我国碳达峰碳中和图景与典型国家能源转型过程的对比分析与经验启示.pdf
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1、2023 年 8 月Aug.,2023doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2023.04.001我国碳达峰碳中和图景与典型国家能源转型过程的对比分析与经验启示(1.中国石油国家卓越工程师学院,北京 100096;2.中国石油勘探开发研究院,北京 100083)摘要 我国碳达峰碳中和的目标已定,但在保证能源安全的基础上以何种路径和方式实现,业内仍有争议。在碳达峰碳中和目标要求下,不同机构对我国能源消费结构的中长期预测普遍强调化石能源的尽早达峰和快速退出。美国与德国碳达峰的过程以及向碳中和的发展重视化石能源的主体地位,通过用好国家机器,做好能源政策引导,将能源安全放在首位,用
2、好碳排放平台期以及化石能源消费平台期,发挥天然气的清洁低碳优势。从我国国情出发,建议未来 1520 年重点做好化石能源的定位与战略规划,突出化石能源的保障作用,加大煤炭清洁高效利用,发挥天然气低碳优势,做强油气内生发展,力争早日实现碳达峰碳中和目标。关键词 碳达峰碳中和;能源安全;化石能源;天然气;发展战略中图分类号F124.5文献标识码A文章编号1672蛳 9943(2023)04蛳 0001蛳 060引言碳达峰碳中和战略(以下简称“双碳”战略)是关乎中华民族永续发展的重大国家战略。实施 2 年多来,随着一系列指导性文件的出台以及各行业、省市具体实施方案的相继发布,我国已向“2030 年前力
3、争实现碳达峰、2060 年之前努力争取碳中和”的庄严承诺迈出坚实一步。“双碳”战略目标已定,但以何种路径实现能源结构的优化调整,确保稳步实现碳减排目标的同时能源供应不出现大的波动,业界仍有不同观点咱员原圆暂。本文在对比现有我国能源中长期预测结果基础上,通过国外典型发达国家能源转型过程的分析,思考全球地缘政治局势动荡和能源价格持续上涨的背景下,我国能源低碳转型发展值得注意的几个问题,以期对相关能源政策的制定提供决策依据。1我国能源转型中长期预测对比分析1.1“双碳”战略提出前的预测“双碳”战略提出之前,不同机构对我国能源消费侧的中长期预测主要依赖历史数据和能源政策的预判,导致对能源消费总量增速、
4、峰值消费量、达峰时间、化石能源消费占比等关键参数的判断存在显著差异。彼时智库机构对我国的中长期预测一般截止到 2040 年。为了便于对比,本文采用趋势外推法将各机构预测结果外拓至 2060 年,选取英国石油公司、国际能源署、石油输出国组织、埃克森美孚公司、俄罗斯科学院等 5 家石油公司(智库机构)在双碳战略提出前对我国能源消费的中长期预测进行了对比,对比情况如图 1 所示。图 1“双碳”战略发布之前不同机构对我国能源消费的中长期预测由图 1 分析可知,5 家机构对 2030 年之前的短期预测基本一致,基于对我国宏观经济数据以及能源消费强度的短期预见,认为 2030 年我国能源消费总量将达到 5
5、154 亿 t 标准煤的规模,化石能源消费占比保持在 75%或以上的水平,其中煤炭消费占比超过 40%。相较 2020 年,到 2030 年我国能源消费总量约有 5 亿 t 标准煤的增量。5 家机构对 2035年之后的长期预测出现分化,但总体认为我国能源消费总量将保持增长态势,化石能源消费占比缓慢下降。在保守的能源政策情景下(俄罗斯科学院),到 2060 年我国能源消费总量将超过 75 亿 t 标准煤,化石能源消费占比 79%,其中煤炭消费占比48%。基金项目:中国工程院重点咨询项目(2022-XZ-35)专论与综述年份2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 20
6、55 2060807570656055504540埃克森美孚石油输出国组织俄罗斯科学院(基础情景)BP(替代情景)IEA(新政情景)能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.412023 年 8 月Aug.,2023王坤,等我国碳达峰碳中和图景与典型国家能源转型过程的对比分析与经验启示英国石油公司的预测认为到 2060 年我国能源消费总量不超过 70 亿 t 标准煤,化石能源占比或减少至 55%左右,其中煤炭消费占比低于 21%。埃克斯美孚公司认为未来我国能源消费强度或显著降低,能源消费总量在
