“雙碳”目標下的新能源行業全產業鏈工程成本的思考

張鳳陽

(北京京能清潔能源電力股份有限公司，北京 100028)

隨著我國能源安全發展的“四個革命、一個合作”戰略思想的提出，習近平主席為新時代中國能源發展指明了方向，開辟了具有中國特色的能源發展新道路[1]。2020年9月，習近平主席提出了“2030年前二氧化碳排放達到峰值，2060年前實現碳中和”的“雙碳”目標，為推動我國環境治理及可持續發展勾畫出了一幅壯麗的藍圖，指明了具有中國特色社會主義特色的能源發展新方向，體現了堅持綠色低碳發展和構建人類命運共同體的大國擔當[2]。為了實現“雙碳”目標，基本路徑是大力發展清潔能源，用清潔能源替代傳統的化石能源，同時優化目前的電力系統結構，構建一個以清潔能源為主體的新型電力系統。大力發展新能源行業，構建綠色低碳的能源體系，是實現“雙碳”目標的重要措施[3]。

1 電源結構分析

1.1 我國電源結構分析

隨著“十三五”目標的圓滿完成，我國的電源結構形式得到了持續優化。2020年雖然經歷了突發的“新冠”疫情，但是全國電源的裝機容量從“十三五”初期的15億kW增長到“十三五”末期的22億kW，年平均增長率為7.6%，高于“十三五”規劃的“20億kW，年平均增長率5.5%”的目標。截止2020年底，我國電源裝機容量為220 058萬kW，其中火電裝機為124 517萬kW，占比為56.58%；風電裝機為28 153萬kW，占比為12.79%；光伏裝機容量為25 343萬kW，占比為11.52%，如圖1所示。以風力發電和光伏發電為主的新能源的占比與火電相比，仍然存在較大的差距。但是從新增裝機容量分析，新能源裝機比重得到了明顯的上升，新能源的電力供應能力得到了持續加強，如圖2所示。

圖1 2020年全國電源裝機容量

圖2 2020年全國電源新增裝機容量

1.2 全球及歐洲電源結構分析

截止2020年底，全球電源裝機容量25 551.3 TWh，其中化石燃料類裝機為16 521.70 TWh，占比為73.50%；風電裝機為1 908.14 TWh，占比為5.60%；光伏裝機容量為647.41 TWh，占比為1.9%，以風力發電和光伏發電為主的新能源的占比與化石燃料類為主的電源相比，全球范圍內也是存在較大的差距。如圖3所示。

圖3 2020年全球電源裝機容量

截止2020年底，歐洲電源裝機容量3 993.3 TWh，其中化石燃料類裝機為1 517.45 TWh，占比為38%；以風電和光伏為主體的新能源裝機容量為838.59 TWh，占比為21%。以風力發電和光伏發電為主的新能源的占比與化石燃料類為主的電源相比，差距比全球和中國的差距要小很多[4-7]。如圖4所示。從歐洲電源結構的組成可以發現，歐洲提出的碳達峰、碳中和時間是很科學及合理的，反映了歐洲經濟的發達程度。

圖4 2020年歐洲電源裝機容量

1.3 碳排放量對比分析

我國仍處于并將長期處于社會主義初級階段，這是我國的基本國情。我國工業發展相對于歐美國家來說起步要晚，因此，我國為了社會經濟和工業的快速發展，仍然需要依靠大量化石燃料生產的電能，從而導致了我國的碳排放量呈增長趨勢；由于在2020年全球經歷了突發的“新冠”疫情，高碳排放量的工業發展有所停滯；但是，在我國群防群策的疫情防控指揮下，我國的社會經濟獲得了快速恢復；同時，碳排放量也達到了歷史新高，碳排放量占全球碳排放量總量的比例也創造了歷史新高。而在2020年全球主要經濟體中，僅有我國的碳排放量是保持正增長的，其他主要經濟體均出現了明顯的下降。如圖5所示。

