在雙碳目標(biāo)下，中國未來能源系統(tǒng)將呈現(xiàn)何種走勢？包括火電在內(nèi)的高耗能行業(yè)怎樣進(jìn)行節(jié)能減排？電力系統(tǒng)特別是新型電力系統(tǒng)的靈活性與韌性如何解決？
11月20日，在中國石油大學(xué)（北京）經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院建院65周年之際召開的“碳中和與能源創(chuàng)新發(fā)展論壇”上，該院發(fā)布的5份“雙碳”研究成果對這些問題進(jìn)行了解答。中國海油能源經(jīng)濟(jì)研究院黨委書記、院長王震，國際能源轉(zhuǎn)型學(xué)會會長、國際能源論壇原秘書長、中國石油經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院原院長孫賢勝，北京航空航天大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院院長范英等專家充分肯定了這些成果的重要社會意義和學(xué)術(shù)價值，并對未來深入研究方向提出了建設(shè)性意見和建議。
實現(xiàn)雙碳目標(biāo)，能源系統(tǒng)應(yīng)“三步走”
本次發(fā)布的研究成果對各國減排情況分析后認(rèn)為，現(xiàn)有的各國減排承諾無法保證至2050年大氣溫室氣體濃度穩(wěn)定在450PPM二氧化碳當(dāng)量以內(nèi)、至2100年全球溫升控制在2℃以內(nèi)的氣候控制目標(biāo)。巴黎協(xié)定以來，截至去年年底，世界已有120多個國家以各種形式對外作出“碳中和”承諾。但是從各國提交的具有約束力的文件材料來看，各國目前的努力與巴黎協(xié)定的要求并不完全一致。中國當(dāng)前推行的“3060”目標(biāo)，并非僅考慮自身利益，而是兼顧了全球發(fā)展。
根據(jù)該研究，我國實現(xiàn)雙碳目標(biāo)，要求能源系統(tǒng)實現(xiàn)“三步走”，“三步”分別是化石能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、可再生能源接替以及可再生能源消費(fèi)高比例主導(dǎo)。第一步，以天然氣消費(fèi)增長為主，煤、石油消費(fèi)達(dá)峰，可再生能源穩(wěn)步增長；第二步，天然氣消費(fèi)達(dá)峰，煤、石油消費(fèi)下降，可再生能源加速增長；第三步，化石能源消費(fèi)急劇下降，形成可再生能源為主導(dǎo)的能源系統(tǒng)。
具體分析，碳達(dá)峰情景下，我國到2060年的一次能源消費(fèi)總量為49億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，低碳化逐漸成為一次能源消費(fèi)的核心特征。從2060年一次能源消費(fèi)占比看，煤炭、石油將逐漸讓位于天然氣和可再生能源消費(fèi)，從而實現(xiàn)能源系統(tǒng)的低碳化轉(zhuǎn)型。可再生能源消費(fèi)占比在2045年超過28%，在2060年達(dá)到53%。太陽能與風(fēng)能是發(fā)展最迅猛的可再生能源，到2060年，兩者消費(fèi)之和在一次能源消費(fèi)中占比將達(dá)到45.8%。
與會專家認(rèn)為，上述三步目標(biāo)清晰，但也存在巨大挑戰(zhàn)。即如何有效減碳而不損失能源安全保障？如何合理增加可再生能源避免陷入資源約束困局？如何維持存在間歇性特征的可再生能源系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行？這些關(guān)鍵科學(xué)與工程問題亟需在未來得到妥善解決。
火電、石油化工等行業(yè)節(jié)能減排潛力巨大
研究報告認(rèn)為，雙碳目標(biāo)下，先進(jìn)節(jié)能減排技術(shù)在高耗能行業(yè)的推廣應(yīng)用具有廣闊潛力空間，是高耗能行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的重要抓手。相比發(fā)達(dá)國家，節(jié)能減排技術(shù)在中國的推廣應(yīng)用更經(jīng)濟(jì)有效。2025年，我國高耗能行業(yè)推廣節(jié)能減排技術(shù)的節(jié)能潛力預(yù)計將達(dá)到1.23億噸標(biāo)煤，占當(dāng)前高耗能行業(yè)能源消耗總量的3.1%；2030 年技術(shù)推廣應(yīng)用的潛力空間將進(jìn)一步擴(kuò)大到2.02億噸標(biāo)煤，占當(dāng)前高耗能行業(yè)能源消耗總量的9.2%。
