聚焦|2060碳中和目標對電力行業(yè)的機遇與挑戰(zhàn)

       碳中和目標下，煤電裝機快速增長時代正式宣告結束，而可再生能源將迎來“倍速”發(fā)展階段。即便如此，2060年達到碳中和，依然壓力巨大。
（來源：微信公眾號“能源雜志”ID：energymagazine 作者：郭偉唐人虎 供職于中創(chuàng)碳投科技有限公司）
       2020年9月22日，國家主席習近平在第75屆聯合國大會上宣布，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。
中國成為全球主要排放國里首個設定碳中和目標期限的發(fā)展中國家，這也是中國在《巴黎協(xié)定》承諾的基礎上，在碳排放達峰時間和長期碳中和問題上設立的更高目標。中國2060碳中和目標的宣布，必將對電力行業(yè)未來40年的發(fā)展帶來深刻而巨大的影響。
帶來的機遇
       首先，電力行業(yè)清潔低碳發(fā)展目標更加明確清晰。十九大報告提出“推進能源生產和消費革命，構建清潔低碳、安全高效的能源體系”，這為我國能源清潔低碳轉型發(fā)展提出了新的方向。對于電力行業(yè)來說，就要加快推進我國能源結構從以煤炭發(fā)電為主向以清潔低碳能源為主的跨越式發(fā)展。
       經過十多年的努力，中國電力行業(yè)的低碳發(fā)展已經取得了很大的進步，單位供電碳排放（克二氧化碳/千瓦時，下同）從2005年的900克左右下降到目前的600克左右（下降約30%）。
國務院發(fā)布的《“十三五”控制溫室氣體排放工作方案》中，也提到大型發(fā)電集團單位供電二氧化碳排放控制在550克二氧化碳/千瓦時以內，目前看來完成的難度不小。如果橫向比較，目前中國電力行業(yè)單位供電碳排放比全球的平均水平450克左右仍然高出了30%左右。
       目前，全球主要國家的供電碳排放從低到高大致分成幾個類型：1、近零排放國家（100克以下）：挪威、瑞典、瑞士、法國等；2、超低排放國家（100克到200克之間）：新西蘭、加拿大、奧地利、芬蘭、丹麥、比利時等；3、低排放國家（200克到300克之間）：英國、匈牙利、西班牙、葡萄牙、意大利等；4、中排放國家（300克到500克之間）：德國、荷蘭、智利、美國、捷克、土耳其、墨西哥、以色列、日本等；5、高排放國家（500克以上）：韓國、希臘、愛沙尼亞、中國、印度、波蘭、澳大利亞、南非等。
       從上述分布中可以得出幾個結論：1、中低排放及以下的國家，基本上以發(fā)達國家為主（巴西、墨西哥、智利等除外）；2、高排放國家中，以發(fā)展中國家為主，但也不乏韓國、澳大利亞這樣的發(fā)達國家；3、已經承諾碳中和目標的國家，以中低排放國家為主，但也包含部分包括中國在內的發(fā)展中國家，比如已經完成碳中和目標立法的瑞典（2045）、英國（2050）、法國（2050）、丹麥（2050）、新西蘭（2050）、匈牙利（2050），立法進程中的有西班牙（2050）、智利（2050）以及歐盟整體（2050），通過政策宣示承諾還未進入立法進程的有芬蘭（2035）、冰島（2040）、奧地利（2040）、挪威（2050）、德國（2050）、葡萄牙（2050）、瑞士（2050）、愛爾蘭（2050）、韓國（2050）、南非（2050）、中國（2060）以及日本（本世紀下半葉盡早實現）等。        全球主要國家2017年單位供電碳排放(來源:《能源革命：全球視角》)
