“中國加速邁向碳中和”電力篇——電力行業(yè)碳減排路徑

文章來源:麥肯錫碳交易網(wǎng)2021-09-23 11:35

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在“中國加速邁向碳中和”系列的開篇中,我們暢想了2050年由電動汽車、氫氣煉鋼、光伏發(fā)電、綠色儲能等新能源元素主導(dǎo)的碳中和世界。要實現(xiàn)這一愿景,全球需要在2030年將人為二氧化碳凈排放量在2010年的基礎(chǔ)上減少約45%,到2050年達(dá)到“凈零排放”。面對時間緊、任務(wù)重雙重挑戰(zhàn),中國在第75屆聯(lián)合國大會一般性辯論上率先提出 “碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)。 本*文`內(nèi)/容/來/自:中-國-碳^排-放“交|易^網(wǎng)-tan pai fang . c o m

麥肯錫將聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)第13項列為公司社會責(zé)任重點內(nèi)容。作為麥肯錫全球六個大區(qū)之一的中國區(qū),已正式啟動大規(guī)模碳中和轉(zhuǎn)型研究公益項目。我們希望借助麥肯錫全球可持續(xù)發(fā)展研究的豐富經(jīng)驗,結(jié)合對中國社會、行業(yè)和企業(yè)的全面理解和深刻洞見,開展橫跨各大主要工業(yè)板塊的碳中和轉(zhuǎn)型趨勢、對策和技術(shù)研究,為中國達(dá)成碳中和目標(biāo)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。 本*文@內(nèi)-容-來-自;中_國_碳^排-放*交-易^網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

本文以電力行業(yè)為研究樣本,為“中國加速邁向碳中和”系列第6篇。我們熱忱歡迎各界專家、同仁不吝賜教,您可在留言區(qū)提出寶貴意見,也可直接與團(tuán)隊聯(lián)系。我們期待與社會各界一道推進(jìn)綠色中國碳中和轉(zhuǎn)型之偉業(yè)。 本+文內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

中國電力行業(yè)碳減排的必要性 本`文內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a npai fan g.com

電力行業(yè)是碳減排的關(guān)鍵所在。無論是需求端的改變,生活供電和供能方式的革新,還是碳管理行業(yè)的發(fā)展,都與電力行業(yè)息息相關(guān)?;邴溈襄a全球碳中和模型的測算,為達(dá)成1.5攝氏度控溫目標(biāo),全球電力行業(yè)需要在2050年前減少99%以上的碳排放,這意味著電力行業(yè)幾乎要達(dá)到“凈零排放”。我們認(rèn)為,這一目標(biāo)雖富于挑戰(zhàn),但仍可實現(xiàn)。 本/文-內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放-網(wǎng)-tan pai fang . com

碳中和之路上的中國電力需求 本+文內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

電力總需求是碳中和的重要話題。除經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的需求增長外,在減碳目標(biāo)下,各行業(yè)大規(guī)模電氣化以及電解制氫的普及,將推動電力需求的進(jìn)一步提升。長期來看,中國電力需求將以年均~2%的速度增長,2050年的電力總需求將是2020年的2倍左右。直接電力需求將在2030年前穩(wěn)步增長,主要受三大動因驅(qū)動:工業(yè)生產(chǎn)活動增加、建筑樓宇電氣化、電動汽車的推廣。而在2030~2050年間,工業(yè)用電和建筑樓宇用電需求的增速將放緩,交通運輸業(yè)的用電需求則因電動車的加速推廣將呈現(xiàn)更快的增長態(tài)勢(見圖1)。

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應(yīng)用碳捕集與封存(CCS)技術(shù)的電力結(jié)構(gòu) 禸*嫆唻@洎:狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm

