全球能源绿色低碳转型的几点思考

刘泽洪全球能源互联网发展合作组织驻会副主席2023年12月 内容框架 1.挑战与思路 2.全球能源互联网碳中和实现路径 3.三大协同促进包容公正韧性转型 4.主要结论 1.1全球能源转型的新形势 全球温室气体浓度持续擎升至近80万年以来的最高水平，2015-2023年成为人类有记录以来最热的9年，造成经济社会损失影响巨大 》全球变暖加剧 >根据世界气象组织最新公报，大气中二氧化碳（CO2）浓度1.4达到415.7ppm，相当于工业革命前的1.5倍>全球平均气温比工业化前水平高出1.4摄氏度， 气候灾害显现 >全球降水分布更加不均衡导致皇劳频发，极端气候事件如高温热浪、野火、热带气旋更为频繁，>海平面和海洋温度持续上升，海平面上升速度加快2倍多，冰川大量消融，南极海冰范围比历史低值少100万平方公里 1.1全球能源转型的新形势 全球绿色低碳转型进入快速发展新阶段。各国将绿色清洁发展、实现碳中和作为提高经济竞争力、提升国际影响刀、抢占科技制高点的重大机遇和天键手 >发展方向更加明确：全球超过150个国家提出了碳中和目标，覆盖全球88%的二氧化碳排放、90%的GDP和85%的人口。COP28大会首次提出以公正有序的方式推动能源系统逐步远离化石能源，到2030年将全球可再生能源发电装机提高到三倍，将能源效率提高到两倍。 >清洁能源加速发展：到2023年底全球可再生能源装机累计将达38.7亿干瓦，中国装机容量达14亿干瓦，是发达经济体总和的1.4倍 >投资引领更加显著：2022年全球能源投资达2.4万亿美元，其中清洁能源投资约1.4万亿美元，增速达12% 1.2全球能源转型的新挑战 能源安全保供压力大，高碳产业转型难度高、极端天气影响剧等挑战制约能源转型实践 产新能源难当保供重任：全球可再生能源发电装机素计达33.8亿干瓦。新能源”大装机小出力”特征明显，发电"靠天吃饭”属性突出，现阶段对电力平衡支撑能力不足。 产传统产业转型亲盾突出：化石能源及相关行业面临产能宿减就业减少等问题。据估计能源转型进程到2030年将导致约500万化石燃料行业的工人失业 极端天气冲击安全运行：新型电力系统源，网、荷、诺诸基础设施都更易受天气气候影响。2021年2月，美国得州极端寒潮造成多个地区约500万人轮流限电。 1.3能源包容公正韧性转型的内涵 立足能源命运共同体宗旨和发展中国家立场，提出能源包容、公正、韧性转型内涵， 不同发展模式、不同技术路线之间的统筹协调，以化石能源转型加快清洁能源发展，实现能源净零排放自标。 产能源公正转型：遵循以人为本理念，以能源清洁发展推动新旧产业更替、区域协调发展、能源普惠可及，改善就业和民生福证。 →能源韧性转型：能源规划建设和运行过程中，注重提升能源系统充裕性、灵活性和可靠性，更好应对气候风险 1.4能源包容公正韧性转型思路 统筹减排与安全、转型与民生、减缓与适应“三对关系”，以全球能源互联网为全球碳中和系统方案，通过推动清洁能源与化石能源、能源与产业、能源与气象“三个协同”推动能源系统实现包容、公正、韧性“三重转型”。 清洁能源与化石能源协同，发挥化石能源安全保供与灵活调节作用，提速清洁转型进程。 产能源与产业协同，以全球能源互联网为平台实现新旧产业更替、区域协调发展、改善就业民生。 产能源与气象协同，加快能源与气象融合技术发展，建设气候适应型能源电力系统 内容框架 1.挑战与思路 2，全球能源互联网碳中和实现路径 3.三大协同促进包容公正韧性转型 4.主要结论 2.1量化模型与研究平台 基于全球综合评估模型框架，集成经济社会预测、能源技术组合、电力系统规划、气候损失风险、综合效益评估，提出全球能源互联网碳中和方案 能源系统优化模型：包括能源技术研判、分行业能源需求预测，全能源系统优化模型（MESSAGE）。 产电力系统规划模型：包括电力需求预测、全球清洁能源资源评估模型（GREAN）、源网荷储一体化规划（GOPT）。 