在雙碳目標下，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（北京）經(jīng)濟管理學院建院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行了解答。中國海油能源經(jīng)濟研究院黨委書記、院長王震，國際能源轉(zhuǎn)型學會會長、國際能源論壇原秘書長、中國石油經(jīng)濟技術(shù)研究院原院長孫賢勝，北京航空航天大學經(jīng)濟管理學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，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。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。中國當前推行的“3060”目標，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，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高比例主導。第一步，以天然氣消費增長為主，煤、石油消費達峰，可再生能源穩(wěn)步增長；第二步，天然氣消費達峰，煤、石油消費下降，可再生能源加速增長；第三步，化石能源消費急劇下降，形成可再生能源為主導的能源系統(tǒng)。
具體分析，碳達峰情景下，我國到2060年的一次能源消費總量為49億噸標準煤，低碳化逐漸成為一次能源消費的核心特征。從2060年一次能源消費占比看，煤炭、石油將逐漸讓位于天然氣和可再生能源消費，從而實現(xiàn)能源系統(tǒng)的低碳化轉(zhuǎn)型?？稍偕茉聪M占比在2045年超過28%，在2060年達到53%。太陽能與風能是發(fā)展最迅猛的可再生能源，到2060年，兩者消費之和在一次能源消費中占比將達到45.8%。
與會專家認為，上述三步目標清晰，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)定運行？這些關(guān)鍵科學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
研究報告認為，雙碳目標下，先進節(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)達國家，節(jié)能減排技術(shù)在中國的推廣應(yīng)用更經(jīng)濟有效。2025年，我國高耗能行業(yè)推廣節(jié)能減排技術(shù)的節(jié)能潛力預計將達到1.23億噸標煤，占當前高耗能行業(yè)能源消耗總量的3.1%；2030 年技術(shù)推廣應(yīng)用的潛力空間將進一步擴大到2.02億噸標煤，占當前高耗能行業(yè)能源消耗總量的9.2%。
研究報告詳細分析了火電、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，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)重點關(guān)注水循環(huán)系統(tǒng)，鋼鐵行業(yè)應(yīng)重點關(guān)注燒結(jié)、球團和煉鐵工序，水泥行業(yè)的重點工藝環(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)能減排的重點在于合成氨行業(yè)。報告建議政府可適當考慮給予這些行業(yè)不同程度的補貼，以幫助其推進低碳轉(zhuǎn)型。
研究結(jié)果預測，2015~2020年間，整體上，能效提升、設(shè)備改造、管理改進技術(shù)節(jié)能貢獻率達到83%，二氧化碳減排貢獻率達到94%，2025~2030年間，單位技術(shù)的節(jié)能和減排貢獻率總體略有下降，但節(jié)能貢獻率也將達到77%，減排貢獻率也在86%。
優(yōu)先調(diào)度風力發(fā)電具有經(jīng)濟可行性
報告認為，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)度為目標構(gòu)建的靈活電力系統(tǒng)具有經(jīng)濟可行性和顯著的環(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)度風力發(fā)電具有經(jīng)濟可行性。研究發(fā)現(xiàn)，燃煤發(fā)電機組為風電的優(yōu)先調(diào)度進行調(diào)峰不僅可以節(jié)約成本，還可以顯著降低電力系統(tǒng)的污染物排放強度。當風力發(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，增加風電還會降低污染物的排放。研究表明，風力發(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，風力發(fā)電的總成本與燃煤發(fā)電非常接近，風電和燃煤發(fā)電成本分別為 0.527元千瓦時和0.515元/千瓦時，這表明風力發(fā)電優(yōu)先調(diào)度具有經(jīng)濟可行性。
另外，減少燃煤機組的啟停調(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)電機組為可再生能源進行靈活性調(diào)峰出力時，啟停成本上升比例最大，其次是投油成本，再次是機組磨損成本。因此，提高燃煤發(fā)電機組靈活性的技術(shù)發(fā)展方向首先應(yīng)該是擴大燃煤發(fā)電機組的最低出力下限，盡可能減少燃煤發(fā)電機組的啟停次數(shù)；其次，應(yīng)注重研發(fā)燃煤發(fā)電機組投油調(diào)峰時燃油的使用量，降低燃煤發(fā)電機組靈活性調(diào)峰時的燃油成本消耗。
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