人類(lèi)進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，人類(lèi)社會(huì)的主要矛盾正在不斷發(fā)生變化，隨著工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，已經(jīng)基本解決了人類(lèi)物質(zhì)匱乏和能源短缺問(wèn)題，但過(guò)度排放的二氧化碳等溫室氣體，使氣候和環(huán)境問(wèn)題逐漸成為影響人類(lèi)生存的主要矛盾。
近年來(lái)碳排放對(duì)環(huán)境的影響愈加明顯，有數(shù)據(jù)顯示，在第一次工業(yè)革命之前的80萬(wàn)年里，地球大氣中的二氧化碳含量一直處于240ppm左右，工業(yè)革命以后一百多年中，地球二氧化碳的濃度上升到了417ppm。溫室氣體濃度的增加導(dǎo)致了全球氣候變暖、海平面升高等眾多問(wèn)題。為了解決全球性氣候問(wèn)題，目前國(guó)際范圍內(nèi)已經(jīng)頒布了《京都議定書(shū)》、《巴黎協(xié)定》等具有法律效力的國(guó)際條款，英國(guó)、德國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)家相繼公布碳中和時(shí)間表，應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)也逐漸成為全球共識(shí)。
為了應(yīng)對(duì)全球氣候問(wèn)題，減少溫室氣體排放，發(fā)揮環(huán)境問(wèn)題中的大國(guó)責(zé)任，2020年9月22日，我國(guó)在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出：中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。這是中國(guó)首次提出碳中和時(shí)間表，正式將碳中和作為國(guó)家發(fā)展的基本框架。
2021年3月5日，李克強(qiáng)總理在2021年政府工作報(bào)告中指出，要扎實(shí)做好碳達(dá)峰、碳中和各項(xiàng)工作，制定2030年前碳排放達(dá)峰行動(dòng)方案，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)。因此，能源作為我國(guó)碳排放的主要組成部分，能源行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型既是實(shí)現(xiàn)碳中和宏偉目標(biāo)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。
1.節(jié)能是首選
近日，謝克昌院士表示，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的技術(shù)路徑有著優(yōu)劣之分。其順序應(yīng)該依次為節(jié)能提效、降低碳排放強(qiáng)度、增加低碳能源和減少高碳能源、通過(guò)植樹(shù)造林強(qiáng)化自然碳匯，以及二氧化碳捕集、封存和利用。
在所有能源中，節(jié)能已經(jīng)被公認(rèn)為是除了煤炭、石油、天然氣、電力之外的“第五能源”。通過(guò)提高現(xiàn)有能源利用效率，充分從利用過(guò)后的“廢棄能源”中回收能量，來(lái)滿(mǎn)足能源需求，是比開(kāi)發(fā)一次能源更可行的減碳方式。
我國(guó)目前是世界上最大的碳排放國(guó)家，同時(shí)與許多發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)碳排放強(qiáng)度偏高、能源利用效率相對(duì)偏低。我國(guó)制造業(yè)中占比較大的鋼鐵、水泥、化工等行業(yè)都是高排放行業(yè)，需要消耗大量的高位熱能，因此加大這些高耗能行業(yè)的節(jié)能水平和提高能源利用效率是中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)的首要選擇。
與歐美國(guó)家相比我國(guó)從碳達(dá)峰到碳中和只有30年時(shí)間，我國(guó)減碳任務(wù)重、時(shí)間緊，因此在向新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型過(guò)程中，應(yīng)該盡可能提升煤炭、石油的利用效率，同時(shí)增加天然氣的消費(fèi)占比。目前，國(guó)際能源署(IEA)也把節(jié)能和提高能效作為減少溫室氣體排放的最主要途徑。按照國(guó)際能源署的模型情景分析結(jié)果，若將全球大氣溫度上升控制在2℃以?xún)?nèi)，2050年前，節(jié)能和提高能效對(duì)全球二氧化碳減排的貢獻(xiàn)為37%，比可再生能源的貢獻(xiàn)還要高5個(gè)百分點(diǎn)。
可再生能源主要包括水電、風(fēng)電、光伏、生物質(zhì)能發(fā)電、潮汐發(fā)電等，其中水電是重要的可再生能源，2020年我國(guó)水電裝機(jī)達(dá)到3.7億千瓦，是最大的清潔電力來(lái)源，但由于水電資源稟賦受限，我國(guó)水電開(kāi)發(fā)難以實(shí)現(xiàn)跨越式增長(zhǎng)。
