“双碳”目标下中国建设现代能源体系的思考与建议

李晓华 刘吉臻 魏琪峰

（华北电力大学）

2014年，习近平总书记在中央财经领导小组第六次会议上提出了推动能源消费革命、推动能源供给革命、推动能源技术革命、推动能源体制革命和全方位加强国际合作，为我国新时代能源发展指引了方向和路径。2020年9月，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话，宣布中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。我国能源消费总量大、化石能源比重高，经济增长对高耗能、高排放产业依赖程度较高，要转变传统粗放发展模式，引领经济发展走向更高形态，这是能源高质量发展的基本要求，也是构建现代能源体系的基本任务[1-2]。

1 能源消费总量及结构预测分析

1.1 国内外机构对我国能源消费的预测

笔者选取国内外5个权威机构对我国2030—2050年能源消费进行的预测，这5个机构为国际能源署（IEA）、英国石油公司（bp）、国家发展和改革委员会能源研究所（简称能源所）、国家能源投资集团有限责任公司（简称国能）、清华大学气候变化与可持续发展研究院（简称清华）[3-7]。根据5个机构的预测，2030年，我国能源消费总量为（52～60）×108t标准煤，均值约为56×108t标准煤，将比2020年能源消费总量49.7×108t标准煤增长6.3×108t标准煤，年均增长超6000×104t标准煤。我国煤炭消费占比43%～50%，均值约为45%，将比2020年的56.7%下降11.7%，年均下降约1.2%。我国非化石能源消费占比20%～30%，均值约为26%，与习近平主席在2020年气候雄心峰会上宣布的25%基本相当，比2019年的15.3%上升10.7%，年均上升约1%（图1）。

图1 典型机构对中国2030年能源消费总量及结构的预测[3-7]

除个别极端预测情景外，5个机构预测中国2040年、2050年能源消费总量为（50～60）×108t标准煤（图2），均值为57×108t标准煤，与2030年基本相当。不同情景预测的煤炭及非化石消费占比数据差异较大，碳捕集利用与封存（CCUS）技术应用是影响结果的重要因素之一。

图2 典型机构对中国2040年、2050年能源消费总量及结构的预测[3-7]

1.2 未来能源消费总量与碳排放达峰预测

bp、IEA、清华大学和国家电网有限公司（简称国家电网）4个机构对中国一次能源消费总量达峰预测结果见表1。4个机构对中国能源相关碳排放总量达峰预测存在差异（表2）。

表1 典型机构对中国一次能源消费总量达峰的预测

1.3 能源消费总量及结构分析

分析国内外典型机构针对中国未来能源发展与碳排放预测，得出以下认识：

2025—2030年，中国一次能源消费总量将达到56×108t标准煤左右，2030年之后10年将进入峰值平台期。届时，一次能源消费总量中，煤炭占比43%～50%，石油占比16%～20%，天然气占比10%～14%，可再生能源占比18%～25%，核能占比3%～7%。中国能源相关碳排放将实现达峰，峰值为（100～110）×108t。

2031—2050年，中国一次能源消费总量将变化不大，但能源消费结构变化显著。到2050年，一次能源消费总量中，煤炭占比10%～35%，石油占比10%～15%，天然气占比10%～15%，可再生能源占比30%～60%，核能占比7%～14%。我国能源相关碳排放将实现快速下降，将从峰值（100～110）×108t降至（15～50）×108t。

2051—2060年，中国能源相关碳排放进一步下降，以满足碳中和的需求，目前国内外相关机构对此的定量研究比较缺乏。

碳达峰、碳中和目标实现的重要途径是大规模发展非化石能源，各大机构针对中国各时期非化石能源消费量的预测差异较大，主要涉及对非化石能源资源约束、电力系统安全、能源系统经济成本等因素的评估。

碳捕集利用与封存（CCUS）技术是实现碳达峰、碳中和目标的另一重要途径，也是造成各大机构针对化石能源占比差异较大的重要因素，只有实现大规模低成本CCUS技术的广泛应用，化石能源才能在2050年、2060年仍有一定用武之地。

2 构建现代能源体系的科学内涵

构建现代化能源体系是能源革命的目标，将使能源生产利用方式变革、供给结构优化、利用效率提高，具体包含清洁、低碳、安全、高效4个方面。清洁、低碳、高效分别强调能源开发利用的结果对环境、气候变化、资源利用的影响最小化，安全主要强调能源开发利用的结果确保国家和社会安全。4个方面相互叠加，相辅相成。

2.1 “绿电为核心”是现代能源体系的特征

中国终端电气化率将持续提升，预计2025年达到30%左右，电能将超过煤炭成为最主要的终端用能。随着风能、太阳能等可再生能源大规模开发利用，“绿电为核心”的现代能源体系特征愈加明显。在“绿电为核心”的现代能源体系中，电源、电网、负荷、储能各环节协调互动更多，以整体最优为目标，充分发挥各类资源特性，以灵活高效的方式共同推动系统优化运行，促进新能源高效消纳[9-10]。在供给侧，气电和水电是优质的灵活性调节电源。在需求侧，大力发展需求响应，完善峰谷电价，提高对新能源的消纳能力。在储能侧，抽水蓄能、电化学储能，特别是以电制氢为代表的电转其他能源已成为综合能源系统的关键技术。电转热、电转冷方面，热泵等将有很大发展潜力，电制氢处于研发示范阶段，未来应用前景广阔。在电网侧，通过互联互济可以实现不同区域、不同时间互补，实现供需高效互动与协调。

