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中国经济社会发展已经进入一个新阶段,正从高速增长走向高质量发展,即从外延扩张型的平面发展走向更注重质量的立体深度发展[1]。高质量发展成为中国当前和今后一个时期内发展的主题。能源是经济和社会发展的基础,能源高质量发展是国家高质量发展的必然要求。从党和国家提出的一系列理念、规划和目标看,构建“清洁、低碳、安全、高效”的能源体系就是能源高质量发展的本质要求,这与国家高质量发展目标高度契合。
2015年,在气候变化巴黎大会开幕式上,习近平主席宣布了中国的“国家自主贡献”:中国将于2030年左右使CO2排放达到峰值并争取尽早实现达峰,2030年单位国内生产总值CO2排放量比2005年下降60%~65%,非化石能源占一次能源消费比例达到20%左右,森林蓄积量比2005年增加45亿立方米左右[2]。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的讲话中郑重宣布: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,CO2排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和[3]。2020年12月,习近平主席在气候雄心峰会上发表重要讲话,进一步宣布中国国家自主贡献一系列新举措:到2030年,中国单位国内生产总值CO2排放将比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上[4]。可以看出,这对中国积极应对气候变化和能源高质量发展提出了新的、更高的、定量的要求。
近年来,中国能源发展取得显著成就。能源供应保障能力不断增强,能源节约和消费结构优化成效显著,能源科技水平快速提升,能源与生态环境友好性明显改善,能源治理机制持续完善。截至2019年底,中国可再生能源发电总装机容量7.9亿千瓦,约占全球可再生能源发电总装机容量的30%。其中风电和光伏发电分别为2.1亿千瓦和2.04亿千瓦。2019年碳排放强度比2005年下降48.1%,超过了2020年碳排放强度比2005年下降40%~45%的目标。2018年,中国森林蓄积量为151亿立方米,比2005年的137亿立方米增加14亿立方米[5]。可以看出,这些指标距离中国提出的2030年的目标还相距甚远。而2030年的目标实现与否直接关系到2060年是否能实现碳中和的目标。为此,为实现中国的承诺,迫切需要探索碳中和背景下中国能源高质量发展的路径。
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碳中和是指将全球温升稳定在一个给定的水平,意味着全球“净”温室气体排放需要大致下降到零,即在进入大气的温室气体排放和吸收的汇之间达到平衡[11]。大气中的温室气体包括CO2、甲烷和氮氧化物等多种,但主要是来自化石能源燃烧释放的CO2。为此,本文中的碳中和主要针对CO2。
碳中和的定义意味着三个等式
$$ {\text{碳排放量}}\approx {\text{碳汇量}} $$ (1) $$ {\text{碳排放量}}\approx {\text{能源消费量}}\times {\text{化石能源占比}}\times {\text{单位化石能源碳排放量}} $$ (2) $$ {\text{碳汇量}}\approx {\text{森林碳汇量}}+{\rm{CCS}}({\text{含}}\mathrm{C}\mathrm{C}\mathrm{U}\mathrm{S}){\text{处理的}}{\rm{CO}}_2{\text{量}} $$ (3) 式(1)表示,要实现碳中和,则碳排放量约等于碳汇量。根据式(3)分析,当实现碳中和目标时,碳汇量不大。综合可知,当实现碳中和目标时,碳排放空间有限。
式(2)表示影响碳排放量的具体因素。可以看出,碳排放量与能源消费量、化石能源占比、单位化石能源碳排放量成正比,即碳排放量值小,意味着要努力降低能源消费总量、降低化石能源占比、降低单位化石能源碳排放量。
式(3)意味着碳汇量主要来自于森林吸纳的CO2量(即碳汇)和利用CCS(含CCUS)捕捉、存储或利用的CO2量。森林碳汇是碳汇的主要手段,但根据中国对外承诺的森林蓄积量来看,未来森林碳汇总量很大,平均年碳汇量却不大[12]。同时,由于成本高、政策不明朗、新能源发电成本降低迅速等挑战导致CCS(CCUS)技术①和产业发展缓慢[13],尽管未来可期,但不确定性很大。所以,未来的碳汇能力还很有限,量值不大。
综合以上分析可知,要实现碳中和目标,意味着要努力降低能源消费总量、化石能源占比和单位化石能源碳排放量,同时增加森林碳汇和发展CCS(含CCUS),最后实现碳排放量和碳汇量平衡。中国是发展中国家,经济发展和能源消费还未脱钩,尽管能源弹性系数不断下降,但能源消费总量还会不断上升[14]。尽管不能使能源消费总量下降,但是可以通过节能提效等方式努力抑制能源消费总量过快上升;降低化石能源占比意味着要调整能源结构,推动能源替代,即高比例发展非化石能源(特别是可再生能源);降低单位化石能源碳排放量意味着要优先降低单位碳排量大的化石能源占比,即优先降低煤炭和石油的占比;由于中国已经对外承诺了森林蓄积量,意味着森林碳汇的能力确定;发展CCU(含CCUS)意味着要进一步突破有关技术、降低成本。
