间尺度的系统性平衡。

此外,在推动新能源基地建设时,同样要坚持系统思维,统筹能源、经济、生态的协同发展。如在内蒙地区发展新能源,1亿千瓦的风电装机每年可提供3000亿千瓦时清洁电量,可替代1.5亿吨产能的煤矿,减排二氧化碳2.3亿吨。同步开发新能源基地与现代农牧业基地,开展荒漠治理、治沙,可以减轻草原放牧强度,变革农牧民生产生活方式,实现“生态优先、绿色发展”。

从未来发展路径看,中国目前以煤为主、贫油少气的能源结构,决定了能源转型不可能像西方国家那样,依次完成由煤炭到油气,再到可再生能源的两次更迭,而应直接向可再生能源转变,实现跨越式、创造式发展。为此,应分为两个阶段推进“碳中和”目标∶第一阶段∶到2030年,着力推动绿电对油、气等化石能源的替代,存量火电全面参与调峰,消费侧大量布局储热、储冷、电动车、电制氢等灵活性产业,可再生能源比例和终端电气化率继续快速提升,大幅减少对国际油、气资源依赖。第二阶段∶到2060年,着力推动绿电对煤炭的替代,储能、氢能技术实现大规模成熟应用,绿电为核心的能源体系成为我国能源优化配置的主要平台,存量火电替换基本完成。

三、加大体制机制改革力度,推动"碳中和"目标加快实现

从目前看,实现“碳中和”目标,不是一蹴而就的,是一个巨大的系统性工程,不仅需要技术的进步,也需要商业模式的创新,需要政策扶持和体制机制保障。

一是进一步加强电价机制研究,普及峰谷电价政策,真实反映电的商品属性和时间价值,拉大峰谷电价差,拉动低谷用电,提高设备闲置时段的利用率,实现电能“时间转移”,提升电力系统整体效率。

二是从国家战略层面推动,加快碳交易市场建设,将碳减排指标分解到各省市,在税收、土地等政策方面加大对新能源和电气化的倾斜力度。鼓励和支持谷电及新能源制氢、制热、制冷、充电等技术创新和商业模式创新,推动相关产业快速发展。

三是打破省间壁垒,让要素、资源在更大范围内自由流动,发挥市场的主体作用,形成“全国一盘棋”的能源供给格局。突破现有部分地区土地、环保政策一刀切问题,统筹处理好局部与全局利益关系,充分利用西、北部风、光资源。

四是鼓励支持电动车的推广使用,加快推进公共停车位充电桩建设,引导居民区变压器放开容量限制,建立充电桩公平就近接入的新机制,使用低谷时段资源闲置期进行充电,不增加电网设施投资费用。

四、展望

实现“碳中和”目标,对我国的经济社会发展具有划时代意义。对内而言,是解决我国能源安全和生态环保问题的重要举措,非化石能源将进入“倍速”发展阶段,带动新能源、储能、制氢等新技术、新产业、新商业模式发展进入“快车道”,为“后疫情”时代推动构建双循环格局注入新动能。对外而言,可以树立大国形象,展示我国对全球生态环境及人类社会可持续发展的责任与担当,进一步增加在全球治理体系中的话语权,引领全球能源共同体建设。

人类社会发展至今,已经经历了从薪柴到煤炭、从煤炭到油气两次能源革命,其间蒸汽机、内燃机、电气化等重大技术创新,直接驱动了能源行业发生变革。目前来看,第四次工业革命带来的新能源、新材料、物联网、5G等重大技术革新,已经为实现“碳中和”奠定了基础。历史的经验告诉我们,重大技术创新给行业带来的变革往往是渐进过程中的一个突变。我们要充分看到技术进步与创新给新能源、电气化发展带来的“加速度”。

近日,国内各能源企业积极响应总书记要求,纷纷提出“碳达峰”及清洁能源发展愿景。大唐集团正积极由发电商向清洁能源提供商、服务商转型,业务将覆盖从清洁能源供应到需求侧电气化替代的全过程,初步计划在内蒙、青海等省区推动大规模新能源基地建设,在浙江、江苏等东部负荷中心开展清洁电代油、代气、代煤试点,积极探索能源转型的新路径。

结语

“碳中和”目标的实现过程就是我国能源革命逐步迈向深入的过程。中国有得天独厚的资源、市场、体制优势以及日益凸显的技术、人才优势。我们将在习总书记清洁能源转型新战略的指导下,进一步提振雄心、增强信心,加速构建“绿电为核心的现代能源体系”,坚定不移地走中国特色的能源高质量发展道路,立志做全球气候治理和能源绿色转型的引领者、推动者,为开启全球应对气候变化新征程和人类文明进步作出更大的贡献。

关键字:碳中和,储能

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