人類進入二十一世紀以后，人類社會的主要矛盾正在不斷發(fā)生變化，隨著工業(yè)化進程的推進，已經(jīng)基本解決了人類物質(zhì)匱乏和能源短缺問題，但過度排放的二氧化碳等溫室氣體，使氣候和環(huán)境問題逐漸成為影響人類生存的主要矛盾。
近年來碳排放對環(huán)境的影響愈加明顯，有數(shù)據(jù)顯示，在第一次工業(yè)革命之前的80萬年里，地球大氣中的二氧化碳含量一直處于240ppm左右，工業(yè)革命以后一百多年中，地球二氧化碳的濃度上升到了417ppm。溫室氣體濃度的增加導致了全球氣候變暖、海平面升高等眾多問題。為了解決全球性氣候問題，目前國際范圍內(nèi)已經(jīng)頒布了《京都議定書》、《巴黎協(xié)定》等具有法律效力的國際條款，英國、德國、美國、日本、韓國等國家相繼公布碳中和時間表，應對氣候危機也逐漸成為全球共識。
為了應對全球氣候問題，減少溫室氣體排放，發(fā)揮環(huán)境問題中的大國責任，2020年9月22日，我國在第七十五屆聯(lián)合國大會上提出：中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。這是中國首次提出碳中和時間表，正式將碳中和作為國家發(fā)展的基本框架。
2021年3月5日，李克強總理在2021年政府工作報告中指出，要扎實做好碳達峰、碳中和各項工作，制定2030年前碳排放達峰行動方案，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)。因此，能源作為我國碳排放的主要組成部分，能源行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型既是實現(xiàn)碳中和宏偉目標關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是我國可持續(xù)發(fā)展的基礎。
1.節(jié)能是首選
近日，謝克昌院士表示，實現(xiàn)碳中和目標的技術(shù)路徑有著優(yōu)劣之分。其順序應該依次為節(jié)能提效、降低碳排放強度、增加低碳能源和減少高碳能源、通過植樹造林強化自然碳匯，以及二氧化碳捕集、封存和利用。
在所有能源中，節(jié)能已經(jīng)被公認為是除了煤炭、石油、天然氣、電力之外的“第五能源”。通過提高現(xiàn)有能源利用效率，充分從利用過后的“廢棄能源”中回收能量，來滿足能源需求，是比開發(fā)一次能源更可行的減碳方式。
我國目前是世界上最大的碳排放國家，同時與許多發(fā)達國家相比，我國碳排放強度偏高、能源利用效率相對偏低。我國制造業(yè)中占比較大的鋼鐵、水泥、化工等行業(yè)都是高排放行業(yè)，需要消耗大量的高位熱能，因此加大這些高耗能行業(yè)的節(jié)能水平和提高能源利用效率是中國實現(xiàn)碳達峰目標的首要選擇。
與歐美國家相比我國從碳達峰到碳中和只有30年時間，我國減碳任務重、時間緊，因此在向新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型過程中，應該盡可能提升煤炭、石油的利用效率，同時增加天然氣的消費占比。目前，國際能源署(IEA)也把節(jié)能和提高能效作為減少溫室氣體排放的最主要途徑。按照國際能源署的模型情景分析結(jié)果，若將全球大氣溫度上升控制在2℃以內(nèi)，2050年前，節(jié)能和提高能效對全球二氧化碳減排的貢獻為37%，比可再生能源的貢獻還要高5個百分點。
可再生能源主要包括水電、風電、光伏、生物質(zhì)能發(fā)電、潮汐發(fā)電等，其中水電是重要的可再生能源，2020年我國水電裝機達到3.7億千瓦，是最大的清潔電力來源，但由于水電資源稟賦受限，我國水電開發(fā)難以實現(xiàn)跨越式增長。