近年來(lái)，以風(fēng)電、光伏為主的新能源快速發(fā)展，我國(guó)風(fēng)光發(fā)電度電成本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了平價(jià)上網(wǎng)，而且從技術(shù)發(fā)展來(lái)看，風(fēng)電和光伏的發(fā)電成本還有望進(jìn)一步下降，以光伏為例，TOPcon技術(shù)、HJT技術(shù)的轉(zhuǎn)換效率均高于目前的PERC技術(shù)，且HJT技術(shù)具有工藝步驟少等優(yōu)點(diǎn)，加上光伏大組件技術(shù)帶來(lái)的安裝成本和土地面積減少，光伏發(fā)電在未來(lái)具有更大的降本空間。因此以風(fēng)電、光伏作為主力能源來(lái)支撐我國(guó)巨大的能源消費(fèi)增長(zhǎng)是我國(guó)未來(lái)能源發(fā)展的主要策略。
在剛剛過(guò)去的“十三五”期間，風(fēng)電、光伏行業(yè)得到了快速發(fā)展。數(shù)據(jù)顯示，2016-2020年，全國(guó)風(fēng)電累計(jì)新增裝機(jī)1.38億千瓦，全國(guó)光伏累計(jì)新增裝機(jī)約2.07億千瓦。在疫情影響嚴(yán)重的2020年，全國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到2.81億千瓦，同比增長(zhǎng)34.6%，比上年同期提高20.6個(gè)百分點(diǎn)，全國(guó)光伏裝機(jī)容量達(dá)到2.53億千瓦，同比增長(zhǎng)24.1%，比上年同期增長(zhǎng)6.7個(gè)百分點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多年努力目前我國(guó)風(fēng)電、光伏裝機(jī)雙雙位居世界首位，產(chǎn)業(yè)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先水平，未來(lái)以風(fēng)光為主的新能源將是我國(guó)新型電力系統(tǒng)的主要支撐。
風(fēng)電、光伏為我國(guó)能源轉(zhuǎn)型和新型電力系統(tǒng)構(gòu)建擘畫(huà)了廣闊前景，但可再生能源發(fā)電也有自身的缺陷。可再生能源發(fā)電先天具有的間歇性和波動(dòng)性特征，當(dāng)其在電力系統(tǒng)中占比過(guò)高時(shí)勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)面臨安全問(wèn)題。例如，風(fēng)力發(fā)電受風(fēng)能資源的影響，風(fēng)能的不穩(wěn)定造成了風(fēng)電的間歇性和波動(dòng)性。另外，光伏受太陽(yáng)光的影響，在不同時(shí)段會(huì)出現(xiàn)光照和發(fā)電的隨機(jī)性，這些都給電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行提出了新的挑戰(zhàn)。
而儲(chǔ)能是解決可再生能源消納和保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在間歇性可再生能源發(fā)電比例提升的背景下，配置儲(chǔ)能電站，不僅可以降低棄風(fēng)棄光率，更重要的是可以平抑新能源波動(dòng)，并參與系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻，增強(qiáng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
近年來(lái)，我國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)由于政策導(dǎo)向與市場(chǎng)定位不明確、技術(shù)發(fā)展不成熟、安全標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范等原因，其發(fā)展一直步履蹣跚，但隨著雙碳目標(biāo)的提出，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有望得到改善。
今年4月21日，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)(征求意見(jiàn)稿)》提出，到2025年，我國(guó)要實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能從商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展轉(zhuǎn)變，新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模達(dá)3000萬(wàn)千瓦以上。到2030年，實(shí)現(xiàn)新型儲(chǔ)能全面市場(chǎng)化發(fā)展，新型儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模基本滿(mǎn)足新型電力系統(tǒng)相應(yīng)需求。
該指導(dǎo)意見(jiàn)的發(fā)布，是我國(guó)首次明確了新型儲(chǔ)能的獨(dú)立市場(chǎng)主體地位，說(shuō)明儲(chǔ)能環(huán)節(jié)已經(jīng)成為我國(guó)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵，促進(jìn)儲(chǔ)能發(fā)展的政策已經(jīng)開(kāi)始發(fā)力且未來(lái)還將進(jìn)一步加碼。此外，動(dòng)力電池技術(shù)的進(jìn)步可以為儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)成本下降提供技術(shù)支撐。綜合來(lái)看，儲(chǔ)能行業(yè)經(jīng)歷了多年的積累，已經(jīng)具備了快速發(fā)展的條件。
