劉 戀，齊曉曼

(國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437)

隨著世界各國越發(fā)意識到共同應(yīng)對氣候變化的重要性，自1992年出臺《聯(lián)合國氣候變化框架公約》后，《京都議定書》等一系列國際氣候協(xié)議在此基礎(chǔ)上相繼簽署，形成了國家間“無形財(cái)富”競爭的規(guī)則，這也是人類從工業(yè)文明向生態(tài)文明過渡的標(biāo)志。在未來,氣候協(xié)議有望繼《聯(lián)合國憲章》和《世界貿(mào)易組織》成為第三個(gè)世界規(guī)則。

為了加快全球低碳發(fā)展步伐，促進(jìn)早日實(shí)現(xiàn)凈零排放，2021年5月18日，國際能源署(IEA)發(fā)布年度重磅報(bào)告——《2050年凈零排放：全球能源行業(yè)路線圖》(Net Zero by 2050，A Roadmap for the Global Energy Sector)(以下簡稱“IEA報(bào)告”)[1]，并于6月8日在中國召開發(fā)布會。IEA報(bào)告為全球首份針對2050年前實(shí)現(xiàn)凈零能源系統(tǒng)的綜合性研究成果，在全球能源可靠安全供應(yīng)和經(jīng)濟(jì)強(qiáng)勁發(fā)展的前提下，提出了全球能源行業(yè)實(shí)現(xiàn)凈零排放的總體路線圖、行業(yè)路線圖、關(guān)鍵里程碑及所需的優(yōu)先行動，也為于2021年11月舉行的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第二十六次締約方會議高層談判(COP26)提供重要參考。

中國作為全球碳排放總量最大的經(jīng)濟(jì)體，一直積極為應(yīng)對全球氣候變化做出新努力和新貢獻(xiàn)。2020年9月，習(xí)近平總書記就在聯(lián)合國大會上向國際社會作出“碳達(dá)峰、碳中和”(以下簡稱“雙碳”)鄭重承諾，贏得國際社會的廣泛積極評價(jià)。隨后，中央、部委、地方和能源央企迅速響應(yīng)，陸續(xù)推出了一系列目標(biāo)舉措。在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)上，能源是主戰(zhàn)場，電力是主力軍，將對未來能源生產(chǎn)消費(fèi)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)乃至區(qū)域結(jié)構(gòu)產(chǎn)生深刻、深遠(yuǎn)影響。IEA報(bào)告提出的行業(yè)路線圖將是我國電力行業(yè)凈零發(fā)展的重要參考。重要碳減排國際公約和我國減排目標(biāo)見圖1。

圖1 重要碳減排國際公約和我國減排目標(biāo)

1 碳中和、凈零排放和氣候中性概念區(qū)分

1.1 各表述的定義

碳中和、凈零排放和氣候中性經(jīng)常出現(xiàn)在新聞和研究報(bào)告中，在大多數(shù)場合下，這些術(shù)語可互換使用，但在定義以及實(shí)現(xiàn)途徑上是存在區(qū)別的。

碳中和(Carbon-Neutral)：根據(jù)政府間氣候變化專門委員會(以下簡稱“IPCC”)在特別報(bào)告《全球變暖1.5℃》[2]中的定義，當(dāng)一個(gè)組織在一年內(nèi)的二氧化碳(CO2)排放通過二氧化碳去除技術(shù)應(yīng)用達(dá)到平衡，就是碳中和或凈零CO2排放。主要使用該目標(biāo)表述的國家及地區(qū)有中國、葡萄牙、冰島、智利等。

凈零排放(Net Zero Emission)：當(dāng)一個(gè)組織一年內(nèi)的所有溫室氣體(以CO2當(dāng)量衡量)排放量與溫室氣體清除量達(dá)到平衡時(shí)，即為凈零溫室氣體排放。為了達(dá)到該目標(biāo)，企業(yè)需要根據(jù)全球溫升1.5℃的減排路徑減少溫室氣體排放，并通過碳移除技術(shù)抵消剩余溫室氣體排放量。主要使用該目標(biāo)表述的國家及地區(qū)有美國、加拿大、新西蘭、新加坡、韓國等。

氣候中性(Climate-Neutral)：當(dāng)一個(gè)組織的活動對氣候系統(tǒng)沒有產(chǎn)生凈影響，就是氣候中性。氣候中性較碳中和、凈零排放的范圍更大，它還必須考慮區(qū)域或局部的地球物理效應(yīng)，例如輻射效應(yīng)等。主要使用該目標(biāo)表述的國家及地區(qū)有挪威、丹麥、斯洛伐克、匈牙利等。

