云南省能源行业实现碳中和的挑战与策略

李 特，夏金刚，杨婷娜，贾开程，茹 毅，刘士诚，彭福亮，苏 丹，杨 玺

（云南省能源研究院有限公司，云南 昆明 650599）

0 引言

碳中和即在一定时间和范围内，人类生产活动所排放的CO2完全被碳捕集技术或生物碳汇所吸收，达到CO2净零排放。作为世界第二大经济体，碳中和的承诺彰显了中国在全球气候治理中的决心与大国担当。2020年12月12日，习近平主席在气候雄心峰会上进一步细化中国实现碳中和的目标，到2030年，中国单位国内生产总值CO2排放较2005年下降65%，非化石能源占一次能源消费比重达25%左右，森林蓄积体积较2015年增加60亿立方米，太阳能和风能发电装机容量达12亿千瓦以上。

中国是世界上最大的能源消耗国，2019年CO2排放量为98亿吨左右，能源消费主要以化石能源为主，占一次能源消费总量的85%，其中，煤炭消费比重高达58%。近几年，中国在实现经济高速发展的同时，不断推动能源行业能效提升、能源产业绿色发展及能源结构转型升级，可再生能源发展及CO2减排工作取得显著成效，如2019年，太阳能、水能和风能总装机量分别是世界总量的30.9%、30.1%和28.4%，全球光伏产业前20强的榜单中，有15强为中国企业。2019年单位GDP碳排放量较2005年下降48.1%[1,2]。纵观全国各省CO2排放情况，山东省为排放量最大的省份，2017排放约8亿吨CO2，云南省CO2排放量处于中下水平，约1.95亿吨[3]。

云南省结合自身可再生能源丰富的优势，因地制宜发展可再生能源，并依托引进的水电铝和水电硅等高载能产业，将绿色能源与制造业深度融合，有效解决可再生能源消纳困难问题，绿色能源发展基础扎实。截至2020年12月底，清洁能源装机占比85.4%、绿色发电量占比9%以上、清洁能源交易电量占比97%、非化石能源占一次能源消费比重42%[4]。但云南省科技基础薄弱，基础设施不完善，在电力系统的灵活性、煤电转型升级及化石燃料高质量发展等方面存在较大挑战。

1 能源体系面临的挑战

1.1 电力系统灵活性要求更加严格

实现碳中和的途径有节能减排、碳汇技术、增加可再生能源渗透率和实现用能端高度电气化。而可再生能源发电分布广且易受天气等自然因素影响，导致电网供电波动性和复杂性增加。此外，据研究显示，2050年前，全球用电消耗占能源需求比例将由2020年的20%增加至40%[5]，随着电力需求量增加，电网设备同步要求大幅升级和扩充容量。为满足上述需求，电力系统需要更强的灵活性。而云南电力灵活调节电源不足，火电的重要调节作用及保障作用难以发挥，电网智能化水平不高，储能等新型技术基础薄弱，提高电力系统灵活性还需要攻克较多技术难题。

1.2 煤电资产更难扭亏为盈

近年来，受电煤成本、电价及发电量等多种因素影响，煤电企业亏损较大。云南省清洁能源储量丰富，水电资源蕴藏量1亿千瓦以上，风能资源可开发量2820万千瓦，具备1.07亿千瓦太阳能装机开发资源[6]。截至2020年12月，云南省水电装机7556.17万千瓦，火电1510.83万千瓦，风电880.64万千瓦，太阳能392.65万千瓦[7]。由上述数据可得，云南省清洁能源还有较大的开发潜能，碳达峰后，将会有大量的煤电发电量被清洁能源挤压。除此之外，煤电还需投资大量资金进行超低排放改造或购买碳排放权，煤电生产经营成本进一步增加，加剧煤电资产扭亏为盈的难度。

