云南省能源行業(yè)實現碳中和的挑戰(zhàn)與策略

李 特，夏金剛，楊婷娜，賈開程，茹 毅，劉士誠，彭福亮，蘇 丹，楊 璽

（云南省能源研究院有限公司，云南 昆明 650599）

0 引言

碳中和即在一定時間和范圍內，人類生產活動所排放的CO2完全被碳捕集技術或生物碳匯所吸收，達到CO2凈零排放。作為世界第二大經濟體，碳中和的承諾彰顯了中國在全球氣候治理中的決心與大國擔當。2020年12月12日，習近平主席在氣候雄心峰會上進一步細化中國實現碳中和的目標，到2030年，中國單位國內生產總值CO2排放較2005年下降65%，非化石能源占一次能源消費比重達25%左右，森林蓄積體積較2015年增加60億立方米，太陽能和風能發(fā)電裝機容量達12億千瓦以上。

中國是世界上最大的能源消耗國，2019年CO2排放量為98億噸左右，能源消費主要以化石能源為主，占一次能源消費總量的85%，其中，煤炭消費比重高達58%。近幾年，中國在實現經濟高速發(fā)展的同時，不斷推動能源行業(yè)能效提升、能源產業(yè)綠色發(fā)展及能源結構轉型升級，可再生能源發(fā)展及CO2減排工作取得顯著成效，如2019年，太陽能、水能和風能總裝機量分別是世界總量的30.9%、30.1%和28.4%，全球光伏產業(yè)前20強的榜單中，有15強為中國企業(yè)。2019年單位GDP碳排放量較2005年下降48.1%[1,2]。縱觀全國各省CO2排放情況，山東省為排放量最大的省份，2017排放約8億噸CO2，云南省CO2排放量處于中下水平，約1.95億噸[3]。

云南省結合自身可再生能源豐富的優(yōu)勢，因地制宜發(fā)展可再生能源，并依托引進的水電鋁和水電硅等高載能產業(yè)，將綠色能源與制造業(yè)深度融合，有效解決可再生能源消納困難問題，綠色能源發(fā)展基礎扎實。截至2020年12月底，清潔能源裝機占比85.4%、綠色發(fā)電量占比9%以上、清潔能源交易電量占比97%、非化石能源占一次能源消費比重42%[4]。但云南省科技基礎薄弱，基礎設施不完善，在電力系統(tǒng)的靈活性、煤電轉型升級及化石燃料高質量發(fā)展等方面存在較大挑戰(zhàn)。

1 能源體系面臨的挑戰(zhàn)

1.1 電力系統(tǒng)靈活性要求更加嚴格

實現碳中和的途徑有節(jié)能減排、碳匯技術、增加可再生能源滲透率和實現用能端高度電氣化。而可再生能源發(fā)電分布廣且易受天氣等自然因素影響，導致電網供電波動性和復雜性增加。此外，據研究顯示，2050年前，全球用電消耗占能源需求比例將由2020年的20%增加至40%[5]，隨著電力需求量增加，電網設備同步要求大幅升級和擴充容量。為滿足上述需求，電力系統(tǒng)需要更強的靈活性。而云南電力靈活調節(jié)電源不足，火電的重要調節(jié)作用及保障作用難以發(fā)揮，電網智能化水平不高，儲能等新型技術基礎薄弱，提高電力系統(tǒng)靈活性還需要攻克較多技術難題。

1.2 煤電資產更難扭虧為盈

近年來，受電煤成本、電價及發(fā)電量等多種因素影響，煤電企業(yè)虧損較大。云南省清潔能源儲量豐富，水電資源蘊藏量1億千瓦以上，風能資源可開發(fā)量2820萬千瓦，具備1.07億千瓦太陽能裝機開發(fā)資源[6]。截至2020年12月，云南省水電裝機7556.17萬千瓦，火電1510.83萬千瓦，風電880.64萬千瓦，太陽能392.65萬千瓦[7]。由上述數據可得，云南省清潔能源還有較大的開發(fā)潛能，碳達峰后，將會有大量的煤電發(fā)電量被清潔能源擠壓。除此之外，煤電還需投資大量資金進行超低排放改造或購買碳排放權，煤電生產經營成本進一步增加，加劇煤電資產扭虧為盈的難度。