综合效益评估模型；包括可计算一般均衡经济模型（CGE）、采用气候影响评估模型。 2.2全球碳中和路径 全球碳中和实现路径 全球力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现全社会碳中和，总体可分为尽早达峰快速减排、全面中和三阶段。 第一阶段尽早达峰。2030年前实现碳达峰，峰值控制在445亿吨左右。能源活动碳排放峰值为360亿吨 第二阶段快速减排。关键是能源系统转型和全面建成全球能源互联网，2050年能源活动碳排放降至92亿吨相比碳排放峰值下降约75%。 →第三阶段全面中和。关键是加快化石能源存量替代2060年前实现全社会碳中和。2060年能源活动碳排放降至38亿吨，相比碳排放峰值下降约90%。 2.2全球碳中和路径 全社会碳减排 电力系统在碳中和进程中累计贡献将超过80%，通过电能替代与绿氢助力全行业减感排 2060年全社会实现碳中和，各行业相比达峰年减排约459亿吨能源生产减排145.3亿吨，能源消费减排176.2亿吨，其中工业减排50.3亿吨，交通减排93亿吨，建筑减排32.9亿吨，工业过程减排18亿吨，碳移除技米减排32.5亿吨，农林土地利用减排851亿吨：废弃物减排2亿吨 >电力生产自身脱碳速度最快、脱碳规模最大，此外电力还通过电能替代与绿生产助力全社会脱碳。通过生产侧清洁替代，电大生产碳排放实现2030年达峰，2050年降至21.3亿吨，2060年前净零排放。除自身减排外，电力还能够推动能源消费电能替代助力能源消费减排 2.3碳中和方案：能源系统转型 能源生产体系 风光水火储”多能互补的能源生产体系 >供应总量安全充足：2050年一次能源总量193亿吨标煤，人均超过1.9吨标准煤。 产供应结构清洁主导：煤油气相继达峰并减退，清洁能源2040年左右超过化石能源成为能源供应主体，2050年全球清洁能源装机占比达到90% 产供应方多能互补：“风光水火储”多能互补格局2050年全球总装机404亿千瓦（含储能），风光水火储占比分别为25%、45%、6%、13%、9%，风光水等可再生能源装机占比超过3/4，各类储诸能加速发展，储能电池占比7%，抽水蓄能占比2% 2.3碳中和方案：能源系统转型 能源消费体系 电为中心、“电氢冷热气”互通互济的能源消费体系 电为中心加速形成：2050年全球用电量增至82万亿千瓦时，占终端能源的比重达到63% ?绿氢促进深度脱碳：绿氢通过终端深度电能替代提供灵活性储能和提供工业原材料等方式促进深度脱碳，2050年绿氢消费量3.6亿吨 >节能提效效果显著：2050年人均能源消费量将下降到2吨标煤/（人·年）。 >“电氢冷热气”互通互济：2050年，电、氢、热气占比分别为56%、8%、15%、7%。 2.3碳中和方案：能源系统转型 能源配置体系 广域互联，电氢协同的清洁能源配置网络 产广域互联的全球电网：依托互联电网和电碳市场，实现多能源跨区外送、跨时区互补、跨季节互济、贸易国际化发展。2050年，跨区、跨洲电力流6.6亿干瓦。 产电氧协同的绿氧网络：形成就地制备利用与大范围优化相结合的格局。2050年，氢能实现跨洲及洲内跨区的大范围优化配置，输送规模约5000万吨，占全球氢能总需求的10%。 2.4方案特色 全球能源互联网碳中和方案，已纳入联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告，成为全球七个典型代表性减排路径之一 2050年，电能消费达到82万亿千瓦时，显著高于其他情景电能消费量，充分保障能源安全充裕。电气化水平达到63%，清洁化水平达到75%，高于其他方案约10-25个百分点。 2合作共赢：通过互联互通促进清洁能源大规模、低成本、高效率开发 实现能源需求与高质量，低价格清洁资源优化配置，能推动国家，区域与全球合作共赢发展。相比清洁资源本地开发、本地利用发展模式，全球能源互联网碳中和方案下清洁电力比重提高9-12个百分点。