中國提出碳排放達峰、碳中和“雙碳”目標以來，社會各界有關能源轉型路徑的關鍵判斷趨于一致。要早日實現“雙碳”目標，必須加強節(jié)能工作，降低能源消費總量；大幅增加風能和太陽能發(fā)電，加快建立高比例可再生能源體系；增加能源系統(tǒng)的儲備和調節(jié)能力，適應波動性能源增加的趨勢；加快終端電氣化比重，不斷增強電能替代；大力發(fā)展氫能，這是一些難以減排領域重要的深度減排途徑；加快碳捕集封存和利用技術創(chuàng)新及產業(yè)化，是建設碳中和社會的重要準備。
習近平總書記2020年提出了中國新的碳排放達峰目標和碳中和愿景，對能源發(fā)展提出了全新要求，對能源轉型邊界做了清晰劃定，更是對整個經濟社會發(fā)展模式和前進方向、動力都做了重新動員。業(yè)界總體上在綠色低碳發(fā)展方向上的行業(yè)共識日益凝聚；特別是對那些當前發(fā)展還面臨一定挑戰(zhàn)、存有爭議的行業(yè)，或對一些還處于發(fā)展起步期、規(guī)模尚小的產業(yè)，甚至對一些發(fā)展路徑尚不明確、多種路線齊頭并進的技術領域，相關方面的認知愈發(fā)趨于一致；全社會技術創(chuàng)新方面的投入也越來越集中。
1、加大節(jié)能是首要選擇
在所有一次能源中，節(jié)能已被公認為除煤炭、石油、天然氣、一次電力之外的“第五能源”。通過提高現有能源利用效率，或充分從利用過后的“廢棄能源”中回收能量，來滿足能源需求，是比開發(fā)一次能源資源更有價值的能源發(fā)展方式。特別是在居住和公共建筑、能源基礎設施、工藝過程等，鎖定效應強、投資高、影響范圍大的重點用能領域，提高能效標準，將會形成數十年持續(xù)性的節(jié)能效益?！笆晃濉币詠?，中國把節(jié)能工作放在重要位置，特別是近年來，通過實施控制能源消費總量和單位國內生產總值（GDP）能耗強度的“雙控”制度，有效抑制了能源消費快速增長。據統(tǒng)計，2006－2019年，中國單位GDP能耗下降了42.5%，環(huán)比累計節(jié)能22.2億噸標準煤當量，相當于減少了超過40億噸的二氧化碳排放量。
國際能源署（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。按照國際能源署的模型情景分析結果，若將全球大氣溫度上升控制在2℃以內，2050年前，節(jié)能和提高能效對全球二氧化碳減排的貢獻為37%，比可再生能源的貢獻還要高5個百分點。
國家公布的《能源生產和消費革命戰(zhàn)略（2016－2030）》提出，到2030年，能源消費總量控制在60億噸標準煤當量以內，即預計2030年前，最多還可增加約10億噸標準煤當量。在此背景下，若通過節(jié)能和提高能效減少1億噸標準煤當量需求，就能減少約8000萬噸標準煤當量的化石能源，相應減少約1.6億～2.5億噸二氧化碳排放量，化石能源消費及碳排放達峰的時間點就會提前。與許多發(fā)達國家相比，中國能源利用效率還相對偏低，加大節(jié)能和提高能源利用效率，將是中國實現碳排放達峰目標的首要選擇。當前，隨著能源領域數字化、智能化水平不斷提高，許多能源企業(yè)都在通過發(fā)展綜合能源服務等方式，加快挖掘能源系統(tǒng)節(jié)能潛力和市場價值，這一方面是許多企業(yè)通過數字化、智能化手段提高自身能源利用效率的自然選擇，另一方面也是全社會重視節(jié)能和提高系統(tǒng)效率的必然結果。
2、加快發(fā)展風能太陽能，持續(xù)提高非化石能源比重是主要方式
中國非化石能源在一次能源消費中的比重從2010年的8.6%提高到2020年的15.9%左右，每年平均提高0.73個百分點。其中，“十二五”期間非化石能源所占比重年均提高0.68個百分點，“十三五”期間年均提高0.78個百分點。業(yè)界普遍判斷，中國若到2060年實現碳中和目標，則非化石能源在2050－2055年所占比重需提高到70%～80%甚至更高，這意味著，未來30年中國非化石能源所占比重年均應提高2個百分點左右。按照前低后高的發(fā)展趨勢，未來10年，中國非化石能源比重年均提高幅度需大致保持在1～1.5個百分點。
水電、核電是中國重要的非化石能源，也是中國實現碳中和目標的重要選擇。但囿于資源潛力等多種因素，水電難以實現翻番式增長；核電增長潛力大，但發(fā)展也存在一定不確定性。未來需要以風電、光伏發(fā)電為主力來支撐規(guī)模巨大的非化石能源增長，這也是歐洲國家在實現碳中和方式上一致性的結論。
