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碳达峰、碳中和要注重三个统筹

作者:林卫斌 朱彤 来源:京师能源研究 发布时间:2021-01-27 浏览:
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实现碳中和远景目标要有理性思维,本文提出要注重三个统筹。第一,要统筹考虑我国社会主义现代化国家建设2035、2050“两步走”的战略实施和2030年碳达峰、2060年碳中和的目标实现,把握好能源革命的节奏。第二,要统筹考虑风电、太阳能发电等零碳能源项目建设和能源电力系统扁平化、智能化转型,不能顾此失彼。第三,要统筹考虑能源系统转型和能源体制改革,通过改革为能源转型提供体制机制保障。

结合三个统筹,提出如下几点具体建议:

(1)以2035年为分界点,2035年以前按照非化石能源消费比重2030年25%、2035年30%-35%的目标稳步推进能源革命,不宜再层层加码;2035年之后能源革命加速推进。

(2)不能把推进能源革命简单等同于做大风电、太阳能发电装机规模,要规避只把注意力集中在风电、太阳能发电建设是“瘸腿式”的能源转型之路。

(3)从短期供电安全角度看,要为可再生能源大规模发展配套充足的灵活性电源备用机组建设。但从长远角度看,要规避可再生能源与火电“比翼齐飞”式的能源转型之路。

(4)加快建设电力中长期电力市场、电力现货市场、辅助服务市场和可能的容量市场等,使各种电力资源都能市场交易中实现其经济价值,并通过配额制和绿证交易机制、碳排放权交易机制等来实现可再生能源的清洁低碳“溢价”。

2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五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。2020年12月12日,习主席在气候雄心峰会上再次进行碳中和宣示,并进一步宣布:到2030年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。

碳中和宣示是习主席统筹国内国外两个大局作出的重大战略决策,对于我国推进生态文明建设和提升国际影响力、领导力均具有深远意义。碳中和也为我国能源革命明确了战略目标,就是最终要建成零碳能源体系,基本结束化石能源时代。这是全球能源转型的大势所趋,超前谋划和积极部署对于我国顺应并引领全球经济技术变革趋势、占领未来产业制高点、打造核心竞争力,具有重大的战略价值。但我们也应该充分认识到,“罗马不是一天建成的”,碳中和是远景目标,不能一蹴而就,更不能搞“大跃进”,我们要保持“热切的心情,冷静的头脑”。本文认为,实现碳达峰、碳中和要注重三个“统筹”。

一、统筹好社会主义现代化国家建设“两步走”战略与碳达峰、碳中和承诺,把握好能源革命的节奏

今年是我国全面建成小康社会、实现第一个百年目标之后,乘势而上开启全面建设社会主义现代化国家新征程、向第二个百年奋斗目标进军的元年,也是碳中和宣示加快推进能源革命的元年。按照党的十九大的战略部署,到2035年要基本实现社会主义现代化,到2050年要建成社会主义现代化强国;另一方面,按照我们对国际社会的承诺,力争2030年前二氧化碳排放达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。社会主义现代化国家建设“两步走”战略的实施和碳达峰、碳中和承诺的兑现要统筹考虑,二者交汇的核心是能源革命,把握好能源革命的节奏至关重要。

当前我国能源消费二氧化碳排放总量为100亿吨左右。按照2030年能源消费总量60亿吨标准煤的高值(意味着未来十年能源消费年均增量超过1亿吨),非化石能源消费比重提高到25%,煤炭、石油和天然气的消费比重分别为45%、15%和15%计算,到2030年能源消费二氧化碳排放为105亿吨左右,比当前增加5亿吨左右,考虑到工业过程碳减排空间,可以实现2030年之前碳达峰的目标。如果能源消费总量控制在57亿吨标准煤以下,则2030年能源消费二氧化碳排放将减少到100亿吨以里,即使不考虑工业过程的碳减排,能源消费二氧化碳排放自身就可以在2030年之前实现碳达峰。由此可见,按照2030年25%的非化石能源消费比重目标可以在2030年之前实现碳达峰。