7、 55 亿 t 标准煤以下。不同机构对我国能源消费结构的长期预测出现差异的主要原因,是当时我国尚未发布导向性明确的能源、气候政策,不同预测模型中,对我国 GDP、人口结构、产业规模等边界条件及具体参数的设置存在差异。1.2“双碳”战略发布后的预测“双碳”战略自 2020 年实施以来,在明确的碳减排目标下,国内外不同机构对我国能源消费结构的预测进行了重大调整。从收集的预测方案看,“双碳”战略约束下我国能源消费总量在 2030 年达峰(5260 亿 t 标准煤),至 2060 年会缓慢下降至 4555 亿 t 标准煤的水平。但不同机构对我国能源结构的演进过程、去化石能源方式与速度的认识存在较大差异
8、。本文选择清华大学气候变化与可持续发展研究院“2050 年 1.5 度”目标导向下的低碳转型路径(以下简称“1.5 度方案”)咱猿暂和中国工程院重大咨询项目“稳健型情景”下的能源结构调整路径(以下简称“稳健方案”)咱源暂着重进行分析,分析结果如图 2所示。1.5 度方案显示,煤炭与石油消费在 2025 年达峰,天然气消费在 2030 年达峰;2030 年前能源消费增量的非化石能源贡献率达到 91%;2030 年之后化石能源消费总量和占比快速下跌;20302040 年煤炭与石油消费减量全部由非化石能源补位;到 2050 年非化石能源占比超过 85%。稳健方案显示,煤炭消费 2025 年达峰,石油
9、和天然气分别在2030 年和 2040 年达峰;2030 年前能源消费增量的非化石能源贡献率为 68%;20252030 年化石能源消费总量有 5 年左右的平台期,之后快速下跌;2040 年前煤炭与石油消费减量的 84%由非化石能源补位,到 2060 年非化石能源占比超过 65%。(a)1.5 度方案(b)稳健方案图 2基于“双碳”战略的我国能源消费中长期预测2 个方案都强调 2030 年之前能源消费的增量主要由可再生能源实现,2030 年之后可再生能源对化石能源进行快速替代。但依靠化石能源的快速退出和可再生能源的规模补位实现碳减排的路径的规划是否会对能源系统的稳定产生影响,相关机构并未做可行
10、性分析,业内也存在较多争议。本文尝试在分析近年欧洲所面临的能源问题和内在原因基础上,分析我国“双碳”战略实施路径方案设计需要关注的重点问题。欧洲是 联合国气候变化框架公约 的积极倡导者并走在低碳化发展前列咱5暂。欧盟制定了雄心勃勃的气候行动,宣布 2030 年温室气体减排达到50%55%,瑞典等国以立法的形式确立了“到 2045年实现碳中和”的战略目标。政策驱动欧洲大幅提高发电结构中可再生能源的比例,煤电和核电被逐渐关停,2021 年上半年可再生能源提供了欧盟66%的发电量。但 2021 年受极端寒冷天气和天然气市场供应紧张的影响,可再生能源供应波动性和脆弱性的缺点被放大,导致欧洲大部分地区出
11、现的电力供应紧张和电力价格上涨。因此,能源转型过程中忽视能源供应安全的“先破后立”是欧洲能源问题的根源。当前全球地缘政治局势日趋复杂,能源价格高位震荡,能源治理秩序正发生重大调整。在此背景下,相关国家对能源安全的关注已远超气候安全,能源政策开始妥协和转圜。现阶段我国经济社会发展依然十分依赖化石能源,在全球能源领域一系列“黑天鹅”事件频发的时期,充分发挥煤炭作为主体能源的兜底保障作用,持续加大油气勘探开发力度,确保能源消费结构的优化调整和化石能源的有序退出,对保证国家能源安全和经济社会持续健康发展有重要的现实意义。年份2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040
12、 2045 2050706050403020100煤炭石油天然气非化石能源年份2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055 2060706050403020100非化石能源天然气石油煤炭22023 年 8 月Aug.,20232典型国家能源转型路径分析2.1美国:产业变革驱动能源结构调整美国是仅次于中国的世界第二大化石能源消费国,石油与天然气是主要的能源消费品种。总体上看,美国 2000 年前后实现碳达峰,在此之前的10 年里,能源消费增量主要由化石能源实现,煤炭、石油、天然气占比分别为 21%、30%和32%。碳达峰之后,200