近年來，新能源發(fā)電成本下降明顯加速。從2021年開始，新增新能源發(fā)電將步入平價上網的全新階段。2020年中國風電、光伏發(fā)電新增發(fā)電裝機容量合計1.2億千瓦，相當于上兩年新增量之和，建設速度明顯加快。雖然這一成績背后與近兩年新能源發(fā)電價格調整窗口期有關，但這也表明，新能源裝備制造業(yè)已做好以更快速度發(fā)展的產業(yè)準備。
3、增加能源系統(tǒng)的“儲、調”能力是必由之路
風電、光伏發(fā)電等可再生能源具有波動性、隨機性等特點，若要建設高比例可再生能源體系，必須在能源系統(tǒng)的儲存、調節(jié)能力上形成與可再生能源建設速度一致的發(fā)展節(jié)奏。能源系統(tǒng)是否具備足夠的“儲、調”能力，是決定中國非化石能源何時能夠替代存量化石能源的關鍵性因素。為此，不僅要進一步增強煤電、氣電、抽水蓄能等傳統(tǒng)電力系統(tǒng)靈活性資源，還要加快物理儲能、化學儲能、先進儲熱（冷）、先進儲氫等新型儲能技術的發(fā)展。
當前，隨著風電、光伏發(fā)電技術日趨成熟，全球正逐步形成以電化學儲能為代表的新一輪新能源技術投資熱潮。與2006年前后風電、光伏發(fā)電的投資熱潮類似，這一輪對儲能技術的投入也具有全球范圍的資本廣泛參與、市場主體復雜多元、各類技術路線齊頭并進等特點。
中國在“十三五”期間持續(xù)發(fā)力，通過新能源發(fā)電及電動汽車市場的帶動，逐步建立了全球規(guī)模最大的儲能市場和電池制造能力，并形成了若干龍頭企業(yè)。隨著動力電池、儲能電池加速應用，儲能產業(yè)已開始與風光發(fā)電形成互動的發(fā)展格局。例如，儲能電池在電動汽車的帶動下成本快速下降，而儲能電池應用的擴大，也加快了動力電池的技術創(chuàng)新步伐；新能源技術成本下降，使得清潔電力制氫具備經濟性，清潔電力制氫也可以成為促進清潔能源發(fā)展的新動力。
隨著新能源對“儲”和“調”需求的不斷擴大，預計“十四五”將是中國新能源發(fā)電與新能源汽車兩大戰(zhàn)略性新興產業(yè)相互融合、相互促進的重大窗口期。業(yè)界樂觀估計，“十四五”期間中國電化學儲能市場的應用規(guī)模，將從“百吉瓦時”級步入“太瓦時”（1000吉瓦時）級，中國儲能產業(yè)發(fā)展也將邁上一個新的臺階。
4、加快終端電氣化應用是必然結果
風能、光伏、水能、核能等都是轉化為電力才能被加以利用，建設高比例清潔能源系統(tǒng)，電力在終端能源消費中的比重將持續(xù)提升。隨著中國電代煤、電代油等電能替代步伐加快，2019年中國電能替代規(guī)模已超過2000億千瓦時，“十三五”期間，全國電能替代規(guī)模約8000億千瓦時，在“十三五”全國新增用電需求中的比重超過40%，電能替代已成為推動中國用電量增加的重要推動力。最近幾年，電能占中國終端能源消費的比重以年均0.5～1個百分點的速度快速提升，當前已達到27%左右，甚至比一些歐美發(fā)達國家的水平還要高。
“雙碳”目標提出以來，當前研究的一致性觀點是，中國人均年用電量要從當前的5300千瓦時左右，在2050年前后達到1萬千瓦時甚至更高，超過當前除美國、加拿大以外的大部分發(fā)達國家，相較過去研究預期的8000千瓦時的結論大大提高。相應地，電能在終端能源消費中的比重，也將從過去預計的40%左右，進一步提高到50%甚至更高，這是建設高比例非化石能源系統(tǒng)的必然結果。
隨著終端電氣化比重不斷提高，終端用能部門也要對能源利用方式做大幅度調整。鋼鐵、建材等工業(yè)部門將實現大規(guī)模的電鍋爐、電窯爐應用，通過電氣化過程替代工業(yè)過程所需要的熱力，減少化石能源特別是煤炭消費。這是推動工業(yè)部門低碳化的重要途徑，也是終端消費部門相對容易的低碳化方式。
交通領域的電氣化是當前能源低碳化路徑的代表。2016年以來，隨著歐洲主流國家及主要汽車制造企業(yè)陸續(xù)設置退出燃油車時間表，發(fā)展電動汽車已成為交通領域一場革命性的共識行動。在此過程中，中國逐步建立了全球最大的電動汽車市場，在道路交通方面實現了一定規(guī)模的油品替代，并加快從輕型汽油車向重型柴油車、內河航運船舶等領域擴大。
建筑部門的低碳化路徑較為成熟，在繼續(xù)推廣超低能耗建筑的同時，還要加快可再生能源供熱及電熱泵、電蓄熱鍋爐等技術應用，其中電氣化是實現經濟、便捷、低碳化取暖的核心方式。