圖5 2013-2020年中國碳排放量及其占全球排放量的比重變化趨勢

經歷工業革命后，美國已經處于高度發達的工業文明社會，其能源結構也隨著工業化的進程，發生了重大變化；美國已于2007年實現了“雙碳”目標之一的“碳達峰”目標，近年來，其碳排放量已進入了下降的通道。受“新冠”疫情影響，2020年，美國碳排放量出現了明顯的下降，降幅高于全球降幅。如圖6所示。

圖6 2013-2020年美國碳排放量及其占全球排放量的比重變化趨勢

1.4 “3060”電源結構預測

為實現 “碳達峰、碳中和”目標，未來一段時間內，我國的電源結構將發生深刻的變化，會構建一個以清潔能源為主體的新型電力系統。而大力發展新能源行業，構建綠色低碳的能源體系，是實現“雙碳”目標的重要措施。隨著互聯網+、人工智能、新材料等技術的不斷進步，新能源產業進入了快車道。發展新能源是實現“雙碳”目標的關鍵路徑，也是全球能源發展的新動能[8]。

到2030年，為了實現“碳達峰”目標，清潔能源裝機容量預計將達到25.69億kW，占比將達到67.6%；其中風電和光伏裝機容量預計將達到18.25億kW，占比將達到48%；而化石燃料裝機容量預計將降低到10.5億kW，占比將降到24.6%。如圖7所示。

圖7 2030全國電源容量預測

到2060年，為了實現“碳中和”目標，清潔能源裝機容量預計將達到76.9億kW，占比將達到96%，其中風電和光伏裝機容量預計將達到63億kW，占比將達到78.6%；而化石燃料裝機容量占比將降到0%，化石燃料將會完成歷史使命，退出歷史舞臺。如圖8所示。

圖8 2060全國電源容量預測

2 新能源行業全產業鏈工程成本分析

產業鏈視角下的新能源產業是由上游的相關設備生產企業、處于核心位置的電源生產企業和下游的輸配電企業組成的一條多層次的鏈條。如圖9所示。產業鏈視角下新能源行業工程成本分析主要是對處于產業鏈的上游企業、核心企業和下游企業等各個組成部分進行工程成本分析。

圖9 新能源產業鏈關聯圖

結合“雙碳”目標，電源的生產企業和電能的輸配電企業的相關社會經濟活動中，其行為產生的碳排放很少；但是相關的設備生產企業的相關社會經濟活動中，其行為產生的碳排放量占產業鏈總的碳排放比很高，因為生產過程是一個高能耗的過程，而現階段其電能的主要來源仍然是化石燃料。所以，從產業鏈角度分析新能源行業，雖然新能源行業會生產清潔能源，但是在其經濟活動中，全產業鏈鏈條上面的經濟活動也是會發生碳排放行為的。因而，我們在關注電能生產及電能搬運環節時，也需要考慮產業鏈上游的碳排放行為。

本文按單位成本方法來分析工程成本。全產業鏈新能源行業工程成本主要由上游設備生產企業、核心電能生產企業和電能輸配企業的工程成本組成。

2.1 產業鏈上游：設備生產企業生產成本分析

隨著2020年“搶裝潮”的結束，我國新能源行業進入到了平價及競價階段(海上風電除外)；從2021年年初開始，原材料價格發生了大幅度的增加，上游設備生產企業的生產成本急劇增加；但是，從最近市場上的風電機組等主要設備的招投標行情來看，風電機組的價格已經接近歷史最低水平了。生產成本急劇增加，而投標價格也急劇降低，上游設備生產企業為了生產，可能會發生虧損，此虧損按計列為C11；已經生產并提供給電源生產企業，但是暫未收到付款的成本計列為C12；項目規模按S00計列。產業鏈上游設備生產企業的生產成本按A11計列，即：A11=(C11+C12)/S00。

