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碳中和,能源应在前

2021-06-23 14:03:09 中国能源网   作者: 张学坤  

历史表明,当新的技术催生能源变革时往往是工业革命的前哨,在前三次工业革命中,人类实现了从薪柴到煤炭,从煤炭到电力、石油的能源革命,而每次工业革命和能源变革都会给社会发展带来巨大变化。

人类进入二十一世纪以后,人类社会的主要矛盾正在不断发生变化,随着工业化进程的推进,已经基本解决了人类物质匮乏和能源短缺问题,但过度排放的二氧化碳等温室气体,使气候和环境问题逐渐成为影响人类生存的主要矛盾。

近年来碳排放对环境的影响愈加明显,有数据显示,在第一次工业革命之前的80万年里,地球大气中的二氧化碳含量一直处于240ppm左右,工业革命以后一百多年中,地球二氧化碳的浓度上升到了417ppm。温室气体浓度的增加导致了全球气候变暖、海平面升高等众多问题。为了解决全球性气候问题,目前国际范围内已经颁布了《京都议定书》、《巴黎协定》等具有法律效力的国际条款,英国、德国、美国、日本、韩国等国家相继公布碳中和时间表,应对气候危机也逐渐成为全球共识。

为了应对全球气候问题,减少温室气体排放,发挥环境问题中的大国责任,2020年9月22日,我国在第七十五届联合国大会上提出: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。这是中国首次提出碳中和时间表,正式将碳中和作为国家发展的基本框架。

2021年3月5日,李克强总理在2021年政府工作报告中指出,要扎实做好碳达峰、碳中和各项工作,制定2030年前碳排放达峰行动方案,优化产业结构和能源结构。因此,能源作为我国碳排放的主要组成部分,能源行业的低碳转型既是实现碳中和宏伟目标关键环节,也是我国可持续发展的基础。

我国双碳目标的能源实施路径

1.节能是首选

近日,谢克昌院士表示,实现碳中和目标的技术路径有着优劣之分。其顺序应该依次为节能提效、降低碳排放强度、增加低碳能源和减少高碳能源、通过植树造林强化自然碳汇,以及二氧化碳捕集、封存和利用。

在所有能源中,节能已经被公认为是除了煤炭、石油、天然气、电力之外的“第五能源”。通过提高现有能源利用效率,充分从利用过后的“废弃能源”中回收能量,来满足能源需求,是比开发一次能源更可行的减碳方式。

我国目前是世界上最大的碳排放国家,同时与许多发达国家相比,我国碳排放强度偏高、能源利用效率相对偏低。我国制造业中占比较大的钢铁、水泥、化工等行业都是高排放行业,需要消耗大量的高位热能,因此加大这些高耗能行业的节能水平和提高能源利用效率是中国实现碳达峰目标的首要选择。

与欧美国家相比我国从碳达峰到碳中和只有30年时间,我国减碳任务重、时间紧,因此在向新型电力系统转型过程中,应该尽可能提升煤炭、石油的利用效率,同时增加天然气的消费占比。目前,国际能源署(IEA)也把节能和提高能效作为减少温室气体排放的最主要途径。按照国际能源署的模型情景分析结果,若将全球大气温度上升控制在2℃以内,2050年前,节能和提高能效对全球二氧化碳减排的贡献为37%,比可再生能源的贡献还要高5个百分点。

2.大力发展新能源

可再生能源主要包括水电、风电、光伏、生物质能发电、潮汐发电等,其中水电是重要的可再生能源,2020年我国水电装机达到3.7亿千瓦,是最大的清洁电力来源,但由于水电资源禀赋受限,我国水电开发难以实现跨越式增长。

近年来,以风电、光伏为主的新能源快速发展,我国风光发电度电成本已经实现了平价上网,而且从技术发展来看,风电和光伏的发电成本还有望进一步下降,以光伏为例,TOPcon技术、HJT技术的转换效率均高于目前的PERC技术,且HJT技术具有工艺步骤少等优点,加上光伏大组件技术带来的安装成本和土地面积减少,光伏发电在未来具有更大的降本空间。因此以风电、光伏作为主力能源来支撑我国巨大的能源消费增长是我国未来能源发展的主要策略。

在刚刚过去的“十三五”期间,风电、光伏行业得到了快速发展。数据显示,2016-2020年,全国风电累计新增装机1.38亿千瓦,全国光伏累计新增装机约2.07亿千瓦。在疫情影响严重的2020年,全国风电装机容量达到2.81亿千瓦,同比增长34.6%,比上年同期提高20.6个百分点,全国光伏装机容量达到2.53亿千瓦,同比增长24.1%,比上年同期增长6.7个百分点。经过多年努力目前我国风电、光伏装机双双位居世界首位,产业技术已经达到世界领先水平,未来以风光为主的新能源将是我国新型电力系统的主要支撑。

