戴厚良院士:碳中和目标下我国能源发展战略

选择字号:   本文共阅读 247 次 更新时间:2022-04-03 10:14:14

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戴厚良  

  

   应对气候变化,实现碳中和是全球大势、时代命题,关乎人类未来生存发展。2020年能源相关二氧化碳排放量约占全球二氧化碳排放总量的87%,化石能源燃烧是全球二氧化碳排放的主要来源。摩根士丹利资本国际公司(MSCI)发布《MSCI 净零追踪》(MSCI Net-Zero Tracker)报告显示,截至2021年底,全球已有136个国家提出“零碳”或“碳中和”目标,覆盖全球85%的人口、90%的GDP和88%的碳排放量。中国是全球应对气候变化工作的参与者、贡献者和引领者,推动了《联合国气候变化框架公约》《京都议定书》《巴黎协定》等一系列条约的达成和生效。2020年9月,习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布:“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”。碳达峰、碳中和是中央经过深思熟虑做出的重大战略决策,将成为中国未来数十年内经济社会发展的主基调之一。2021年10月,中共中央、国务院发布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》,指出能源绿色低碳发展是实现碳中和的关键,能源领域要通过强化能源消费强度和总量双控、大幅提升能源效率、严格控制化石能源消费、积极发展非化石能源、深化能源体制机制改革等重大举措,加快构建清洁低碳安全高效能源体系,助力国家实现碳达峰、碳中和目标。

   一、“双碳”目标下我国能源转型发展面临的挑战

   我国作为全球能源消费和碳排放的第一大国,2020年,一次能源消费量达49.8×108t 标准煤,占全球26.1% ;能源燃烧相关二氧化碳排放量为98.9×108t,占全球30.9%。在政策引导和技术进步的推动下,我国能源转型已取得初步进展,非化石能源消费快速增加,2020年在能源结构中占比15.9%,但仍然面临产业结构偏重、能源消费偏煤、能源利用效率偏低、碳中和窗口期偏短、新能源关键矿物供应不足等一系列挑战。

   (一) 产业结构偏重,面临降能耗与稳制造两难选择

   目前,我国处于工业化中后期,第二产业占比曾长期处于40%以上,近5年才降至40%以下。2020年,我国第二产业占GDP比重为37.8%,高于制造业强国德国(26.5%,2020年) 和日本(28.7%,2019年),远高于美国(18.2%,2019年)、英国(17.0%,2020年)、法国(16.4%,2020年),也高于世界平均水平(27.9%)。我国制造业对GDP的贡献率为26.2%,比全球平均水平(16.5%)高出近10个百分点。制造业是我国国民经济的基石,夯实实体经济根基、走制造强国之路必须确保制造业占比稳定。

   相对于巴西、澳大利亚等资源国的原料开采和发达国家占据优势的高端制造业,我国承担的加工制造环节能源资源消耗强度大、单位GDP碳排放量高。我国第二产业能源消费占全国能源消费总量70%左右,其中,钢铁、水泥、有色金属、汽车等高耗能产业全球占比高,2020年生产了全球57%的粗钢、58%的水泥、57%的电解铝和32.5%的汽车,这是我国能源消耗总量大、单位GDP能源消耗强度高的重要原因。我国制造业整体处于全球价值链中低端,通过调整产业结构降低碳排放强度的难度要远大于发达国家。

   (二)能源结构偏煤,控煤减碳背景下保障能源安全的难度增大

   基于我国富煤、油气不足的资源禀赋,能源消费结构呈煤炭占比大,石油、天然气、新能源占比小的“一大三小”格局。煤炭长期在我国能源安全战略中发挥着基础性作用,是我国第一大主体能源。2000年以来,我国煤炭消费在一次能源消费中的比重快速下降,2020年较2000年下降11.7个百分点,但仍高达56.8%,远高于全球平均27%和G7国家平均12%的水平。2020年,我国煤炭消费量为39.6×108t,占全球煤炭消费总量的54.3%,是印度煤炭消费量的4.7倍、美国的8.8倍和欧洲的8.9倍。