以东北亚区域为例，互联互通模式仅需增加电网互联投资3000亿元，但节省清洁发电及储能投资约1.1万亿元 2.4方案特色 技术可行：以相对成熟可靠技术为基础 清洁替代控制碳排放源头，电能替代促进全行业减排，累积减排贡献约80%。大量示范工程和应用实践已经落地，不存在难以克服的技术瓶颈。 产业拉动：可落地性强、以有限投资拉动产业发展 能源转型与经济民生发展高度融合，既是低碳减排工程，又是民生保障工程，也是经济产业发展工程。到2050年能源系统累计投资约97万亿美元，占全球GDP比重不超过2%，创造综合价值累计超过800万亿美元，相当于1美元的能源投资获得9美元的综合价值。 内容框架 1.挑战与思路 2.全球能源互联网碳中和实现路径 3．三大协同促进包容公正韧性转型 4。主要结论 3.1清洁与化石能源协同促进包容转型 1加快清洁能源开发 采用集中分布并举、陆海并进方式，因地制宜开发清洁能源 产资源富集地区集约高效规划开发大型光伏、风电、水电基地 光伏基地化开发。全球集中式光伏潜力约2.6万亿干瓦，年发电量5000万亿千瓦时，度电成本低至1.65美分风电集中式开发。全球集中式风电潜力约1300亿干瓦，年发电量350万亿千瓦时，陆上风电成本低至175美分水电流域开发。全球具有较好水电开发价值的205个流域的资源量39.5万亿千干瓦时，35个大型水电基地总装机规模约3.2亿千瓦 利用散落分布的开阔地带开发风力发电、屋顶光伏发电等。 欧洲适宜分布式开发。欧洲、亚洲等地区适宜结合建筑、可利用空地、农田和水塘等区域采用分布式方式开发太阳能与风能资源，：海岛国家实现电力普及。海岛国家更加适宜分布式开发清洁能源。 3.1清洁与化石能源协同促进包容转型 中国沙戈荒干万干瓦风光基地开发、100%分布式可再生能源示范工程提供系统解决方案 宁夏腾格里沙漠风光基地 中国金寨分布式可再生能源发电井网工程 作为中国首个投产的千万千瓦级“沙戈荒”基地项目，规划总装机规模1300万千瓦，一期100万千瓦项自已并网发电：二期200万千瓦项目是前中国最大的“沙戈荒”风光新能源基地项目，建成并网后，预计每年可提供清洁电能39.6亿千瓦时，可节约120.7万吨标准煤，减少二氧化碳排放量约329.38万吨， 顶自可再生能源装机容量41.3万千瓦，通过建立分布式电源集群与电网协同规划方法，提出基于同步惯量和阻尼自寻优自适应并网方法，建立“群内自治-群间协同-输配协调”分布式电源集群控制体系，实现示范区分布式能源100%消纳，年平均增发发电量3200万千瓦时。 3.1清洁与化石能源协同促进包容转型 化石能源转型与发展 通过煤电综合利用模式实现发电装机与碳排放的脱钩，发挥煤电灵活调节、安全保供应急备用等作用。 3.1清洁与化石能源协同促进包容转型 煤电综合利用模式与燃氢机组替代模式比较 情景设计：2050年全球煤电装机分别为16亿干瓦和5亿干瓦，由纯氢纯氨燃机替代已有煤电机组提供灵活性调节能力和电力系统安全性支撑 ·主要结论：在相同碳排放约束和供电可靠性水平下，煤电综合利用模式的综合用能成本更低，是更可操作性的转型路径。绿氢发电等技术是影响煤电退出进程的关键技术。加快技术突破和翘模件应用、成本下降成为促进煤电全面减退的重要前提 3.1清洁与化石能源协同促进包容转型 全球范围内掺烧生物质、绿氨等模式为煤电低碳转型提供了创新模式 欧洲煤电机组生物质改造 中国绿氨掺烧技术实践 中国安徽30万千瓦燃煤机组35%掺氨燃烧实现平稳运行，最大掺氨量大于每小时21吨，氨燃尽率达到99.99%，标志着燃煤机组掺进入工程应用阶段。使用氨能等清洁燃料对化石能源进行替代是实现碳中和的关键技术。 欧洲正掀起燃煤电厂改造为生物质电厂的潮流，中欧和东欧多采用生物质-煤炭共燃方案，西欧多采用高比例改燃生物质机组路线。英国Drax电厂走在燃煤电厂改燃生物质技术及实践的前沿，到2013年实现全部6台