       從上述不同國家按照單位供電碳排放數值高低的分布及對其承諾碳中和目標時間的對比不難看出，大部分發(fā)達國家從目前的中低排放到碳中和，都仍需要二三十年的時間。
       碳中和國家并不是意味著一噸碳都不可以排放，只是意味著碳排放和碳匯吸收之間盡量能達到平衡，而電力的低碳化是最基本的先決條件，預計大部分發(fā)達國家的電力行業(yè)在2050年國家實現碳中和目標的情境下，電力行業(yè)都要基本實現脫碳化（零排放）或者近零排放，比如歐盟2050綠色新政實現碳中和的情景下，預計電力行業(yè)80%以上的裝機都將是可再生能源裝機，部分國家甚至是100%。
       中國如果在2060年實現碳中和目標，電力行業(yè)單位供電碳排放要從目前的600克左右，至少以每10年平均100克左右（即每年10克左右）的速度往下降，才能確保2060年左右達到目前近零排放國家的水平（如瑞典、法國等）。
       2060年全社會用電量按照比目前增長翻三番保守估計（20萬億度電左右），電力行業(yè)的碳排放量將達到10億噸左右。即便不考慮化工、水泥、鋼鐵、建筑、交通等行業(yè)，其他化石能源石油、天然氣等不可避免使用部分產生的碳排放，以及非二氧化碳溫室氣體排放，僅僅電力行業(yè)產生的10億噸左右的碳排放量就需要大量的植樹造林、森林蓄積增加的碳匯才能中和掉，如果電力行業(yè)低碳化水平屆時連近零排放也達不到，中國想實現2060年碳中和目標就更加難上加難了。         因此，在2060碳中和目標下，電力行業(yè)低碳發(fā)展的目標也更加明晰，就是盡可能地降低單位供電碳排放，能做到零當然更好（難度不小），如果做不到，退而求此次，至少也得達到部分發(fā)達國家目前已經做到的單位供電近零碳排放的水平。
       其次，可再生能源發(fā)電將進入規(guī)�；�“倍速”發(fā)展階段。過去10年（2009-2019），風電、光伏和水電為主的可再生能源裝機增長迅速，每年增長5000萬千瓦左右，裝機總量從逾2億千瓦到近8億千瓦，增加了近4倍，其中風電增長超過10倍，太陽能由于基數低，從2009年的2萬千瓦增長到2019年的逾2億千瓦，增長了1萬倍。
       可再生能源在電力總裝機的比重從2009年的24%增加到2019年的38%，但是未來要實現電力行業(yè)的零排放或者上文中提到的近零排放，即便仍然以過去10年每年5000萬左右的可再生能源裝機增長肯定無法滿足要求。
       如前假設，按照2060年中國電力需求增長3倍估算，考慮到可再生能源發(fā)電利用小時數的限制（按照2000小時估算），則需要80-100億千瓦左右的裝機總量，未來每年平均需要新增2億左右可再生能源裝機，這是過去10年平均新增裝機的4倍左右，每年新增可再生能源發(fā)電裝機帶來的投資需求也將是巨大的，在過去5年每年新增投資額已經超過1000億美元的基礎上，預計未來40年累計投資達到數萬億美元（麥肯錫最新的估計是5萬億美元，即人民幣35萬億左右）。
      投資規(guī)模的不斷增加將繼續(xù)帶來風電、光伏等建設造價和發(fā)電成本的進一步下降，在風電和光伏陸續(xù)實現平價上網后，將來發(fā)電成本會逐步降低，逐漸低于煤電發(fā)電成本，從而取得多年以來夢寐以求的成本優(yōu)勢，進一步增加投資的比較優(yōu)勢。
