IEA 中国能源体系碳中和路线图 ~ P3：能源转型

最喜蝴蝶兰

全文链接：An energy sector roadmap to carbon neutrality in China_Chinese (windows.net)
部分摘录：
要实现中国 2030 年前二氧化碳排放达峰和 2060 年前碳中和的目标，创新，以及新技术进入市场和普及的速度是长期清洁能源转型的关键底层驱动力和本路线图的关注重点。能源体系二氧化碳净零排放意味着，在技术上难以减排或减排成本非常高的部门的任何剩余排放，都需要通过碳移除技术产生的负排放才能完全抵消。


2060 年，由于未采用减排措施的燃煤电厂和基于煤的工业过程基本已经淘汰，因此届时煤炭燃烧相关排放的比重将比 2020 年降低约 50%。2021-2060 年期间，过程排放（工业过程中化学反应产生的固有排放）将下降 90%左右，占排放总量的比重将几乎翻一番，这是因为事实上在某些重工业领域（特别是水泥和钢铁行业）消除过程排放的难度极大。2060 年能源体系的剩余排放量将完全由 BECCS 和直接空气捕捉（DAC）与封存产生的负排放所抵消。2060 年，仅 BECCS 就将贡献负排放总量的 80%以上。在中国力争于 2060 年前实现全经济领域温室气体中和的进程中，也可以利用碳移除技术来抵消一部分较难减排的非二氧化碳温室气体。
对世界任何一国而言，都不可能只靠一种技术来实现本国净零排放所需的减排量。长期来看，一旦最佳可用技术占据了市场主导地位，能效的贡献比重将会下降。可再生电力（主要是风能和太阳 能光伏）将贡献 2030 年减排总量的三分之一。可再生能源的贡献份额将在 2060 年上升到近 40%，届时这类能源将是发电的主力。


2030 年，能效、太阳能光伏和风能将贡献近 60%的减排量；而 2060 年，电气化、CCUS、氢能、行为改变和生物能源将发挥更大的作用。

• 终端用能部门电气化：2021-2060 年，电力占各部门用能总量的比重上升，在二 氧化碳累计减排量中的贡献份额为 13%。
  
• 碳捕捉、利用和封存（CCUS）：预测期内，CCUS 的作用将发生变化。初期，它主要用于碳捕捉设备改造，以减少电力和重工业领域低龄现有资产的排放。之后， 将会从大气中移除二氧化碳，抵消减排困难部门的排放。从现在到 2060 年的累计减排总量中，CCUS 将贡献 8%。
  
• 低碳氢和氢衍生燃料：随着时间的推移，不同部门的氢、氨以及由氢衍生的合成碳氢化合物的用量将增加，到 2060 年对累计减排量的贡献份额将超过 3%。
  
• 可持续生物能源：生物质及其衍生燃料（包括气态和液体生物燃料）的减排作用重大，特别是在近期，以及在道路及航空交通运输领域。它将贡献从现在到 2060 年累计减排量的近 7%。
  

以上四个技术领域与可再生能源、核能和提高化石燃料能效的技术相比，普遍处于较早的开发和部署阶段。它们对减排的贡献将取决于创新和商业化的加速。在 没有相关政策支持的情况下，这些技术的加速创新和商业化是不可能实现的。
在中国，许多严重依赖化石能源的发电厂和工厂 是近期才建成的。其中大多数的设计使用年限长达数十年，所以提前关停这些设施的代价昂贵。从原则上讲，凡是有条件进行二氧化碳封存的地方， 将来都可以对厂房进行 CCUS 改造，不过这种做法对经济竞争力的影响因具体情况而有所不同。船舶和飞机也是寿命较长的昂贵资产。
能源需求降低的主要原因包括能效和材料效率大幅提高，以及 从重工业向低能耗经济活动转型。与传统化石技术相比，电力能够以更高效的方式提供多种能源服务。例如，目前电动汽车的能效是同等内燃机（ICE）汽车的两到四倍，而电热泵与传统燃气锅炉相比，加热相同空间的节能幅度可高达 75%。


用于发电（太阳能光伏）以及建筑物和工业供热（太阳 能热力）的太阳能到 2045 年左右将成为最主要的一次能源，到 2060 年将占到总需求的约四分之一。2060 年可持续生物能源的比重相比 2020 年将翻一番以上，原因 之一是可持续生物能源用途多样，既能为建筑物和工业提供电力和热力，也能转作气体或液体燃料用于加热或交通运输。核能扩张速度也很快，2020-2060 年期间将增长近四倍。核能在一次能源需求中的比重目前为 3%，在 2060 年将达到 15%左右，而在既定政策情景下这一比重为 9%。


基于中国的长期目标，中国将会加大政策力度 来应对气候变化、加强能源安全并改善空气质量，这将助推可再生能源用量的增长。在政策的刺激下，技术改进和成本降低的步伐加快，从而推动技术快速部署， 形成良性循环。随着波动性可再生能源在电力结构中的消纳比重提高，需要更多地使用具有系统灵活性的新方法（如电池和氢能储存）来确保电力安全。加大终端用能电气化可以增加需求响应的潜力，从而促进波动性可再生能 源的消纳，例如电动车（EV）灵活充电。
氢在 2020 年代开始作为燃料使用，主要用于交通运输部门，同时也用于工业和电力部门。液体合成碳氢化合物燃料（由低碳电力制氢和二氧化碳合成）将在 2030 年代早期开始用于飞机，并在 2060 年达到约 35 万桶/天，满足中国航空燃料需求总量的 26%。
工业转型除了从煤炭密集型重工业转向能耗较低的工业外，还包括取代作为燃料和重工业还原剂的煤炭。用于水泥生产的煤炭将在很大程度上被生物能源、废弃物等低碳燃料取代。炼钢用煤将逐渐被基于氢气的直接还原铁路线和基于废料的钢铁生产所取代，后两者主要以电力为燃料。建筑物用煤随着空间采暖广泛电气化而不再使用。终端石油需求将下降近60%，2060年仍在使用的大部分石油将用作石化生产的原料。天然气方面，2020-2060 年间，更高效技术将降低工业生产过程中的热能需求、电热泵和能效更高的建筑围护结构将减少建筑的空间采暖需求， 因此天然气用量将下降 60%以上。