2.2 產業鏈核心：電能生產企業生產成本分析

電能生產企業的生產成本需要分析全壽命周期的生產成本，包括建設期的一次投入成本，運營期的維護成本及運營結束后的相關設備及土建設施的處理成本。建設期一次投入成本按A22計列，運營期維護成本按A33計列，運營結束后的處理成本按A44計列。

隨著我國首批進口的300 kW機組達到壽命期，機組達到使用年限后如何處理逐步引起行業及政府主管部門的重視，但是各方目前暫未找到一種經濟合理、技術可行的方案。同時，對風電機組、組件等主要設備的處理也是一個高能耗的過程，在此過程中也需要重點關注碳排放的事宜。

2.3 產業鏈下游：電量非全額上網的損失成本分析

2021年，隨著國家電網“一業為主、四翼齊飛、全要素發力”(簡稱“一體四翼”)總體布局的提出，表明了電網推動能源電力轉型的決心；同時，圍繞“雙碳”目標，電網決心向能源互聯網方向轉型升級，想要達到電源生產清潔化、能源使用電氣化的目的，最終實現構建一個以新能源為主體的新型電力系統。但是，要實現“一體四翼”的宏偉目標，需要在未來幾年大力發展基礎設施建設，不是一朝一夕能夠完成的。雖然隨著特高壓輸電線路的建設及國家對新能源項目并網接入的有關要求，棄風限電的問題得到了進一步的解決，但部分地區仍存在電量不能全額上網的情況。實際發電量按C31計列，上網結算電量按C32計列，上網電價按C33計列，運營期按m年考慮。非全額上網電量損失成本按A55計列，即：A33=(C31-C32)×C33×m/S00。

2.4 全產業鏈總成本分析

考慮資金的時間價值，未來的工程成本按一定的折現率折現到現值計列，考慮3年質保期，則新能源行業的總成本為：

3 新能源行業全產業鏈的“零碳排放”

在新能源行業全產業鏈中，碳排放的來源主要是上游的制造端，占產業鏈碳排放總量的86%左右；而處于產業鏈核心的電能生產環節，設備的運輸過程、設備的吊裝過程、設備營運期的運維及設備達到使用壽命后的處置均會產生碳的排放，該環節占產業鏈排放總量的14%左右，如圖10所示。

圖10 各種電源全產業鏈溫室氣體排放量

隨著新能源行業主要設備制造企業及主要的電能開發企業陸續公布自己的“碳達峰、碳中和”的目標及實施路徑，新能源行業實現“零碳排放”的目標有望提前的。減少產業鏈制造端的碳排放量是新能源行業實現“碳中和”重要舉措，而采用低碳工藝生產主要設備、增加清潔電力在制造端的使用率是實現目標的重要措施；同時，在電能生產環節，采用電動汽車運輸也是減少碳排放的重要手段；而隨著技術的不斷進步，設備穩定性和耐用性會得到顯著的提高，從而會減少后期的運維頻率；而在設備達到設計年限后，采用綠色處理工藝，能夠顯著降低該過程中的碳排放量。

4 結 語

通過全產業鏈視角下新能源行業的工程成本分析可知，上游制造端是產業鏈鏈條上碳排放的最主要來源，而上游制造端的工程成本主要體現為原材料的采購及加工成本方面，隨著煉鋼等高能耗產業被納入碳交易市場，會促進設備價格的上漲；同時采用低碳工藝進行加工，目前來看也會導致成本的上漲，進而會把上漲的成本傳導到產業鏈的下游企業中；但是該過程對碳排放量的減少至關重要。因此，減少碳排放和控制工程成本是一種矛盾體。

這種矛盾體將伴隨著“雙碳”目標，并最后達到一種穩定的平衡狀態。“雙碳”目標對電能生產環節、后期運維環節、處置環節的影響不是太大，這些環節更能達到一種理想的狀態，即工程成本得到了很好的控制，同時實現了“零碳排放”。