1.3 煤电低碳转型受技术瓶颈制约

云南省CO2排放大部分源于煤电行业。为达到2030年前实现碳达峰的目标，能源行业的主要任务是采取措施减少煤炭的消费量。云南省主要煤电企业先后采取低质煤掺烧、焦炉煤气掺烧及超低排放改造等技术提高煤炭利用率，对降低CO2的排放量具有一定的效果，但现有技术减排突破空间较小，很难达到碳中和要求。此外，通过热电解耦、低压稳燃等技术改造可实现煤电机组最小稳定出力降至额定功率的20%～30%，但受技术瓶颈限制，低负荷运行的煤电机组响应时间较长、爬坡速率较慢及系统灵活性低[8]，机组低负荷运行、频繁启停会损耗机组，缩短机组寿命，增加运营成本及CO2排放量。

1.4 新增煤电机组审批困难，且存在煤电资产搁浅风险

中国目前的煤电机组处于产能过剩状态，新增煤电机组会挤压清洁能源的投资份额，增加碳中和压力，因此，专家呼吁严格控制新增煤电装机数量。在中国煤电发展背景和未来碳排放约束下，新增煤电机组数量有进一步缩减趋势，获得审批将更为困难。根据卓尔德环境研究中心、能源与清洁空气研究中心共同发布的《能源规划与气候政策》专题报告，到2030年，煤电装机需由2020年的1100GW下降到680GW。截至2020年12月底，云南省火电发电装机规模为1509.93万千瓦[7]。在全国煤电装机数量大规模缩减的背景和碳排放管理政策引导下，云南火电行业也将面临规模缩减压力。而云南省现有10家火电发电企业，创建时间多集中在2003年左右，即云南省火电机组的寿命约17年[9]，火电机组正常使用寿命年限为30年，若在未来10年内淘汰大量的火电机组，可能存在煤电资产搁浅的风险。

1.5 化石燃料低碳发展压力大

2019年，中国煤炭、石油消费比重分别为58%、19%[1]。实现碳中和需控制化石燃料的消耗，但并不代表不需要化石能源，其在化工、航空及长途运输等领域仍具有重要作用，化石能源的发展方向是探索低碳化利用和碳去除技术。云南省正在积极探索化石燃料高质量发展的先进技术，如建设智能煤矿示范项目。但以云南省现有技术与基础设施，在约20年内实现化石燃料清洁利用有不小的挑战。另外，随着碳交易市场逐步完善，化石能源行业或需出资购买超标排放的CO2限额，再加上化石能源的消费比重逐渐下降，导致该行业投资积极性受挫，不利于化石能源行业的良性发展。与煤炭和石油相比，天然气是较为清洁的能源，但中国是贫油富煤少气的国家，2019年，中国天然气对外依存度已达到了43%[11]。随着天然气需求量的增加及国际政治经济格局深刻调整，中国天然气进口稳定性具有较大不确定性。

2 应对策略

云南省绿色能源装机占比84%，绿色发电量占比9成以上，清洁能源交易电量占比97%，非化石能源占一次能源消费比重42%[4]。可见云南省碳中和工作已具备扎实的绿色能源基础，能源发展机遇明显，同时相关挑战也较为突出。建议尽快制定政策健全的发展机制体制，稳抓机遇，应对挑战。

2.1 设立积极的碳达峰目标，做好统筹规划工作

云南省可对本省能源情况及碳排放情况进行摸底调研，预判各行业CO2排放现状及节能减排能力，在调研数据的基础上，制定云南省碳中和总体目标、碳中和核定指标、各能源行业具体行动目标及配套政策，同时制定配套的经济和技术保障措施，确保全要素参与实现碳中和[12]。借鉴示范区域优秀案例，科学理性规划能源产业，做好能源行业全生命周期管理及实现碳中和统筹工作，注重经济与能源转型平衡发展，统筹可再生能源与电网系统灵活性建设，避免盲目发展可再生能源而忽略能源转型平衡性，统筹能源系统与能源体制实现双转型，构建行政手段和市场机制共同调节的能源系统[13]。