3.需要迫切补齐储能环节

风电、光伏为我国能源转型和新型电力系统构建擘画了广阔前景,但可再生能源发电也有自身的缺陷。可再生能源发电先天具有的间歇性和波动性特征,当其在电力系统中占比过高时势必会导致电力系统面临安全问题。例如,风力发电受风能资源的影响,风能的不稳定造成了风电的间歇性和波动性。另外,光伏受太阳光的影响,在不同时段会出现光照和发电的随机性,这些都给电网稳定运行提出了新的挑战。

而储能是解决可再生能源消纳和保证电网稳定运行的关键环节,在间歇性可再生能源发电比例提升的背景下,配置储能电站,不仅可以降低弃风弃光率,更重要的是可以平抑新能源波动,并参与系统调峰调频,增强电网的稳定性。

近年来,我国储能产业由于政策导向与市场定位不明确、技术发展不成熟、安全标准不规范等原因,其发展一直步履蹒跚,但随着双碳目标的提出,储能产业的发展有望得到改善。

今年4月21日,国家发改委国家能源局联合印发了《关于加快推动新型储能发展的指导意见(征求意见稿)》提出,到2025年,我国要实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变,新型储能装机规模达3000万千瓦以上。到2030年,实现新型储能全面市场化发展,新型储能装机规模基本满足新型电力系统相应需求。

该指导意见的发布,是我国首次明确了新型储能的独立市场主体地位,说明储能环节已经成为我国构建新型电力系统的关键,促进储能发展的政策已经开始发力且未来还将进一步加码。此外,动力电池技术的进步可以为储能产业成本下降提供技术支撑。综合来看,储能行业经历了多年的积累,已经具备了快速发展的条件。

4.提升电气化水平

电力是能源系统中最重要的二次能源,是所有能源输送和转换的枢纽,风能、光伏、水能、核能等都是转化为电力才能被加以利用,未来我国要建设高比例清洁能源系统,电力在终端能源消费中的比重将持续提升。

“双碳”目标提出以后,当前能源行业的一致性观点是,电能在终端能源消费中的比重将会大幅提高。而实施电能替代也为许多行业减少二氧化碳排放提供了十分便捷的方法。目前,钢铁、交通、建材、采暖等方面都可以不同程度的实施电能替代,其中,钢铁、建材等工业部门可以通过大规模使用电锅炉、电窑炉来实施电能替代。北方冬季采暖可以采用电暖气取代部分散煤燃烧,在交通方面,新能源汽车逐渐取代传统燃油车也将为交通领域实施电能替代提供帮助。

5.做好碳捕集封存技术储备

为了完成温室气体的大幅度减排,2005年IPCC专门推荐了碳捕捉与封存技术(CCS),随着技术发展,碳捕获、利用与封存(CCUS)逐渐取代CCS成为新的固碳技术。碳捕集封存和利用技术在中长期为许多减排难度大的工业企业降低CO2排放提供了一个能够选择的技术方法。例如,碳捕集封存和利用技术是目前唯一可在水泥生产中实现深度减排的技术解决方案,在钢铁及化工行业的应用前景也较为广阔。

但是,与其他碳减排技术相比,当前碳捕集封存和利用技术还处于小范围的商业化示范阶段。而且目前影响碳捕集封存和利用技术应用的最大因素是成本,不同行业二氧化碳捕集成本差别较大。由于现阶段CCUS技术还不够成熟、成本较高,且CCUS本身也会消耗能源,因此中长期来看,碳捕集封存和利用技术可以作为实现碳中和目标的必要技术储备,为重点高耗能企业提供减碳手段。

碳中和未来展望:新能源,新未来

2021年3月15日,在中央财经委员会第九次会议上提出要构建以新能源为主体的新型电力系统。这意味着在全球能源行业在应对气候变化和中国碳达峰、碳中和的目标下,能源系统将发生广泛和深刻的变革。

可以预见,未来我国能源体系中可再生能源占比将不断提高,能源不断向分布式利用发展,而在分散化的能源供需匹配中,数字化技术对跨系统协调以及碳排放、碳足迹的记录和核定都将起到巨大的作用。

因此,在碳中和目标下,传统能源转型、国际间多元合作、构建新的能源安全观、可再生能源技术提升、能源数字化转型等正在成为未来能源发展的核心议题。而在技术和政策创新引导能源变革的进程中,合作与共享成为未来能源发展的必然趋势。

为了探索碳中和目标愿景下未来能源发展趋势与路径,以“碳中和与未来能源”为主题的第三届未来能源大会将于2021年7月8日在北京召开。

本届大会将就碳中和目标下能源转型发展助推经济模式转向、新一轮能源产业变革下技术与商业模式创新等核心话题,邀请政府相关部门、行业权威、国内外研究机构及能源企业代表,围绕高质量发展、创新驱动、跨界融合、合作共享等话题展开深入专业讨论。引导能源相关的各行各业建立跨行业发展的认知,搭建资源共享、技术合作、战略相通的合作平台,以此促进能源行业绿色、高效和可持续发展,共同谋划能源发展的新未来。

(张学坤)




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