2030年之后,随着能源消费总量逐步达峰,能源消费结构的进一步低碳化,二氧化碳排放将显著减少。如果将非化石能源消费比重目标确定为30%,按照能源消费总量60亿吨标准,煤炭、石油、天然气消费比重分别为40%、14%、16%测算,2035年能源消费二氧化碳排放将降低到97亿吨,如果非化石能源消费比重目标确定为35%,按照能源消费总量60亿吨标准,煤炭、石油、天然气消费比重分别为35%、14%、16%测算,则2035年能源消费二氧化碳排放将降低到89亿吨。如果加大节能提效力度,降低能源消费总量,则能源消费二氧化碳排放还有进一步降低的空间。上述测算表明,将2035年非化石能源消费比重目标确定在30%-35%,即按照到2035年非化石能源占一次能源消费的三分之一左右的战略目标来推进2035年之前的能源转型,可以保障2030年碳达峰之后能源消费二氧化碳排放量显著下降,即在实现碳达峰之后逐步进入碳中和的轨道。在这样的情况下,考虑到我国社会主义现代化国家建设“两步走”的战略,在基本实现现代化之前应该更加注重经济发展与能源转型的平衡,2035年之前能源革命的目标不应再层层加码。

党的十九大报告强调:“发展是解决我国一切问题的基础和关键”,“必须坚定不移把发展作为党执政兴国的第一要务”。国际货币基金组织的数据显示,2019年我国人均GDP略高于1万美元,接近世界平均水平的90%,在全球排名第65。按照党的十九届五中全会确定的到二〇三五年基本实现社会主义现代化远景目标,要求经济总量和城乡居民人均收入再迈上新的大台阶。根据当前发达国家的平均水平,总体上判断我国基本实现现代化要求人均GDP提高到2-2.5万美元,在全球排名升至30名左右,这要求保持5%左右的经济增长速度。由此可见,实现社会主义现代化,我们还有重要的发展任务。当然,我们要高质量发展,需要推进能源转型,这毋庸置疑。但我们也应该充分认识到,能源转型是需要成本的。尤其是在短期内,在我国既成的规模庞大的能源生产基础设施和产能的格局下,在与低碳能源体系相耦合的新技术、新业态尚未成熟甚至尚未明朗的情况下,如果能源转型的步伐迈得太大,会给经济发展带来过大的成本压力。从长远的角度看,随着一些传统能源基础设施的自然退役和产能退出,随着能源技术的进步和新业态的成长,能源转型的成本有望大幅度下降。基于此,在我国基本实现现代化之前,更加注重经济发展与能源转型的平衡,在2035年之后加速推进能源转型,可能比单调的、线性的思维更加合理。

二、统筹好风电、太阳能发电建设与灵活性电力资源供给,加快推进电力系统转型

风电、太阳能发电的大规模发展是推进能源革命、实现碳中和的必由之路。但也要充分认识到风电、太阳能发电等可再生能源的大规模发展是能源转型的支柱之一而不是唯一。杰里米·里夫金(Jeremy Rifkin)在《第三次工业革命》一书中勾画出了第三次工业革命的五大支柱:(1)可再生能源转型;(2)将全世界的每一栋建筑变成即时收集可再生能源资源的微型发电厂;(3)在每一栋建筑采用氢能和其他存储技术,使建筑的每一部分都能存储间歇式能量;(4)用互联网技术把各大陆地的电网转变成一个能够实现能源共享的互联电网,其运行起来就像现在的互联网(当上百万的建筑即时、就地生产出自己的一小部分能量时,他们可以将剩余的能量送回电网并与临近的大陆共享电力);(5)逐步将交通车辆转为插入式电动和燃料电池汽车,这些车辆可以在一个智能的、大陆间的、互助运行的电网上买卖电力。这五大支柱实际上可以进一步归纳为两大方面:一是可再生能源的大规模利用,尤其是分散式利用;二是能源系统运行模式变革,尤其是电力系统重塑,分散式可再生能源、储能、新能源汽车、能源互联网等是新型电力系统的核心元素。因此,不能把推进能源革命简单等同于做大风电、太阳能发电装机规模,只把注意力集中在风电、太阳能发电建设是“瘸腿式”的能源转型,必然走不远。

在当前的能源电力系统下,风电、太阳能发电等间歇性、不稳定性电源建设必然要求配套以相应规模的灵活性电源备用容量建设,否则,当风电、太阳能发电因风光资源约束无法提供出力时,电力供需平衡就可能会出现问题。去年夏天,美国加州分区轮流停电的一个重要原因就是在大跨步开展能源转型(2018年9月,加州签署了名为《加利福尼亚州可再生能源组合标准方案:温室气体减排》的法案,目标是:2026年可再生能源供电占全州供电的50%;2030年之前该比例提高到60%;到2045年年底,要实现全行业的100%可再生能源和零碳能源供电。)的同时,没有实现正确的能源组合,缺乏充足的电力资源。“十三五”期间,我国风电、太阳能发电装机容量增加了3亿多千瓦,与此同时,火电装机容量也增加了2亿多千瓦。那么,未来风电、太阳能发电机组更大规模、增速更快的建设是否需要继续扩大火电装机规模?这是我国当前电力规划中面临的重大难题。如果不配套建设相应规模的火电机组,“十四五”期间风电、太阳能发电比重高的地区在风光出力不足的用电高峰时段就很有可能出现电力供需缺口。但是,继续扩大火电装机规模,无疑会增加“冗余”,大幅提高系统成本并最终体现为用电成本。而且,继续扩大高碳基础设施和产能规模并不符合能源转型的方向,容易形成锁定效应。