为此,对于中国来讲,要实现碳中和目标,显性的途径是节能提效、优化能源结构、技术创新;而隐性的途径是思想观念创新,因为传统的思维惯性使得某些认识不准确甚至错误,需要解放思想、实事求是地加以对待并改革创新。
碳中和目标的实现依赖于四大途径:
途径一:思想观念创新。一是重新认识能源安全观。供需安全是能源安全观的基本内容。在供给侧,要从粗放供给转变为高质量的科学供给;在需求侧,要从不合理过快增长需求转变为抑制不合理需求,即以科学供给满足合理需求。此外,环境安全是能源安全观的客观要求,气候安全是能源安全观的重要约束。二是高碳不是通向现代化的必由之路。发达国家经过多年的发展,经济社会取得了巨大成就,但经济社会发展的支柱——能源以及能源使用过程中产生的CO2排放量却因国家不同而存在很大差异。在同等发展水平下,以美国和加拿大为代表的发达国家人均能耗和人均CO2排放量是欧洲和日本的两倍[7]。鉴于实际国情和后发优势,中国理应走出一条更为低碳的现代化道路。三是重新认识资源禀赋。长期以来,传统上认为中国能源禀赋的基本情况是“富煤、缺油、少气”,而忽略了丰富的可再生能源资源。目前,中国风能和太阳能的已开发量远低于技术可开发资源量的十分之一,再加上可观的海洋能、生物质能、地热、水能、太阳能热利用等资源,中国的可再生能源资源基础十分丰厚[15],未来将成为主导能源。
途径二:节能提效优先。节能提效是中国能源战略之首[9]。近年来,中国将能源强度和碳排放强度等目标列入考核指标,能源弹性系数不断下降,节能提效取得明显成效。2012年以来,单位国内生产总值能耗累计降低24.4%,相当于减少能源消费12.7亿吨标准煤。2012—2019年,以能源消费年均2.8%的增长支撑了国民经济年均7%的增长[5]。但要注意到,2019年中国能源强度是世界平均水平的1.3倍,更是远高于美国、欧洲和日本等发达国家。反观之,这也表明中国节能提效的潜力巨大。以碳基能源转化利用为例,目前世界上已并网发电的最先进的供电煤耗为266.5克标煤/千瓦时(发电煤耗为256.8克/千瓦时),即将预期实现251克标煤/千瓦时。中国煤电装机容量为10.1亿千瓦,即使全国发电煤耗达到289克标准煤/千瓦时,可节煤4.17亿吨;钢铁、建材、化工单位产品煤耗若都达到国际先进水平,可节煤4.2亿吨;燃煤工业锅炉若采用高效、低排放的煤粉炉,热效率由65%提至90%,可节煤1.4亿吨;居民和服务业燃煤炉灶采用热效率70%的新型炉灶,可节煤2.1亿吨[16]。总之,节能提效是减少碳排放的重要举措,能源的结构、管理、技术和文化等各方面都有潜力可挖。现代化的美丽中国必须是一个节能的、高能效的国家。
途径三:加快能源结构转型升级。一是优化能源结构。调整能源结构既是碳达峰和碳中和的主要内容,更是能否实现目标的关键。要将当前以煤炭等化石能源为主的能源结构调整为以非化石能源为主的能源结构需要分阶段逐步实现。2025年前,能源增量主要由非化石能源提供,化石能源要尽可能适应能源转型。要实现煤炭清洁高效利用并“达峰”甚至“过峰”;稳油增气,提高天然气消费比例;大力发展非化石能源,推进低碳转型。2030年前,非化石能源增长与再电气化的发展,开始部分替代煤和油的存量。进一步提高煤炭清洁高效利用,并推动煤电与新能源协调互补;石油消费“达峰”甚至“过峰”;天然气消费比例适当提高,化石能源消费总量“达峰”;非化石能源比例进一步提高,智能化和柔性化水平明显提高并逐步推广,逐步建立起新能源电力体系和能源体系。二是优化能源地域空间,提高中东部能源自给比例。长期以来,西北部地区是中国的能源生产基地,而中东部地区是能源的负荷中心,形成了西电东送和北煤南运格局。经研究,利用“远方来”与“身边来”相结合的战略新思路,即充分发展本地可再生能源,辅以西电东送和北煤南运可以很好地解决中东部能源问题[15]。中东部地区能源高比例自给,既可以减轻西电东送和北煤南运的压力,还有利于西部就地提高能源负荷和消纳,推动西部大开发战略。中东部地区要率先于2030年前实现碳达峰。
途径四:加快技术创新融合。除了加快发展化石能源清洁开发利用技术外,还要特别推动以下几类技术的发展。一是将能源技术与信息技术深度融合。以互联网、大数据、人工智能和区块链等为代表的新一代信息技术飞速发展,与传统能源和新能源技术深度融合,催生出能源互联网、智能电网、新能源智能汽车和能源综合服务系统等新业态,推动能源系统向更加清洁、低碳、安全、高效发展。二是集中式与分布式结合推进城乡一体化革命。分布式低碳能源网络能培育一批能源的“产消者” 和“VPP(虚拟电厂)”,其可自发自用、寓电于民,也可与集中式电网互动,共同推进城乡能源一体化。三是大力发展CCS和CCUS。CCS(含CCUS)是一种具有较大碳减排潜力的技术,尽管存在成本高、能耗大、技术成熟度不高等挑战,但仍然被认为是控制温室气体排放的重要技术之一[17]。作为碳移除的重要手段,CCS(含CCUS)的前景还是很光明。四是加快突破储能瓶颈技术。储能是未来电力系统必要的组成部分,可实现能量的时移应用,平抑风、光等可再生能源的间歇性。目前,物理储能、化学储能、制氢储能等技术发展很快,部分储能成本已经突破经济性拐点,未来成本预期急剧下降,成为全球抢占技术的制高点,中国也应加紧进行技术布局。
