“能耗双控”转“碳双控”背景下的浙江省减煤路径研究*

王 诚 叶津宏 张天佑 黄 炜

(浙江省经济信息中心(浙江省价格研究所),浙江 杭州 310006)

党的二十大报告中明确提出,要积极稳妥推进碳达峰碳中和(以下简称“双碳”),完善能源消耗总量和强度调控(以下简称“能耗双控”),重点控制化石能源消费,逐步转向碳排放总量和强度“双控”制度(以下简称“碳双控”)[1-2]。“碳双控”制度将会对煤炭这种高碳能源的利用,提出更清洁低碳高效的要求。此外,在诸如《“十四五”节能减排综合工作方案》等政府文件中,也对京津冀、长三角等重点地区的煤炭消费量提出明确的削减目标。

煤炭作为我国的主体能源,其消费量占全国能源消费总量的50%以上,特别是在电力生产方面,虽然煤电装机容量占比下降至50%以下,但仍生产了全国约60%的电量,煤炭消费控制的合理性将会较大程度影响能源安全。可见,如何统筹好“碳双控”目标、能源安全以及减煤约束目标之间的关系,将是在“双碳”背景下亟需解决的难题[3]。

目前,很多研究对全社会的能源消费、碳排放情况等开展预测和情景分析,针对煤炭消费专门开展的研究较少。除常规的投入产出模型外,NAGATOMO等[4]利用综合能源系统优化模型(MARKAL模型)分析了可再生能源对社会低碳发展的影响;EMODI等[5]采用长期能源替代规划系统模型(LEAP模型)对能源低碳发展进行分析;李继峰等[6]采用一般动态均衡模型(CMRCGE模型)对中国“十四五”能源与碳排放开展预测;毕清华等[7]则采用中国能源经济一般均衡模型(CDECGE模型)对中国的能源需求进行分析;XIAO等[8]采用一般均衡模型(CGE模型)分析能源对环境污染的影响。但上述研究多是对分部门的能源消费情况进行预测,未对行业进行细分,且缺乏能源安全、经济发展与碳排放等多目标约束下的情景分析。因此,建立以发电、供热、水泥、钢铁、化工等重点用煤行业为主要研究对象的煤炭消费预测模型,并考虑能源结构和产业结构调整、技术进步等因素来设置不同情景,分析长时间尺度下的减煤目标和路径具有较大的研究意义。

当前,浙江省煤炭消费以集中利用为主,约95%的煤炭消费集中分布在发电、供热、水泥、化工、石化、钢铁等行业,规模以下及散煤利用极少。本研究以实现2030年碳达峰、2060年前碳中和的宏观目标为背景,采用“自下而上”的分析方法,构建分行业煤炭消费预测模型,分析不同情景下的减煤路径;同时,在确保经济高质量发展和能源安全的前提下,从结构、技术和管理等减煤维度,针对性提出分行业减煤举措和建议,以期为国家和地方政府减煤工作提供参考。

1 研究方法

1.1 煤炭消费预测模型

基于LEAP模型框架,以浙江省发电、供热、水泥、化工、钢铁等重点用煤行业为对象,构建“自下而上”的煤炭消费预测模型。模型的总体计算机理见图1。首先,基于不同行业的用煤特征开展预测分析;对于发电行业,需结合全省电力需求预测,考虑能源供需平衡来明确电源结构,尤其是煤电发电量、供电煤耗,以此来确定发电用煤量;对于供热用煤,从需求侧出发,主要考虑纺织、化纤等用热行业的发展趋势,根据供热量、供热煤耗等确定供热用煤量;对于水泥、化工、钢铁等行业,构建CGE模型对其发展趋势进行研判,并考虑浙江省“十四五”和2035年远景规划目标要求[9]、碳达峰背景下产业结构调整导向等,得到各行业增加值、产量等相关经济指标,结合单位产品用煤量等指标,以此来确定各行业用煤量。将上述重点用煤行业的煤炭消费量加总,预测得到浙江省煤炭消费总量。同时,综合考虑浙江省能源转型、产业发展、技术进步等情况[10],并参考全国2030年碳达峰、2060年实现碳中和的时序要求等[11-12],设置不同情景开展减煤路径研判。

