“中國加速邁向碳中和”電力篇——電力行業(yè)碳減排路徑

       本文以電力行業(yè)為研究樣本，為“中國加速邁向碳中和”系列第6篇。我們期待與社會各界一道推進(jìn)綠色中國碳中和轉(zhuǎn)型之偉業(yè)。
中國電力行業(yè)碳減排的必要性
       電力行業(yè)是碳減排的關(guān)鍵所在。無論是需求端的改變，生活供電和供能方式的革新，還是碳管理行業(yè)的發(fā)展，都與電力行業(yè)息息相關(guān)�；�于麥肯錫全球碳中和模型的測算，為達(dá)成1.5攝氏度控溫目標(biāo)，全球電力行業(yè)需要在2050年前減少99%以上的碳排放，這意味著電力行業(yè)幾乎要達(dá)到“凈零排放”。我們認(rèn)為，這一目標(biāo)雖富于挑戰(zhàn)，但仍可實現(xiàn)。
碳中和之路上的中國電力需求
       電力總需求是碳中和的重要話題。除經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的需求增長外，在減碳目標(biāo)下，各行業(yè)大規(guī)模電氣化以及電解制氫的普及，將推動電力需求的進(jìn)一步提升。長期來看，中國電力需求將以年均~2%的速度增長，2050年的電力總需求將是2020年的2倍左右。直接電力需求將在2030年前穩(wěn)步增長，主要受三大動因驅(qū)動：工業(yè)生產(chǎn)活動增加、建筑樓宇電氣化、電動汽車的推廣。而在2030～2050年間，工業(yè)用電和建筑樓宇用電需求的增速將放緩，交通運輸業(yè)的用電需求則因電動車的加速推廣將呈現(xiàn)更快的增長態(tài)勢（見圖1）。 應(yīng)用碳捕集與封存（CCS）技術(shù)的電力結(jié)構(gòu)
       基于電力總需求的預(yù)測，麥肯錫全球能源洞見電力模型測算了1.5℃情境下，2030年和2050年應(yīng)用碳捕集與封存技術(shù)的電力結(jié)構(gòu)。電力總裝機(jī)容量將從2020年的約2,000GW增加到2050年的約8,700GW，其中約71%將由可再生的光伏和風(fēng)電貢獻(xiàn)，而基于CCS技術(shù)的煤電，則可能在2030～2050年間降至總發(fā)電容量的6%（見圖2）。同時，水電、核電、燃?xì)廨啓C(jī)和電力儲存裝機(jī)將承擔(dān)基荷，并保證電力系統(tǒng)的靈活性。此外，2050年各區(qū)域的電力結(jié)構(gòu)也將更多樣化，西北、東北以及華北等區(qū)域的電力裝機(jī)將明顯集中于光伏（40%以上為光伏裝機(jī)量），而華東則更加傾向于風(fēng)電（61%為風(fēng)電裝機(jī)量）。        風(fēng)電和光伏的發(fā)電比例，將在2030年和2050年分別達(dá)到62%和83%（見圖3）。在應(yīng)用碳捕集與封存技術(shù)情境下的測算表明，從以煤炭為主的電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)向以風(fēng)、光等可再生能源為主的電力系統(tǒng)，對于中國的碳中和探索之路而言至關(guān)重要。 電力轉(zhuǎn)型的潛在挑戰(zhàn)與應(yīng)對措施
       實現(xiàn)電力“零碳化”任重而道遠(yuǎn)。麥肯錫認(rèn)為，要實現(xiàn)1.5℃情境下成本最優(yōu)的電力結(jié)構(gòu)，中國電力行業(yè)需要克服三大挑戰(zhàn)。我們相信，在政府和企業(yè)的通力合作下，定能有效加以應(yīng)對。
挑戰(zhàn)一
提升電力系統(tǒng)靈活性