因此，“碳中和”目標(biāo)僅與CO2有關(guān)，而“凈零排放”目標(biāo)包括所有溫室氣體，“氣候中性”目標(biāo)則還包括輻射效應(yīng)等其他影響。若一個(gè)組織主要釋放CO2，那么這3個(gè)詞可互換使用。對于大多數(shù)行業(yè)，凈零排放和氣候中性是等效的，因?yàn)橄虼髿庵信欧艤厥覛怏w是氣候變化最重要的因素，但有些部門(例如航空業(yè))也應(yīng)該考慮輻射效應(yīng)等因素的影響[3]。概念比較及目標(biāo)表述對應(yīng)的主要國家如圖2所示。

圖2 碳中和、凈零排放、氣候中性概念比較及目標(biāo)表述對應(yīng)的主要國家

1.2 我國采用的目標(biāo)表述

IEA報(bào)告采用凈零排放的概念，其近階段的研究重點(diǎn)、舉措都聚焦在CO2排放，也即碳中和。我國目前使用碳中和的表述，但中遠(yuǎn)期來看，據(jù)國家發(fā)改委能源研究所的研究顯示，若要達(dá)到1.5℃溫升要求(全球CO2排放在2050年左右凈零，其他溫室氣體排放在2060年左右凈零)，并與發(fā)達(dá)國家保持同步(承諾溫室氣體中和)，我國的碳中和也應(yīng)該包括全部溫室氣體。這與IEA報(bào)告的凈零排放目標(biāo)趨同，報(bào)告中的凈零舉措對我國實(shí)現(xiàn)碳中和有借鑒作用。

目前，我國在“十四五” 規(guī)劃中明確表示要扎實(shí)做好碳達(dá)峰、碳中和各項(xiàng)工作，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)和能源結(jié)構(gòu)，推動煤炭清潔高效利用，大力發(fā)展新能源。其中，上海市提出將堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，加大環(huán)境治理力度，加快實(shí)施生態(tài)惠民工程，使綠色成為城市高質(zhì)量發(fā)展最鮮明的底色。這與IEA報(bào)告凈零排放的目標(biāo)及以人為本的宗旨不謀而合。

2 IEA報(bào)告的主要觀點(diǎn)解讀

2.1 IEA全球凈零排放路線

IEA制定了包括“一增三減四主體”的凈零排放2050里程碑計(jì)劃。IEA路線圖設(shè)置了400個(gè)里程，主要包括：一增，到2030年，每年的清潔能源投資增加2倍以上；三減，從現(xiàn)在開始不再投資任何新的化石燃料供應(yīng)項(xiàng)目和新建燃煤電廠；到2035年，不再銷售新的內(nèi)燃機(jī)乘用車；到2040年，逐步淘汰化石燃料發(fā)電廠；四主體，到2045年，絕大多數(shù)汽車將依靠電力或燃料電池，飛機(jī)將主要依靠生物燃料和合成燃料，工廠將使用碳捕集技術(shù)或氫能，到2050年，形成可再生能源為主體的清潔能源系統(tǒng)，近90%的發(fā)電量來自可再生能源。

實(shí)現(xiàn)凈零排放2050應(yīng)持續(xù)增加電力投資，形成以電為核心的能源轉(zhuǎn)型路徑。在實(shí)現(xiàn)凈零排放的路徑中，將不開發(fā)新的油氣田，煤礦或者礦井，化石燃料的需求急劇下降，對可再生能源電力的依賴增強(qiáng)，各行業(yè)快速的電氣化使電力成為能源安全的核心。部分相對成熟、多元化的可再生能源技術(shù)將為電力凈零排放帶來優(yōu)勢。預(yù)計(jì)到2040年，電力部門率先實(shí)現(xiàn)凈零排放，電力成為能源消費(fèi)主要形式。為了滿足電力增長的需求，需要更換老化的基礎(chǔ)設(shè)施并整合更多的可再生能源，電網(wǎng)總投資需要長期穩(wěn)定的持續(xù)增加。

實(shí)現(xiàn)凈零排放2050需要提升公眾參與度，全面深化國際合作。實(shí)現(xiàn)凈零排放需要社會公眾多方面的不懈支持和參與，并進(jìn)行生活方式和行為習(xí)慣的改變。例如個(gè)人用步行、騎自行車或公共交通工具代替乘車旅行；私營部門減少商業(yè)建筑的能源需求和提高制造業(yè)的材料效率；城市設(shè)計(jì)密集緊湊的基礎(chǔ)設(shè)施來縮短平均公民出行時(shí)間，通過影響日常行為減少居民碳足跡。此外，各國政府不能僅聚焦自己國家減排的問題，必須以有效和互利的方式共同努力，開展前所未有的國際合作，尤其是在創(chuàng)新和投資領(lǐng)域。

