文章来源: 光伏电站
围绕新能源,生产消费、产业协同、全球合作等议题是近年来业界持续关注的热点。在全球应对气候平均状态随时间的变化的大背景下,新型能源体系如何构建?区域经济和产业如何与新能源协同发展?中国能源产业如何更好支持全球南方国家实现气候目标?10月19日下午,通州·全球发展论坛分论坛“新能源与全球气候议程”中的圆桌对话环节围绕以上问题展开了深入探讨。以下为eo记者整理的研讨内容,供读者参考。
郭伯威:在当前的全球能源转型中,我们该关注哪些技术、政策和管理的核心问题?都有哪些成功经验和阻碍可以让我们深思?
全球能源转型,我们未来面临怎样的挑战和机遇?能源转型是在应对气候平均状态随时间的变化的大需求下催生的。按照《巴黎协定》的目标,如要实现温升不超过2摄氏度,全球要在2070年左右实现净零排放,如要实现温升不超过1.5摄氏度的目标,全球就需要在2050年左右实现净零排放。中国和世界其他一些国家一样,也面临着技术、政策、市场等一系列挑战,我结合自己比较熟悉的领域谈两点。
首先,新能源占比逐步的提升,目前是20%左右,到了2060年可能就要达到90%以上,而新能源给电力系统带来的不稳定性、波动性和间歇性问题,意味着大气科学和能源、电力融合的技术性挑战。近些年我们常碰到各类极端事件,未来可能还会强发、频发。比如在化石能源为主的常规电力系统,台风可能主要影响网和荷,但未来风光新能源为主的电力系统中,像今年在海南登陆的台风“摩羯”,会对源网荷储端都带来比较大的挑战。未来的挑战是,预报要更精细、更精准,同时也要求有更长周期的预见性。现在要求每15分钟精细预报,未来需要更长时间,比如月、季、年甚至是十几年、几十年的预估。
其次,无风无光和连阴雨,这些在过去的气象研究中,都不完全算极端事件,但在未来高占比新能源的场景下,就都属于高影响事件。还有大规模的风光和水电开发会带来怎样的气候、环境、生态效应,也是现在的关注重点。现在我们大家常常看到光伏、牧业和渔业经济的融合,但未来大规模,比如几百公里大规模开发以后会带来什么影响,也会有很多技术上的挑战。这就需要更加多的跨界合作。
关于新型能源体系演进路径和面对的挑战,我们第一步需要明确新型能源体系的概念和内涵。
大家知道,近几年国家和行业对新型电力系统谈得比较多,研究比较深,实践也比较多,国家能源局组织发布了《新型电力系统发展蓝皮书》,前段时间三部委又发布《加快构建新型电力系统行动方案(2024—2027年)》,相对来说,对新型能源体系的研究比较少,我认为这也是一个很重要的概念和议题。
个人认为,新型能源体系是在传统能源体系的基础上用创新机制、模式、市场、政策等打造的以新能源为主、传统化石能源为辅的新型综合能源体系。
另外,就是要说一说新型能源体系和新型电力系统二者的关系。新型电力系统已经谈得比较多了,新型能源体系则没有官方的界定,我认为二者是有密切关系的。
新型能源体系涉及的范围更宽,包括煤炭、石油、电力等,而新型电力系统主要是针对电力行业的发输配送环节,所以范围还是不太一样的。新型电力系统是新型能源体系的重要组成部分,某一些程度上,新型电力系统如果建好了,新型能源体系也就有了很好的基础。二者相互促进,相互转换,新型能源体系的推进对于新型电力系统的建设也有拉动作用。
明确这些内涵、概念和关系以后,我们再来谈新型能源体系演进的路径。所谓演进路径,我理解就是按照怎样的方向做什么事、在哪些地方发力。我认为新型能源体系的构建和演进主要应该有几个方面,就是做到“五个新”:
能源结构新。刚才很多专家都谈到这样的一个问题,推进“双碳”目标实施、推进能源转型很重要的就是能源结构要快速转变,转变为新能源为主,但原有的化石能源也要加快改进和改造,逐步有序减少和退出,储能也要大力发展。
系统形态新。构建以绿色电力为核心的新型电力系统,以氢能为主的二次能源系统,以化石能源改造达到低碳或者零碳为基础的综合能源体系。
