第4章

能源低碳轉(zhuǎn)型與清潔能源《碳中和概論》4.1能源消費(fèi)與碳排放4.1.1能源系統(tǒng)組成：能源系統(tǒng)一次能源系統(tǒng)一次能源是自然界現(xiàn)成的能源，如煤炭、石油、天然氣，需開發(fā)加工成二次能源，再運(yùn)輸至終端能源消費(fèi)用戶使用。中國能源資源概況中國煤炭資源豐富，但油氣資源不足，可再生能源裝機(jī)量居世界前列，但人均資源量低于全球平均水平。能源分類與特點(diǎn)能源供應(yīng)的定義一次能源為可再生能源和非可再生能源?？稍偕茉慈顼L(fēng)能、太陽能可持續(xù)補(bǔ)充，非可再生能源如化石能源難以短期再生，核聚變能潛力巨大，氘燃料大量存在與海水中。能源供應(yīng)指礦物能源和可再生能源的開發(fā)，包括煤炭、原油等資源的勘探與生產(chǎn)。4.1.1能源系統(tǒng)組成：能源運(yùn)輸、加工與轉(zhuǎn)換氫能運(yùn)輸與電力輸送氫能運(yùn)輸有管道、車運(yùn)、船運(yùn)三種模式，電力通過輸配電系統(tǒng)長距離輸送，管道專供能源。能源轉(zhuǎn)換與綠氫應(yīng)用能源轉(zhuǎn)換包括熱能、電能形態(tài)變化，綠氫通過電能轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)零碳，應(yīng)用于煉鋼和重卡，助力低碳轉(zhuǎn)型。能源運(yùn)輸方式與特點(diǎn)能源運(yùn)輸包括煤炭、石油、天然氣，通過鐵路、公路、水路和管道等方式，需考慮安全和效率。能源加工與形態(tài)轉(zhuǎn)換能源加工通過物理變化實(shí)現(xiàn)形態(tài)轉(zhuǎn)換，如原油煉成品油，煤炭洗選生成精煤，焦炭干餾制成，煤氣化技術(shù)將煤炭轉(zhuǎn)化為氣態(tài)燃料。4.1.1能源系統(tǒng)組成：能源平衡能源平衡是指在某一特定系統(tǒng)內(nèi)在一定時期的能源供應(yīng)與需求之間的平衡，受發(fā)展階段、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、資源和節(jié)能效率的影響。（1）能源平衡表是指以矩陣或數(shù)組形式，反映國家、地區(qū)、企業(yè)等對象的能源流入與流出、生產(chǎn)與加工轉(zhuǎn)換，消費(fèi)與庫存等數(shù)量關(guān)系的統(tǒng)計表格。（2）中國能源平衡表分國家級、省級、市級、縣級分級編制，從下到上逐級審核。國家統(tǒng)計局審定國家能源平衡表，確保數(shù)據(jù)完整性和邏輯閉環(huán)。（3）國內(nèi)用煤耗法統(tǒng)計，國際用電熱當(dāng)量法，差異源于能源結(jié)構(gòu)與核算目標(biāo)適配性。（4）能源平衡定義能源平衡表我國能源平衡表核算方法對比4.1.2能源消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展經(jīng)社發(fā)展與能源消費(fèi)經(jīng)濟(jì)增長和社會發(fā)展推動能源消費(fèi)，形成與碳排放的正相關(guān)聯(lián)動機(jī)制。能源轉(zhuǎn)型的歷史進(jìn)程工業(yè)革命以來，能源轉(zhuǎn)型經(jīng)歷了蒸汽機(jī)、石油主導(dǎo)到電力技術(shù)的演進(jìn)，中國崛起進(jìn)一步推動全球能源需求。未來能源需求與挑戰(zhàn)21世紀(jì)中葉，全球人口可能增至100億，亞非發(fā)展中國家將成為能源需求增長的主力，低碳技術(shù)的普及將有利于緩解碳排放帶來的氣候危機(jī)?？稍偕茉磁c轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)近十年可再生能源增長顯著，轉(zhuǎn)向低碳能源需要對自然資源、基礎(chǔ)設(shè)施和電網(wǎng)存儲進(jìn)行投資，同時需要改變我們的能源消費(fèi)習(xí)慣。4.1.3能源與碳排放記錄統(tǒng)計方法：基本的能源統(tǒng)計及其單位換算主要能源計量標(biāo)準(zhǔn)包括煤炭的噸或千克、石油的桶或升和噸、天然氣的標(biāo)準(zhǔn)立方米主要能源計量標(biāo)準(zhǔn)電力以千瓦時計量，折標(biāo)系數(shù)為0.1229kgce/(kW·h)，氫能以熱值或體積單位計量。電力與氫能計量規(guī)范冷量以冷噸（RT）為單位，1RT等于3859W；鈾熱值依反應(yīng)堆類型而異，普通堆約500GJ/kg。冷量與核能計量標(biāo)準(zhǔn)熱值指燃料燃燒釋放的熱量，單位為焦耳每千克。