研究報告詳細(xì)分析了火電、石油化工、鋼鐵、水泥等六大高耗能行業(yè)的141項節(jié)能減排技術(shù)結(jié)果，認(rèn)為火電行業(yè)、石油化工行業(yè)節(jié)能減排潛力巨大?？紤]成本效益，火電行業(yè)應(yīng)是未來節(jié)能減排工作的關(guān)注重點(diǎn)，而設(shè)備改造技術(shù)將成為火電行業(yè)節(jié)能減排的主要途徑，其重要性將進(jìn)一步凸顯。有色金屬行業(yè)的節(jié)能減排潛力可觀，但技術(shù)應(yīng)用的成本相對最高。從高耗能行業(yè)內(nèi)部來看，火電行業(yè)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注水循環(huán)系統(tǒng)，鋼鐵行業(yè)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注燒結(jié)、球團(tuán)和煉鐵工序，水泥行業(yè)的重點(diǎn)工藝環(huán)節(jié)是水泥粉磨、熟料生產(chǎn)工序，石油和化工行業(yè)節(jié)能減排的重點(diǎn)在于合成氨行業(yè)。報告建議政府可適當(dāng)考慮給予這些行業(yè)不同程度的補(bǔ)貼，以幫助其推進(jìn)低碳轉(zhuǎn)型。
研究結(jié)果預(yù)測，2015~2020年間，整體上，能效提升、設(shè)備改造、管理改進(jìn)技術(shù)節(jié)能貢獻(xiàn)率達(dá)到83%，二氧化碳減排貢獻(xiàn)率達(dá)到94%，2025~2030年間，單位技術(shù)的節(jié)能和減排貢獻(xiàn)率總體略有下降，但節(jié)能貢獻(xiàn)率也將達(dá)到77%，減排貢獻(xiàn)率也在86%。
優(yōu)先調(diào)度風(fēng)力發(fā)電具有經(jīng)濟(jì)可行性
報告認(rèn)為，在電力系統(tǒng)靈活性方面，以可再生能源發(fā)電優(yōu)先調(diào)度為目標(biāo)構(gòu)建的靈活電力系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)可行性和顯著的環(huán)境價值。
研究結(jié)果顯示，在考慮環(huán)境外部性成本的情況下，風(fēng)力發(fā)電的總成本與燃煤發(fā)電非常接近，這表明優(yōu)先調(diào)度風(fēng)力發(fā)電具有經(jīng)濟(jì)可行性。研究發(fā)現(xiàn)，燃煤發(fā)電機(jī)組為風(fēng)電的優(yōu)先調(diào)度進(jìn)行調(diào)峰不僅可以節(jié)約成本，還可以顯著降低電力系統(tǒng)的污染物排放強(qiáng)度。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電從5%增加到40%時，從能源節(jié)約成本角度可降低電力系統(tǒng)成本17.87%。此外，增加風(fēng)電還會降低污染物的排放。研究表明，風(fēng)力發(fā)電1千瓦時比燃煤發(fā)電1千瓦時，可分別減少二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳和PM2.5排放0.756克/千瓦時、0.721克/千瓦時、791.92克/千瓦時和0.4591克/千瓦時。在考慮環(huán)境外部性的情況下，風(fēng)力發(fā)電的總成本與燃煤發(fā)電非常接近，風(fēng)電和燃煤發(fā)電成本分別為 0.527元千瓦時和0.515元/千瓦時，這表明風(fēng)力發(fā)電優(yōu)先調(diào)度具有經(jīng)濟(jì)可行性。
另外，減少燃煤機(jī)組的啟停調(diào)峰成本和投油調(diào)峰成本是提高電力系統(tǒng)靈活性中成本節(jié)約的關(guān)鍵。燃煤發(fā)電機(jī)組為可再生能源進(jìn)行靈活性調(diào)峰出力時，啟停成本上升比例最大，其次是投油成本，再次是機(jī)組磨損成本。因此，提高燃煤發(fā)電機(jī)組靈活性的技術(shù)發(fā)展方向首先應(yīng)該是擴(kuò)大燃煤發(fā)電機(jī)組的最低出力下限，盡可能減少燃煤發(fā)電機(jī)組的啟停次數(shù)；其次，應(yīng)注重研發(fā)燃煤發(fā)電機(jī)組投油調(diào)峰時燃油的使用量，降低燃煤發(fā)電機(jī)組靈活性調(diào)峰時的燃油成本消耗。
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