一、“双碳”目标下我国能源转型发展面临的挑战
(一)产业结构偏重,面临降能耗与稳制造两难选择
目前,我国处于工业化中后期,第二产业占比曾长期处于40%以上,近5年才降至40%以下。2020年,我国第二产业占GDP比重为37.8%,高于制造业强国德国(26.5%,2020年)和日本(28.7%,2019年),远高于美国(18.2%,2019年)、英国(17.0%,2020年)、法国(16.4%,2020年),也高于世界平均水平(27.9%)。我国制造业对GDP的贡献率为26.2%,比全球平均水平(16.5%)高出近10个百分点。制造业是我国国民经济的基石,夯实实体经济根基、走制造强国之路必须确保制造业占比稳定。
相对于巴西、澳大利亚等资源国的原料开采和发达国家占据优势的高端制造业,我国承担的加工制造环节能源资源消耗强度大、单位GDP碳排放量高。我国第二产业能源消费占全国能源消费总量70%左右,其中,钢铁、水泥、有色金属、汽车等高耗能产业全球占比高,2020年生产了全球57%的粗钢、58%的水泥、57%的电解铝和32.5%的汽车,这是我国能源消耗总量大、单位GDP能源消耗强度高的重要原因。我国制造业整体处于全球价值链中低端,通过调整产业结构降低碳排放强度的难度要远大于发达国家。
(二)能源结构偏煤,控煤减碳背景下保障能源安全的难度增大
基于我国富煤、油气不足的资源禀赋,能源消费结构呈煤炭占比大,石油、天然气、新能源占比小的“一大三小”格局。煤炭长期在我国能源安全战略中发挥着基础性作用,是我国第一大主体能源。2000年以来,我国煤炭消费在一次能源消费中的比重快速下降,2020年较2000年下降11.7个百分点,但仍高达56.8%,远高于全球平均27%和G7国家平均12%的水平。2020年,我国煤炭消费量为39.6×108t,占全球煤炭消费总量的54.3%,是印度煤炭消费量的4.7倍、美国的8.8倍和欧洲的8.9倍。
(三)能源利用效率偏低,工艺、标准和综合利用等均有不足
2000年以来,我国单位GDP能耗持续下降,但仍远高于全球平均水平。根据国际能源署和世界银行数据,2020年我国每万美元GDP能耗为3.4t标准煤,是全球平均水平的1.5倍、美国的2.3倍、德国的2.8倍。分析我国单位能耗偏高、能源利用效率偏低的原因:一是产业结构中第二产业和高耗能产业占比高;二是部分产业工艺落后,煤炭、钢铁等行业落后产能和过剩产能仍然大量存在,部分地方政府仍依赖传统产业及生产模式维持经济增长;三是我国能效标准低于发达经济体,例如欧盟和美国通过提高家电能效标准实现电力消费量下降15%,而我国下降幅度不足5%;四是能源综合利用率低,据统计,我国约50%的工业能耗没有被利用,余热资源利用率只有30%左右,远低于发达国家40%~60%的平均水平。我国再生资源利用率也远低于世界发达经济体。例如,“十三五”期间,我国再生铝产量占铝产量的比例为20%,美国达到80%,日本则接近100%。
(四)碳中和窗口期偏短,能源转型成本高
(五)新能源规模发展面临挑战,关键矿物供应存在风险
在政策引领和技术进步的推动下,我国核能、水能、风能、太阳能、生物质能和地热能等非化石能源以及氢能、储能和新能源汽车产业取得长足进展,但规模化发展仍面临诸多挑战。核电部分核心零部件、基础材料仍依赖进口,核聚变能开发利用尚处于探索阶段。水电工程施工环境复杂、生态环境脆弱,工程技术、建设管理和移民安置难度不容小觑。与常规电源相比,风能和太阳能发电具有典型的间歇性、波动性和随机性特征,高比例新能源条件下电力系统可靠性不足。生物质能发电总装机容量依然不高,规模化发展仍需时日。地热能领域干热岩资源勘探开发技术尚处于起步阶段。氢能方面,输配和典型场景应用成本高,高压储氢设备、燃料电池与国外相比还存在较大差距。储能方面,抽水储能发展空间有限,电化学储能成本高,尚无法满足长时储能需求,安全性也有待提高。新能源汽车所需锂、钴、镍等关键矿物资源储量不足,消费量大,严重依赖进口,2020年消费量分别占全球的50%、30%、50%,对外依存度分别达到74%、95%、90%,存在供应中断风险。
二、碳中和目标下我国能源发展战略构想
(一)总体战略思想