产业体系新。未来需要构建氢能、储能、智能网络,还有AI赋能等,新兴起的产业也要发展,推动能源产业转型升级。
供应体系新。供应链一定要增加韧性和弹性,确保能源安全。在相当长的时间内,煤炭、煤电的保障作用不容忽视,不能急于一下子减下来,要“先立后破”,有序地转型和减少煤电。新能源的发展也是很迅猛的,我们大家常常谈到装机超过50%,但发电量的占比还是比较低的,全口径还不到30%,装机和发电量的占比有很大差距,这取决于利用小时数、天气、网络约束、用能平衡等条件。
治理体系新。能源的治理体系需要重构,包括法律和法规、政策体系、市场机制等等,都要适应新型能源体系的构建。
安全保障。未来一段时间,电力需求是刚性发展的,肯定还要大幅度增长。“十五五”期间预计每年会有8000亿千瓦时的增量,更不可思议的是预测认为,2060年全国电力需求将达到20-21万亿千瓦时左右。电力供应面临很大压力和挑战,虽然新能源发展迅速,也在大范围的应用,但因受其间歇性、波动性等因素影响较大,发电出力不够理想,再加上储能受多种因素制约,还不能完全顶上。此外,很多地方煤电占比较高,短时间内实现清洁能源转型仍然面临很多困难和挑战。
经济高效。研究表明,无论是能源转型还是新型能源体系构建,都会增加不少成本,如何消化和传导?最终的销售电价上不上调?
智能协同。要加大能源系统的智能化、数字化、AI技术的创新应用,促进源网荷储的协同发展,这些工作都将面临诸多挑战。
我想结合自己在国外工作的经历讲一讲。在2023年加入香港理工大学之前,我在美国不同的机构工作过,基于我的了解,比较中国和美国的演化路径以及面临的不同挑战。
中美两个国家的演化路径有很多相似的地方:美国很多州提出2045年到2050年左右实现100%新能源供应,以加州为首,从立法层面订立了2045年达到100%清洁能源的目标。中国政府提出的是到2060年实现碳中和。欧洲和亚洲,大概100多个国家和地区都提出类似的目标,具体方法是全力发展新能源,搭配储能等。
中国的特点是,未来一段时间内,煤炭仍将发挥及其重要的作用,中国也把煤炭清洁改造作为重要的技术方向之一。我在美国时也研究过美国如何改造煤电厂,他们不是改成清洁燃烧或者让效率变得更高,而是直接淘汰,淘汰以后把煤电厂改造成为其他电厂。我们研究了几种不同的路径:改造为核电厂,是最可行的,因为大型煤电厂和核电厂可以有很多相似性,包括供水和交通条件等。除此之外,也可以因地制宜改造为其他电厂,比如光伏或者风电,有的还会跟制氢相结合。
由此能够正常的看到中美在燃煤电厂演化路线上的差异:美国主要是要把煤炭厂改造成天然气发电厂或核电厂,中国是让煤炭更加清洁化。但根本上,演化路径都是要把能源变得更清洁,提升新能源的比例。
这个过程必然会遇到很多挑战,特别是怎么样应对新能源的波动性和随机性,另一方面,随着电动汽车和AI大模型的应用日益增加,电力负荷未来还是会有比较快的增长,同时复杂性和多样性也会提高,这些会对电力的稳定供应带来一定挑战。
还有就是极端天气的影响,前一段时间海南、江苏都遭遇台风,电力供应受到极大的影响,而美国得州2021年的一场极端冰雪天气导致电力供应不足、电价大幅飙升。
市场机制建设方面,中国可能更加急迫一些。美国电力市场初期面临一些问题,但经过不断迭代,目前来看,市场规则还是比较完善的,能够很好地促进新能源消纳。
最后分享一下我在美国加州工作的实际经验。虽然早期发生过电力危机,但后来加州把市场建设得挺好。以新能源消纳的比例为例,2024年加州瞬时新能源比例已能达到系统负荷需求的117%,发电量全年占比约35%-38%,相对来说是比较高的。除了极端天气之外,大部分时间供应也较为稳定。市场机制方面,容量市场阶段鼓励不同的机组参与,并为之提供补偿。从短期的周规划到日规划以及具体调度,设计了一整套策略,确保新能源的合理利用。