熱值定義與單位體系（1）（2）（3）（4）4.1.3能源與碳排放記錄統(tǒng)計方法：碳計量統(tǒng)計方法能源平衡表和碳流圖是核算碳排放的重要工具，涵蓋能源開發(fā)到消費(fèi)全過程。能源平衡表與碳流圖不同國家和地區(qū)、經(jīng)濟(jì)體即使采用同一種燃料，碳排放系數(shù)也存在明顯的差異，部分國家甚至缺乏這些數(shù)據(jù)。排放系數(shù)差異與數(shù)據(jù)來源核算非CO2排放需考慮燃料成分、燃燒條件、排放控制技術(shù)等。非CO2排放核算方法4.2能源革命中的機(jī)遇與挑戰(zhàn)4.2.1全球能源革命各國制定能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，推動可再生能源發(fā)展，加大減排力度。能源轉(zhuǎn)型的全球趨勢經(jīng)歷四次革命，從煤炭到石油，再到核能，現(xiàn)轉(zhuǎn)向清潔能源為主。全球能源革命歷程4.2.1全球能源革命成立ARPA-E頁巖革命與能源轉(zhuǎn)型天然氣出口美國推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型成功促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整各國能源結(jié)構(gòu)差異歐盟日本提出能源革命戰(zhàn)略能源生產(chǎn)與消費(fèi)措施加強(qiáng)國際合作我國發(fā)展可再生能源構(gòu)建綜合能源混合體系4.2.2能源轉(zhuǎn)型與碳減排國際貨幣基金組織的QGI指數(shù)顯示我國經(jīng)濟(jì)正轉(zhuǎn)向高質(zhì)量增長，伴隨電氣化水平提升，推動低碳發(fā)展。增長質(zhì)量指數(shù)（QGI）發(fā)展中國家能耗與碳排放強(qiáng)度高，但下降趨勢更為明顯，發(fā)達(dá)國家下降較緩。能耗與碳排放強(qiáng)度分析我國可再生能源發(fā)電量顯著增長，成本降低，有效減少一次能源需求?？稍偕茉窗l(fā)展現(xiàn)狀低碳能源替代將減少GDP與碳排放的關(guān)聯(lián)，我國需長期推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長與碳排放脫鉤。能源轉(zhuǎn)型長期趨勢展望4.3中國能源低碳轉(zhuǎn)型的實(shí)現(xiàn)路徑1.能源生產(chǎn)現(xiàn)狀中國能源儲量居世界前列，煤炭消費(fèi)量全球第一。能源儲量與生產(chǎn)地位2023年新增石油儲量12.7億噸，天然氣9812億立方米，產(chǎn)量均有增長。油氣資源開發(fā)進(jìn)展華北、西南、西北是能源集中地，山西、內(nèi)蒙古、陜西煤炭儲量占全國61%。能源地區(qū)分布特征中國能源結(jié)構(gòu)中，煤炭自給自足，油氣依賴進(jìn)口，核能與可再生能源占比顯著增長。能源生產(chǎn)消費(fèi)結(jié)構(gòu)2.轉(zhuǎn)型基礎(chǔ)中國與發(fā)達(dá)國家在人均GDP、城市化率上存在顯著差距，面臨能源需求激增和控碳壓力。發(fā)展水平差距分析中國工業(yè)規(guī)模龐大，碳中和目標(biāo)更具挑戰(zhàn)，同時是全球最大的工業(yè)品供應(yīng)國，出口份額顯著。工業(yè)結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)中國面臨減排任務(wù)復(fù)雜，需在30年內(nèi)完成碳中和，難度超過實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的歐美日。碳排放對比分析中國以煤炭為主的高碳能源結(jié)構(gòu)導(dǎo)致二氧化碳排放量大，阻礙了脫碳進(jìn)程。能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)制約3.轉(zhuǎn)型路徑推進(jìn)煤炭轉(zhuǎn)型，提升油氣開發(fā)，發(fā)展非化石能源，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，構(gòu)建安全可持續(xù)供應(yīng)體系能源供給側(cè)改革路徑（1）推動能源轉(zhuǎn)型，以清潔能源逐步替代化石能源，建立零碳供應(yīng)體系清潔能源主導(dǎo)轉(zhuǎn)型（2）中國計劃2028年化石能源消費(fèi)達(dá)峰，2030年清潔能源占比超67%，太陽能和風(fēng)能將發(fā)揮重要作用碳中和目標(biāo)實(shí)施路徑（3）清潔能源替代有助于減少溫室氣體排放，降低經(jīng)濟(jì)成本，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益協(xié)同（4）4.4主要清潔能源4.4.1風(fēng)能1全球風(fēng)能資源豐富，中國累計裝機(jī)量居全球前列。