1.3 煤電低碳轉型受技術瓶頸制約

云南省CO2排放大部分源于煤電行業(yè)。為達到2030年前實現碳達峰的目標，能源行業(yè)的主要任務是采取措施減少煤炭的消費量。云南省主要煤電企業(yè)先后采取低質煤摻燒、焦爐煤氣摻燒及超低排放改造等技術提高煤炭利用率，對降低CO2的排放量具有一定的效果，但現有技術減排突破空間較小，很難達到碳中和要求。此外，通過熱電解耦、低壓穩(wěn)燃等技術改造可實現煤電機組最小穩(wěn)定出力降至額定功率的20%～30%，但受技術瓶頸限制，低負荷運行的煤電機組響應時間較長、爬坡速率較慢及系統(tǒng)靈活性低[8]，機組低負荷運行、頻繁啟停會損耗機組，縮短機組壽命，增加運營成本及CO2排放量。

1.4 新增煤電機組審批困難，且存在煤電資產擱淺風險

中國目前的煤電機組處于產能過剩狀態(tài)，新增煤電機組會擠壓清潔能源的投資份額，增加碳中和壓力，因此，專家呼吁嚴格控制新增煤電裝機數量。在中國煤電發(fā)展背景和未來碳排放約束下，新增煤電機組數量有進一步縮減趨勢，獲得審批將更為困難。根據卓爾德環(huán)境研究中心、能源與清潔空氣研究中心共同發(fā)布的《能源規(guī)劃與氣候政策》專題報告，到2030年，煤電裝機需由2020年的1100GW下降到680GW。截至2020年12月底，云南省火電發(fā)電裝機規(guī)模為1509.93萬千瓦[7]。在全國煤電裝機數量大規(guī)模縮減的背景和碳排放管理政策引導下，云南火電行業(yè)也將面臨規(guī)模縮減壓力。而云南省現有10家火電發(fā)電企業(yè)，創(chuàng)建時間多集中在2003年左右，即云南省火電機組的壽命約17年[9]，火電機組正常使用壽命年限為30年，若在未來10年內淘汰大量的火電機組，可能存在煤電資產擱淺的風險。

1.5 化石燃料低碳發(fā)展壓力大

2019年，中國煤炭、石油消費比重分別為58%、19%[1]。實現碳中和需控制化石燃料的消耗，但并不代表不需要化石能源，其在化工、航空及長途運輸等領域仍具有重要作用，化石能源的發(fā)展方向是探索低碳化利用和碳去除技術。云南省正在積極探索化石燃料高質量發(fā)展的先進技術，如建設智能煤礦示范項目。但以云南省現有技術與基礎設施，在約20年內實現化石燃料清潔利用有不小的挑戰(zhàn)。另外，隨著碳交易市場逐步完善，化石能源行業(yè)或需出資購買超標排放的CO2限額，再加上化石能源的消費比重逐漸下降，導致該行業(yè)投資積極性受挫，不利于化石能源行業(yè)的良性發(fā)展。與煤炭和石油相比，天然氣是較為清潔的能源，但中國是貧油富煤少氣的國家，2019年，中國天然氣對外依存度已達到了43%[11]。隨著天然氣需求量的增加及國際政治經濟格局深刻調整，中國天然氣進口穩(wěn)定性具有較大不確定性。

2 應對策略

云南省綠色能源裝機占比84%，綠色發(fā)電量占比9成以上，清潔能源交易電量占比97%，非化石能源占一次能源消費比重42%[4]。可見云南省碳中和工作已具備扎實的綠色能源基礎，能源發(fā)展機遇明顯，同時相關挑戰(zhàn)也較為突出。建議盡快制定政策健全的發(fā)展機制體制，穩(wěn)抓機遇，應對挑戰(zhàn)。

2.1 設立積極的碳達峰目標，做好統(tǒng)籌規(guī)劃工作

云南省可對本省能源情況及碳排放情況進行摸底調研，預判各行業(yè)CO2排放現狀及節(jié)能減排能力，在調研數據的基礎上，制定云南省碳中和總體目標、碳中和核定指標、各能源行業(yè)具體行動目標及配套政策，同時制定配套的經濟和技術保障措施，確保全要素參與實現碳中和[12]。借鑒示范區(qū)域優(yōu)秀案例，科學理性規(guī)劃能源產業(yè)，做好能源行業(yè)全生命周期管理及實現碳中和統(tǒng)籌工作，注重經濟與能源轉型平衡發(fā)展，統(tǒng)籌可再生能源與電網系統(tǒng)靈活性建設，避免盲目發(fā)展可再生能源而忽略能源轉型平衡性，統(tǒng)籌能源系統(tǒng)與能源體制實現雙轉型，構建行政手段和市場機制共同調節(jié)的能源系統(tǒng)[13]。