4.提升電氣化水平
電力是能源系統(tǒng)中最重要的二次能源，是所有能源輸送和轉(zhuǎn)換的樞紐，風(fēng)能、光伏、水能、核能等都是轉(zhuǎn)化為電力才能被加以利用，未來(lái)我國(guó)要建設(shè)高比例清潔能源系統(tǒng)，電力在終端能源消費(fèi)中的比重將持續(xù)提升。
“雙碳”目標(biāo)提出以后，當(dāng)前能源行業(yè)的一致性觀(guān)點(diǎn)是，電能在終端能源消費(fèi)中的比重將會(huì)大幅提高。而實(shí)施電能替代也為許多行業(yè)減少二氧化碳排放提供了十分便捷的方法。目前，鋼鐵、交通、建材、采暖等方面都可以不同程度的實(shí)施電能替代，其中，鋼鐵、建材等工業(yè)部門(mén)可以通過(guò)大規(guī)模使用電鍋爐、電窯爐來(lái)實(shí)施電能替代。北方冬季采暖可以采用電暖氣取代部分散煤燃燒，在交通方面，新能源汽車(chē)逐漸取代傳統(tǒng)燃油車(chē)也將為交通領(lǐng)域?qū)嵤╇娔芴娲峁椭?/p>
5.做好碳捕集封存技術(shù)儲(chǔ)備
為了完成溫室氣體的大幅度減排，2005年IPCC專(zhuān)門(mén)推薦了碳捕捉與封存技術(shù)(CCS)，隨著技術(shù)發(fā)展，碳捕獲、利用與封存(CCUS)逐漸取代CCS成為新的固碳技術(shù)。碳捕集封存和利用技術(shù)在中長(zhǎng)期為許多減排難度大的工業(yè)企業(yè)降低CO2排放提供了一個(gè)能夠選擇的技術(shù)方法。例如，碳捕集封存和利用技術(shù)是目前唯一可在水泥生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)深度減排的技術(shù)解決方案，在鋼鐵及化工行業(yè)的應(yīng)用前景也較為廣闊。
但是，與其他碳減排技術(shù)相比，當(dāng)前碳捕集封存和利用技術(shù)還處于小范圍的商業(yè)化示范階段。而且目前影響碳捕集封存和利用技術(shù)應(yīng)用的最大因素是成本，不同行業(yè)二氧化碳捕集成本差別較大。由于現(xiàn)階段CCUS技術(shù)還不夠成熟、成本較高，且CCUS本身也會(huì)消耗能源，因此中長(zhǎng)期來(lái)看，碳捕集封存和利用技術(shù)可以作為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的必要技術(shù)儲(chǔ)備，為重點(diǎn)高耗能企業(yè)提供減碳手段。
新能源，新未來(lái)
2021年3月15日，在中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議上提出要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。這意味著在全球能源行業(yè)在應(yīng)對(duì)氣候變化和中國(guó)碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)下，能源系統(tǒng)將發(fā)生廣泛和深刻的變革。
可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)我國(guó)能源體系中可再生能源占比將不斷提高，能源不斷向分布式利用發(fā)展，而在分散化的能源供需匹配中，數(shù)字化技術(shù)對(duì)跨系統(tǒng)協(xié)調(diào)以及碳排放、碳足跡的記錄和核定都將起到巨大的作用。
因此，在碳中和目標(biāo)下，傳統(tǒng)能源轉(zhuǎn)型、國(guó)際間多元合作、構(gòu)建新的能源安全觀(guān)、可再生能源技術(shù)提升、能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型等正在成為未來(lái)能源發(fā)展的核心議題。而在技術(shù)和政策創(chuàng)新引導(dǎo)能源變革的進(jìn)程中，合作與共享成為未來(lái)能源發(fā)展的必然趨勢(shì)。
為了探索碳中和目標(biāo)愿景下未來(lái)能源發(fā)展趨勢(shì)與路徑，以“碳中和與未來(lái)能源”為主題的第三屆未來(lái)能源大會(huì)將于2021年7月8日在北京召開(kāi)。
本屆大會(huì)將就碳中和目標(biāo)下能源轉(zhuǎn)型發(fā)展助推經(jīng)濟(jì)模式轉(zhuǎn)向、新一輪能源產(chǎn)業(yè)變革下技術(shù)與商業(yè)模式創(chuàng)新等核心話(huà)題，邀請(qǐng)政府相關(guān)部門(mén)、行業(yè)權(quán)威、國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)及能源企業(yè)代表，圍繞高質(zhì)量發(fā)展、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、跨界融合、合作共享等話(huà)題展開(kāi)深入專(zhuān)業(yè)討論。引導(dǎo)能源相關(guān)的各行各業(yè)建立跨行業(yè)發(fā)展的認(rèn)知，搭建資源共享、技術(shù)合作、戰(zhàn)略相通的合作平臺(tái)，以此促進(jìn)能源行業(yè)綠色、高效和可持續(xù)發(fā)展，共同謀劃能源發(fā)展的新未來(lái)。
(張學(xué)坤)