基于電力總需求的預(yù)測,麥肯錫全球能源洞見電力模型測算了1.5℃情境下,2030年和2050年應(yīng)用碳捕集與封存技術(shù)的電力結(jié)構(gòu)。電力總裝機容量將從2020年的約2,000GW增加到2050年的約8,700GW,其中約71%將由可再生的光伏和風(fēng)電貢獻(xiàn),而基于CCS技術(shù)的煤電,則可能在2030~2050年間降至總發(fā)電容量的6%(見圖2)。同時,水電、核電、燃?xì)廨啓C和電力儲存裝機將承擔(dān)基荷,并保證電力系統(tǒng)的靈活性。此外,2050年各區(qū)域的電力結(jié)構(gòu)也將更多樣化,西北、東北以及華北等區(qū)域的電力裝機將明顯集中于光伏(40%以上為光伏裝機量),而華東則更加傾向于風(fēng)電(61%為風(fēng)電裝機量)。

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風(fēng)電和光伏的發(fā)電比例,將在2030年和2050年分別達(dá)到62%和83%(見圖3)。在應(yīng)用碳捕集與封存技術(shù)情境下的測算表明,從以煤炭為主的電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)向以風(fēng)、光等可再生能源為主的電力系統(tǒng),對于中國的碳中和探索之路而言至關(guān)重要。

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電力轉(zhuǎn)型的潛在挑戰(zhàn)與應(yīng)對措施

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實現(xiàn)電力“零碳化”任重而道遠(yuǎn)。麥肯錫認(rèn)為,要實現(xiàn)1.5℃情境下成本最優(yōu)的電力結(jié)構(gòu),中國電力行業(yè)需要克服三大挑戰(zhàn)。我們相信,在政府和企業(yè)的通力合作下,定能有效加以應(yīng)對。 本*文@內(nèi)-容-來-自;中_國_碳^排-放*交-易^網(wǎng) t an pa i fa ng . c om

挑戰(zhàn)一

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提升電力系統(tǒng)靈活性 本/文-內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放-網(wǎng)-tan pai fang . com

光伏和風(fēng)電將在2050年成為主要能源,占全社會發(fā)電量的83%,而鑒于光伏和風(fēng)電都有連續(xù)性較差、存在地理限制、容易出現(xiàn)短期內(nèi)過?;蚨倘钡忍攸c,將使得電力系統(tǒng)的靈活性受到進(jìn)一步威脅。麥肯錫認(rèn)為,應(yīng)通過建設(shè)以下三方面的能力來提升電力系統(tǒng)靈活性(見圖4)。 內(nèi).容.來.自:中`國`碳#排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai f an g.com

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提升電網(wǎng)輸配能力:在成本最優(yōu)的情境下,2050年總輸電容量需從2019年的約150GW提升至約600GW,而新增輸電容量將主要應(yīng)用于連接華北與華東、華南與華東的跨區(qū)域供電,以滿足沿海地區(qū)的電力需求。這就需要中央政府制定政策,做好頂層規(guī)劃,平衡多方利益,為跨省電網(wǎng)的大規(guī)模發(fā)展提供支持,加強跨省統(tǒng)籌合作;同時持續(xù)推動配電改革,加速增量配電網(wǎng)建設(shè)。近期,國家發(fā)改委在《回函》中,進(jìn)一步明確了增量配電網(wǎng)的行政地位,允許可再生能源、分布式電源以適當(dāng)電壓等級就近接入增量配電網(wǎng),此舉既可有效助力可再生能源的消納,也解決了增量配電網(wǎng)“缺電”的實際困難,大大提振了相關(guān)開發(fā)者的信心。同時,業(yè)界也應(yīng)積極應(yīng)用智能電網(wǎng)技術(shù),實現(xiàn)對電網(wǎng)運輸實時數(shù)據(jù)的收集和管理,提升電網(wǎng)系統(tǒng)的能級。這不僅需要大力發(fā)展電網(wǎng)數(shù)字化技術(shù),也需要加快推廣電力行業(yè)的市場機制。