对于全球来讲,只有中国实现碳中和目标不可能解决全球气候变化问题,所以必须加强国际合作。习近平主席在气候雄心峰会上发表的重要讲话,宣布了中国国家自主贡献系列新举措,展现了中国积极应对气候变化的雄心和责任担当,这将提振各国疫情后坚持绿色复苏、低碳转型的信心和行动。中国应借此契机,努力推动各尽所能的全球气候治理新体系建设,打造人类命运共同体,开创合作共赢的气候治理和国际合作新局面。此外,“一带一路”作为中国为推动经济全球化深入发展而提出的国际区域经济合作新模式,自提出以来已取得重要进展和明显成效,给国际社会带来了实实在在的发展红利。同时,“一带一路”建设为加快清洁能源产业“走出去”注入内部动力,不仅有利于沿线国家绿色能源发展的需求,也创造了资源互补、产能优化和绿色融资平台[18]。未来可以此为契机推进“一带一路”绿色低碳走廊建设和绿色低碳命运共同体建设,为应对全球气候变化做出新的更大贡献。
Research on the High-quality Development Path of China’s Energy Industry under the Target of Carbon Neutralization
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摘要:高质量发展是中国当前和今后一个时期内发展的主题,能源高质量发展是国家高质量发展的必然要求。为应对全球气候变化、彰显大国担当和责任,中国向世界庄严宣布了碳中和的雄心目标,为实现这一目标,对中国能源高质量发展提出了新的、更高的要求,迫切需要探索碳中和背景下中国能源高质量发展的路径。从中国实际国情和碳减排目标出发,通过与其他国家相比较,得出中国在碳中和目标背景下能源高质量发展面临着能源需求总量和CO 2排放量将继续增加、能源结构转型更加困难等挑战;但面临挑战的同时,也会倒逼能源高质量发展,抢占技术制高点,树立良好的国际形象。从碳中和的定义和目标出发,发现实现碳中和目标意味着要降低能源消费总量、化石能源占比和单位化石能源碳排放量,增加森林碳汇和发展CCS(含CCUS)。在此基础上,提出碳中和背景下中国能源高质量发展三大显性途径,即节能提效、优化能源结构和技术创新;以及一大隐性途径,即思想观念创新。对于全球来讲,应对气候变化是全球共同面临的挑战,需要各国共同努力去应对,必须加强国际间的合作。同时,针对性地提出,应加强顶层设计,出台面向2030年和2060年两大节点的《中国应对气候变化中长期国家行动方案》;围绕技术链和产业链,识别出关键核心技术纳入国家科技计划,并加强示范工程建设与推广应用;针对同种类别废物治理的弊端已经越来越明显,未来碳减排与“三废”协同治理将是大势所趋,建议深入探索协同治理机制。Abstract:To achieve high-quality development has become a committed goal of China’s socioeconomic development in the medium- and long-term future. Meanwhile, the high-quality development of energy is one of the fundamental requirements of holstering the country’s high-quality development. In order to address the issues of global climate change and demonstrate China’s responsibility as a great power, China has pledged the ambitious goal of carbon neutralization, which puts forward new and higher requirements for promoting the high-quality development of China's energy industry. Therefore, there raises an urgent task to explore the high-quality development path of China’s energy industry in order to achieve the plausible policy goal of carbon neutralization. Taking full considerations