以习近平生态文明思想和“四个革命、一个合作”能源安全新战略为指引,贯彻落实“能源的饭碗必须端在自己手里”的新要求,坚持“立足国情、安全发展,科学创新、务求实效”的方针,遵循自主可控和绿色低碳发展理念,通过节能与提效双轮驱动、供给与消费两端发力,系统实施节能、去碳、创新、提效、应急、支撑、合作“七大战略工程”,加速推动能源系统由以煤炭为主的“一大三小”(煤炭大,石油、天然气和新能源小),向新能源为主的“三小一大”(煤炭、石油和天然气小,新能源大)转变,支撑我国如期实现碳达峰、碳中和目标。
(二)第一步(2020—2035年),减煤、控油、增气,大力发展新能源
通过减煤、控油、增气,大力发展新能源,2035年我国非化石能源占比将超过35%。一是严格控制煤炭产量,加大落后产能、小煤矿的淘汰力度,制定老矿合理退出机制,积极推动煤炭深加工产业化示范与规模化发展,全面提升煤炭清洁利用水平。二是加强太阳能、风能、地热能对化石能源的替代,加快新能源汽车对燃油车的替代,控制石油消费增长。三是加快陆上西部地区天然气增储上产,实现陆上东部地区天然气产量稳中有升,推进海上天然气勘探开发,持续推动天然气产业快速发展。四是大力发展风电、光伏,因地制宜规模化配置陆上风电,鼓励有条件的地区大力发展海上风电,积极支持分布式风电、光伏发展。坚持安全第一、生态优先和绿色发展原则,稳步推进水电、核能与生物质能等清洁能源有序发展。五是加快碳捕获与封存/碳捕获、利用与封存(CCS/CCUS)技术攻关与示范,推动二氧化碳驱油/气、化工/生物利用等二氧化碳利用技术及工艺的创新和应用,推进CCS/CCUS国家示范区建设。
(三)第二步(2036—2050年),非化石能源加速替代
强化新能源高效开发利用技术攻关,不断完善新能源供需体系建设,促进终端用能电气化水平实现跨越式提升,全面推进新能源产业发展,加快提升新能源消费总量与消费占比,2050年,预计我国非化石能源占比将达到70%以上。一是持续加强节能提效技术、设备的推广应用,大力推动全社会节能提效,全面实现节能提效预期目标。二是海上天然气开发取得阶段性成果,天然气储备、管网体系更加完善,天然气消费2040年左右达峰后保持基本稳定。三是随着交通电动化进程加快,石油作为燃料的消费快速下降,作为原料的消费占比快速提升。四是持续推进整装煤炭开发基地和大型综合能源化工基地建设,建成以绿色煤炭资源为基础的精准开发模式,全面提升煤炭兜底保供能力。五是加大CCS/CCUS等环节关键技术、工艺、设备的攻关力度,加快推进CCS/CCUS技术在水泥、钢铁等重工业领域和天然气发电领域的规模化应用。
(四)第三步(2051—2060年),现代能源体系全面建成
进一步巩固风能、太阳能、氢能、核能等清洁能源的主体地位,强化煤炭、天然气与可再生能源融合发展,以化石能源为主的现代化能源应急储备体系全面建成,2060年非化石能源占比超过80%。煤炭、石油等高碳化石能源回归原料属性,全面推进能源结构绿色低碳转型。推动CCS/CCUS技术商业化规模应用,不断完善低碳循环经济体系建设。全面建成智慧协同、多能互补、多网融合、快速响应的智慧能源系统,我国能源体系绿色低碳转型取得全面胜利。
三、碳中和目标下我国能源发展的关键性战略举措
实现碳达峰、碳中和,能源消费结构调整是核心,产业结构调整是关键,化石能源清洁化是基础,节能减排是抓手,建设现代化能源体系是目标。要实施好节能、去碳、创新、提效、应急、支撑、合作“七大战略工程”,助力“双碳”目标实现。
(一)节能工程:强化四类节能举措,推动能源消费实现节约高效
加强意识节能:通过节能理念宣传、节能硬性约束、党政机关引领示范等手段,积极引导全社会转变传统用能习惯,开展全民节能行动,牢固树立“节能是第一能源”意识。突出结构节能:通过大力推动重点领域节能降碳,加快压减高耗能产业,严格控制增量,调整优化存量,加快推动产业转型升级,促进我国制造业向中高端迈进。做精技术节能:加强节能降碳科技攻关和示范应用,推进物联网、人工智能等新一代数字技术与各行业深度融合,依靠技术创新推进行业用能效率提升。做实管理节能:通过节能提效立法,完善节能减排财政税收优惠政策,强化节能减排监督检查考核,保障节能减排管理工作持续有效运行。
(二)去碳工程:强化四类减碳举措,推动能源行业先行碳中和