2.2 发展综合能源是现代能源体系的路径

随着传统发电技术进步，风能、太阳能等可再生能源发展，新能源技术变革创新，智能电网等能源输配网络的建设，以及用户智慧用能新需求的提出，发展综合能源成为中国建设现代能源体系的重要任务。

综合能源以电力为核心，涵盖煤炭、石油、天然气等多种资源，实施多异质能源协调规划、优化运行、协同管理、交互响应和互补互济，提高能源综合利用效率和可再生能源利用水平，提升综合能源服务。建设城市能源互联网，构建面向园区、工厂、社区、楼宇等用能对象的综合能源系统，推进综合能源服务，培育虚拟电厂、负荷聚集商等综合能源新型主体，应用大数据、云计算、5G等数字信息技术，满足用户的智慧用能需求，实现多种能源的优化配置、优势互补，提升用户能效，控制能源消费总量，从而推进能源消费革命，形成能源节约型社会。

发展综合能源可统筹集中式与分布式能源类型，推进能源路由器等综合能源耦合、调控技术，以及智慧用能等技术的创新发展。以电力为核心建设能源互联网，构建综合能源系统，可打破能源体制壁垒，形成涵盖电力市场、碳交易市场、绿色配额交易市场，实现煤电联动等多类型市场机制，还原能源的商品属性；建设全球能源互联网是我国推动“一带一路”建设的重要战略，是推动能源国际合作的重要举措。

3 构建现代能源体系助力碳达峰碳中和

如何在构建现代能源体系过程中保证能源安全与经济发展？在现有技术条件下，能源体系的低碳性、安全性与经济性存在一定矛盾。一方面，风能、太阳能等新能源发电具有波动性和间歇性的特点，大规模并网将对电网的安全稳定运行造成冲击。另一方面，新能源的发电成本普遍较高，若完全靠新能源行业压缩利润空间，企业将面临巨大经营压力，不利于新能源产业发展；若将发电成本直接传导至终端用户，将大幅增加社会生产生活成本，不符合国家关于降低全社会用能成本的要求。如何协调供需双侧对能源安全性、经济性的要求，解决能源体系低碳性、安全性和经济性之间的矛盾，成为我国实现碳达峰、碳中和目标的关键[11]。

构建现代能源体系涉及能源生产、传输、消费和存储，实现低碳与能源安全性和经济性的协调发展，既需要从源、网、荷、储各环节多管齐下，更需要“全国一盘棋”，对能源体系统筹优化布局。

3.1 制定减碳阶段目标

实现碳达峰、碳中和目标，要贯彻新发展理念，统筹地区及重点行业的碳中和实施路径，大力调整能源结构，提升能源利用效率，推进能源体系清洁低碳发展，促进经济社会高质量发展、全面绿色转型。具体可分3阶段部署。

尽早达峰期（2021—2030年）：力争2030年前全国碳排放尽早达峰，煤炭、石油梯次达峰，非化石能源发电装机快速上升，重点研发大规模低成本CCUS技术。

快速减排期（2031—2050年）：碳排放稳中有降到快速减排，天然气消费量尽快达峰，非化石能源发电规模进一步增加，实现低成本CCUS技术规模化商业推广。

中和攻坚期（2051—2060年）：深度脱碳实现碳中和目标，化石能源消费量进一步下降，非化石能源成为能源消费主体，重点领域CCUS技术实现大规模应用。

3.2 将节能减排纳入现代化能源体系发展规划

坚定实施“四个革命、一个合作”的国家能源战略，将节能减排、碳达峰、碳中和以约束性指标的方式纳入国民经济和社会发展规划，使碳中和的长期愿景成为全社会的行动，全面促进低碳转型的个人行为、企业行动、资金流动、技术研发等。鼓励各地各行业结合各自资源禀赋、发展阶段、产业结构等发展条件，因地制宜地谋划碳中和发展规划，实质性推进碳达峰目标实现。大力推动节能减排和清洁生产，加快发展循环经济，加强资源综合利用。倡导绿色低碳生活方式，凝聚全社会共识，形成全民参与的良好局面。建立健全节能减排工作协同机制，加强节能减排指标体系研究，建立科学合理的考核评价体系，不断完善监测评估机制，促进碳达峰、碳中和相关工作落实。