图1 煤炭消费预测模型构建思路Fig.1 The framework of coal consumption prediction model

1.2 情景设置

基于浙江省未来经济社会发展趋势和能源转型特点,结合已出台的能源、产业相关发展规划与政策,适当参考部分发达国家产业发展和降碳相关的指标,研究确定重点用煤行业相关参数,并考虑能源结构调整、产业结构调整、技术进步等关键要素的不同发展进程,分别设置3种减煤情景,具体参数设置见表1。

表1 情景分析参数设置Table 1 The parameter settings under different scenarios

2 结果及分析

2.1 不同情景下煤炭消费预测结果与分析

通过情景分析,初步得到不同情景下2015-2060年浙江省煤炭消费量的预测结果(见图2)。

图2 不同情景下浙江省煤炭消费预测Fig.2 The coal consumption forecast in Zhejiang Province under different scenarios

基准情景下,煤炭消费量预计在“十四五”阶段持续增长,在“十五五”中期(2027年)达到峰值(约1.7亿t),这主要是发电、化工用煤增长所驱动;随着石化项目产能逐渐释放和核电项目的发电投产,煤炭消费将出现回落,并在产业结构调整、能源结构持续优化等工作的推动下持续下降,到2060年煤炭消费量预计较峰值下降约55%。

煤控情景下,煤炭消费达峰年提前,预计在2025年,峰值约1.6亿t,到2060年煤炭消费量仅有5 000万t左右;煤炭消费量较基准情景下整体偏低,这主要由于煤控情景下的风能、太阳能等新能源发展更快速,以及工业领域对原料用煤的控制更严格。

碳达峰情景下,煤炭消费量已在2018年达峰,峰值约1.4亿t;由于2020年基数较低,“十四五”时期保持较平缓的上涨趋势,在2025年后煤炭消费量逐年下降;2030-2060年煤炭消费量下降趋势加快,到碳中和年,煤炭消费量仅有1 400万t左右。

2.2 重点行业煤炭消费情况预测结果与分析

基于模型预测结果,进一步对浙江省发电、水泥、化工、钢铁等分行业的煤炭消费情况进行研判。首先,分析不同情景下各行业煤炭消费量占比(质量分数)情况。以达峰年为例,3种情景下发电煤炭消费量占比始终位列第一,均超过60%;供热位列其次,且占比基本稳定(18%～20%);化工行业在达峰年的煤炭消费量占比排在发电、供热行业之后(除碳达峰情景外);钢铁行业煤炭消费量占比在重点用煤行业中占比最低(见表2)。

表2 不同情景下的达峰年分行业煤炭消费量占比Table 2 Proportion of coal consumption of different industries on peak year under different scenarios %

不同情景下重点行业煤炭消费量预测见图3。发电行业煤炭消费量除碳达峰情景外,另两种情景(基准情景、煤控情景)下的峰值年份与全省煤炭达峰时间保持一致,分别是2027、2025年;煤控、碳达峰情景下发电煤炭消费量峰值较基准情景下分别低800万、2 500万t左右。化工行业煤炭消费量在基准、煤控、碳达峰情景下的达峰时间分别是2027、2027、2025年,且煤控、碳达峰情景下化工煤炭消费量峰值分别比基准情景下低200万、250万t左右。水泥和钢铁行业煤炭消费量自“十四五”以来保持下降趋势,煤炭消费量及其占比逐年递减,到2060年两者煤炭消费占比均低于1%。

图3 不同情景下重点行业煤炭消费量预测Fig.3 The coal consumption forecast of key industries under different scenarios

2.3 “碳双控”目标下浙江省减煤路径讨论

基于上述预测分析,浙江省减煤整体路线可分为“两步走”。2030年前,浙江省减煤工作应以“控”为主,着力推动煤炭的高效清洁利用,重点通过压减钢铁、水泥、化工等高碳行业的发展,优化产业结构,推动经济发展与煤炭消费逐渐脱钩;同时,采用工艺提升、技术进步等手段促进用煤效率的提升,降低煤炭消费量。2030年后,在“碳中和”愿景影响下,煤炭消费将实现由“控”到“减”的转变。一方面,需要加大力度推进产业结构优化,压减淘汰钢铁、水泥产能;另一方面,通过技术变革推进核电、太阳能、风能等清洁能源替代传统煤电,并通过水泥熟料、钢铁、化学制品等生产技术的改革创新,实现煤炭替代。具体实施减煤的可行路径如下:

(1) 发电、供热行业的减煤路径:①结构减煤,通过压减火电产能及清洁能源发电替代火电等,加快推进核电项目,大力发展风、光可再生能源,到2030年,浙江省可再生电力装机占比提高到45%左右,煤电的发电占比减少至32%左右;②技术减煤,采用高效的火电储能技术、智能电网及安全稳定的非化石能源发电技术等,2030年有序淘汰在运次高温次高压热电联产机组转为天然气热电联产,研究探索其他新型供热方式;③管理减煤,加大对核电、光伏、风电等清洁能源的财税支持力度,依托发电行业碳交易市场机制及智能化管理手段等实现管理减煤。综上,2060年发电、供热行业煤炭消费量分别控制在1 000万t以内、200万t以内。

(2) 钢铁、水泥、化工等行业的减煤路径:①结构减煤,通过压减、转移产能及能源替代等,化工行业重点减少甲醇、合成氨等化工产品产能,预计到2025年,甲醇、合成氨产量较2020年下降约10%;煤制氢产能随着舟山绿色石化的逐步投产增加,持续推进天然气制氢工艺替代,减少化工行业用煤;水泥行业严格执行水泥熟料项目减量置换政策,逐步淘汰2 500 t/d及以下规模的水泥熟料生产线,并严禁省外水泥熟料产能指标转移到浙江省;钢铁行业严格执行产能置换政策,压减低效产能,将粗钢生产线转移至省外或国外,省内主要生产高附加值金属制品。②技术减煤,通过应用推广技术工艺改造、节能、余能利用及煤炭高效利用等技术,化工行业重点发展天然气制氢、天然气制甲醇、焦炉煤气制甲醇、天然气制合成氨等技术,水泥行业重点发展垃圾等协同处置技术、余热回收利用等。③管理减煤,通过节能审批、区域节能评估等行政举措及各类市场机制,并采用数字化手段加强用煤管理等举措实现管理减煤。综上,到2060年,水泥、钢铁、化工行业煤炭消费量相较于2020年可分别下降98%、99%、83%。

3 政策建议

通过构建与经济发展相耦合的煤炭消费预测模型,设置不同情景,对“碳双控”目标下浙江省及分行业的煤炭消费量进行预测研判,并得到浙江省重点行业的减煤路径。研究结论对以浙江省为代表的用煤集中、减煤空间有限、碳达峰任务紧迫的省份有参考意义,故提出“能耗双控”转“碳双控”背景下的政策建议:

(1) 调整煤炭消费总量控制机制。“十四五”时期,浙江省能源安全保障形势严峻,经济发展仍是重要目标,需要更关注经济发展、能源安全、碳排放等多目标的综合平衡。建议在继续坚持“以控为主”的前提下,调整煤炭消费总量控制机制为“煤炭消费总量弹性控制机制”,不设明确总量目标,但仍需对总量进行有效控制。

(2) 将发电、供热行业作为减煤重点。浙江省80%以上的煤炭用于发电、供热,随着电气化进程的深入,这部分煤炭消费量占比还可能进一步提高。对于全省统调电厂,由于已全部完成超低排放改造,建议要将重心放在降低供电标准煤耗上,进一步加强对标国际先进、国内一流水平;对于地方热电厂,要在继续降低供电标准煤耗的基础上,进一步合理控制用煤规模,最大程度发挥出集中供热的效益。

(3) 削减工业行业原料用煤。浙江省原料用煤消费主要集中在水泥、钢铁、化工等行业,这几个行业总体已达到发展的平台期,同时又是典型的“高碳低效”行业,继续扩大规模不利于浙江省“双碳”工作推进。建议以控制行业发展规模为主、以能源结构非煤化调整为辅,推动实现浙江省工业行业原料用煤的绝对量削减。