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    能源系統應“三步走”實現雙碳目標

    在雙碳目標下,中國未來能源系統將呈現何種走勢?包括火電在內的高耗能行業怎樣進行節能減排?電力系統特別是新型電力系統的靈活性與韌性如何解決?

    11月20日,在中國石油大學(北京)經濟管理學院建院65周年之際召開的“碳中和與能源創新發展論壇”上,該院發布的5份“雙碳”研究成果對這些問題進行了解答。中國海油能源經濟研究院黨委書記、院長王震,國際能源轉型學會會長、國際能源論壇原秘書長、中國石油經濟技術研究院原院長孫賢勝,北京航空航天大學經濟管理學院院長范英等專家充分肯定了這些成果的重要社會意義和學術價值,并對未來深入研究方向提出了建設性意見和建議。

    實現雙碳目標,能源系統應“三步走”

    本次發布的研究成果對各國減排情況分析后認為,現有的各國減排承諾無法保證至2050年大氣溫室氣體濃度穩定在450PPM二氧化碳當量以內、至2100年全球溫升控制在2℃以內的氣候控制目標。巴黎協定以來,截至去年年底,世界已有120多個國家以各種形式對外作出“碳中和”承諾。但是從各國提交的具有約束力的文件材料來看,各國目前的努力與巴黎協定的要求并不完全一致。中國當前推行的“3060”目標,并非僅考慮自身利益,而是兼顧了全球發展。

    根據該研究,我國實現雙碳目標,要求能源系統實現“三步走”,“三步”分別是化石能源結構調整、可再生能源接替以及可再生能源消費高比例主導。第一步,以天然氣消費增長為主,煤、石油消費達峰,可再生能源穩步增長;第二步,天然氣消費達峰,煤、石油消費下降,可再生能源加速增長;第三步,化石能源消費急劇下降,形成可再生能源為主導的能源系統。

    具體分析,碳達峰情景下,我國到2060年的一次能源消費總量為49億噸標準煤,低碳化逐漸成為一次能源消費的核心特征。從2060年一次能源消費占比看,煤炭、石油將逐漸讓位于天然氣和可再生能源消費,從而實現能源系統的低碳化轉型??稍偕茉聪M占比在2045年超過28%,在2060年達到53%。太陽能與風能是發展最迅猛的可再生能源,到2060年,兩者消費之和在一次能源消費中占比將達到45.8%。

    與會專家認為,上述三步目標清晰,但也存在巨大挑戰。即如何有效減碳而不損失能源安全保障?如何合理增加可再生能源避免陷入資源約束困局?如何維持存在間歇性特征的可再生能源系統穩定運行?這些關鍵科學與工程問題亟需在未來得到妥善解決。

    火電、石油化工等行業節能減排潛力巨大

    研究報告認為,雙碳目標下,先進節能減排技術在高耗能行業的推廣應用具有廣闊潛力空間,是高耗能行業低碳轉型的重要抓手。相比發達國家,節能減排技術在中國的推廣應用更經濟有效。2025年,我國高耗能行業推廣節能減排技術的節能潛力預計將達到1.23億噸標煤,占當前高耗能行業能源消耗總量的3.1%;2030 年技術推廣應用的潛力空間將進一步擴大到2.02億噸標煤,占當前高耗能行業能源消耗總量的9.2%。

    研究報告詳細分析了火電、石油化工、鋼鐵、水泥等六大高耗能行業的141項節能減排技術結果,認為火電行業、石油化工行業節能減排潛力巨大??紤]成本效益,火電行業應是未來節能減排工作的關注重點,而設備改造技術將成為火電行業節能減排的主要途徑,其重要性將進一步凸顯。有色金屬行業的節能減排潛力可觀,但技術應用的成本相對最高。從高耗能行業內部來看,火電行業應重點關注水循環系統,鋼鐵行業應重點關注燒結、球團和煉鐵工序,水泥行業的重點工藝環節是水泥粉磨、熟料生產工序,石油和化工行業節能減排的重點在于合成氨行業。報告建議政府可適當考慮給予這些行業不同程度的補貼,以幫助其推進低碳轉型。

    研究結果預測,2015~2020年間,整體上,能效提升、設備改造、管理改進技術節能貢獻率達到83%,二氧化碳減排貢獻率達到94%,2025~2030年間,單位技術的節能和減排貢獻率總體略有下降,但節能貢獻率也將達到77%,減排貢獻率也在86%。

    優先調度風力發電具有經濟可行性

    報告認為,在電力系統靈活性方面,以可再生能源發電優先調度為目標構建的靈活電力系統具有經濟可行性和顯著的環境價值。

    研究結果顯示,在考慮環境外部性成本的情況下,風力發電的總成本與燃煤發電非常接近,這表明優先調度風力發電具有經濟可行性。研究發現,燃煤發電機組為風電的優先調度進行調峰不僅可以節約成本,還可以顯著降低電力系統的污染物排放強度。當風力發電從5%增加到40%時,從能源節約成本角度可降低電力系統成本17.87%。此外,增加風電還會降低污染物的排放。研究表明,風力發電1千瓦時比燃煤發電1千瓦時,可分別減少二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳和PM2.5排放0.756克/千瓦時、0.721克/千瓦時、791.92克/千瓦時和0.4591克/千瓦時。在考慮環境外部性的情況下,風力發電的總成本與燃煤發電非常接近,風電和燃煤發電成本分別為 0.527元千瓦時和0.515元/千瓦時,這表明風力發電優先調度具有經濟可行性。

    另外,減少燃煤機組的啟停調峰成本和投油調峰成本是提高電力系統靈活性中成本節約的關鍵。燃煤發電機組為可再生能源進行靈活性調峰出力時,啟停成本上升比例最大,其次是投油成本,再次是機組磨損成本。因此,提高燃煤發電機組靈活性的技術發展方向首先應該是擴大燃煤發電機組的最低出力下限,盡可能減少燃煤發電機組的啟停次數;其次,應注重研發燃煤發電機組投油調峰時燃油的使用量,降低燃煤發電機組靈活性調峰時的燃油成本消耗。


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