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“双碳”目标落地 以能源绿色低碳发展为关键

 “双碳”来临,如何应对?

首先要明确,“双碳”的“碳”是人为排放或者人为移除的碳。在应对气候变化范畴,“碳”既表示二氧化碳,也表示“温室气体”,当表示温室气体排放量时,将二氧化碳的温室效应作为1并以此为基准对温室气体进行折算,其排放量单位为“二氧化碳当量”或“碳当量”。《联合国气候变化框架公约》第一条定义中明确,“气候变化”是指除在类似时期内所观测的气候的自然变化之外,由于直接或间接的人类活动改变了地球大气的组成而造成的气候变化。根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)的专业报告,“碳中和”是指在规定时期内人为二氧化碳移除与人为二氧化碳排放相抵消,实现二氧化碳的净零排放。可见应对气候变化要解决的是“人类活动”“人为”造成的影响。众所周知,当人们燃烧使用煤炭、石油、天然气等化石能源时就会产生大量的二氧化碳排放。工业革命以来,人类向大气中累积排放了大量二氧化碳温室气体,全球年均大气二氧化碳浓度由工业化前的278ppm(1ppm为百万分之一),到2019年升高到410ppm。

其次要明确,大幅减少二氧化碳排放才是硬道理。人为通过植树造林增加森林蓄积量或者直接从空气中捕获二氧化碳并将其埋存起来不再排放到大气中等碳汇移除措施与二氧化碳排放相比较,在我国只占10%左右,要实现碳中和,大幅度减少二氧化碳排放才是硬道理,才能使碳汇措施移除的量与少量排放的二氧化碳相抵消。可见,风电、光伏、核能、水电等非化石能源发电,虽然不直接移除碳,但其降碳的功能及效果可以通过替代化石能源减少碳排放展现出来。

再次要明确,对二氧化碳采取控制措施要基于科学基础。从理论上讲,二氧化硫等常规污染物对环境质量的影响与其排放源位置、排放方式、排放持续时间有直接关系,所以必须就地治理或者在满足环境质量前提下小范围进行排污交易;而二氧化碳排放源不论在什么地方、以何种方式排放对全球气候变化的影响基本相同。这一特性,使二氧化碳排放控制最终要体现在总量减少上,总量性质决定了可以在更大空间范围内配置能源(如全球能源互联网)以减碳排放,以及推进全国甚至世界范围内碳排放权交易体现减排效益。由于温室气体控制的主体是一个国家(地区)或企业、个体,且可以通过改变人的生活方式为碳减排作贡献,所以在具体核算一个主体二氧化碳排放量或者某一产品碳足迹时,要考虑空间边界、资产边界、管理边界、直接排放(燃烧化石燃料排放或工业过程排放等)、间接排放(生产或服务过程中所消耗的中间产品中隐含的间接碳排放)、碳排放权交易等影响因素,而权威科学的核算方法是做好“双碳”工作的基础。进一步讲,二氧化碳虽然是人为排放温室气体的主要及代表性物质,但甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳、六氮化硫、三氟化氮等温室气体也是受应对气候变化国际公约约束排放的温室气体。因此,IPCC的定义中,除“碳中和”外还有“温室气体中和”“气候中性”等概念。

根据我国2014年向联合国提交的温室气体排放清单,能源活动中的二氧化碳排放量占全部经济活动的温室气体和二氧化碳排放量的比重约为72%和87%,可见能源活动是碳排放的重中之重。初步分析,2020年能源活动的二氧化碳排放量大概是99亿吨,占碳排放总量的85%以上,电力行业二氧化碳排放量约占碳排放总量的42%左右,工业、建筑、交通、其他方面各占30%、15%、12%、1%。由此可以看出,电力行业的二氧化碳排放占比最大,要解决二氧化碳排放问题,发展低碳电力减少化石能源的使用是实现碳中和的决定性措施,也是关键所在。

