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碳达峰、碳中和目标与中国的新能源革命
文章来源:人民论坛?学术前沿发布日期:2021-08-23王永中

        碳达峰、碳中和目标将会推动新能源革命和能源结构多元化进程,以光伏为中心的非化石能源将逐渐占据主体地位,电力的地位将显著提升,煤炭和石油的消费将明显下降。碳达峰和碳中和目标对于中国的挑战体现在经济和能源结构调整压力大、制造业成本上升、煤电退出困难、光伏风电并网影响电网稳定、关键金属供应存在隐患,机遇表现在光伏风电设备竞争力较强、对外油气依赖度降低和低碳绿色转型加快。中国应加强碳达峰、碳中和目标实现路径的顶层设计,鼓励绿色低碳技术创新,加快经济和能源结构调整,严控新增高排放高能耗项目建设,稳妥推进存量“双高”项目的调整和退出。

        当前,尽早实现碳达峰和碳中和已成为国际社会的共识与行动,全球约有130个国家计划在21世纪中叶达成碳中和目标,占全球碳排放总额的61%左右。碳达峰、碳中和目标是中国政府立足新发展阶段,贯彻“绿水青山就是金山银山”的理念,在充分考量国内外环境和全面权衡利弊得失的基础上,所做出的重大战略决断,攸关中华民族的根本福祉与经济社会的绿色转型发展。作为一个产业结构偏重、能源消费偏煤、能源效率偏低和油气供应风险偏高和可再生能源设备制造能力较强的发展中大国,碳达峰、碳中和目标压力将会倒逼中国的经济和能源结调整。

        一、碳中和目标下新能源革命的特征

        第一,能源结构趋于多元化,非化石能源将逐渐占据主体地位。碳中和转型意味着未来二十余年能源结构将出现前所未见的多元化局面,石油、天然气、可再生能源和煤炭将可能四分天下。伴随着低碳转型的推进,主体能源将由石油、天然气、煤炭等化石能源向可再生能源逐步过渡,预计非化石能源可能在2040年代早期占据主导地位。可再生能源占一次能源的比重将由2018年的5%升至2050年的50%左右,化石能源的比重则相应由85%降至30%左右。

        第二,煤炭和石油消费将显著下降,天然气需求则相对稳定。体现在:一是煤炭消费将会持续显著下降。根据BP(2020)的预测,2050年,煤炭消费可能下降85-90%,在一次能源结构中的比例将低于5%。全球煤炭消费下降将由中国驱动。电力部门减碳程度最高,削减量约占煤炭消费下降总量的2/3。二是全球石油需求可能已达峰。在能效改进和电动汽车销售强劲增长等因素的作用下,汽车行业不再扮演石油需求引擎的角色。全球石油需求可能在2019年达峰,难以恢复到新冠疫情爆发前的水平。中国石油需求在2030年会达到峰值。2050年,全球日均石油需求量可能下降3000-5500万桶。三是作为清洁能源和过渡能源,天然气需求较为稳定,预计在2035年左右达峰。2050年,全球天然气消费可能回落至2018年的水平。

        第三,电力和氢能在能源结构中的地位显著提升。电力将取代化石能源成为最重要的能量来源,电气化程度将会大幅提高。考虑到可再生电源的间歇性和不稳定性特征,未来电力系统的智慧化水平将显著增强,会通过互联网、物联网、人工智能、大数据、云技术等,将人、能源设备、能源服务互联互通,使电源、电网、电荷以及能源存储相互协调。不同行业或部门电气化程度存在差异。一些行业或部门难以实施电气化,如钢铁、水泥和化工等高温的工业生产加工过程,以及远程交通运输,包括重型卡车、航空和海运等。对于这些难以电气化的过程需要采取替代性的低碳或零碳能源。

        第四,光伏太阳能将占据能源系统的中心地位。在过去的十余年中,光伏太阳能发电成本下降82%-90%左右,在绝大多数国家低于新的燃煤电站或天然气电站的成本。太阳能光伏的年新增装机容量在2021-2025年期间预计为250吉瓦,在2026-2035年期间预计达350吉瓦,约等于2000年以来年均新增60吉瓦新增装机容量的4倍、6倍。2030-2050年期间,以太阳能为代表的可再生能源将逐步由替代能源向主体能源过渡,太阳能将占据全球能源系统的中心舞台。这有助于形成以新能源为主体的新型电力系统,常规火力发电将从目前的基荷电力转变为调峰电力。