13、02007 年以及 20072016 年,先后出现碳排放量和化石能源消费量 2 个平台期。在碳排放平台期内,化石能源的消费占比稳定在 85%左右,总量小幅增长,能源消费增量主要依靠核能和可再生能源的增长。2005 年以来,水平钻井技术、水力压裂技术的突破使美国实现页岩气革命,带来天然气产量大幅增长(产量的一半来自页岩气),并通过积极发展气代煤、气代油,推动能源结构向清洁低碳方向迈进。在化石能源消费平台期,煤炭消费总量快速下降,消费占比从 24%快速下降至 10%,并由天然气补位,超过 75%的煤炭减量由天然气实现替代。期间天然气消费占比从 23%增长至 32%,其中,天然气在发电领域消费量增速
14、最快,领域消费量增长 66%。19712020 年美国能源消费结构与碳排放趋势如图 3 所示。图 319712020 年美国能源消费结构与碳排放趋势发电领域一直是美国最主要的碳排放来源。2000 年之前,电力生产主要依赖煤炭,占到总发电量的一半以上。2000 年之后,环保政策的逐步完善推动发电领域天然气消费快速增长,至 2020 年约43%的天然气消费来自发电领域。燃气发电量占比由 2005 年的 18%增长至 2020 年的 39%,而同期燃煤发电量占比则由 50%下降至 20%,加之可再生能源的快速发展(同期发电量占比由 9%上升至21%),使发电领域碳减排成效最为明显。20072018
15、年,电力领域的二氧化碳排放量减少 6.77 亿 t,占同期美国二氧化碳减排量的 87%。19712020年美国不同领域天然气消费量趋势如图 4 所示。图 419712020 年美国不同领域天然气消费量趋势2.2德国:能源政策驱动能源结构调整作为世界上第五大能源消费国和欧盟最大的经济体,德国早在上世纪 70 年代末就已实现碳达峰。在此之前的近 10 年里(19711979 年),近 63%的能源消费增量由天然气实现。之后 19801990 年进入核能替代煤炭、石油阶段,19902000 年化石能源消费量进入 10 年平台期,期间煤炭消费减量主要由石油(52%)和天然气(48%)补位。在此过程中,
16、石油危机、反核运动以及可再生能源技术进步等共同推动了德国能源转型战略的形成。2011 年以来,德国先后发布国家能效行动计划 和2050 年气候行动计划,并多次修订了 可再生能源法案。“退煤”是近年来德国能源转型的重点,2020 年德国议会通过 退煤法案,确定到 2038 年退出煤炭市场。与此同时,德国政府明确将“大力发展可再生能源”作为能源转型的方向,提出 2050 年终端能源消费中 60%、总发电量中 80%来自可再生能源,并希望最终实现 100%可再生能源消费。19712020 年德国能源消费结构与碳排放趋势如图 5 所示。图 519712020 年德国能源消费结构与碳排放趋势197119
17、91 年德国碳排放主要来自于发电和建筑领域,占比超过 50%。由于对排放量大但未纳年份煤炭天然气可再生能源石油核能碳排放量35302520151050706050403020100年份9 0008 0007 0006 0005 0004 0003 0002 0001 0000发电领域商业领域工业领域其他领域居民领域年份654321014121086420石油可再生能源煤炭核能天然气碳排放量能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.432023 年 8 月Aug.,2023入欧盟碳排放交易体系的
18、建筑供暖开始征收碳排放费用,1991 年之后建筑业碳排放开始逐年下降。2000 年之前,德国电力主要来自于燃煤发电和核电,2000 年燃煤发电量 304.2 TW h,占到总发电量的 52.8%,其次为核电(发电占比 29.4%)。2000 年以来,德国风能发电占比从 2000 年的 1.6%增加到2020 年的 22.5%,到 2020 年可再生能源发电量占比 40.64%,同期燃气发电所占比重从 9.1%增长到17.1%;而燃煤和核能发电占比逐步下降,从 2000年的 52.8%和 29.4%分别下降到 2020 年的 25.5%和 11.1%。19712018 年德国碳排放量下降 36.
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