我国的能源消费中一直以煤炭为主,尽管比例不断下降,但2020年煤炭的消费量仍然占56.8%,天然气、水电、核电、风电等清洁能源的消费量比例在不断地提高,现在占比达到24.3%。另外,我国的石油对外依存度已经达到约75%,天然气对外依存度已经达到约43%。一次能源转化为电能的比重,发电用煤占煤炭的比重,电能占终端能源消费的比重,这三个指标都是正向指标,在我国都在不断地提高,可以说潜力仍然很大。从历史和现实来看,发达国家的煤炭大概90%多都用于发电了,我国占比是55%。当然,我国的煤炭用途还有很多,它不光是作为能源,还能作为原材料等。电能占终端能源消费比重,我国已经达到26%左右,这个指标与发达国家是基本持平的,甚至是比发达国家比重还要高。主要原因当然是我们清洁能源消费的比重在提高。还有一个很主要的事实就是,发达国家的终端能源消费里面,天然气的比重很高,比起我们国家几乎要高近20个百分点,我们现在大概天然气消费占6%左右,这也是我们终端能源里面电能占比高的原因之一。

另一方面,我国在新能源发电领域发展成效巨大。从2005年和2010年前后开始,我国分别大力发展风电和太阳能发电。到2020年末,全国的发电装机容量达到22亿千瓦,其中煤电10.8亿千瓦、水电3.7亿千瓦、核电0.5亿千瓦,煤电装机容量和发电量比重比2010年分别下降18和15个百分点。到2021年10月底,可再生能源发电累计装机容量已经达到10.02亿千瓦,比2015年年底实现翻番,占全国发电装机容量的比重达到43.5%,比2015年年底提高10.2个百分点。其中风电、太阳能发电和生物质发电装机分别达到2.99亿千瓦、2.82亿千瓦和3534万千瓦,均持续保持世界第一。

党的十九大提出我国到2050年建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国,其中“美丽”的内涵必然包含了碳的标准,也可以说一个高碳甚至中碳的国家不会成为一个“社会主义现代化强国”。因此,中国的发展必然是在2030年前碳排放达到峰值之后,由高碳向中碳、再向低碳过渡,当实现了现代化强国之后,再奋斗10年到2060年实现碳中和社会,之后进一步发展形成负碳社会。这种以碳减少为特征的过程与党的十九大提出的构建“绿色低碳循环发展的经济体系”和“清洁低碳、安全高效的能源体系”是一脉相承的,也可以说是一体多面的表述,新的有关碳达峰及碳中和的承诺,进一步明确了中国低碳的进程和程度,是党的十九大精神的深化和落实。

习近平总书记多次强调,应对气候变化不是别人要我们做,而是我们自己要做,对于碳中和这个世纪难题,以现在全人类的智慧和中国的实际情况,难以对40年之后中国碳中和情况做出百分百的肯定判断。事实上,不论世界上哪个国家提出了什么承诺,从本质上讲都是有条件的和具有一定不确定性的。不论从主观认识还是从历史上看,中国定是竭尽全力、更愿意提前而不是推迟实现碳中和目标。再从世界范围看,全世界对可持续发展、绿色发展、低碳发展已经形成了共识,随着《联合国气候变化框架公约》《巴黎协定》等要求以及IPCC等机构的研究不断深入,尽快实现碳中和目标必将成为大多数国家的自觉行动。

备受关注的新型电力系统,如何看待?

电力作为经济社会发展的“先行官”,以新能源为主体的新型电力系统构建,与“双碳”目标的实现路径具有方向上的一致性。其中,新能源发电技术的发展和利用,是推动、引导、实现“双碳”目标的基本动力,也是实现经济绿色复苏和国际国内“双循环”战略的重要依托。因此,新型电力系统的构建步伐与实现“双碳”目标的能源转型大致同步且应适当超前而不能落后。

我国电力系统先后经历了19世纪末、20世纪初以分散式、小容量、低电压、小系统为主的第一代电力系统,以及20世纪末以大机组、大电厂、大系统、高电压、高度信息化为主要特征的第二代电力系统;演进到今天——以优化电源结构为主要目标,以灵活性电网模式、智能控制运行为特征,以更高电力可靠性和更低安全风险等为主要特点的第三代电力系统方兴未艾。

