面向2030 碳達峰的云南省交通行業再電氣化分析

徐尤峰，梁俊宇，成貝貝，何為之，舒 杰，汪 鵬

(1.云南電網有限責任公司，云南昆明 650011；2.中國科學院廣州能源研究所，廣東廣州 510640；3.廣東省低碳發展促進會，廣東廣州 510640)

1 現狀分析

1.1 能源與電力消費現狀

云南省人口、土地面積、經濟總量、能源消費總量占全國的比例都在2%左右1），是具備巨大經濟潛力的清潔電力基地，更是重要的生態屏障。隨著我國“力爭在2030 年前實現碳排放達峰”目標的提出，《云南省“十三五”控制溫室氣體排放工作方案》中“推動全省碳排放2025 年左右達峰”的目標必須予以落實，而在能源消費端以終端零排放的電力替代化石能源，是實現溫室氣體排放達峰的先決條件。

云南省近年來清潔電力電源裝機容量和發電量占全省裝機容量和發電總量的比值皆名列全國第一。《云南電力市場2018 年運行分析及2019 年市場預測》提供的數據顯示：2018 年，云南全省總發電量為3 007.7 億kW·h，其中煤電占278.2 億kW·h，油氣發電極少，以水電為主的可再生能源占比逾90%（見圖1）［1］；省內電消費量為1 679.2 億kW·h中，煤電電量不超過其產量，故電力消費的清潔比2）不低于83.4%，遠高于當年全國（未含港澳臺地區。下同）平均值約30%［2］。2008 至2017 年間，云南省以約4.5%的能源消費年均復合增長支撐了逾11%的全省生產總值（GDP）年均增長，能源強度降低至0.65 tce/萬元，具備較好的減排基礎。

圖1 云南省2018 年電力生產結構

碳排放方面，可由化石燃料的終端消費量估算溫室氣體排放量［3］。指定年份、區域和行業后，式（1）中：Emission 代表溫室氣體總排放量，單位為萬tCO2當量；Ci代表第i 類化石燃料的消費量，單位為Mt；Ei是該化石燃料的排放因子，單位為萬tCO2當量/t。由此可得2017 年云南全省的溫室氣體排放總量約1.40 億tCO2當量，占全國108.77 億tCO2當量的約1.31%。

2017 年云南省GDP 為16 376 億元，在消費端清潔電力占比高達全國平均近3 倍的優勢下，碳強度較全國平均僅低35%左右，原因是能源消費端的電氣化率低。由表1 可見，云南省約85%的溫室氣體排放來自消費端的化石能源直接利用。在消費端電力結構的高清潔度下，再電氣化對凈減排的貢獻更明顯。

表1 云南省2017 年的溫室氣體排放量

云南全省2017 年的電力消費總量為1 431.3 億kW·h，當年因發電而產生的溫室氣體排放量為2 226 萬tCO2當量（見表2），電力消費的溫室氣體排放因子為156 gCO2當量/kW·h，較當年全國平均值低73%。

表2 云南省2017 年電力生產所造成的溫室氣體排放

云南省存量油氣發電極少，“十四五”期間計劃新增燃煤發電機組不超過300 萬kW，占比將繼續下降，電力消費的排放因子將不再增長，因此，電力消費相對同能量（熱值）的固體燃料，溫室氣體減排效應超過一半，對石油和天然氣的減排效應也很顯著。

1.2 交通行業能源與電力消費現狀

能源消費結構會隨著社會經濟發展而變化,在工業化進程完成后，交通行業的能源消費占全社會能源消費比例將上升在1/3 左右［4］。能源消費端的電氣化率提升也是后工業化社會的標志，道路交通行業是目前我國唯一明確提出消費端全面電動化的行業，《新能源汽車產業發展規劃（2021—2035 年）》的提出就是最佳例證。