   煤炭具有高碳属性,其单位热值碳排放量是石油的1.4倍、天然气的2倍,煤炭燃烧碳排放占我国能源相关二氧化碳排放量的79%,“减煤”被视为能源绿色低碳转型的主要举措。然而,“减煤”速度过快、力度过大,煤炭对能源体系安全运转的托底保供”作用将会被削弱,短期内会引发能源安全问题,如2021年下半年部分地区由于电煤供应不足引发的“拉闸限电”现象。预计我国煤炭消费量将在“十四五”期间达峰,2035年前仍是我国第一大能源,期间既要控煤减碳,又要发挥好煤炭“压舱石”作用,保障能源安全的难度越来越大。

   (三)能源利用效率偏低,工艺、标准和综合利用等均有不足

   2000年以来,我国单位GDP能耗持续下降,但仍远高于全球平均水平。根据国际能源署和世界银行数据,2020年我国每万美元GDP能耗为3.4t标准煤,是全球平均水平的1.5倍、美国的2.3倍、德国的2.8倍。分析我国单位能耗偏高、能源利用效率偏低的原因:一是产业结构中第二产业和高耗能产业占比高;二是部分产业工艺落后,煤炭、钢铁等行业落后产能和过剩产能仍然大量存在,部分地方政府仍依赖传统产业及生产模式维持经济增长;三是我国能效标准低于发达经济体,例如欧盟和美国通过提高家电能效标准实现电力消费量下降15%,而我国下降幅度不足5%;四是能源综合利用率低,据统计,我国约50%的工业能耗没有被利用,余热资源利用率只有30%左右,远低于发达国家40%~60%的平均水平。我国再生资源利用率也远低于世界发达经济体。例如,“十三五”期间,我国再生铝产量占铝产量的比例为20%,美国达到80%,日本则接近100%。

   (四)碳中和窗口期偏短,能源转型成本高

   从碳达峰到实现碳中和,全球平均用时需53年,美国用时需46年,西方发达经济体平均超过70年,而我国只有30年时间。我国不但要完成全球最高碳排放强度降幅,还要用全球历史上最短的时间实现从碳达峰到碳中和,任务艰巨。发达国家的存量煤电资产大多已经进入集中退役期,50%煤电机组平均服役年限在40年左右,部分煤电机组服役年限超过60年。而我国大量燃煤电厂建成服役时间较短,在运煤电机组平均服役时间为12年,约50%的容量在过去10年内投运,85% 的容量在过去20年内投运。按照40年的服役年限,为了实现2060年碳中和,未来新建的煤电机组将在到达寿命周期之前提前退役,搁浅资产损失巨大。根据牛津大学前期研究成果,我国煤电搁浅资产规模可能高达3万亿~7.2万亿元。考虑到近年我国仍在新建煤电机组,实际搁置规模有可能更大。同时,随着碳中和推进,化石能源需求减少、行业体量缩小、部分生产场地关停成为必然趋势,传统资源型城市转型和相关行业人员分流、再就业等问题也需要统筹考虑。

   (五)新能源规模发展面临挑战,关键矿物供应存在风险

   在政策引领和技术进步的推动下,我国核能、水能、风能、太阳能、生物质能和地热能等非化石能源以及氢能、储能和新能源汽车产业取得长足进展,但规模化发展仍面临诸多挑战。核电部分核心零部件、基础材料仍依赖进口,核聚变能开发利用尚处于探索阶段。水电工程施工环境复杂、生态环境脆弱,工程技术、建设管理和移民安置难度不容小觑。与常规电源相比,风能和太阳能发电具有典型的间歇性、波动性和随机性特征,高比例新能源条件下电力系统可靠性不足。生物质能发电总装机容量依然不高,规模化发展仍需时日。地热能领域干热岩资源勘探开发技术尚处于起步阶段。氢能方面,输配和典型场景应用成本高,高压储氢设备、燃料电池与国外相比还存在较大差距。储能方面,抽水储能发展空间有限,电化学储能成本高,尚无法满足长时储能需求,安全性也有待提高。新能源汽车所需锂、钴、镍等关键矿物资源储量不足,消费量大,严重依赖进口,2020年消费量分别占全球的50%、30%、50%,对外依存度分别达到74%、95%、90%,存在供应中断风险。