现在很多观点都在讨论,新型电力系统的可靠性是否还有必要延循既往电力系统的指标。引发这种讨论,多是出于对数量多、规模小、随机性强的新能源机组个体,给电网调度模式带来压力的担忧。但在我看来,新型电力系统本应是结合多种电源结构,骨干电网与微电网相结合,智能化电网控制与智能用电系统协调匹配的电力系统。这样的特征,恰恰是解决系统可靠性难题,并科学、分类提高供电可靠性的新一代电力系统的基本特征。

但不能忽视的是,能源转型,特别是能源电力领域的低碳化转型,绝不是低碳、零碳发电资源一蹴而就的简单替代——新型电力系统的构建,也不单单是电力生产方式的转变。电力行业实现从高碳路径依赖向负碳技术提供者的跨越,至少还涉及到用户特性、电力企业属性、电力系统形态以及电力体制机制等多重要素的协同并进。

首先,相对于传统的电力系统而言,由“源随荷动”转变为“源荷互动”,将成为新型电力系统的主要特征之一。在传统的电力系统中,保持电力系统功率的瞬间平衡和稳定(涉及电压、频率、功角等参数)是电力系统规划、设计、运行的基本任务。为此,传统电力系统运行的逻辑是电源侧根据负荷侧的变化而随时变化,而这些变化基本上均是由电网调控。

在以新能源为主体的新型电力系统中,基于新能源发电特性制约的大量分散式电源,显然无法适应“源随荷动”的基本要求,且在极端情况下,风、光发电还具有反调峰特性。同时,随着更多的电能由分布式发电接入配电网,由分布式电源和相关储能、调控、保护设施构成的微电网和主动配电网逐渐增多。因此不难看出,此时的“源”与“荷”,已经不是传统意义上的“发”与“用”——源、荷两端特性的转变和边界上的模糊,以及原有电力系统各个环节的交互融合,将极大地增加电网安全稳定运行的难度。

毋庸置疑的是,为了保障电力系统安全,不仅需要在“源”侧尽可能地提高预测的精度并加强调节性能;同时在“荷”侧,也应当提高调节能力或者需求响应能力。此外,“源”与“荷”之间必须加强协同互动——在新型电力系统中,为了适应不同地区、不同“源”与“荷”的特点以及电网的特点,需要多种灵活性手段以不同形式在网侧、源侧与荷侧进行部署。彼时,随着以多种形式储能为代表的灵活性资源大量使用,加之分布式电源规模的扩大,传统的单向电能配置模式将转变成双向、多向的电能配置模式,并以资源利用效率的提升适应更大规模新能源消纳的需求。

此外,在系统各构成要素发生转变的同时,传统的电力管理、运行机制也将随之发生转变。从物理形态上看,新型电力系统“发、输、配、储、用”等设备的功能调整和价值体现,将会根据电力流、信息流、价值流进行重新分配,由此推动能源、经济、社会的全面转型。要达到这样的目标,深化电力体制改革将起到引领性、关键性,甚至决定性作用。

事实上,我国的电力体制改革步伐从未停滞,当前改革取得的阶段性成果,已经为构建新型电力系统奠定了良好的体制机制基础。但是,当前的改革路径仍是在2015年以前形成思路的延续,当时的改革精神和实际情况,与当下“双碳”目标的实现要求有着不少差距。

新型电力系统的构建涉及法律、规划、政策、标准、技术、市场、规范、人才等全方位、整体性的改变。一方面,需要行业对电力体制改革的目标有更新的认识,加快建立大规模新能源并网后保持电力系统安全稳定运行的机制,并建立起支撑可负担的社会公平转型的价值传导机制;另一方面,也需要政府作用的及时发挥和政策的有效落地,确保和确立起新商业模式蓬勃发展的市场环境和稳定的政策预期,使大量支撑性技术、标准快速有效地替代衔接。

最为重要的是,能源电力行业需要重新考量电网主体在新型电力系统中的作用与属性,进而使电网在政府的有效监管下发挥更大的作用。只有政府、政策、市场和企业的共同发力,才能构建起与“发、输、配、储、用”各环节高度耦合的物理电力系统,并进而衍化出与之相适应的科学化、制度化、规范化、现代化的新型管理系统。

清洁低碳安全高效的能源体系,如何面对?