       光伏和風(fēng)電將在2050年成為主要能源，占全社會發(fā)電量的83%，而鑒于光伏和風(fēng)電都有連續(xù)性較差、存在地理限制、容易出現(xiàn)短期內(nèi)過�；蚨倘钡忍攸c，將使得電力系統(tǒng)的靈活性受到進(jìn)一步威脅。麥肯錫認(rèn)為，應(yīng)通過建設(shè)以下三方面的能力來提升電力系統(tǒng)靈活性（見圖4）。        提升電網(wǎng)輸配能力：在成本最優(yōu)的情境下，2050年總輸電容量需從2019年的約150GW提升至約600GW，而新增輸電容量將主要應(yīng)用于連接華北與華東、華南與華東的跨區(qū)域供電，以滿足沿海地區(qū)的電力需求。這就需要中央政府制定政策，做好頂層規(guī)劃，平衡多方利益，為跨省電網(wǎng)的大規(guī)模發(fā)展提供支持，加強(qiáng)跨省統(tǒng)籌合作；同時持續(xù)推動配電改革，加速增量配電網(wǎng)建設(shè)。近期，國家發(fā)改委在《回函》中，進(jìn)一步明確了增量配電網(wǎng)的行政地位，允許可再生能源、分布式電源以適當(dāng)電壓等級就近接入增量配電網(wǎng)，此舉既可有效助力可再生能源的消納，也解決了增量配電網(wǎng)“缺電”的實際困難，大大提振了相關(guān)開發(fā)者的信心。同時，業(yè)界也應(yīng)積極應(yīng)用智能電網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)對電網(wǎng)運輸實時數(shù)據(jù)的收集和管理，提升電網(wǎng)系統(tǒng)的能級。這不僅需要大力發(fā)展電網(wǎng)數(shù)字化技術(shù)，也需要加快推廣電力行業(yè)的市場機(jī)制。
       優(yōu)化電力儲能技術(shù)：能源儲存技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)價值鏈的各個環(huán)節(jié)。為應(yīng)對系統(tǒng)靈活性的挑戰(zhàn)，到2050年，整體儲能系統(tǒng)的累計裝機(jī)量需要從2019年的約32GW提升至約1,400GW；其中，除抽水蓄能等傳統(tǒng)儲能方式外，電池技術(shù)的應(yīng)用極為關(guān)鍵。考慮到各類儲能技術(shù)的特點，鋰電池儲能因其運營成本低、所需空間小、循環(huán)周期長，成為短期內(nèi)的應(yīng)用首選。
       縱觀以鋰電池為代表的電池儲能技術(shù)的發(fā)展，有三大痛點亟需解決。首先是成本，當(dāng)前電化學(xué)儲能成本較高，但麥肯錫預(yù)計，隨著核心技術(shù)的發(fā)展，以鋰電池為代表的電池儲能技術(shù)成本可在2030年降至煤電發(fā)電成本的水平，到2050年甚至比后者更低；政府和業(yè)界應(yīng)通力合作，進(jìn)一步拓寬電池技術(shù)的研究，使其惠及電動車與可再生能源行業(yè)。其次是電池的安全性，政府與業(yè)界應(yīng)高度重視電池設(shè)計、生產(chǎn)和使用等環(huán)節(jié)的安全問題，在電池技術(shù)的應(yīng)用中盡可能減少因電池引發(fā)的安全事故。最后一個痛點是電池的資源回收再利用，由于電池壽命通常為5~8年，回收是一個不可避免的話題，當(dāng)下相關(guān)方仍在尋找兩全之策，以期最大限度實現(xiàn)電池的回收再利用，同時盡可能降低其對環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)。各       地政府應(yīng)制定政策，規(guī)范回收行業(yè)，同時提供補(bǔ)貼，支持可持續(xù)電池回收解決方案的推廣。業(yè)界則應(yīng)優(yōu)化運營，推動電池回收規(guī)范的落地。
加強(qiáng)需求側(cè)管理與響應(yīng)：除提升供給側(cè)的靈活性之外，需求側(cè)的改革也是降低儲能系統(tǒng)成本、提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的有效手段。當(dāng)前的需求側(cè)改善手段主要包括需求側(cè)響應(yīng)（部分用戶自主進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)）及需求側(cè)管理（覆蓋大量用戶的統(tǒng)一用電行為調(diào)整），兩者均可降低社會高峰用電需求（見圖5）。