      再者，碳市場將為電力行業(yè)低碳化發(fā)展發(fā)揮更加重要的基礎性作用。2060碳中和目標提出后，需要凝聚全社會的力量，為了盡可能降低目標實現的成本，需要更加發(fā)揮市場在碳資源配置上的基礎性和決定性作用。而全國碳市場的建立和不斷完善，將責無旁貸地承擔起這一歷史重任，碳市場助力電力行業(yè)低碳化最重要的特征是形成市場化的碳定價機制，發(fā)出清晰的碳價信號，不僅僅是不同減排成本的行業(yè)和企業(yè)之間配置碳資源，降低全社會的減排成本，而且給電力行業(yè)的上下游，包括對新能源投資、新技術研發(fā)形成持續(xù)穩(wěn)定的預期，促進低碳投資的源源不斷和低碳技術的持續(xù)創(chuàng)新，同時結合電力市場化改革的逐步到位，把碳價信號清晰地往下游傳遞，進而降低全社會的碳減排成本。
      因此，在2060年碳中和目標提出的新形勢下，碳市場的必要性和緊迫性更加突出，在“十四五”期間更需要把全國碳市場這一重大減排新設施新機制建設好、運行好，為包括電力行業(yè)在內的主要排放行業(yè)低碳化發(fā)展提供機制保障。
面臨的挑戰(zhàn)
        2060碳中和目標給電力行業(yè)帶來機遇的同時，也帶來諸多挑戰(zhàn)，主要體現在以下幾個方面。
第一，煤電裝機快速增長時代正式宣告結束
       從“十一五”起，煤電建設進入大規(guī)模“跑馬圈地”的階段，大部分年份新增煤電裝機都在五千萬千瓦以上，這種速度甚至延續(xù)到了“十二五”期間，直到“十三五”的后面幾年（圖3中2020年的數據是1-8月份），每年新增煤電裝機才有所下降，從每年五千萬千瓦下降到兩三千萬千瓦。
過去十多年煤電裝機快速增長的負面效應比較明顯，近些年來各地煤電年運行小時數大都在4000小時左右，如果按照設計小時5500小時的標準，造成了超過2億煤電裝機產能的嚴重過剩，造成了投資的極大浪費。
       另外，這些新建的煤電項目，都將有較長的鎖定期，至少25-30年左右，將會對未來幾十年的碳減排帶來巨大的壓力。
全球能源互聯網發(fā)展合作組織在對我國能源變革轉型進行專題研究后指出，當前每新增1億千瓦煤電機組，將產生三大方面重大負面影響：一是未來將增加超過3000億元資產損失；二是2030年前將累計減少清潔能源裝機約3億千瓦，擠壓2萬億元清潔能源投資；三是到2050年將累計增加碳排放150億噸，相當于2018年我國全部碳排放的1.6倍。         因此，有不少專家呼吁，面對煤電產能已經嚴重過剩和未來碳約束越來越嚴格的大趨勢下，“十四五”期間不要再新建煤電項目了，新增能源需求盡量通過可再生能源發(fā)電來滿足，但是煤電新增裝機速度從“十三五”后期的每年兩三千萬千瓦一下子斷崖式剎車降到零，也不現實。
有數據顯示，即便是疫情期間的上半年，又新核準了5000萬千瓦左右的煤電項目，核準待建的煤電機組裝機已達1億千瓦左右，預計還有1億千瓦左右的機組納入規(guī)劃，如果這些已批準或者規(guī)劃中的項目在 “十四五”期間都上馬，煤電總裝機將超過12億直奔13億千瓦。
       毫無疑問，這樣的結果將是很難承受的，煤電項目的投資者需慎之又慎，如果說過去十多年煤電“跑馬圈地”的主體是五大電力為主的央企集團，那么此輪煤電項目投資主體已經轉變?yōu)榈胤侥茉醇瘓F為主的國資企業(yè)，為什么五大集團在這輪“逆勢上揚”的煤電新投資氛圍中更加理性？