持续提高工业设备和电力电器能效,加大建筑领域节能降碳关键技术创新攻关力度,加快电动车对燃油车的替代,大幅提升工业、建筑、交通等重点行业用能效率和清洁能源消费占比,实现源头“减碳”。设立碳循环经济研究专项,加快碳转化技术研发及应用,加大碳利用产业扶持力度,尽快突破碳循环经济发展的技术瓶颈和制度障碍,推进二氧化碳化工/生物利用等技术及工艺的创新和应用,实现经济“用碳”。推动光伏/光热发电、风电、水电、核电等清洁电力对火电的替代,加强工业领域电力、热力和氢能应用,构建基于电气化、光伏建筑、柔性用电系统的新型建筑能源系统,推进交通领域的智能化、数字化、电动化、网联化和共享化转型,减少对化石能源的依赖,实现有序“替碳”。战略性开展燃烧前捕集、富氧燃烧捕集等大规模二氧化碳捕集技术研究,集中开展二氧化碳埋存选址理论及关键技术攻关,推进二氧化碳驱油/气、咸水层封存等技术规模化应用,实现科学“埋碳”。
(三)创新工程:突出前沿性、颠覆性技术研发,推动“零碳”能源供应
(四)提效工程:构建灵活可靠的智慧能源系统,推动能效大幅提升
充分应用新一代数字化、智能化信息技术,加快构建“源、网、荷、储”智慧协同,煤、油、气、电、氢多能互补,电网、热网、燃料网多网融合,产、消双向灵活响应的智慧能源系统,实现多种能源系统在供给侧、输/配侧、需求侧的互联互通与深度融合。支持和鼓励各类能源主体自主接入能源系统,双向参与能源市场交易,促进能源利用效率和服务水平大幅提升。
(五)应急工程:构建扎实稳固的应急储备系统,确保能源安全自主可控
通过实施绿色煤炭资源勘探开发重大科技创新工程,集中建设整装煤炭开发基地和大型综合能源化工基地,保留必要的产能储备等措施,做好煤炭兜底保障能力建设。长期维持煤电装机容量(2.0~4.5)×108kW,使电力安全供应天数保持在90天的安全阈值水平上。构建兼具保底和调节功能的石油储备体系,储备规模达到120天进口量水平,实施“探而不采、产能储备”战略,建立10×108t探明地质储量规模的石油资源战略储备。突出天然气与新能源“最佳伙伴”关系,强化天然气储备,尽快建成一定规模的国家天然气战略储备,形成包括国家、地区、企业三级储备主体,战略储备和商业储备相结合的天然气储备体系,逐步增加储气规模,形成地下与地上相结合的储库系统。
(六)支撑工程:建立与时俱进的配套政策体系,保障能源安全转型
统筹制定可再生能源与化石能源协调发展政策,建立健全化石能源企业转型、退出机制,制订可再生能源发展专项规划。按照“先立后破、破立并举、等量替代”的原则,充分利用传统能源资源地区可再生能源资源丰富的优势,做好接续产业的区域转移和承接,特别是做好重化工行业、大型数据中心等高耗能产业在中西部能源资源富集地区的布局,形成产业接续与可再生能源就地消纳的双赢格局。加大科技创新支持力度,设立并实施战略性科技重大专项,发挥新型举国体制优势,集中优势资源,构建国家碳中和战略科技力量体系,打好碳中和关键核心技术攻坚战。坚持“全国一盘棋”和“共同但有区别原则”,充分考虑各地区差异,科学合理分配碳排放指标,完善碳排放“双控”制度。尽快建立自主碳排放计量体系,加强温室气体排放、碳核查等领域基础数据采集;持续深化碳排放权交易市场建设,探索建立绿色金融改革实验区。
(七)合作工程:充分利用两个市场、两种资源,推进绿色能源国际合作
坚持全方位国际合作不动摇,落实“一带一路”倡议,持续打造开放条件下油气安全保障体系,高度重视中东、中亚—俄罗斯地区低成本、低碳足迹油气资源项目获取,加强天然气和LNG领域国际合作。推进能源产业国际化,建立新能源国际合作运行及投资体系,鼓励先进新能源技术在“一带一路”国际市场中的应用和推广,提高新能源国际合作水平。发挥我国新能源关键矿物产业链和技术两大优势,在共建“一带一路”框架内,促进新能源关键矿物领域的对话交流与合作,打造供应国、通道国、消费国一体化协同保障的供应链体系,构建原矿、精矿、产品多类型进口机制,最大限度降低供应风险。积极在国际合作内容、机制、途径、对象等方面进行创新和实践,在能源安全新战略的指引下,加强与先进发达国家在煤炭清洁化利用、甲烷减排、先进核能、CCS/CCUS等绿色低碳技术领域的合作,加强与邻国电力基础设施的互联互通。
四、结束语
在碳中和目标指引下,我国作为全球主要的能源消费国与二氧化碳排放国,未来能源转型面临经济、技术、安全、社会等多方面的压力和挑战,能源行业需加强规划,突出重点,扭住关键,精准发力,狠抓落实,加速化石能源与新能源融合发展,加快建设以化石能源兜底、以新能源为主体的清洁低碳、安全高效的新型能源体系,为国家如期实现碳达峰、碳中和不断做出新贡献。
参考文献(略)
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