這兩類技術(shù)廣泛應(yīng)用于北美以及歐盟多數(shù)國家在中國，以上海等區(qū)域為試點的小型需求側(cè)響應(yīng)項目尚處于測試階段�；�于海外發(fā)達(dá)國家應(yīng)用需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)的歷史經(jīng)驗，需求側(cè)響應(yīng)通�？捎行Ы档�4%~6%的容量儲備需求。        著眼未來，需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)在中國的應(yīng)用，可結(jié)合電動車、樓宇等創(chuàng)新型場景，實現(xiàn)遠(yuǎn)超歷史數(shù)據(jù)的高峰用電需求削減。需求側(cè)響應(yīng)的推廣需要政府、企業(yè)和其他利益相關(guān)方共同發(fā)力，著力解決以下五大問題：一是明確需求側(cè)響應(yīng)的戰(zhàn)略地位，達(dá)成全社會對需求側(cè)改革重要性的共識；二是推動電力市場化機(jī)制，由政府牽頭加速電力現(xiàn)貨市場的試點；三是加強(qiáng)需求響應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，發(fā)電和用電雙方都需要本地化程度更高的電網(wǎng)體系，同時應(yīng)用智能電網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)控；四是加強(qiáng)對需求側(cè)響應(yīng)的補(bǔ)貼，在中短期，補(bǔ)貼仍然是需求側(cè)響應(yīng)的主要工具，各地政府需要制定清晰的規(guī)劃，以最佳方式為企業(yè)提供相關(guān)激勵；五是助推電力聚合行業(yè)的興起，隨著需求側(cè)改革的深入，聚合行業(yè)將自然而然成為供電方和用電方之間的媒介，但這需要政府的引導(dǎo)和支持。
挑戰(zhàn)二
加速淘汰煤電存在實際困難
       若電力行業(yè)碳排放需在2050年“清零”，燃煤電廠將不可避免地退出歷史舞臺。中國目前的燃煤發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)1,100GW，超過50%需在2040年前逐步淘汰。雖然中央及各省正陸續(xù)出臺逐步淘汰燃煤電廠的政策，但落地過程中不僅面臨著供電穩(wěn)定性挑戰(zhàn)，也一定程度影響了煤炭高度依賴區(qū)域的短期經(jīng)濟(jì)增長。麥肯錫將中國各省按煤炭依賴程度和可再生能源的豐富程度進(jìn)行了劃分（見圖6），對于不同類型的區(qū)域，應(yīng)采取不同的煤電退出路徑。        煤炭依賴度高，可再生資源豐富度低：這類區(qū)域的能源轉(zhuǎn)型將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，應(yīng)考慮實施“軟著陸”。為保障能源安全，可穩(wěn)步退役不盈利的落后煤電產(chǎn)能，同步投資CCS技術(shù)及其基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，促進(jìn)煤電清潔化，同時將本地可再生能源發(fā)電與能源輸入相結(jié)合，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。為保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展不受影響，各地應(yīng)著力提升當(dāng)?shù)氐哪茉蠢�用效率，由政府牽頭協(xié)助退役煤電廠修整與再開發(fā)，推動相鄰低碳產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并通過撥款和培訓(xùn)等賦能當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)，做好職工的再就業(yè)工作。