       第一、央企為主的電力集團越來越意識到低碳發(fā)展的重要性，充分認識到“大干快干”上煤電的時代已經不復返了，尤其是中國2060碳中和目標宣布后，不少電力集團的高層已經在不同場合嚴肅地討論這一目標對行業(yè)和企業(yè)發(fā)展將帶來深遠的影響。
       第二、不少電力央企已經體會到了過去煤電項目上的太多，產能過剩帶來的負面影響。近兩年來，五大電力集團所屬煤電廠虧損比例超過50%，甚至出現負債率過高的一些煤電廠長期資不抵債而破產清算的，這在過去十多年里哪怕是煤電行業(yè)也曾一度大面積虧損的情況下也很少出現的情況。
       第三、中國煤電機組的壽命太短，平均的服役時間略超過10年，低于設計壽命25年（超過20年的煤電機組僅占11%），也遠遠低于美國、德國等發(fā)達國家煤電機組的服役時間（基本上超過30年），如果未來一段時間都沒有對煤電機組的總體利好周期，那么目前再新建的煤電機組能否收回投資都面臨很大的不確定性。
      近日，山西省能源局在下發(fā)的《電力供需平衡預案管理辦法》中已經明確提出新投產的煤電機組“原則上不再安排優(yōu)先發(fā)電量”，產煤大省的這一政策已經傳遞出比較清晰的信號，相信后面陸續(xù)會有其他省份出臺類似的政策。因此，目前規(guī)劃中甚至已經核準的煤電項目，在開工建設前仍需“三思而后行”，全面綜合評估后再做決定，避免到時候后悔不已。         因此，即便在“十四五”期間還無法做到不上新建煤電項目，但是2060年碳中和目標的宣布，已經表明煤電裝機快速的快速增長時代的確是“一去不復返”了，煤電在電力總裝機的比重目前已經接近50%（2019年52%）的情況下，未來40年每年平均下降至少在1個百分點，才能確保在2060年把煤電裝機比重控制在10%以下（而且這部分保留的煤電裝機必須通過靈活性改造具備調節(jié)能力），煤電退出后的空間逐步讓位給可再生能源發(fā)電，使得2060年可再生能源發(fā)電裝機比重至少達到80%以上，才可能實現電力的真正低碳化甚至零碳化，確保2060年碳中和目標的實現。
第二，智能電網長期安全與穩(wěn)定運行壓力山大
眾所周知，風能、太陽能等新能源易受氣候影響，其出力具有隨機性和波動性，而電網中的發(fā)電和負荷要時刻保持電力平衡，隨著煤電裝機在電力總裝機比重的下降和可再生能源發(fā)電比例的提高，對電網的這種平衡能力長期安全穩(wěn)定運行提出了更大的挑戰(zhàn)。
為了應對這種挑戰(zhàn)，電網需要加大先進信息通信技術、控制技術和人工智能技術的研發(fā)和大規(guī)模部署應用，有效支撐可再生能源大規(guī)模開發(fā)利用，提升電網長期穩(wěn)定安全運行及智能化水平。
此外，大規(guī)模儲能技術的研發(fā)和廣泛應用才是改善可再生能源發(fā)電間歇性和波動性最根本的保障，能夠顯著提高風、光等可再生能源的消納水平，是推動主體能源由化石能源向可再生能源更替的關鍵技術，需要從引起足夠重視并加大部署的力度。
第三，CCUS（碳捕捉及封存利用）等減排技術發(fā)展利好但前景依然難測
2060碳中和目標的提出，對以CCS（碳捕捉與封存）或者CCUS為代表的減排技術發(fā)展利好，尤其是對電力行業(yè)來講，如果還要保留一定比例的煤電或者氣電等化石能源裝機，以及發(fā)展生物質能源發(fā)電等，就必須要考慮對這部分裝機發(fā)電產生的二氧化碳進行捕捉和、封存或者利用，不然無法僅僅通過森林碳匯來抵消數以億噸甚至十億噸的排放量。
但是CCUS無論是從技術上，成本上以及商業(yè)模式上，都還面臨很大的挑戰(zhàn)，具體如下：