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優(yōu)化電力儲能技術(shù):能源儲存技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)價值鏈的各個環(huán)節(jié)。為應(yīng)對系統(tǒng)靈活性的挑戰(zhàn),到2050年,整體儲能系統(tǒng)的累計裝機量需要從2019年的約32GW提升至約1,400GW;其中,除抽水蓄能等傳統(tǒng)儲能方式外,電池技術(shù)的應(yīng)用極為關(guān)鍵。考慮到各類儲能技術(shù)的特點,鋰電池儲能因其運營成本低、所需空間小、循環(huán)周期長,成為短期內(nèi)的應(yīng)用首選。 本+文內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) ta np ai fan g.com

縱觀以鋰電池為代表的電池儲能技術(shù)的發(fā)展,有三大痛點亟需解決。首先是成本,當(dāng)前電化學(xué)儲能成本較高,但麥肯錫預(yù)計,隨著核心技術(shù)的發(fā)展,以鋰電池為代表的電池儲能技術(shù)成本可在2030年降至煤電發(fā)電成本的水平,到2050年甚至比后者更低;政府和業(yè)界應(yīng)通力合作,進(jìn)一步拓寬電池技術(shù)的研究,使其惠及電動車與可再生能源行業(yè)。其次是電池的安全性,政府與業(yè)界應(yīng)高度重視電池設(shè)計、生產(chǎn)和使用等環(huán)節(jié)的安全問題,在電池技術(shù)的應(yīng)用中盡可能減少因電池引發(fā)的安全事故。最后一個痛點是電池的資源回收再利用,由于電池壽命通常為5~8年,回收是一個不可避免的話題,當(dāng)下相關(guān)方仍在尋找兩全之策,以期最大限度實現(xiàn)電池的回收再利用,同時盡可能降低其對環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)。各地政府應(yīng)制定政策,規(guī)范回收行業(yè),同時提供補貼,支持可持續(xù)電池回收解決方案的推廣。業(yè)界則應(yīng)優(yōu)化運營,推動電池回收規(guī)范的落地。 本/文-內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放-網(wǎng)-tan pai fang . com

加強需求側(cè)管理與響應(yīng):除提升供給側(cè)的靈活性之外,需求側(cè)的改革也是降低儲能系統(tǒng)成本、提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的有效手段。當(dāng)前的需求側(cè)改善手段主要包括需求側(cè)響應(yīng)(部分用戶自主進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié))及需求側(cè)管理(覆蓋大量用戶的統(tǒng)一用電行為調(diào)整),兩者均可降低社會高峰用電需求(見圖5)。這兩類技術(shù)廣泛應(yīng)用于北美以及歐盟多數(shù)國家在中國,以上海等區(qū)域為試點的小型需求側(cè)響應(yīng)項目尚處于測試階段?;诤M獍l(fā)達(dá)國家應(yīng)用需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)的歷史經(jīng)驗,需求側(cè)響應(yīng)通??捎行Ы档?%~6%的容量儲備需求。 本文+內(nèi)-容-來-自;中^國_碳+排.放_交^易=網(wǎng) t a n pa ifa ng .c om

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著眼未來,需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)在中國的應(yīng)用,可結(jié)合電動車、樓宇等創(chuàng)新型場景,實現(xiàn)遠(yuǎn)超歷史數(shù)據(jù)的高峰用電需求削減。需求側(cè)響應(yīng)的推廣需要政府、企業(yè)和其他利益相關(guān)方共同發(fā)力,著力解決以下五大問題:一是明確需求側(cè)響應(yīng)的戰(zhàn)略地位,達(dá)成全社會對需求側(cè)改革重要性的共識;二是推動電力市場化機制,由政府牽頭加速電力現(xiàn)貨市場的試點;三是加強需求響應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),發(fā)電和用電雙方都需要本地化程度更高的電網(wǎng)體系,同時應(yīng)用智能電網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行動態(tài)調(diào)控;四是加強對需求側(cè)響應(yīng)的補貼,在中短期,補貼仍然是需求側(cè)響應(yīng)的主要工具,各地政府需要制定清晰的規(guī)劃,以最佳方式為企業(yè)提供相關(guān)激勵;五是助推電力聚合行業(yè)的興起,隨著需求側(cè)改革的深入,聚合行業(yè)將自然而然成為供電方和用電方之間的媒介,但這需要政府的引導(dǎo)和支持。