无论是党的十九大报告还是“十四五”规划纲要,一系列的重要文件中无不体现出“清洁”“低碳”“安全”“高效”四个关键词,这成为我国新时代能源发展的根本要求。

“清洁”“低碳”“安全”“高效”具有鲜明时代特征,必须与时俱进深刻理解。

“清洁”是能源发展的基本要求。党的十九大报告提出要“壮大节能环保产业、清洁生产产业、清洁能源产业”;《清洁生产促进法(2012年修订)》提出,本法所称清洁生产,是指从源头削减污染,提高资源利用效率,减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放,以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。此处所讲的“清洁”是能源清洁发展的应有之义。

“低碳”是能源发展的基本约束。随着化石能源大量开采资源逐步走向枯竭,同时,化石能源生产过程中排放的二氧化碳对气候变化影响日益增大成为全人类共同面对的世纪难题,而可再生能源利用新技术不断进步,新能源替代化石能源的步伐加快,减少能源二氧化碳排放就逐渐成为能源发展的刚性约束。

“安全”是能源发展的基本任务。能源安全是国家安全的基石,对国家繁荣发展、人民生活改善、社会长治久安至关重要,没有能源安全,能源其他要素发展无从谈起。广义的能源安全包含了能源的可靠、经济、公平供应以及清洁、低碳发展要求等。而构建能源体系中的“安全”主要指能源的稳定供应及重大风险防范。一方面,要充分利用国际资源和国际市场,提高能源供应安全保障能力。另一方面,面对国际形势新发展、能源发展新态势、低碳转型新特点,要牢牢守住能源安全底线,坚持能源多元化供给,防范能源运行风险。

“高效”是检验能源综合发展效果的试金石。我国经济由高速增长阶段转向高质量发展阶段。在转变发展方式、优化经济结构、转换增长动力的阶段,必须坚持质量第一、效益优先。高效显然指的是能源“效能”,以低成本的能源供应和低水平的能源消费量支撑国民经济和人民生活提高的需要,获得最佳的能源投入及产出效果。因此,节约优先是推进质量变革、效率变革、动力变革,提高全要素生产率,进而提高能源高效发展的必然要求。

“清洁”“低碳”“安全”“高效”四个维度,犹如东西南北四个方向,共同确立了现代能源体系的基本构架。这四个维度与国际上通行的“环境、经济、安全”能源三角异曲同工,从我国国情看,四维系统更加符合我国新时代能源发展的客观需要。

经过多年努力,我国形成了煤、油、气、可再生能源多轮驱动的能源生产体系,能源基础保障作用显著增强;能源消费整体呈现稳定增长态势,用能条件和水平不断提高。特别是党的十八大以来,在“四个革命、一个合作”能源安全新战略的科学指引下,我国能源结构调整突飞猛进,能源消费质量稳步提升,到“十三五”末煤炭消费占能源消费总量比重历史性降至56.8%,非化石能源消费比重增长到15.9%。能源结构调整为生态文明建设作出了重要贡献,也为实现“双碳”目标打下了坚实基础。我们也应看到,随着我国经济发展进入新常态,能源发展也步入新阶段,传统能源产能结构性过剩问题仍较突出,能源清洁替代任务比较艰巨,节能降耗面临较大压力,能源安全的问题依然严峻,能源转型变革任重道远。

2021年以来,受多年积累的一些矛盾和国际经济及能源形势影响,我国能源供应发生了煤炭短缺、煤价大范围大幅度上涨、局部地区电力供应紧张的严峻形势,给我们敲响了能源安全的警钟。2021年12月上旬中央经济工作会召开,明确提出了要正确认识和把握碳达峰碳中和。一方面提出,实现碳达峰碳中和是推动高质量发展的内在要求,要坚定不移推进,但不可能毕其功于一役。