第一，CCUS技術發(fā)展階段離大規(guī)模商用仍有較大距離：從捕集、封存到利用的各個環(huán)節(jié)所需的技術大部分都還處在基礎研究環(huán)節(jié)，其中只有一小部分技術進入了中試或者示范環(huán)節(jié)，即便示范環(huán)節(jié)的項目，處理的二氧化碳量也非常有限，據不完全統(tǒng)計，目前國內十余個CCUS示范項目，加起來每年處理的二氧化碳不到100萬噸，部分項目甚至示范后不久就面臨技術和商用價值缺乏等原因而停運或者處于間歇式運營。
第二，CCUS成本上居高不下：在CCUS捕集、輸送、利用與封存環(huán)節(jié)中，捕集是能耗和成本最高的環(huán)節(jié)，以百萬裝機的超超臨界電廠為例，捕集增加的耗能可能直接把一個電廠的效率從超超臨界降低到亞臨界，更別提后面的輸送、利用和封存環(huán)節(jié)能耗以外的大量成本了。
國內部分示范項目二氧化碳的處理成本大都在每噸300元~500元人民幣之間，部分富氧燃燒的示范項目成本甚至更高達到八九百左右。成本的居高不下，而且短時間因為技術的不成熟沒法通過大規(guī)模商用快速下降成本，讓投資者望而卻步，所以目前的示范項目大都是科技項目，需要來自不同渠道科研經費的支持。未來40年內CCUS的成本下降曲線至少從目前看來，還很難清晰地描繪出來，即便全國碳市場建立起來，可以通過市場的手段支持CCUS項目，可預期的碳價水平也難以支撐CCUS高居不下的投資成本。
第三，CCUS生態(tài)安全風險防范壓力山大：把二氧化碳封存在地下，理論上是可行的，但是地質條件是比較復雜的，雖然之前已經通過各種研究得出陸上地質利用與封存技術的理論總容量為萬億噸以上的結論，但是這只是一個理論的總容量，具體的選址和封存技術，是否滿足要求，還需要結合項目開展大量的論證，畢竟地質情況是非常復雜的，二氧化碳注入后監(jiān)測、廢棄井泄漏防控與防腐技術尚不成熟，注入過程帶入的大量鹽水如果和二氧化碳一起發(fā)生大規(guī)模泄漏對環(huán)境造成生態(tài)危機如何處理？大量的二氧化碳以流體形式注入深層巖石當中如果誘發(fā)地震，如何能做到提前預警、監(jiān)測和防范？這方面因為技術的不成熟，生態(tài)安全風險防范還有大量的難關需要攻克。
綜上所述，2060年中國碳中和目標的宣布及后續(xù)陸續(xù)出臺的相關政策，對電力行業(yè)的發(fā)展既帶來了機遇，也面臨挑戰(zhàn)！電力企業(yè)尤其是大中型集團企業(yè)，需要研判2060年碳中和目標對自身發(fā)展帶來哪些影響，未來40年能否做到碳中和，如果做不到，低碳發(fā)展的愿景、目標如何科學制定，40年內不同階段的發(fā)展路徑如何規(guī)劃？這些愿景、目標和路徑如何在即將制定的“十四五”規(guī)劃中予以體現和得到落實？這些都是眼下需要嚴肅思考和慎重決策的重要問題。
但對于傳統(tǒng)能源行業(yè)的廣大從業(yè)者來說，大可不必過于擔心，包括煤電行業(yè)及其上下游（設備制造商、科研機構和院校相關專業(yè)等）在內的數百萬從業(yè)者，自然會分代際、分批次地逐步轉向以可再生能源為主的新主力能源陣地，按照國內相關研究估計，可再生能源產業(yè)單位產能就業(yè)人數是傳統(tǒng)能源產業(yè)1.5~3.0倍，這種能源轉型將帶來更多就業(yè)機會，未來也會創(chuàng)造更多的經濟增長點。