   二、碳中和目标下我国能源发展战略构想

   (一)总体战略思想

   以习近平生态文明思想和“四个革命、一个合作”能源安全新战略为指引,贯彻落实“能源的饭碗必须端在自己手里”的新要求,坚持“立足国情、安全发展,科学创新、务求实效”的方针,遵循自主可控和绿色低碳发展理念,通过节能与提效双轮驱动、供给与消费两端发力,系统实施节能、去碳、创新、提效、应急、支撑、合作“七大战略工程”,加速推动能源系统由以煤炭为主的“一大三小”(煤炭大,石油、天然气和新能源小),向新能源为主的“三小一大”(煤炭、石油和天然气小,新能源大)转变,支撑我国如期实现碳达峰、碳中和目标。

   (二)第一步(2020—2035年),减煤、控油、增气,大力发展新能源

   通过减煤、控油、增气,大力发展新能源,2035年我国非化石能源占比将超过35%。一是严格控制煤炭产量,加大落后产能、小煤矿的淘汰力度,制定老矿合理退出机制,积极推动煤炭深加工产业化示范与规模化发展,全面提升煤炭清洁利用水平。二是加强太阳能、风能、地热能对化石能源的替代,加快新能源汽车对燃油车的替代,控制石油消费增长。三是加快陆上西部地区天然气增储上产,实现陆上东部地区天然气产量稳中有升,推进海上天然气勘探开发,持续推动天然气产业快速发展。四是大力发展风电、光伏,因地制宜规模化配置陆上风电,鼓励有条件的地区大力发展海上风电,积极支持分布式风电、光伏发展。坚持安全第一、生态优先和绿色发展原则,稳步推进水电、核能与生物质能等清洁能源有序发展。五是加快碳捕获与封存/碳捕获、利用与封存(CCS/CCUS)技术攻关与示范,推动二氧化碳驱油/气、化工/生物利用等二氧化碳利用技术及工艺的创新和应用,推进CCS/CCUS国家示范区建设。

   (三)第二步(2036—2050年),非化石能源加速替代

   强化新能源高效开发利用技术攻关,不断完善新能源供需体系建设,促进终端用能电气化水平实现跨越式提升,全面推进新能源产业发展,加快提升新能源消费总量与消费占比,2050年,预计我国非化石能源占比将达到70%以上。一是持续加强节能提效技术、设备的推广应用,大力推动全社会节能提效,全面实现节能提效预期目标。二是海上天然气开发取得阶段性成果,天然气储备、管网体系更加完善,天然气消费2040年左右达峰后保持基本稳定。三是随着交通电动化进程加快,石油作为燃料的消费快速下降,作为原料的消费占比快速提升。四是持续推进整装煤炭开发基地和大型综合能源化工基地建设,建成以绿色煤炭资源为基础的精准开发模式,全面提升煤炭兜底保供能力。五是加大CCS/CCUS等环节关键技术、工艺、设备的攻关力度,加快推进CCS/CCUS技术在水泥、钢铁等重工业领域和天然气发电领域的规模化应用。

   (四)第三步(2051—2060年),现代能源体系全面建成

   进一步巩固风能、太阳能、氢能、核能等清洁能源的主体地位,强化煤炭、天然气与可再生能源融合发展,以化石能源为主的现代化能源应急储备体系全面建成,2060年非化石能源占比超过80%。煤炭、石油等高碳化石能源回归原料属性,全面推进能源结构绿色低碳转型。推动CCS/CCUS技术商业化规模应用,不断完善低碳循环经济体系建设。全面建成智慧协同、多能互补、多网融合、快速响应的智慧能源系统,我国能源体系绿色低碳转型取得全面胜利。

三、碳中和目标下我国能源发展的关键性战略举措 (点击此处阅读下一页)

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文章来源:中国石油集团国家高端智库研究中心

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