近年來，以風電、光伏為主的新能源快速發(fā)展，我國風光發(fā)電度電成本已經(jīng)實現(xiàn)了平價上網(wǎng)，而且從技術(shù)發(fā)展來看，風電和光伏的發(fā)電成本還有望進一步下降，以光伏為例，TOPcon技術(shù)、HJT技術(shù)的轉(zhuǎn)換效率均高于目前的PERC技術(shù)，且HJT技術(shù)具有工藝步驟少等優(yōu)點，加上光伏大組件技術(shù)帶來的安裝成本和土地面積減少，光伏發(fā)電在未來具有更大的降本空間。因此以風電、光伏作為主力能源來支撐我國巨大的能源消費增長是我國未來能源發(fā)展的主要策略。
在剛剛過去的“十三五”期間，風電、光伏行業(yè)得到了快速發(fā)展。數(shù)據(jù)顯示，2016-2020年，全國風電累計新增裝機1.38億千瓦，全國光伏累計新增裝機約2.07億千瓦。在疫情影響嚴重的2020年，全國風電裝機容量達到2.81億千瓦，同比增長34.6%，比上年同期提高20.6個百分點，全國光伏裝機容量達到2.53億千瓦，同比增長24.1%，比上年同期增長6.7個百分點。經(jīng)過多年努力目前我國風電、光伏裝機雙雙位居世界首位，產(chǎn)業(yè)技術(shù)已經(jīng)達到世界領(lǐng)先水平，未來以風光為主的新能源將是我國新型電力系統(tǒng)的主要支撐。
風電、光伏為我國能源轉(zhuǎn)型和新型電力系統(tǒng)構(gòu)建擘畫了廣闊前景，但可再生能源發(fā)電也有自身的缺陷?？稍偕茉窗l(fā)電先天具有的間歇性和波動性特征，當其在電力系統(tǒng)中占比過高時勢必會導致電力系統(tǒng)面臨安全問題。例如，風力發(fā)電受風能資源的影響，風能的不穩(wěn)定造成了風電的間歇性和波動性。另外，光伏受太陽光的影響，在不同時段會出現(xiàn)光照和發(fā)電的隨機性，這些都給電網(wǎng)穩(wěn)定運行提出了新的挑戰(zhàn)。
而儲能是解決可再生能源消納和保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在間歇性可再生能源發(fā)電比例提升的背景下，配置儲能電站，不僅可以降低棄風棄光率，更重要的是可以平抑新能源波動，并參與系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻，增強電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
近年來，我國儲能產(chǎn)業(yè)由于政策導向與市場定位不明確、技術(shù)發(fā)展不成熟、安全標準不規(guī)范等原因，其發(fā)展一直步履蹣跚，但隨著雙碳目標的提出，儲能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有望得到改善。
今年4月21日，國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見(征求意見稿)》提出，到2025年，我國要實現(xiàn)新型儲能從商業(yè)化初期向規(guī)模化發(fā)展轉(zhuǎn)變，新型儲能裝機規(guī)模達3000萬千瓦以上。到2030年，實現(xiàn)新型儲能全面市場化發(fā)展，新型儲能裝機規(guī)?；緷M足新型電力系統(tǒng)相應需求。
該指導意見的發(fā)布，是我國首次明確了新型儲能的獨立市場主體地位，說明儲能環(huán)節(jié)已經(jīng)成為我國構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵，促進儲能發(fā)展的政策已經(jīng)開始發(fā)力且未來還將進一步加碼。此外，動力電池技術(shù)的進步可以為儲能產(chǎn)業(yè)成本下降提供技術(shù)支撐。綜合來看，儲能行業(yè)經(jīng)歷了多年的積累，已經(jīng)具備了快速發(fā)展的條件。
4.提升電氣化水平