推动能源绿色低碳发展,要做到三个统筹。

一是统筹强化节能、提高能效和降碳。节能、提效、降碳是经济高质量发展的重要着力点,为落实2030年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降65%以上等具体目标,必须改革完善能源消费、碳排放强度和总量控制。中央经济工作会议提出,新增可再生能源和原料用能不纳入能源消费总量控制,创造条件尽早实现能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变,加快形成减污降碳的激励约束机制,防止简单层层分解。这充分说明了节能和提高能效要与我国进入高质量发展阶段相适应,更加重视效益和低碳;要把节能、提效与降碳密切结合在一起,并逐步将节能政策导向过渡到以降碳政策为统领的导向上来,要通过科学严谨的制度进行安排,在系统思维和全国一盘棋下做好统筹协调。

二是统筹推进非化石能源和化石能源高质量发展。围绕2030年非化石能源占一次能源消费比重达到25%左右、风电太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上等具体目标,《意见》和《方案》均要求严格控制化石能源消费,积极发展非化石能源。要加快推进煤炭清洁利用和转型替代,加快现役煤电机组节能升级和灵活性改造;石油消费到“十五五”进入峰值平台期,加快推进页岩气、煤层气、致密油气资源的规模化开发;坚持集中式与分布式并举开发风能太阳能,因地制宜开发水能,积极安全有序发展核能,合理利用生物质能;推动多能互补和“源网荷储”一体化发展,推动氢能“制储输用”全链条发展,积极构建新型电力系统。在转型替代过程中,要按照中央经济工作会议提出的传统能源逐步退出要建立在新能源安全可靠的替代基础上。要立足以煤为主的基本国情,抓好煤炭清洁高效利用,增加新能源消纳能力,推动煤炭和新能源优化组合。

以上要求系统完整准确地将碳达峰的目标与近中期的能源发展措施紧密结合在一起,明确了化石能源与非化石能源、新能源与其他能源多元低碳发展的关系,指明了能源系统和构建新型电力系统的发展方向。

三是统筹发挥政府和市场作用。《意见》围绕完善能源统一市场和实现能源治理能力与治理体系现代化等具体目标,提出要深化能源体制机制改革,推动电力、煤炭、油气市场化改革。推动电网体制改革,明确增量配电网、微电网和分布式电源的市场化地位;加快形成以储能和调峰能力为基础支撑的新增电力装机发展机制。《方案》提出要完善绿色电价政策,建立健全市场化机制,统筹推动碳排放权、用能权、电力交易等市场建设;提出了发挥好政府作用,在合理科学控制总量的前提下,建立和完善各种制度配套及监管工作。我国实现“双碳”目标难度高、任务重,必须要发挥制度优势,统筹发挥好政府和市场的作用。

综上所述,“双碳”目标是我国可持续发展的需要及构建人类命运共同体的需要,也是一场深刻而全面的社会变革。能源低碳转型是实现“双碳”目标的关键,而构建新能源为主体的新型电力系统是通向“双碳”目标的桥梁。构建现代能源体系,实现“双碳”目标,要坚定不移贯彻新发展理念,坚持系统观念,处理好发展和减排、整体和局部、短期和中长期的关系。要强化风险防控,确保安全降碳。能源系统本身品种繁多、体系复杂、供需紧密,推动能源绿色低碳转型,必须把握好电力、煤炭、石油天然气、新能源、储能等在不同时期的不同定位。我国能源资源分布不平衡、各地区发展差异大,要统筹好全国新能源资源的分布特性,优化能源资源配置,克服新能源随机性、波动性等缺点。同时,要统筹发挥微电网、分布式能源体系与大电网作用,共同维护电力系统安全,保障“双碳”目标顺利实现。

2021年10月21日,习近平总书记在胜利油田考察时提出,能源的饭碗必须端在自己手里。面对能源供需格局新变化、国际能源发展新趋势,必须贯彻新发展理念,推行绿色生产生活方式,加快推动能源清洁低碳转型。同时,要审时度势,借势而为,实行更加积极主动的开放战略,把握好能源安全与系统效率的关系,协同保障能源安全高效发展,夯实现代能源体系建设的基础。

(来源:微信公众号“中国电业”作者王志轩系中国电力企业联合会专家委员会副主任委员)

 

 

 


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