2008—2017 年間，云南省交通行業的能源消費占比維持在10%左右（見圖2），行業電氣化率為3%左右（見圖3），在全省所有按《云南省2019 年統計年鑒》分類的二級行業中墊底。云南省電力消費清潔度高，交通領域能源消費占比存在隨經濟發展而提升的潛力，故交通行業再電氣化進程的快慢對全省未來整體減排效益的影響較大，因此應重視交通行業的再電氣化。

圖2 云南省交通行業能源消費趨勢

圖3 云南省交通行業電力消費趨勢

近年來，云南省公路運輸所分擔的客貨周轉量占比分別約50%和70%（見圖4 和圖5）。受地形限制，2019 年年底，全省單位面積高鐵里程僅多過新疆、青海、西藏和內蒙；航空器（飛機）因能量密度技術的限制，難以實現電氣化。可見，公路運輸是云南省交通運輸的核心，推廣新能源汽車是提高云南省交通行業電氣化率的必然途徑。

圖4 云南省近年旅客運輸周轉量

圖5 云南省近年貨物運輸周轉量

2017 年，云南省交通行業的能源消費中，石油消費占比逾88%，是所有二級行業中單一能源品種消費占比最高的行業和品類。由表3 可見，全省交通行業幾乎全部溫室氣體排放都源自石油消費，排放量占全省溫室氣體排放量的比例超過15%，行業單位能源消費的溫室氣體排放量（即能源碳強度）比全省能源碳強度平均高50%。

表3 云南省2017 年交通行業溫室氣體排放

2016 年至2020 年，云南省政府部門出臺了4 項支持新能源汽車發展的政策，包括2016 年12 月發布的《云南省新能源汽車產業發展規劃（2016—2020年）》、2018 年9 月發布的《云南省加快新能源汽車推廣應用工作方案》、2020 年7 月發布的《關于加快新能源汽車產業發展和推廣應用若干政策措施》及同月發布的《云南省新能源汽車充電基礎設施建設工作方案（2020—2021 年）》，但上述政策皆未對目標年限的電動汽車保有量作出規劃（見表4）。

表4 云南省支持新能源汽車發展主要政策內容

2 目標分析

2.1 能源與電力消費目標

結合云南省能源強度下降的趨勢，預計全省2025 年和2030 年的能源強度將分別下降到500 kg標準煤/萬元和400 kg 標準煤/萬元左右。此外，參考各機構關于全國經濟形勢的預測，結合云南省實際，“十四五”和“十五五”期間云南省GDP 年均實際復合增長率估計約6%和5%，照此預測，全省2025 年和2030 年的能源消費總量有望達到1.6 億t標準煤左右（見表5）。

表5 云南省能源消費預測

2.2 非水可再生能源發展目標

2020 年10 月，云南省發展和改革委員會、云南省能源局發布的《云南省在適宜地區適度開發利用新能源規劃》（以下簡稱《規劃》）預計，全省2025 年和2030 年電力總消費量將分別達到3 115 億kW·h 和4 000 億kW·h。因云南省2018 年的外輸電量占比接近50%，且定位為清潔電力外輸基地，故2025 年和2030 年的年發電量需分別接近6 000 億kW·h 和8 000 億kW·h。為實現2030 年前后碳排放達峰的目標，云南省化石能源發電量在2018 年278.2 億kW·h 的基礎上最多增長到350 億kW·h（見圖6）。

圖6 滿足消費及碳達峰需求的云南省電力生產結構

《規劃》預測云南省可供開發的風電和光伏資源蘊藏量分別約2 800 萬kW·h 和1 億kW·h；并規劃到2025 年，風電和光伏的裝機容量將分別較2018 年新增裝機790 萬kW 和300 萬kW，年發電量分別新增211 億kW·h 和41 億kW·h。為實現上述目標，風電和光伏需在全省潛在資源全數開發的基礎上分別實現年利用時數達3 000 h 和1 500 h，較現狀各自提升約500 h（見表6）。其中，現有裝機量加上估計的蘊藏量（即探明而未開發的資源量）之和為預計的2030 年裝機容量。