2.2 增強科技研發(fā)力度，為實現碳中和提供技術保障

為實現碳中和，預計2050年中國CO2排放量減少至6億噸，非化石能源消費占比達到67%，煤炭消費比例下降到16%，電氣化程度由目前的27%增加至60%[14]。據IPCC報道，實現碳中和不僅需要增加可再生能源發(fā)電規(guī)模，還需要大規(guī)模部署碳捕集技術[15]。這些目標的實現需要增加風電和光伏發(fā)電裝機規(guī)模，提高電網系統(tǒng)靈活性和穩(wěn)定性，大規(guī)模推廣新能源汽車，加快化石燃料脫碳清潔利用，研究氫能等新型燃料對化石能源的替換，實現CO2捕集技術商業(yè)化利用。還需要解決大量現有電網系統(tǒng)靈活性和穩(wěn)定性不夠高、可再生能源發(fā)電成本高、新能源汽車續(xù)航里程短、氫能和碳捕集相關技術不成熟等科技難題。云南省應結合自身優(yōu)勢，增強科技研發(fā)力度，以科技力量加持助力實現碳中和。

2.3 推動電網系統(tǒng)技術創(chuàng)新，構建智能靈活的電網系統(tǒng)

隨著可再生能源滲透率及用電負荷增加，電網系統(tǒng)靈活性要求越來越高，現有的電網系統(tǒng)難以滿足要求，可采用電力電子技術、5G技術及AI技術建立智能電網系統(tǒng)，通過傳感器提供信息，數字化技術處理智能電網控制中心的數據，充分滿足用戶電力需求和優(yōu)化資源配置，實現電力供需平衡，準確判斷機組故障并迅速切除，保障電網穩(wěn)定性，增加電網靈活性。此外，針對可再生能源發(fā)電波動性及電力消耗量增加的問題，可加強可再生能源并網與傳輸及電網配套儲能等技術研究，擴大電網容量，優(yōu)化利用現有電網，延伸高壓電網，建設跨區(qū)域電網互聯(lián)，提高電網兼容性[5]。

2.4 加快化石燃料應用轉型升級，構建清潔低碳能源體系

電氣化是實現碳中和的重要途徑，2060年，電氣化程度將提升至60%以上[14]，但不能將所有希望寄托于電氣化，如航空及長途運輸等領域實現電氣化仍面臨較多卡脖子的技術難題，即化石能源保障作用不能丟[16]。云南省可增加科技投入，促進煤炭清潔低碳發(fā)展。同時制定配套的煤電全周期管理辦法，推動煤電清潔高效發(fā)展，深度參與電網調峰調頻，充分發(fā)揮煤電保障電網安全運行作用。化石能源在化工和交通領域處于不可替代的位置，可加快化石能源的高質量發(fā)展進程，實現清潔利用，促進化石能源向精細化工方向發(fā)展，完善相關產業(yè)鏈，加快循環(huán)經濟進程，實現碳中和的同時，刺激科技創(chuàng)新，帶動經濟增長。

2.5 建立健全綠色經濟體系，充分發(fā)揮市場在資源配置中的作用

建立健全碳排放交易機制體制，鼓勵發(fā)展綠色經濟，推動節(jié)能減排和碳匯市場化，充分發(fā)揮市場在資源配置中的作用，調動企業(yè)或個人參與碳減排的積極性。如生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《碳排放權交易管理辦法（試行）》于2021年2月1日起開始執(zhí)行。相關職能部門核算CO2排放重點企業(yè)的碳排放額度，若企業(yè)的CO2排放量高于核算額度，則需在碳交易市場購買碳排放權。在碳排放交易機制作用下企業(yè)可以通過碳減排盈利，有效增加企業(yè)碳減排積極性，倒逼用能升級轉型，催生新型科學技術[17]。除企業(yè)外，個人也可參與到碳交易市場，如貴州實施的單株碳匯精準扶貧項目，集中統(tǒng)計貧困戶培育的具有碳匯功能的林木，再以每棵樹每年的碳匯價值為3元計算，向貧困戶出資購碳，充分調動全體人民參與碳中和的積極性。

3 總結

云南省綠色能源豐富，實現碳中和具有扎實基礎，但電力系統(tǒng)靈活性承載不了發(fā)電及用電需求，煤電企業(yè)存在虧損、資產擱置及減排技術瓶頸等潛在挑戰(zhàn)，化石燃料清潔化利用及高質量發(fā)展前景規(guī)劃不清晰。面對種種挑戰(zhàn)，云南省依托現有發(fā)展優(yōu)勢，一是詳細規(guī)劃碳中和實現路徑，協(xié)調相關因素，統(tǒng)籌規(guī)劃管理；二是增加科技投入，建設智慧電網，增加電力系統(tǒng)靈活性和穩(wěn)定性，研究化石燃料脫碳清潔利用，將綠色能源與制造業(yè)深度融合，加強碳捕集技術研究，確保實現CO2凈零排放；三是建立健全綠色經濟體系，充分發(fā)揮市場在資源配置中的積極作用，調動碳中和的活力。