3.3 能源消费侧多措并举强化节能增效

加大引导和监督力度，支持节能技术装备创新，鼓励重点领域节能新产品的应用，推动钢铁、石化、化工等传统高耗能行业转型升级，持续提升重点领域新基建能效水平。有效控制能源消费强度，合理控制能源消费总量，建立二氧化碳排放总量控制制度。大幅提升能源利用效率，持续深化重点领域节能，把节能贯穿于经济社会发展全过程和各领域，提升信息化基础设施能效水平。健全能源管理体系，强化重点用能单位节能管理和目标责任，严格把关高耗能产业增量部分的入门标准。坚决抑制高耗能、高污染和产能过剩行业盲目扩张，严格控制产能过剩和高耗能行业新建项目，严禁投资新建或改建违反国家产业政策、行业排放标准和缺乏能源、环境支撑条件的高耗能生产项目。培育壮大低耗能先进制造业、高新技术产业和现代服务业等战略性新兴产业。推广高效节能新技术、新模式、新业态，挖掘跨部门、跨行业节能潜力。加快发展高效节能产业、先进环保产业，推动水、大气、土壤污染防治行动计划，推进先进环保技术产品与装备应用。

3.4 能源生产侧建成多元清洁能源供应体系

加大落后产能、小煤矿淘汰力度，加快煤炭产业结构调整和转型，鼓励和支持大型企业跨地区、跨行业、跨所有制兼并重组，培育并壮大大型煤基综合能源企业集团。统筹考虑水资源、环境约束，合理制定煤炭产能。集中攻关并大力推广保水开采、充填开采、智能开采等绿色安全高效开采与生态修复技术，建设好关键技术示范工程，提高煤炭绿色高效安全开采水平。大力发展风电、光伏，因地制宜规模化配置陆上风电，鼓励有条件的地区发展海上风电，积极支持分布式风电、光伏发展。安全高效发展核电，加强核电规划、选址、设计、建造、运行和退役等全生命周期管理与监督，完善多层次核安全法规与标准体系，强化核安保与核材料管制。

3.5 保障能源安全推动能源高质量发展

提高石油、天然气和煤炭等能源储备能力，完善国家能源储备体系，健全国家大面积停电事件应急机制，全面提升电力供应可靠性和应急保障能力。提高电源侧灵活性建设积极性，科学推进火电灵活性改造，因地制宜布局燃气调峰电站、抽水蓄能电站。着力释放需求响应潜力，推动大容量、高安全和可靠性储能发展应用，推动自备电厂、传统高载能工业负荷、工商业可中断负荷、电动汽车充电网络、虚拟电厂等参与系统调节。不断完善全国跨省区骨干能源输送通道建设，完善区域电网主网架结构与内部建设，积极建设能源互联网，推动规模合理、分层分区、安全可靠的电力系统。重点攻关交直流混合大电网运行关键技术，安全高效低成本电化学储能关键技术，加快构建柔性、智能的电力输配网络，为灵活、安全、互补、高效的电力生产和消费提供技术支撑。

3.6 推动多领域电能替代提高电气化水平

着力推动交通工具实现电动化和清洁化，加快淘汰报废老旧柴油货车。指导督促各地做好城市公共交通、民用、货运等新能源交通工具推广应用，推广靠港船舶使用岸电和电驱动货物装卸，扩大新能源交通工具应用范围。因地制宜开展城乡充电设施建设，大力发展电气化铁路、城市轨道交通及配套设施建设，做好电动汽车配套供电设施建设及供电服务，建立道路运输领域新能源汽车使用安全和运维保养相关标准规范，满足电动汽车发展需求。鼓励工业电气化技术向绿色智能方向发展，并应用于各行各业。持续缩减工业部门能源消费煤炭比例，逐步对燃煤（油、气）工业锅炉进行电锅炉替换改造，推进蓄热式与直热式工业锅炉应用，特别在钢铁、建材行业，大力发展电炉钢、电窑炉，在轻工行业大力发展蓄热电锅炉。

3.7 推广应用CCUS技术打造负碳经济新引擎

着力布局CCUS技术产业链、创新链，全力培育具有长周期研发投入能力和基础研究能力的负碳技术跨国企业和龙头企业，加快营造具有中国特色的产学研深度融合体系。做好CCUS技术应用宣传工作，完善CCUS技术普及相关支撑政策，建立配套补贴机制。大力培养CCUS技术专业人才，促进高校院所和大型发电企业协同创新，加大对拥有自主知识产权技术的扶植力度，定期组织专家对应用CCUS技术的企业进行指导。加强对技术应用企业生产情况的监管，发挥新闻媒体和民众的监督作用。

3.8 提升生态系统碳汇能力

无论是降低化石能源在使用过程中的碳排放，还是研究非碳能源替代，都属于从排放端来探讨如何减排。实现“双碳”目标，还需要在固碳端发力，通过生态建设、土壤固碳、CCUS等工程及技术，去除不得不排放的二氧化碳。建议制定相关法律法规，强化碳汇林的保护及监管措施。实施植树造林、恢复被毁生态系统、建立农林复合系统、加强森林可持续管理等政策，并采取经济措施，鼓励各地大力培育森林资源，增加森林面积和蓄积量，增强陆地碳吸收量，增加森林碳汇。实施禁牧休牧、草畜平衡等措施，不断恢复草原植被，加快生物量积累，减少土壤扰动活动，不断增强草原固碳能力和土壤蓄积碳能力。全面落实草原生态保护补助奖励机制，以基本草原划定为基础，确定草原保护红线，在重点草原区和生态脆弱区建立自然保护区，改善草原生态环境。