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挑戰(zhàn)二 本`文@內(nèi)-容-來-自;中^國_碳0排0放^交-易=網(wǎng) ta n pa i fa ng . co m

加速淘汰煤電存在實際困難 禸嫆@唻洎:狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm

若電力行業(yè)碳排放需在2050年“清零”,燃煤電廠將不可避免地退出歷史舞臺。中國目前的燃煤發(fā)電裝機容量達(dá)1,100GW,超過50%需在2040年前逐步淘汰。雖然中央及各省正陸續(xù)出臺逐步淘汰燃煤電廠的政策,但落地過程中不僅面臨著供電穩(wěn)定性挑戰(zhàn),也一定程度影響了煤炭高度依賴區(qū)域的短期經(jīng)濟(jì)增長。麥肯錫將中國各省按煤炭依賴程度和可再生能源的豐富程度進(jìn)行了劃分(見圖6),對于不同類型的區(qū)域,應(yīng)采取不同的煤電退出路徑。 本文`內(nèi)-容-來-自;中_國_碳_交^易=網(wǎng) tan pa i fa ng . c om

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煤炭依賴度高,可再生資源豐富度低:這類區(qū)域的能源轉(zhuǎn)型將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn),應(yīng)考慮實施“軟著陸”。為保障能源安全,可穩(wěn)步退役不盈利的落后煤電產(chǎn)能,同步投資CCS技術(shù)及其基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),促進(jìn)煤電清潔化,同時將本地可再生能源發(fā)電與能源輸入相結(jié)合,優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。為保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展不受影響,各地應(yīng)著力提升當(dāng)?shù)氐哪茉蠢眯?,由政府牽頭協(xié)助退役煤電廠修整與再開發(fā),推動相鄰低碳產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,并通過撥款和培訓(xùn)等賦能當(dāng)?shù)厣鐓^(qū),做好職工的再就業(yè)工作。 本文@內(nèi)/容/來/自:中-國-碳^排-放-交易&*網(wǎng)-tan pai fang . com

煤炭依賴度高,可再生資源豐富度高:該類區(qū)域可再生資源豐富,但需大規(guī)模退役煤電廠,可謂機會與挑戰(zhàn)并存,應(yīng)加快轉(zhuǎn)型。在能源安全方面,應(yīng)為所有煤電裝機容量制定退出計劃,用可再生能源替代退役的煤電產(chǎn)能,并投資儲能技術(shù),以確保供電穩(wěn)定性。 本+文+內(nèi).容.來.自:中`國`碳`排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.com

煤炭依賴度低,可再生資源豐富度高:該類區(qū)域自然稟賦高,應(yīng)作為“排頭兵”引領(lǐng)中國可再生能源的發(fā)展。各地應(yīng)積極制定政策,加快可再生能源建設(shè),與政府和電網(wǎng)公司協(xié)作促進(jìn)跨區(qū)域的電力運輸。同時,在經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面,應(yīng)加快當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的電氣化,成為能源密集型行業(yè)的工業(yè)基地,并提供新的就業(yè)機會吸引高質(zhì)量人才。

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煤炭依賴度低,可再生資源豐富度低:該類區(qū)域受電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型影響更小,更應(yīng)著眼未來,積極轉(zhuǎn)向使用可再生能源電力,并因地制宜,制定符合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的能源戰(zhàn)略。 夲呅內(nèi)傛萊源亍:ф啯碳*排*放^鮫*易-網(wǎng) τā ńpāīfāńɡ.cōm