2.2 IEA電力行業(yè)發(fā)展路線

IEA報(bào)告指出，發(fā)電是當(dāng)今能源相關(guān)二氧化碳排放的最大單一來源，占能源相關(guān)排放總量的36%。因此，電力行業(yè)的轉(zhuǎn)型是2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放的核心，預(yù)計(jì)到2040年，電力行業(yè)將率先實(shí)現(xiàn)凈零排放。

不同發(fā)展階段的經(jīng)濟(jì)體應(yīng)遵循有差異的電力凈零轉(zhuǎn)型時(shí)序。人口、經(jīng)濟(jì)、城市化模式的不同導(dǎo)致不同經(jīng)濟(jì)體的電力需求和脫碳達(dá)成時(shí)間存在差異。發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體預(yù)計(jì)2035年實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)脫碳，到2050年電力需求將翻一番；新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體預(yù)計(jì)2040年實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)脫碳，到2050年電力需求將增加3倍。發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體應(yīng)率先達(dá)到凈零，并幫助其他經(jīng)濟(jì)體達(dá)到凈零，不同經(jīng)濟(jì)體在凈零轉(zhuǎn)型路徑上存在差異。

(1)發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的燃煤發(fā)電資產(chǎn)存量相對較老并提前結(jié)束壽命。因此，燃煤發(fā)電的使用量在發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體將大幅減少，而在新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。

(2)發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體考慮核反應(yīng)堆的成本效益及可替代性，將不對核能發(fā)電進(jìn)行非必要投資，而新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體將積極新建核反應(yīng)堆。

(3)碳捕獲、利用和儲存(CCUS)技術(shù)主要應(yīng)用于擁有大型新型設(shè)施的電廠，即優(yōu)先應(yīng)用于具有集中能源需求場景以及技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)體中，如中國和美國。

實(shí)現(xiàn)凈零排放需建立以可再生能源為主導(dǎo)，多種清潔能源融合的未來能源供給結(jié)構(gòu)。大幅提高可再生能源裝機(jī)容量，到2030年至少翻3倍，到2050年增加9倍。全球可再生能源份額將從2020年的29%，升至2030年的60%以上，至2050年將接近90%。太陽能和風(fēng)能將在2030年之前成為主要的電力來源，風(fēng)、光、儲配對將變得司空見慣。積極發(fā)展核電，核電將成為最具成本效益的低碳電源之一，預(yù)計(jì)核電產(chǎn)量到2030年將穩(wěn)步增長40%，到2050年翻一番，但總發(fā)電份額在2050年將低于10%。未來，小型模塊化反應(yīng)堆等也將極具發(fā)展?jié)摿ΑＶС謿涞戎匾团欧拍茉?，?050年，低碳?xì)浜蜌浠剂显谌蜃罱K能源使用總量中的總份額將達(dá)到13%。氫和氨發(fā)電在2050年占總發(fā)電量的2%。未來能源供給結(jié)構(gòu)變化趨勢見圖3。

圖3 未來能源供給結(jié)構(gòu)變化趨勢

實(shí)現(xiàn)凈零排放需加快現(xiàn)有技術(shù)改造、淘汰未進(jìn)行碳移除的電力產(chǎn)能。清潔化改造燃煤和燃?xì)獍l(fā)電廠，碳捕獲CCUS技術(shù)應(yīng)用機(jī)會大量存在于中國的燃煤電廠和美國的燃?xì)怆姀S中，可在2030年至2050年期間捕獲約150億t二氧化碳排放量。使現(xiàn)有資產(chǎn)為轉(zhuǎn)型做出貢獻(xiàn)，在減排的同時(shí)也保證電力安全，應(yīng)于2025年開始改造燃煤電廠，推廣煤炭與氨共燃、燃?xì)廨啓C(jī)與氫氣共燃。逐步淘汰未進(jìn)行碳移除的煤炭發(fā)電廠，到2030年逐步淘汰所有亞臨界燃煤電廠和大型燃油電廠，未進(jìn)行碳移除的燃油發(fā)電量將在2030年達(dá)到峰值,并在2040年降低90%，到2040年逐步淘汰所有未進(jìn)行碳移除的燃煤電廠。