中国在碳中和的情况下，电力、生物能源、氢和氢基燃料将取代用于终端消费的大部分化石燃料

提高能效对中国能源转型至关重要。

• 在工业领域，由于在整修或更换现有设备时将普及最先进的技术来提升能效，因此全国熟料（水泥的主要成分）生产的平均热能强度将在 2020-2060 年期间下降 15%。有些碳减排措施需要额外的能源，例如安装碳捕捉设备或对替代燃料或原材料（如生物质、 废弃物或煅烧粘土）进行预处理，所以上述改善的一部分将因此被抵消。2020- 2060 年期间，在钢铁厂副产物和余热优化利用等工艺集成措施的驱动下，炼钢的平均能源强度将下降 40%，到 2045 年达到全球最佳实践的平均水平。到 2030 年， 电动发动机等性能最优的工业设备将成为所有新装置的标配。
  
• 在交通运输领域，轻型车辆的燃料经济性（以每公里的能耗衡量）在 2020-2030 年期间将年均下降约 4.0%，2030-2060 年期间放缓至约 1.8%。 这是因为汽车、轻型商用车和小型巴士逐渐转用电动发动机（这类发动机本身就比内燃机的能效高），同时内燃机和动力系统的效率有所提高，车辆设计和材料也有所改善。卡车的燃料经济性从现在到 2030 年将年均提高 2.3%，主要得益于传统发动机卡车的能效提升；此后年均提高 0.5%，主要是由于电动车和氢能动力燃料电池电动车的市场占有率稳步增加。
  
• 在建筑领域，建筑围护结构的热效率提高导致采暖制冷的能源需求减少，以及采暖制冷设备、照明设备（包括继续转向更高效的发光二极管[LED]灯泡）和电器的能效提高。电气化是承诺目标情景中建筑部门转型的关键支柱，将推动采暖和烹饪方面的能效改善。特别值得一提的是，由于电热泵的部署，2030 年安装的空间采暖设备的平均能效将提高 40%，2060 年将翻一番以上。
  

甲烷排放是全球变暖的第二大原因。虽然甲烷比二氧化碳受到的关注较少，但甲烷减排对于避免气候变化的最坏影响至关重要。与二氧化碳相比，甲烷在大气中的寿命较短，但吸收的能量多得多。从化石燃料作业过程中排放的甲烷量来看，中国是世界上最大的排放国。“十四五”规 划（2021-2025）将甲烷列为重点减排对象，预计中国将在 2022 年初制定出国家甲烷行动计划。降幅将主要来自煤矿甲烷排放的减少，但避免煤矿甲烷排放的技术解决方案较少，特别是在煤矿开始运营后。废弃煤矿也会有甲烷排放；在国内煤炭产量开始下降的背景下，尤其需要处理好此类排放。在石油和天然气部门，有多种可用且成本效益高的减排技术（例如能够减少防空排放或火炬燃烧需要的蒸汽回收装置，以及频繁的泄漏检测和维修计划），并且产量走低，这两个因素将导致甲烷排放量到 2060 年下降近 75%。
要实现承诺目标情景所设想的清洁能源转型，则需要大幅增加能源相关投资，包括能源供给侧和需求侧设备及基础设施，此类投资完全在中国财力可及的范围之内。能源投资总额将在 2030 年达到约 6400 亿美元（4 万亿元），比过去五年的平均水平高出 10%以上，2060 年达到近 9000 亿美元（6 万亿人民币）。


供给侧投资增长的大部分将投向发电领域。尽管可再生能源的单位成本下降，但对可再生能源以及核能、氢能和其他低排放燃料的投资将会增加，抵消化石能源生产和化石供热及发电方面投资的快速下滑。预测期内，终端用能部门的投资总额将大幅提高。交通运输部门的增幅最大，原因包括出行需求的增加，即对汽车、卡车、飞机和船舶以及相关交通运输基础设施的需求增加，还有电动车相对于传统车辆和其他交通运输方式而言资本投入成本较高（尽管预计电池成本会下降）。对建筑物的投资主要由建筑围护结构改造和更高效电器和供热设备的支出推动；建筑 围护结构的改良将延长建筑物的使用寿命，从而减少日后的建筑投资需求，进而降低对建筑材料的总体需求。工业投资增加主要原因是钢铁、 水泥和化工生产将改用更昂贵的低碳技术。
从投资的技术领域来看，电气化居于主导地位。发电转型、电网扩张和现代化、终端用途电器和设备（包括电动车电池、热泵和工业发动机），都需要更多资本。随着制氢设施不断扩大，对氢能的投资（包括生产设施、加氢站和终端用途设备）将在 2030 年小幅增加到约 70 亿美元（460 亿元）；此后随着交通运输领域的氢能燃料用量上升，投资将加速增长，在 2060 年达到 700 亿美元以上（约 4950 亿元）。2060 年，对 CCUS 的投资将超过 250 亿美元（1800 亿元），对能效的投资将达到 900 多亿美元（约 6300 亿元），主要用于工业和建筑部门的深度建筑改造和高能效电器。
中国要在 2060 年前实现碳中和，就需要投入大量资金用于开发和大规模部署目前尚未商业化的技术，如水泥的碳捕捉、氢能炼钢、氨燃料船，以及直接空气捕捉。