表6 云南省非水可再生電源資源及利用預測

2.3 交通行業能源與電力消費目標

結合云南省產業轉型的進程，本研究以國際能源署（IEA）對中東歐12 國產業轉型中行業能源消費占比變化的研究為基礎，預計云南省2025 年和2030 年的交通行業能源消費占比將分別達到15%和20%，絕對量分別達到約2 460 萬t 標準煤和3 350萬t 標準煤；考慮全省的電氣化趨勢和交通行業現狀，預計交通行業的電氣化率將在2025 年和2030年分別達到5%和10%。照此計算，云南省交通行業的電力消費量需從2017 年的28.7 億kW·h 提升至2030 年的273 億kW·h（見表7）。在這一目標情景下，云南省交通行業將在2030 年較2017 年提升約250 億kW·h 的電力消費，在2018 年的電力結構下可實現減排約500 萬t CO2當量，是2017 年全省溫室氣體排放總量的約7%。

表7 云南省交通行業能源與電力消費預測

3 實現路徑

3.1 實現道路交通電氣化的場景

從交通電動化先行地區的經驗來看，需要公共交通先發力。按《深圳市新能源汽車充電運營行業發展報告（2020 年）》中數據計算，深圳市的電動汽車在2017 年以約70 kW·h 的電力消費抵消了約260 萬t 標準煤的燃油消費（見表8）［5］。

表8 各種車輛平均燃油/電力消費量對比

報告顯示，2018 年年末云南全省城市汽車保有量中巴士為16 628 輛、巡游的士為29 864 輛，較2016 年年末分別增長3.01%和1.39%［6］；照此增速計算，2030 年全省城市巴士和巡游的士保有量將分別達到20 000 輛和32 500 輛。2019 年，云南省和深圳市的經濟總量之比約為0.86∶1，年末常住人口之比約3.6∶1。綜合考慮各因素，可設定以下3 種替代場景（見表9）：

表9 云南省至2030 年車輛電動化場景預測

（1）保守場景，即昆明市現有的電動巴士和的士數量翻番后，無其余電動車輛的新增；

（2）一般場景，即2030 年全省巴士和的士電氣化率為50%，電動物流車和私家車的保有量分別達到深圳市推廣電氣化10 年后水平；

（3）深度場景，即2030 年全省巴士和的士電氣化率為80%，電動物流車和私家車的保有量分別達到50 萬輛和150 萬輛。

2019 年年底，云南省新能源汽車保有量占全國約1.6%，人口、經濟總量占比約2%，新能源汽車的保有量有望在2030 年達到150 萬輛～200 萬輛，電力消費量能基本滿足全省2030 年交通行業電力消費量273 億kW·h 的目標。

3.2 新能源汽車基礎設施對消納非水可再生能源的作用

在大力推廣道路車輛電動化的基礎上，云南省還需要通過更多手段提升交通行業的電氣化水平，從而推動整體電氣化率的提高和碳達峰目標的實現。通過車輛與電網間的能源-信息互聯技術（即V2G 技術）助力消納非水可再生能源電力，在消費端更多使用清潔電力也是促進減排目標實現的路徑。2020 年11 月，國務院辦公廳發布《新能源汽車產業發展規劃（2021—2035 年）》，在“推動新能源汽車與能源融合發展”中明確了統籌新能源汽車充放電、電力調度需求，實現新能源汽車與電網能量高效互動，統籌新能源汽車能源利用與風力發電、光伏發電協同調度，提升可再生能源應用比例；鼓勵“光儲充放”多功能綜合一體站建設；巴士和的士作為運行模式相對固定的車輛，具備通過V2G 技術消納非水可再生電力的潛力。云南省在可再生能源資源豐富而利用效率較低的背景下，大力推動新能源汽車與能源融合發展這一途徑的意義更加顯著。劉堅等［7-8］、劉敦南等［9］的研究表明，公共商用車、私家車平均日間和夜間充電量之比約為1∶4,物流車晝夜基本各半。因此，云南省如按上述一般場景的預測，在新能源汽車充電設施與非水可再生能源高度融合的情景下，公共商用車、私家車平均每天消費約566 萬kW·h 的電力，相當于白晝消納太陽能發電約113 萬kW·h、夜間消納風電約453 萬kW·h；物流車平均每天消費約1 000 萬kW·h 的電力，相當于白晝消納太陽能發電和夜間消納風電各約500 萬kW·h。即，云南省在不改變各類車輛運營模式的同時，V2G 技術每年可分別消納風電和光伏約35 億kW·h 和約22.5 億kW·h，共約57.5億kW·h，約相當于2018 年全省非水可再生能源發電量的22%。則按2030 年云南省交通能源規劃容量計算，每年可增加約40 h 的能源利用時數。