        第五,可再生能源快速发展导致关键金属长期需求大幅上升。与传统化石能源发电不同,光伏、风电和电动汽车需要更多的金属。锂、镍、钴、锰、石墨对于电池的功效、寿命和能源强度非常重要。稀土永磁材料对于风力发电机和电动汽车至关重要。电网需要大量的铜和铝,其中铜是电力系统的基石。电动汽车的金属使用量是普通燃油汽车的6倍,陆上风力发电站的金属需求量是天然气发电站的10倍。电动汽车和储能电池的金属需求在2040年将会至少增加30倍。锂需求将经历最为迅猛的增长,2040年将增长40多倍,紧随其后的将是石墨、钴和镍,约增长20-25倍。

        二、碳达峰、碳中和目标对中国经济和能源系统的影响

        第一,减排任务重和向碳中和过渡时间短,加大了产业和能源结构调整的压力与风险。体现在:一是碳减排任务艰巨。2019年,中国碳放量占全球的28.8%,接近排名第2至第5位的美国、印度、俄罗斯和日本四国的总和,远高于约18%的人口和GDP的份额。二是碳达峰向碳中和过渡的时间短。中国向碳中和过渡的时间仅有三十年,调整经济结构和能源结构的任务繁重,能源转型是在没有完成油气时代的条件下直接进入可再生能源时代,造成电力灵活性资源先天匮乏。三是制造业比重偏高和经济发展任务繁重,能源强度下降空间受到制约。四是能源转型面临着“富煤、贫油、少气”的资源禀赋瓶颈制约。煤炭在中国一次能源消费结构中的比重高达60%,石油和天然气消费高度依赖进口,能源供应安全风险居高不下,水电和核电等清洁能源发展空间受限,光伏发电和风电发展势头虽迅猛但占比低,调整和优化现有能源结构的回旋空间小,未来较长一段时间煤炭仍将扮演主体能源角色和兜底保障功能。

        第二,能源和环境成本上升导致中国制造业成本增加,国际价格竞争力削弱。加大碳减排力度,显然会增加企业的成本,削弱制造业的竞争力。对煤炭、金属冶炼、钢铁和水泥等高排放行业的产能限制,会导致能源、金属原材料和建材的供应紧张与价格上涨。现阶段的风电与光伏实际上并未实现真正意义上的“平价”,没有考虑电力波动性所造成的电网平衡与消纳成本。欧盟拟于2023年实施的碳边境调节税将对中国输欧商品产生负面影响,其中,机械设备业、金属制品业、非金属矿物制品业等行业受冲击较大。

        第三,可再生能源行业扩张将创造就业机会,巩固光伏和风电设备制造的国际竞争力,有利于抢占国际绿色科技竞争制高点。中国在发展可再生能源和新兴绿色经济领域处于较为领先的地位,如太阳能光伏电池、储能电池、电动汽车、5G、人工智能等。2010-2019年期间,中国对可再生能源部门的投资达8180亿美元,成为太阳能光伏发电和光热发电的最大市场;中国在可再生能源行业创造了440万工作岗位,约占全球的38%。而且,中国是可再生能源制造业大国,拥有全球70%的光伏产能和40%的风电产能,全球碳达峰、碳中和目标将为中国的光伏发电和风电设备提供巨大的市场机会。但与国际先进水平相比,中国绿色低碳重大战略技术储备不足,整体仍处于“跟跑”状态。