2中國陸上風(fēng)電技術(shù)潛力巨大，2023年新增裝機(jī)創(chuàng)新高。3未來五年全球風(fēng)電新增并網(wǎng)容量預(yù)計680GW。4預(yù)計2050年增至22億千瓦，儲能技術(shù)助力風(fēng)電成主力電源。全球風(fēng)能發(fā)展現(xiàn)狀中國風(fēng)電發(fā)展概況未來風(fēng)電增長趨勢中國雙碳目標(biāo)規(guī)劃4.4.2氫能氫元素廣泛存在于水和化石燃料中，具有燃料、儲能和化工原料等多重屬性，應(yīng)用于電力、交通、建筑和化工領(lǐng)域氫能的性質(zhì)與應(yīng)用1根據(jù)氫能生產(chǎn)來源和碳排放情況，分為灰氫、藍(lán)氫和綠氫。綠氫無排放，但技術(shù)與設(shè)施限制其應(yīng)用氫能分類與技術(shù)挑戰(zhàn)2美、日、歐盟等國將氫能列為戰(zhàn)略重點(diǎn)，發(fā)布發(fā)展規(guī)劃，推動綠氫技術(shù)突破及低碳能源體系構(gòu)建。全球氫能戰(zhàn)略布局3計劃2030年綠氫產(chǎn)量達(dá)500萬噸，2060年占比80%，并配合CCUS技術(shù)實(shí)現(xiàn)交通和工業(yè)減排。我國氫能發(fā)展路徑44.4.3核能核電的清潔高效優(yōu)勢核能是高效、清潔的能源，不排放污染物，穩(wěn)定性強(qiáng)，適合作為基荷電源。未來核電發(fā)展路徑中國計劃2030年前核電裝機(jī)達(dá)1.08億千瓦，2050年增至2億千瓦，重點(diǎn)發(fā)展快堆技術(shù)、模塊化小堆及核廢料處理。全球核電發(fā)展現(xiàn)狀中國核電發(fā)展現(xiàn)狀截至2023年，全球413臺核電機(jī)組總裝機(jī)37151萬千瓦，核電發(fā)電量占比9.5%，預(yù)計2050年裝機(jī)增長134.7%。2023年中國核電裝機(jī)5703萬千瓦，居全球第二，三代技術(shù)安全提升，沿海資源豐富。4.4.4太陽能光伏發(fā)電無污染、成本低，助力全球“雙碳”目標(biāo)。2023年，全球光伏累計裝機(jī)容量達(dá)到1.42TW。光伏發(fā)電優(yōu)勢與全球發(fā)展德國和日本通過補(bǔ)貼與研發(fā)推動光伏技術(shù)，2023年全球新增光伏裝機(jī)達(dá)446吉瓦。國際光伏應(yīng)用案例中國光伏資源豐富，技術(shù)可開發(fā)太陽能超1172億千瓦，2023年裝機(jī)達(dá)6.7億千瓦，增長迅猛。中國光伏資源與增長2030年光伏裝機(jī)目標(biāo)10.3億千瓦，2050年增至32.7億千瓦，2060年達(dá)35.5億千瓦，占一次能源消費(fèi)13%。中國光伏發(fā)展階段目標(biāo)12344.4.5生物質(zhì)能生物質(zhì)燃料通過光合作用實(shí)現(xiàn)碳循環(huán)，現(xiàn)代技術(shù)可轉(zhuǎn)化為不同形態(tài)，用于發(fā)電、供熱和交通。生物質(zhì)燃料基本概念1全球96%的可再生熱能來自生物質(zhì)，其中歐洲占88%；2023年生物發(fā)電量達(dá)685TWh，固體生物質(zhì)占69%；非洲木材燃料年產(chǎn)量7.2億立方米。應(yīng)用與數(shù)據(jù)統(tǒng)計2生物質(zhì)燃料成本高于化石能源，經(jīng)濟(jì)性不及風(fēng)光發(fā)電。經(jīng)濟(jì)性分析3從長遠(yuǎn)看，生物質(zhì)將是中國零碳能源系統(tǒng)的有益補(bǔ)充，是豐富能源供應(yīng)多樣性的重要手段。中國生物質(zhì)發(fā)展44.4.6地?zé)崮軠\層地?zé)崮苤饕谥袞|部及東北，水熱型資源在西南，干熱巖資源分布于東南沿海和青藏高原。地?zé)豳Y源類型與分布淺層地?zé)崮芄┡评涿娣e中，京津冀占20%，“十四五”期間進(jìn)入開發(fā)高峰期。淺層地?zé)崮荛_發(fā)應(yīng)用水熱地?zé)峒夹g(shù)發(fā)展重點(diǎn)轉(zhuǎn)向梯級利用、回灌及中低溫發(fā)電，華北平原等地資源豐富。水熱型地?zé)峒夹g(shù)進(jìn)展我國干熱巖勘查技術(shù)取得突破，但需解決技術(shù)瓶頸，以期2050年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化發(fā)電。干熱巖勘查與挑戰(zhàn)4.4.7海洋能全球海洋能理論發(fā)電潛力巨大，中國東南沿海資源豐富，但開發(fā)不足.我國海洋能開發(fā)起步早但發(fā)展緩慢，以浙江江廈潮汐電站為代表，