電力是能源系統(tǒng)中最重要的二次能源，是所有能源輸送和轉(zhuǎn)換的樞紐，風能、光伏、水能、核能等都是轉(zhuǎn)化為電力才能被加以利用，未來我國要建設高比例清潔能源系統(tǒng)，電力在終端能源消費中的比重將持續(xù)提升。
“雙碳”目標提出以后，當前能源行業(yè)的一致性觀點是，電能在終端能源消費中的比重將會大幅提高。而實施電能替代也為許多行業(yè)減少二氧化碳排放提供了十分便捷的方法。目前，鋼鐵、交通、建材、采暖等方面都可以不同程度的實施電能替代，其中，鋼鐵、建材等工業(yè)部門可以通過大規(guī)模使用電鍋爐、電窯爐來實施電能替代。北方冬季采暖可以采用電暖氣取代部分散煤燃燒，在交通方面，新能源汽車逐漸取代傳統(tǒng)燃油車也將為交通領(lǐng)域?qū)嵤╇娔芴娲峁椭?/p>
5.做好碳捕集封存技術(shù)儲備
為了完成溫室氣體的大幅度減排，2005年IPCC專門推薦了碳捕捉與封存技術(shù)(CCS)，隨著技術(shù)發(fā)展，碳捕獲、利用與封存(CCUS)逐漸取代CCS成為新的固碳技術(shù)。碳捕集封存和利用技術(shù)在中長期為許多減排難度大的工業(yè)企業(yè)降低CO2排放提供了一個能夠選擇的技術(shù)方法。例如，碳捕集封存和利用技術(shù)是目前唯一可在水泥生產(chǎn)中實現(xiàn)深度減排的技術(shù)解決方案，在鋼鐵及化工行業(yè)的應用前景也較為廣闊。
但是，與其他碳減排技術(shù)相比，當前碳捕集封存和利用技術(shù)還處于小范圍的商業(yè)化示范階段。而且目前影響碳捕集封存和利用技術(shù)應用的最大因素是成本，不同行業(yè)二氧化碳捕集成本差別較大。由于現(xiàn)階段CCUS技術(shù)還不夠成熟、成本較高，且CCUS本身也會消耗能源，因此中長期來看，碳捕集封存和利用技術(shù)可以作為實現(xiàn)碳中和目標的必要技術(shù)儲備，為重點高耗能企業(yè)提供減碳手段。
新能源，新未來
2021年3月15日，在中央財經(jīng)委員會第九次會議上提出要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。這意味著在全球能源行業(yè)在應對氣候變化和中國碳達峰、碳中和的目標下，能源系統(tǒng)將發(fā)生廣泛和深刻的變革。
可以預見，未來我國能源體系中可再生能源占比將不斷提高，能源不斷向分布式利用發(fā)展，而在分散化的能源供需匹配中，數(shù)字化技術(shù)對跨系統(tǒng)協(xié)調(diào)以及碳排放、碳足跡的記錄和核定都將起到巨大的作用。
因此，在碳中和目標下，傳統(tǒng)能源轉(zhuǎn)型、國際間多元合作、構(gòu)建新的能源安全觀、可再生能源技術(shù)提升、能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型等正在成為未來能源發(fā)展的核心議題。而在技術(shù)和政策創(chuàng)新引導能源變革的進程中，合作與共享成為未來能源發(fā)展的必然趨勢。
為了探索碳中和目標愿景下未來能源發(fā)展趨勢與路徑，以“碳中和與未來能源”為主題的第三屆未來能源大會將于2021年7月8日在北京召開。
本屆大會將就碳中和目標下能源轉(zhuǎn)型發(fā)展助推經(jīng)濟模式轉(zhuǎn)向、新一輪能源產(chǎn)業(yè)變革下技術(shù)與商業(yè)模式創(chuàng)新等核心話題，邀請政府相關(guān)部門、行業(yè)權(quán)威、國內(nèi)外研究機構(gòu)及能源企業(yè)代表，圍繞高質(zhì)量發(fā)展、創(chuàng)新驅(qū)動、跨界融合、合作共享等話題展開深入專業(yè)討論。引導能源相關(guān)的各行各業(yè)建立跨行業(yè)發(fā)展的認知，搭建資源共享、技術(shù)合作、戰(zhàn)略相通的合作平臺，以此促進能源行業(yè)綠色、高效和可持續(xù)發(fā)展，共同謀劃能源發(fā)展的新未來。
(張學坤)