of China’s socioeconomic and environmental conditions and carbon emission reduction targets, this study conducts a comparative study between China and different countries and find that China’s total energy demand and carbon dioxide emissions are projected to maintain a remarkable increase trajectory. The estimation results show that to fulfill carbon neutralization goal is a challenging policy goal, and the transformation of energy structure become a demanding task. Therefore, against the backdrop of achieving carbon neutralization, Chinese government has to promote the high-quality development of energy, accelerate technology progress, and establish a good international image. This paper identified five contributing factors to achieve the goal of carbon neutralization, namely, reducing total energy consumption, the proportion of fossil-based energy and carbon emissions per unit of fossil energy, increasing forest carbon sequestration and developing CCS (including CCUS). Based on the research outcomes, this paper provides three concrete policy recommendations, namely, energy saving and efficiency improvement, energy structure optimization and technological innovation, and ideological innovation of the public. Along with rapid globalization, to address climate change become a common challenge for the global society. Finally, this paper proposes to strengthen the top-level design and issue China's national action plan to ensure the two climate policy goals of 2030 and 2060; it is imperatively important to identify the core technologies in the technology and industry chains and strengthen the deployment, commercialization and application of demonstration projects; collaborative treatment of different pollutants is another important task which needs well-considered policy design and governance mechanisms innovation.注释:1) CCS(Carbon Capture and Storage,碳捕获与封存)技术是从空气中捕集CO 2并以防止其重新进入大气的方式进行封存的过程。CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage,碳捕获、利用与封存)技术是CCS技术新的发展趋势,是指将对CO 2大型排放源所排放的CO 2进行捕集、压缩后输送并封存,或进行工业应用(如食品加工、离岸驱油及生产化学产品等)的一种技术。这种技术可有效缓解温室效应,被认为是未来大规模减少温室气体排放、减缓全球变暖可行的方法。
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