此外,加州还专门设计了灵活爬坡市场,允许机组提供爬坡服务,满足系统灵活性需求。由于新能源比较多,加州对发展储能的需求迫切,这也将给中国公司能够带来很多机会,是储能设备的重要市场。2023年,加州的储能总装机量达到6600兆瓦,截至目前,已达到1.3万兆瓦,近乎翻倍,上涨的速度非常快,但这会带来一个问题,就是电价上涨。因此,加州也在鼓励各种新的技术,近两年涌现出了一大批虚拟电厂,把高峰时期的电力需求降下来,从而大幅度降低成本。
刚才几位专家都谈到路径问题,中国和其他几个国家一样,传统能源和新能源应该是并举的,不能说发展新能源就不要传统能。中国煤炭仍然占到整个能源60%左右的比例,煤电比例也比较高,所以不能马上全部退煤去发展新能源。在调节机制上,还是要发挥市场机制特别是价格机制的作用。日本和欧盟比较先行,在能源政策上具有灵活性并依据情况变化而及时作出调整,有很多经验中国可以借鉴。
欧盟、日本、美国过去都制定过非常激进的碳减排和碳中和路线图,但近年来由于俄乌冲突、能源危机和气候平均状态随时间的变化的不确定性的影响,他们都在调整政策。英国虽然把煤电彻底关闭了,但要发展核能补充缺口。日本是一个缺乏一次能源的国家,还有地震、核泄漏等影响,但最近又开始恢复发展核电。石破茂在当选之前曾反对发展核电,但上台以后态度就发生了变化。前不久,日本最老的核电站重启,日本原子能协会改变了政策,把老旧核电厂延寿到四十五年。中国的2030是确定的目标,但不是说到这个时点一定要全面达峰,达峰后就不变了。日本的峰值波动了四次,直到2013年才彻底达峰。所以,政策要有灵活性,不能过于死板。
关于技术创新和能源效率的提高,2023年COP28提出了2030年的目标,要把可再次生产的能源提高30%,能源效率提高3倍以上,这是非常艰巨的任务。和欧盟、日本、美国比较,中国的减排力度是全球最大的,但中国碳排放总量是110-120亿吨,占到全球的33%,美国、欧盟都在降,为什么?美国现在GDP依然比中国高很多,但为什么别人都在降,中国却在增加?问题所在是技术进步还有差距,能源使用效率也有很大的提升空间,所以能源效率提升和技术创新应该成为路线图的重要支撑。
从原材料生产、制造、使用到回收,中国新能源的产业链已形成,但还不够完整。绿色发展需要把新能源作为新型的主导产业,需要得到政策、技术等方面的配套支持。
COP28提出能源转型公正与平等(Energy Transition Justice and Equality)。如果让发展中国家像发达国家制定一样目标的话,这些国家就发展不起来,陷入能源贫困。所以能源转型的公正性、平等性很重要,特别是对于低收入国家、低收入地区和低收入居民。日本最近开始把电价提高15%左右,生活用品也随之全面涨价,很多肉制品和蔬菜都涨价30%-50%,这对长期物价稳定的日本来说是历史性的变化。即便有些商品的价值没变,但份量明显缩水,质量也不一样。我们实现碳中和目标是什么?是提高人民生活水平,让大家过更好的日子,而不应降低生活水平,所以能源公正是很重要的。
地缘政治日益成为影响能源转型进程乃至路线变化的主要的因素。俄乌冲突造成能源危机和能源转型中的不公平性,不单欧洲,亚洲、北美等很多地区的能源供应链出现中断或者变形。
发展新能源的过程中,我们应该推进国际合作,需要新能源利益分享。中国的新能源汽车、风能、光能都走在全球最前列,但最近遇到了一些外部冲击。比如日本,汽车是日本的传统支柱产业,燃油车技术先进能效很高,发动机、底盘和轴承等拥有完整的产业链,涉及几十万人就业,几百万个零部件生产商,支撑着日本经济,现在要用新能源汽车替代燃油汽车,传统产业受到重大打击,肯定有抵触。我们在发展新能源享受利益的同时,也需要加强国际合作,重视利益平衡与分享。气候平均状态随时间的变化、能源转型不是一个国家的问题,只有美国和中国两个国家实现转型,别的国家没有,气候变化问题仍然解决不了,能源转型也不能够实现公正和平等,所以,新能源利益共享很重要。