林伯强专栏丨碳中和进程需要强调系统成本和整体解决方案

林伯强

中国作为一个发展中国家,实现碳中和的同时也需要保障经济高质量发展。一方面,碳中和始于环境治理和应对气候变化,环境治理是经济高质量增长发展的重要组成部分。另一方面,碳中和的主要抓手是能源结构调整,即建设以清洁电力为主体的能源系统。

中国目前拥有全球最庞大也可能是最有效的能源系统之一,能源系统中85%是化石能源,建设清洁电力为主体的能源系统就是以风电光伏等清洁能源为主体。由于风电光伏的不稳定特性,安全稳定和保障供应是清洁转型的基本原则,也是清洁转型的主要挑战。2060年的碳中和目标是一个倒逼机制,将能源、环境、高质量增长联动起来。碳中和进程是将高质量经济增长作为发展目标,努力推动社会经济迈入结构性变革阶段,保证经济稳定运行和支持高质量增长。

2020年中国电力结构中,火电发电量贡献68%,近十年来火电占比从78%下降了10%左右。风电光伏装机的比例超过了水电,但风电光伏的电量贡献仅9%,只有水电18%的一半。从系统效率来说,电力结构应该增加天然气占比,但中国天然气资源状况不乐观,难以大规模增长。核电虽然只有2%,但贡献了5%的电力,应该是碳中和一个合适的选择。但由于中国人口密集,安全和布局问题使得核电装机的“天花板”比较低。近年来风电和光伏的利用小时数持续提升,说明消纳情况持续好转。近年来煤电利用小时数除了受电力需求增长有短暂波动,整体上持续走低,说明煤电职能定位开始转变,更大幅度地参与调峰,保障电力稳定和电网安全。随着碳中和进程的推进,火电利用小时数将进一步下降,其功能转换需要技术和财务支持。

目前政府的规划目标是2030年非化石能源占一次能源结构25%,2030年风光装机至少12亿千瓦。我们可以根据历史趋势和未来发展潜力进行假设。假设近十年各类发电方式平均年发电小时数不变,从现在到2030年,如果一次能源平均年增长2%,将可以满足政府2030年非化石能源占一次能源结构25%的目标。进一步假设水电年均增长2%,核电及其他年均增长8%。在这些假设的基础上进行情景分析,若保持电力需求平均增长3%,2030年火电发电量占比将下降到60%,风电和光伏装机占比36%,发电量占比16%,比2020年高7%。若电力需求平均增长5%,则2030年火电发电量占比为68%,与2020年的电力消费结构差不多。而风电和光伏的电量占比上升为13%,仅比2020年高4%。2021年前5个月中国电力需求大幅度增长接近两位数,尽管虽然风电光伏增速很快,但是煤电依然实现了16%的增长。风电和光伏发电量占整体电力消费的9.7%,比2020年的占比略有增长。而煤电占比为73.7%,比2020年的68%有比较大幅度增长。情景分析和现实情况都说明,碳中和进程既取决于清洁能源发展,也取决于能源电力需求增长。

综合考虑清洁能源发展情况,目前有快速大规模扩张可能性的风电光伏的电量贡献很小,还难以满足比较高的电力消费增长。因此,2060碳中和是一个倒逼机制,要求高质量经济增长尽可能“双脱钩”,即GDP不仅要尽可能与化石能源脱钩,也要尽可能与能源电力需求增长脱钩。根据相关测算,改革开放40年,中国平均GDP增长与电力消费增长相关系数为0.9,平均GDP增长与一次能源消费增长相关系数为0.6,GDP与能源电力需求增长关系密切。因此,短中期如果不能减缓需求增长,则需要加快清洁能源发展速度,否则难有比较快的能源结构低碳调整。此外,由于风电光伏的波动性,其大规模发展将影响安全、稳定,和保障供应。

由于能源是一个基本投入,对于生产和生活有很强的相关性和重要性。碳中和进程不仅要求能源结构改变,也将引起社会经济各方面的调整和变革,因此政府战略和政策上需要强调整体系统成本和整体解决方案,通过系统性平衡和降低碳中和成本,才能顺利推进碳中和进程。因此,除了建设清洁电力为主体的能源系统,整体解决方案还应该包括以下四个方面:

一是应该鼓励消费者行为的低碳绿色化,提升大众低碳消费的意愿。一方面可以创造新的低碳经济增长点、倒逼传统高耗能企业进行低碳升级,另一方面还能够吸引更多的市场主体参与低碳经济。此外,还有利于提高普通民众对于绿色低碳的社会认知。

二是驱动产业结构调整和升级,逐步实现经济增长和能源消费的脱钩。结合碳交易和电力市场和电价改革等市场化手段及合适的行政措施,抑制高耗能高污染产业,加快现代服务业、高科技产业以及先进制造业的发展。由于欧盟正在考虑碳边界税,因此应该鼓励低能耗行业发展成为有竞争性的出口产业。

第三是倡导循环经济的发展,提高资源回收利用效率。循环经济以资源的高效、循环利用为核心,也是对粗放式的传统增长模式的根本变革。循环经济能够以较小的资源消耗和环境代价,达到较高的经济产出和较低的资源消耗。

四是利用数字化智能化技术提高能源系统的运行效率。能源转型的大趋势是推动能源结构向低碳清洁化转型,考虑到风电和光伏作为未来清洁能源系统主体能源的不稳定性,今后需要用“越来越不稳定的能源系统”去应对“越来越不稳定的气候条件”,因此,为保障安全稳定充足的能源供应,数字化智能化技术在此过程中将发挥至关重要的作用。例如,可以利用数字化智能化技术和管理模式促进分布式能源生产、输送、交易、消费等环节高效运转,为光伏、风电等清洁能源大规模接入提供稳定性保障。

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