3.3 地面公共交通再電氣化的溫室氣體減排效益

云南省2018 年電源結構下的電力消費排放因子為156 gCO2當量/kW·h，考慮到2019 年昆明市的巴士和的士中，純天然氣車輛占比在15%左右，天然氣汽車在云南省仍將具有重要地位，因此，本研究預測各場景下各類燃料巴士和的士車輛的保有量。結合表8 中各類車輛的運營和能源消費特征，可計算云南省2030 年公共交通車輛溫室氣體排放場景（見表10）。云南省2017 年交通行業溫室氣體排放總量約2 200 萬tCO2當量，可見地面公共交通所占份額較少，僅10%左右，因此，包括巴士和的士在內的公共交通電氣化的示范效應顯著，但對整體溫室氣體減排的效益有限。

表11 云南省2030 年公共交通車輛碳排放場景預測

4 結論與建議

通過以上研究可知，云南省具備在能源消費端進行再電氣化助力減排目標實現的潛力和優勢，但難以通過單一行業和技術的努力實現，必須通過行業間的協作和政策支持完成。結合云南省經濟社會基礎和能源產業現狀，提出以下建議：

第一，在宏觀上加快產業轉型升級。2017 年云南省第二產業能源消費和溫室氣體排放量占比近70%，石化、金屬加工和建材等3 個行業之和就占全省能源消費和溫室氣體排放總量的一半以上，在經濟發展與第二產業尤其是重工業“脫鉤”的背景下，能源消費尤其是化石燃料直接燃燒與產業的綁定是能源結構難以優化、電氣化率偏低、電源結構清潔化優勢未能完全發揮的根本原因。

第二，繼續加大新能源汽車的推廣力度。公共交通電氣化的實際減排效益有限，應加大對低價車、物流車電動化的推廣力度。云南省山地較多，居民用戶對車輛動力及能源補充可靠性的關注度更高，新能源汽車發展目前還存在一定短板。除可通過支持省內相關車輛車型生產和銷售的政策予以支持外，在電動汽車和天然氣汽車的競爭中，從長期碳中和的目標考慮，不宜為天然氣汽車的發展設置專門的支持政策。

第三，完善V2G 等技術的布置和應用。V2G 技術在世界范圍尚未實現大規模實際運用［10］，其對非水可再生能源消納的實際效果尚有待觀察［11］，用戶側電池儲能的技術完善和商業模式開發也尚未完成［12］。基于云南省水力資源豐富但潛力有限、風光等可再生資源潛力仍未大規模開發的現實，可在水電及電力基礎設施配套完善且具備電動汽車運營潛力的區域進行技術機制的示范，以電動汽車的充電需求確定儲能容量，進一步加大非水可再生能源的消納能力。

注釋：

1）文中未加說明的數據均為來自各年度的《云南統計年鑒》；未說明時，數據的時間年限為2008 至2017 年。

2）清潔電力未包括天然氣發電量。