       煤炭依賴度高，可再生資源豐富度高：該類區(qū)域可再生資源豐富，但需大規(guī)模退役煤電廠，可謂機(jī)會與挑戰(zhàn)并存，應(yīng)加快轉(zhuǎn)型。在能源安全方面，應(yīng)為所有煤電裝機(jī)容量制定退出計劃，用可再生能源替代退役的煤電產(chǎn)能，并投資儲能技術(shù)，以確保供電穩(wěn)定性。
       煤炭依賴度低，可再生資源豐富度高：該類區(qū)域自然稟賦高，應(yīng)作為“排頭兵”引領(lǐng)中國可再生能源的發(fā)展。各地應(yīng)積極制定政策，加快可再生能源建設(shè)，與政府和電網(wǎng)公司協(xié)作促進(jìn)跨區(qū)域的電力運輸。同時，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面，應(yīng)加快當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的電氣化，成為能源密集型行業(yè)的工業(yè)基地，并提供新的就業(yè)機(jī)會吸引高質(zhì)量人才。
       煤炭依賴度低，可再生資源豐富度低：該類區(qū)域受電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型影響更小，更應(yīng)著眼未來，積極轉(zhuǎn)向使用可再生能源電力，并因地制宜，制定符合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的能源戰(zhàn)略。
挑戰(zhàn)三
可再生能源成本依然偏高
       相較上述兩類挑戰(zhàn)，可再生能源在成本方面的挑戰(zhàn)影響相對較小。得益于良好的本地供應(yīng)鏈，國內(nèi)集中式陸上風(fēng)電及光伏已開始進(jìn)行平價競標(biāo)上網(wǎng)，分布式及海上風(fēng)電預(yù)計不久后也將進(jìn)入零補(bǔ)貼時代。
       沿著當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展軌跡，可再生能源度電成本將持續(xù)下降，到2030年，在全國范圍內(nèi)，風(fēng)電和光伏的成本將有望全面低于煤電。隨著平價時代加速到來，大部分可再生能源項目的投資回報率逐年降低；同時，為了響應(yīng)國家號召，大量其他行業(yè)的龍頭企業(yè)也積極參與到可再生能源的投資、建設(shè)中來。這雖然大大激發(fā)了市場活力，但同時也加劇了可再生能源的行業(yè)競爭，進(jìn)一步壓縮了相關(guān)企業(yè)的利潤空間。企業(yè)一方面可通過持續(xù)優(yōu)化風(fēng)、光電廠全生命周期（前期開發(fā)、建設(shè)、運維周期等）的運營表現(xiàn)來提高盈利能力，一方面可通過市場手段來提高整體回報：
       參與綠色電力證書交易。中國綠證體系始于2017年，數(shù)年下來，機(jī)制日益完善。隨著可再生能源平價上網(wǎng)和“強(qiáng)制綠證”的推進(jìn)，未來發(fā)電、電網(wǎng)、售電、用戶等執(zhí)行主體均有獲取綠證的需求，將大幅拉升整體需求量；綠證價格和碳匯價格如形成聯(lián)動，也有助于價格機(jī)制的進(jìn)一步完善。對于可再生能源企業(yè)來講，綠證或?qū)⒊蔀樵黾禹椖渴找娴闹匾�途徑�?br />        參與碳交易。當(dāng)前，可再生能源企業(yè)可通過國家核證自愿減排量（CCER）的交易進(jìn)入碳市場，重點排放單位可通過向可再生能源企業(yè)購買CCER，用以抵扣不超過5%的經(jīng)核查碳排放量。雖然CCER備案工作從2017年開始已暫停，但長期來看，CCER（或形式類似的產(chǎn)品）與綠證的有機(jī)結(jié)合，勢必將成為補(bǔ)貼可再生能源發(fā)展的重要手段。
       運用金融手段提升盈利能力。對于已有可再生能源資產(chǎn)的企業(yè)，可以預(yù)期收入為基礎(chǔ)資產(chǎn)發(fā)行債券產(chǎn)品，快速回籠資金，加速新項目投資。由于過去已投運的電廠通常享有較高補(bǔ)貼的電價，利潤空間通常較好，企業(yè)也可考慮收購已建成的可再生能源資產(chǎn)，以提高整體資產(chǎn)的盈利能力。