建言“十四五”能源发展 | 中国如何实现2060年前碳中和目标？

 

从全球看，发达国家在2050年前、发展中国家在2060年前实现能源和工业系统的零碳排放，而不依赖永久性、大规模、基于自然的碳汇解决方案在技术和经济上是可行的。该结论有以下几个方面的事实来支撑：

 

首先，来自可再生能源的电力成本及其系统成本大幅下降。例如，光伏的成本在过去十年内下降了90%，风电的成本下降了50%~60%。规模经济和学习曲线效应是成本快速下降的一大驱动力，尤其当全社会举力发展可再生能源电力时，相应的成本还有进一步下降的空间。除了平准化成本外，可再生能源电力的实际拍卖的价格也体现了成本大幅下降的特征。比如，对于太阳能光伏，很多地方的拍卖价低至约20美元每兆瓦时。此外，储能的成本大幅下降，为大规模可再生能源供应的间歇性提供了具有成本竞争力的解决方案。在过去十年中，电池的成本下降了85%，还有进一步下降的空间。从2010到2019年，电池价格平均每年下降18%。2017年，彭博新能源财经预测，电池价格在2025年将低至100美元/千瓦时，但这一水平已极有可能在2023年达到。针对全球不同区域的气候条件和日间/季节性负荷的变化，可行且具有经济竞争力的解决方案也已经存在。能源转型委员会《践行使命，打造全球零碳经济》报告指出，到2035年，在可再生能源占比大于80%的电力系统，即使在空间受限的地区，全系统的总成本（发电，日内调峰、季节性平衡和备用成本）也只有80美元/MWh，接近传统燃气发电相的水平（约65美元/MWh），在条件优异的地区，系统总成本甚至可低至31美元/MWh。

 

从需求侧看，一方面，电气化的发展将大幅提升能源利用效率。在交通领域，到2025年左右，购买和使用电动车的成本将低于燃油车。从百公里等效油耗看，电动汽车的能源消耗量仅为燃油车的1/4。实际上，电动车的渗透率正逐年上升，且发展速度持续加快，内燃机技术恐怕很快会被淘汰。在建筑供暖领域，以获取每千瓦时热量所需的终端能源计算，电热泵所需的能耗只有标准燃气锅炉的12%。另方面，即使在重工业、长距离和重型交通等难以减排的领域，也有可行的脱碳方案。在重工业方面，水泥的生产可结合碳捕集、封存和利用（CCUS），以及零碳电力、生物质等能源用于供热，新型水泥化学也将是可行的方案。在钢铁生产中，传统的焦炭还原路径可结合CCUS，还可采用氢气直接还原铁、直接电解等新型路径。在塑料生产方面，除了CCUS的运用外，电气化供热、以生物质作为原料和新型的电化学过程都是可行的脱碳方案。对于长距离重型交通，直接电气化以及以氢、氨、合成燃料为载体的间接电气化和生物燃料的应用都是可行的方案。

 

从供给侧看，除了以上已提到的零碳电力外，零碳氢能的成本竞争力也将大幅提升。一方面，零碳电力价格的大幅下降会使绿氢的成本具有经济性；另方面，制氢设备成本的还将持续降低。中国在制氢设备的成本优势尤为突出，在彭博新能源财经给出的乐观情景下，中国的大型电解水项目的系统设备成本的目前水平已低至200美元/千瓦，是欧美国家的1/6，到2050年，中国的成本还能进一步降低到80美元/千瓦，即便在保守情景下，中国2050年电解水设备成本也将低至98美元/千瓦。可见，中国的电解制氢设备成本下降还有很大的空间，尤其是在未来几十年内对氢的需求大幅上涨的情况下，规模效应将得到充分的发挥。

 

总的来说，在零碳图景中，能源供给和消费方式将发生较大改变。在全世界终端能源消费总量中，电的占比将由2018年的19%增长到2050年的70%左右，电力需求将从目前的27万亿度/年增长到2050年的90~120万亿度/年。电力除了用于直接电气化，还将用于氢的生产。与此同时，零碳转型也将使化石能源的需求大幅下降。和目前水平相比，2050年煤炭和石油的消费量均将下降90%以上，天然气消费量下降30%以上。