从短期供电安全角度看,必然要求为可再生能源大规模发展配套充足的灵活性电源备用机组建设。但从长远角度看,可再生能源与火电“比翼齐飞”式的能源转型之路显然是行不通的。解决这一两难问题的根本办法就是要加快推进电力系统转型,搭建能源转型的另一重要支柱。这其中的核心要素:一是各种储能技术的部署和运用;二是需求侧响应机制的建立;三是微电网项目和智能配电网的建设;四是柔性和灵活可调度资源的充分发掘;五是能源互联网建设;等等。当然,电力系统转型的新技术、新业态需要一个成长时间,也需要在体制机制首先理顺。在此之前,要合理把握好风电和太阳能发电的建设节奏,要避免“一窝蜂”和“大跃进”。

三、统筹好能源系统与能源体制的“双转型”,构建基于市场的机制

能源系统转型要有相应的体制机制作为保障,既要发挥市场在资源配置中的决定性作用,又要更好发挥政府作用。这要求构建基于市场的机制(market-based mechanism),而不是单纯依靠行政手段。我国能源市场化改革起步较晚,市场机制尚不健全,市场体系尚不完善,面临着能源系统转型与能源体制改革叠加的独特问题。因此,需要统筹好能源系统与能源体制的“双转型”,统筹好能源转型政策设计与能源市场化改革,实现能源系统转型与能源体制改革的相互协调、相互促进,而不是相互掣肘。

以电力系统转型为例,由于风电与光伏发电具有间歇性和波动性特征,随着风、光发电比重的上升,必然要求电力系统以更高的灵活性来应对这种波动性,包括挖掘既有的灵活性资源(如抽水蓄能、火电机组灵活性改造、需求侧集成等)和投资于其他新的灵活性资源(如储能)。那么,如何遵循系统成本最小化的路径实现电力转型?显然,单纯依靠“计划”和行政的力量是行不通的。比如,近期全国有多个省出台了光伏发电站必须配10%储能的规定,可能就是非成本最小化的一种转型路径。

目前,我国电力系统灵活性比较差,远不能满足波动性风光电并网规模快速增长的要求。我国电力系统灵活性差的一个重要原因是市场机制和相关激励机制缺失,灵活性资源价值无法实现,各类经济主体没有激励提供灵活性资源。因为没有市场,即使灵活性的提供有技术可行性,但灵活性资源由谁来提供,提供多少,缺乏市场信号。强令某些经济主体提供灵活性,可能是高成本低效率的方式,且效果也有限。另外,原有一些政策和做法继续延续和强化,在相当程度降低了电力系统的灵活性。比如,以降低发电煤耗为导向的煤电机组“关小上大”政策,未能充分考虑煤电机组在电力低碳转型中功能的变化:随着波动性风光电比例的日益提高,越来越多的煤电机组将从电量提供者转变为容量提供者和备用电源,越来越多的时间处于低负荷运行状态,成为灵活性电源。显然,机组规模越大,灵活性越差。而且,60万千瓦的超临界机组如果低负荷运行,煤耗和排放都会大幅度增加,节能减排的目的也无法实现。

因此,能源系统转型要求加快能源体制改革,特别是要切实推进电力体制市场化改革,设计合理的中长期电力市场、电力现货市场、辅助服务市场和可能的容量市场等,使各种电力资源都能市场交易中实现其经济价值,充分发挥市场在资源配置中的决定性作用。当然,不可避免地需要通过配额制和绿证交易机制、碳排放权交易机制等来实现可再生能源的清洁低碳“溢价”。

参考文献:

1.杰里米×里夫金:《第三次工业革命》,北京:中信出版社,2012年中文版。

2.杜祥琬:“碳达峰与碳中和引领能源革命”,《中国科学报》,2020-12-22。

3.朱彤、王蕾:《国家能源转型:德、美实践与中国选择》,杭州:浙江大学出版社,2015年。

关键字:碳中和

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