5、大力發(fā)展氫能是不可或缺的選擇
“十三五”期間，全球氫能產業(yè)化進程明顯加快，2015年底達成的《巴黎協(xié)定》是這一輪氫能快速發(fā)展的重要推動力。不容忽視的是，光伏發(fā)電、風能發(fā)電技術進步及成本快速下降，例如，阿聯(lián)酋等出現1.35美分/千瓦時（約合0.1元人民幣/千瓦時）的光伏發(fā)電招標價格，使得可再生能源制氫產業(yè)化成為可能，零碳技術制氫前景更加清晰，也是本次氫能發(fā)展在全球范圍內爆發(fā)的重要支撐因素之一。
自歐盟2019年提出2050年碳中和目標后，中國、日本、韓國等國也相繼提出碳中和目標，氫能不僅成為全球未來深度脫碳產業(yè)的代表，也成為未來國家間低碳技術產業(yè)競爭的焦點。
雖然當前氫能發(fā)展還存在著“灰氫”為主、“綠氫”較少，以及氫產業(yè)鏈不全、氫燃料車應用規(guī)模小、“綠氫”經濟性差等諸多問題，但各國下定決心將氫能作為未來戰(zhàn)略性產業(yè)培養(yǎng)背后的原因在于，即使在終端用能部門實現高比例電氣化的情景下，要實現碳中和目標，仍有30%～40%的終端能源需求無法通過電力滿足，除使用可再生能源供熱、制取液體和氣體燃料外，還需要通過氫能滿足來實現低碳化。
除了在難以減排領域的應用，氫還可被用以生產合成氨、甲醇等化工產品，替代傳統(tǒng)油氣消費；在長途重卡、航運等電池解決方案難度較大的交通領域，氫燃料車能夠發(fā)揮能量密度高、續(xù)航能力強的優(yōu)勢；在電力部門，氫還可以發(fā)揮調峰、分布式供能等多重作用。
6、做好碳捕集封存和利用技術產業(yè)積累是必需準備
當前，國家尚未明確2060年碳中和的范圍，從發(fā)達國家所提出的碳中和目標看，除二氧化碳外，還包括甲烷、氧化亞氮及其他3類含氟化合物。6種溫室氣體中，二氧化碳排放的貢獻占75%左右，二氧化碳之外幾類溫室氣體的減排難度和邊際減排成本都較高。清華大學等的研究成果表明，在深度減排情景下，到2050年，即使考慮農林業(yè)的碳匯，也難以抵消能源及工業(yè)領域數十億噸二氧化碳排放，再加上超過10億噸二氧化碳當量的非二氧化碳氣體難以減排，必須靠碳捕集封存和利用（CCUS）技術來為最終實現碳中和目標兜底。
與氫能應用類似，碳捕集封存和利用技術可在難以減排領域發(fā)揮重大作用。例如，碳捕集封存和利用技術是目前唯一可在水泥生產中實現深度減排的技術解決方案，在鋼鐵及化工行業(yè)的應用前景也較為廣闊。在化石燃料制氫過程中應用碳捕集封存和利用技術，也是許多化石能源豐富國家未來氫能社會建設的重要選項，國際能源署預計，遠期全球40%的低碳“氫能”來自這種方式。此外，對生物質發(fā)電廠進行碳捕集封存和利用技術改造，或從空氣中直接捕捉二氧化碳，也是減少碳排放的重要途徑?？偟膩砜?，在許多減排技術共同發(fā)展的過程中，碳捕集封存和利用技術將是主要國家都會考慮的實現碳中和的重要方式。
但是，與其他碳減排技術相比，當前碳捕集封存和利用技術還處于小范圍的商業(yè)化示范階段。國際能源署的報告顯示，全球約20個已商業(yè)化運行的應用碳捕集封存和利用技術的項目，近一半集中在美國，近10年來，澳大利亞、沙特阿拉伯和中國等應用碳捕集封存和利用技術的項目陸續(xù)投運，但全球碳捕集封存和利用技術項目每年僅減排4000萬噸二氧化碳，與全球每年300多億噸規(guī)模的二氧化碳排放量相比還很少。
影響碳捕集封存和利用技術應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。與碳排放權交易市場價格對比，當前歐盟碳市場價格約為30歐元/噸，中國碳市場價格為30元/噸，在高濃度的天然氣加工等工業(yè)過程中，二氧化碳捕集成本約為15～25美元/噸，在低濃度的電力部門，二氧化碳捕集成本高達40～80美元/噸，不同行業(yè)的碳捕集封存和利用技術商業(yè)化進程會呈現明顯差別。近年來，全球碳捕集封存和利用技術應用步伐明顯加快。歐洲國家、美國、澳大利亞及中國計劃新增約30多個新的應用碳捕集封存和利用技術的項目，包括發(fā)電、水泥、制氫等行業(yè)，有望使全球碳捕集能力翻番。未來，加快碳捕集封存和利用技術創(chuàng)新及產業(yè)化，將是建設碳中和社會的重要準備。
原文信息
題目：“雙碳”目標下中國能源轉型路徑思考
作者：高虎
作者單位： 中國宏觀經濟研究院能源研究所
刊登期號：《國際石油經濟》2021年第3期