挑戰(zhàn)三 本+文`內(nèi)/容/來/自:中-國-碳-排-放-網(wǎng)-tan pai fang . com

可再生能源成本依然偏高

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相較上述兩類挑戰(zhàn),可再生能源在成本方面的挑戰(zhàn)影響相對較小。得益于良好的本地供應(yīng)鏈,國內(nèi)集中式陸上風(fēng)電及光伏已開始進(jìn)行平價競標(biāo)上網(wǎng),分布式及海上風(fēng)電預(yù)計不久后也將進(jìn)入零補貼時代。

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沿著當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展軌跡,可再生能源度電成本將持續(xù)下降,到2030年,在全國范圍內(nèi),風(fēng)電和光伏的成本將有望全面低于煤電。隨著平價時代加速到來,大部分可再生能源項目的投資回報率逐年降低;同時,為了響應(yīng)國家號召,大量其他行業(yè)的龍頭企業(yè)也積極參與到可再生能源的投資、建設(shè)中來。這雖然大大激發(fā)了市場活力,但同時也加劇了可再生能源的行業(yè)競爭,進(jìn)一步壓縮了相關(guān)企業(yè)的利潤空間。企業(yè)一方面可通過持續(xù)優(yōu)化風(fēng)、光電廠全生命周期(前期開發(fā)、建設(shè)、運維周期等)的運營表現(xiàn)來提高盈利能力,一方面可通過市場手段來提高整體回報: 禸嫆@唻洎:狆國湠棑倣茭昜蛧 τāńpāīfāńɡ.cōm

參與綠色電力證書交易。中國綠證體系始于2017年,數(shù)年下來,機制日益完善。隨著可再生能源平價上網(wǎng)和“強制綠證”的推進(jìn),未來發(fā)電、電網(wǎng)、售電、用戶等執(zhí)行主體均有獲取綠證的需求,將大幅拉升整體需求量;綠證價格碳匯價格如形成聯(lián)動,也有助于價格機制的進(jìn)一步完善。對于可再生能源企業(yè)來講,綠證或?qū)⒊蔀樵黾禹椖渴找娴闹匾緩健?

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參與碳交易。當(dāng)前,可再生能源企業(yè)可通過國家核證自愿減排量(CCER)的交易進(jìn)入碳市場,重點排放單位可通過向可再生能源企業(yè)購買CCER,用以抵扣不超過5%的經(jīng)核查碳排放量。雖然CCER備案工作從2017年開始已暫停,但長期來看,CCER(或形式類似的產(chǎn)品)與綠證的有機結(jié)合,勢必將成為補貼可再生能源發(fā)展的重要手段。 內(nèi).容.來.自:中`國`碳#排*放*交*易^網(wǎng) t a np ai f an g.com

運用金融手段提升盈利能力。對于已有可再生能源資產(chǎn)的企業(yè),可以預(yù)期收入為基礎(chǔ)資產(chǎn)發(fā)行債券產(chǎn)品,快速回籠資金,加速新項目投資。由于過去已投運的電廠通常享有較高補貼的電價,利潤空間通常較好,企業(yè)也可考慮收購已建成的可再生能源資產(chǎn),以提高整體資產(chǎn)的盈利能力。

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實現(xiàn)“零碳中國 ”的美好愿景,需要未來幾十年里持之以恒的關(guān)鍵舉措與實際行動。碳中和轉(zhuǎn)型早已不是“可選項”,而是如箭在弦的“必選項”。我們希望這一系列的專題文章可為盡快落實碳中和轉(zhuǎn)型提供思路和洞見,觸發(fā)更多思維激蕩和觀點碰撞。我們愿與社會各方合力構(gòu)建零碳社區(qū),為實現(xiàn)碳達(dá)峰,邁向碳中和作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

作者:華強森(Jonathan Woetzel),汪小帆,廖緒昌和吉雅圖

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