        第四,风电光伏大规模并网对电力系统安全运行构成威胁,煤电有序退出面临巨大困难。电力行业是实现碳达峰、碳中和目标的主战场。中国电力行业面临着两个紧迫的问题:一是如何在确保电力供应稳定、就业稳定和尽量减少前期投资浪费的前提下,逐步、有序地推进中国现役的1000多座燃煤电厂的退役。中国现有大部分燃煤电站是在2005年后安装的,还有数十年的设计寿命,过早退役燃煤电站不仅是以往投资的巨大浪费,而且会造成电力供应短缺问题。二是如何处理风电光伏在未来大量并网和消纳后给电力系统安全带来的冲击。风电光伏的大规模并网会给电力系统带来间歇性挑战,如某一段时间发电量过大或过小,威胁着电力系统安全性,对电力系统的市场机制设计、规划设计、生产管理、运行控制带来挑战。同时,由于中国电力生产和消费存在着地域空间上的分离问题,以至于电力供应出现全年整体过剩和尖峰时刻短缺并存的现象。

        第五,可再生能源发展有利于减少对外油气依赖度,但加大了关键金属的潜在供应风险。“富煤、贫油、少气”的能源禀赋,致使中国的石油、天然气消费的对外依赖度分别超过70%、40%。与油气资源地理分布失衡不同,地球上的风、光资源分布较为均衡,从而,可再生能源发展有助于降低中国的油气供应风险。不过,可再生能源行业扩张将会推动铜、锂等金属需求出现结构性增长,且金属矿石资源供应垄断程度高于油气,从而,未来能源地缘政治焦点可能由油气转移至铜、锂等金属上,关键金属的潜在供应风险将会凸显。关键金属需求的快速增长对供应的可获得性和稳定性构成严峻挑战。目前,一些关键金属的产能和投资计划远低于光伏电池板、风电机和电动车快速部署的需求。金属供应风险将导致清洁能源转型的速度放慢、成本更高,阻碍全球对抗气候变化的努力。

        三、对策建议

        推进碳达峰和碳中和是一场广泛而深刻的社会、经济和能源系统革命,需要立足新发展阶段,坚持“绿水青山就是金山银山”的理念,把碳达峰、碳中和目标纳入经济社会发展和生态文明建设整体布局,充分发挥党和国家统一领导、集中力量办大事的制度优势,统筹利用国内国际各种资源,以经济结构全面绿色转型为引领,以能源绿色低碳发展为关键,深入实施可持续发展战略,促进经济社会发展全面绿色转型。具体建议有:一是加强碳达峰、碳中和目标实现路径的顶层设计和系统谋划。碳达峰、碳中和的实施过程应坚持循序渐进原则,注重维持经济发展与节能减排之间的平衡,应严控新增“双高”项目建设,稳妥推进存量“双高”项目的调整和退出,切忌犯急躁冒进错误和实行盲目“一刀切”政策。二是大力推进产业结构调整升级。推进供给侧结构性改革,大力淘汰落后产能,化解过剩产能,坚决遏制高排放高污染项目的无序盲目发展,鼓励发展战略性新兴产业,加快工业绿色低碳改造和数字化转型,提升农业和服务业的低碳发展水平。三是构建清洁、低碳和高效的能源体系。严控新煤电项目,稳妥推进小型煤电项目的整合和有序退出,加快发展风电、太阳能发电,大力提升储能和调峰能力,构建以新能源为主体的新型电力系统。四是加大绿色低碳技术创新研发投入。建设一批国家科技创新平台,布局一批前瞻性、战略性低排放技术研发和创新项目,加大能效提升、智能电网、高效安全储能、氢能、碳捕集利用与封存等关键核心技术研发的投入力度,加快低碳零碳技术发展和规模化应用。五是提升可再生能源关键金属供应安全。加强国内矿产资源的勘探开发投入,鼓励废金属回收利用,提高关键金属资源的国内保障能力。通过拓展进口渠道和增加海外直接投资的方式,维护海外金属资源的供应稳定。充分利用在稀土资源及加工、金属加工领域的优势,提升中国在国际金属资源市场的议价权。六是加强国际交流合作与政策协调。积极参与应对气候变化国际合作,反对将碳排放作为地缘政治的筹码和贸易壁垒的借口,维护中国的发展权益。参与国际规则与标准制定,推动建立公平合理、合作共赢的全球气候治理体系。完善绿色贸易、投资和融资体系,共同打造绿色“一带一路”。

        (本文发表于《人民论坛?学术前沿》2021年7月下。此为缩减版,注释从略。)