實(shí)現(xiàn)凈零排放需系統(tǒng)化推廣新能源利用及儲存技術(shù)。擴(kuò)大風(fēng)、光發(fā)電應(yīng)用規(guī)模，光伏發(fā)電、陸上風(fēng)電等相對成熟、成本低廉的新能源技術(shù)可互為補(bǔ)充。浮動式海上風(fēng)電等成長迅速、潛力巨大的技術(shù)，有望近期加速部署。擴(kuò)大電池儲能的部署，電池儲能容量從2019年的3 GW增加到2030年的120 GW和2040年的240 GW以上。靈活利用多元化的新能源發(fā)電技術(shù)，水電、生物能源和地?zé)峒夹g(shù)是成熟且靈活可調(diào)度的可再生能源，再輔以成本已大幅降低的電池技術(shù)，對電力安全運(yùn)行至關(guān)重要。聚光太陽能和海洋能也將在遠(yuǎn)期發(fā)揮巨大價(jià)值。

3 IEA報(bào)告對電力行業(yè)凈零發(fā)展的啟示

盡管IEA報(bào)告存在視野的局限性，美國能源信息署前署長Caruso評論其“不切實(shí)際，條件極難滿足，建議過于極端，充斥氣候帝國主義的觀點(diǎn)”，但它提出的能源發(fā)展路徑以及預(yù)測的未來圖景，仍有重要的借鑒意義。

碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有階段性，需要根據(jù)具體國情進(jìn)行細(xì)分布局。IEA基于目標(biāo)設(shè)定倒逼得出了一個(gè)全球統(tǒng)一的里程碑計(jì)劃，是一個(gè)平均結(jié)果，并未區(qū)別不同發(fā)展階段國家的責(zé)任和路徑，可能會切斷一些發(fā)展中國家公平獲得能源的機(jī)會。作為最大的發(fā)展中國家，我國發(fā)展不平衡不充分問題仍然突出，新型電力系統(tǒng)建設(shè)仍在起步探索階段，在碳中和這場涉及廣泛領(lǐng)域的大轉(zhuǎn)型、大變革中應(yīng)多方研究，給出中國方案。

碳中和應(yīng)兼顧能源安全，電力供給多元化具有長期性、合理性。實(shí)現(xiàn)碳中和需要大力發(fā)展風(fēng)、光等新能源發(fā)電技術(shù)，逐步替代高碳排的傳統(tǒng)機(jī)組，但目前電網(wǎng)的可靠性以及儲能技術(shù)尚未實(shí)現(xiàn)革命性突破，仍處在電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型過渡期。此階段尤其要注重需求與供給的動態(tài)匹配，在電力供給側(cè)仍需保證一定的多元性，盡量以可再生能源滿足增量需求，但需要保留一定規(guī)模的化石能源發(fā)電、穩(wěn)步發(fā)展核電以保障電網(wǎng)安全和基本民生。

碳中和需要格外關(guān)注消費(fèi)側(cè)節(jié)能減碳。IEA報(bào)告的400個(gè)里程碑中90%涉及消費(fèi)側(cè)，電力系統(tǒng)降碳的主戰(zhàn)場也應(yīng)在消費(fèi)側(cè)。但我國的環(huán)保政策多傾向相對好控制的生產(chǎn)側(cè)，在市場化制度下，若生產(chǎn)側(cè)碳成本增加，消費(fèi)側(cè)將傾向于低成本高碳產(chǎn)品，抵消部分生產(chǎn)側(cè)技術(shù)進(jìn)步帶來的減碳效果。因此，推動出臺消費(fèi)側(cè)減排政策十分必要，可提升消費(fèi)者低碳支付意愿，進(jìn)而倒逼企業(yè)進(jìn)行低碳生產(chǎn)，最大限度地釋放全社會的低碳潛力。

低碳能源技術(shù)研發(fā)迭代與市場機(jī)制保障是關(guān)鍵。IEA報(bào)告中指出，清潔能源技術(shù)創(chuàng)新取得質(zhì)的飛躍是實(shí)現(xiàn)凈零排放的前提。隨著人口和經(jīng)濟(jì)的增長，能源消費(fèi)仍會有較大的增量，碳中和需要完成低碳技術(shù)向零碳技術(shù)、負(fù)碳技術(shù)的迭代，需要對低碳技術(shù)圖譜開展進(jìn)一步挖掘。對于我國而言，健全電-碳相關(guān)市場機(jī)制也是關(guān)鍵，以往節(jié)能減排主要是行政主導(dǎo)，減量存在天花板。加快電力市場與碳市場聯(lián)動研究，發(fā)揮電力系統(tǒng)對碳價(jià)格機(jī)制的傳導(dǎo)功能，在社會經(jīng)濟(jì)范圍內(nèi)對碳價(jià)進(jìn)行統(tǒng)一量化，以此提升各領(lǐng)域的減碳、無碳參與度。