2.2 增强科技研发力度，为实现碳中和提供技术保障

为实现碳中和，预计2050年中国CO2排放量减少至6亿吨，非化石能源消费占比达到67%，煤炭消费比例下降到16%，电气化程度由目前的27%增加至60%[14]。据IPCC报道，实现碳中和不仅需要增加可再生能源发电规模，还需要大规模部署碳捕集技术[15]。这些目标的实现需要增加风电和光伏发电装机规模，提高电网系统灵活性和稳定性，大规模推广新能源汽车，加快化石燃料脱碳清洁利用，研究氢能等新型燃料对化石能源的替换，实现CO2捕集技术商业化利用。还需要解决大量现有电网系统灵活性和稳定性不够高、可再生能源发电成本高、新能源汽车续航里程短、氢能和碳捕集相关技术不成熟等科技难题。云南省应结合自身优势，增强科技研发力度，以科技力量加持助力实现碳中和。

2.3 推动电网系统技术创新，构建智能灵活的电网系统

随着可再生能源渗透率及用电负荷增加，电网系统灵活性要求越来越高，现有的电网系统难以满足要求，可采用电力电子技术、5G技术及AI技术建立智能电网系统，通过传感器提供信息，数字化技术处理智能电网控制中心的数据，充分满足用户电力需求和优化资源配置，实现电力供需平衡，准确判断机组故障并迅速切除，保障电网稳定性，增加电网灵活性。此外，针对可再生能源发电波动性及电力消耗量增加的问题，可加强可再生能源并网与传输及电网配套储能等技术研究，扩大电网容量，优化利用现有电网，延伸高压电网，建设跨区域电网互联，提高电网兼容性[5]。

2.4 加快化石燃料应用转型升级，构建清洁低碳能源体系

电气化是实现碳中和的重要途径，2060年，电气化程度将提升至60%以上[14]，但不能将所有希望寄托于电气化，如航空及长途运输等领域实现电气化仍面临较多卡脖子的技术难题，即化石能源保障作用不能丢[16]。云南省可增加科技投入，促进煤炭清洁低碳发展。同时制定配套的煤电全周期管理办法，推动煤电清洁高效发展，深度参与电网调峰调频，充分发挥煤电保障电网安全运行作用。化石能源在化工和交通领域处于不可替代的位置，可加快化石能源的高质量发展进程，实现清洁利用，促进化石能源向精细化工方向发展，完善相关产业链，加快循环经济进程，实现碳中和的同时，刺激科技创新，带动经济增长。

2.5 建立健全绿色经济体系，充分发挥市场在资源配置中的作用

建立健全碳排放交易机制体制，鼓励发展绿色经济，推动节能减排和碳汇市场化，充分发挥市场在资源配置中的作用，调动企业或个人参与碳减排的积极性。如生态环境部发布的《碳排放权交易管理办法（试行）》于2021年2月1日起开始执行。相关职能部门核算CO2排放重点企业的碳排放额度，若企业的CO2排放量高于核算额度，则需在碳交易市场购买碳排放权。在碳排放交易机制作用下企业可以通过碳减排盈利，有效增加企业碳减排积极性，倒逼用能升级转型，催生新型科学技术[17]。除企业外，个人也可参与到碳交易市场，如贵州实施的单株碳汇精准扶贫项目，集中统计贫困户培育的具有碳汇功能的林木，再以每棵树每年的碳汇价值为3元计算，向贫困户出资购碳，充分调动全体人民参与碳中和的积极性。

3 总结

云南省绿色能源丰富，实现碳中和具有扎实基础，但电力系统灵活性承载不了发电及用电需求，煤电企业存在亏损、资产搁置及减排技术瓶颈等潜在挑战，化石燃料清洁化利用及高质量发展前景规划不清晰。面对种种挑战，云南省依托现有发展优势，一是详细规划碳中和实现路径，协调相关因素，统筹规划管理；二是增加科技投入，建设智慧电网，增加电力系统灵活性和稳定性，研究化石燃料脱碳清洁利用，将绿色能源与制造业深度融合，加强碳捕集技术研究，确保实现CO2净零排放；三是建立健全绿色经济体系，充分发挥市场在资源配置中的积极作用，调动碳中和的活力。