在双碳目标下，中国未来能源系统将呈现何种走势？包括火电在内的高耗能行业怎样进行节能减排？电力系统特别是新型电力系统的灵活性与韧性如何解决？
11月20日，在中国石油大学（北京）经济管理学院建院65周年之际召开的“碳中和与能源创新发展论坛”上，该院发布的5份“双碳”研究成果对这些问题进行了解答。中国海油能源经济研究院党委书记、院长王震，国际能源转型学会会长、国际能源论坛原秘书长、中国石油经济技术研究院原院长孙贤胜，北京航空航天大学经济管理学院院长范英等专家充分肯定了这些成果的重要社会意义和学术价值，并对未来深入研究方向提出了建设性意见和建议。
实现双碳目标，能源系统应“三步走”
本次发布的研究成果对各国减排情况分析后认为，现有的各国减排承诺无法保证至2050年大气温室气体浓度稳定在450PPM二氧化碳当量以内、至2100年全球温升控制在2℃以内的气候控制目标。巴黎协定以来，截至去年年底，世界已有120多个国家以各种形式对外作出“碳中和”承诺。但是从各国提交的具有约束力的文件材料来看，各国目前的努力与巴黎协定的要求并不完全一致。中国当前推行的“3060”目标，并非仅考虑自身利益，而是兼顾了全球发展。
根据该研究，我国实现双碳目标，要求能源系统实现“三步走”，“三步”分别是化石能源结构调整、可再生能源接替以及可再生能源消费高比例主导。第一步，以天然气消费增长为主，煤、石油消费达峰，可再生能源稳步增长；第二步，天然气消费达峰，煤、石油消费下降，可再生能源加速增长；第三步，化石能源消费急剧下降，形成可再生能源为主导的能源系统。
具体分析，碳达峰情景下，我国到2060年的一次能源消费总量为49亿吨标准煤，低碳化逐渐成为一次能源消费的核心特征。从2060年一次能源消费占比看，煤炭、石油将逐渐让位于天然气和可再生能源消费，从而实现能源系统的低碳化转型。可再生能源消费占比在2045年超过28%，在2060年达到53%。太阳能与风能是发展最迅猛的可再生能源，到2060年，两者消费之和在一次能源消费中占比将达到45.8%。
与会专家认为，上述三步目标清晰，但也存在巨大挑战。即如何有效减碳而不损失能源安全保障？如何合理增加可再生能源避免陷入资源约束困局？如何维持存在间歇性特征的可再生能源系统稳定运行？这些关键科学与工程问题亟需在未来得到妥善解决。
火电、石油化工等行业节能减排潜力巨大
研究报告认为，双碳目标下，先进节能减排技术在高耗能行业的推广应用具有广阔潜力空间，是高耗能行业低碳转型的重要抓手。相比发达国家，节能减排技术在中国的推广应用更经济有效。2025年，我国高耗能行业推广节能减排技术的节能潜力预计将达到1.23亿吨标煤，占当前高耗能行业能源消耗总量的3.1%；2030 年技术推广应用的潜力空间将进一步扩大到2.02亿吨标煤，占当前高耗能行业能源消耗总量的9.2%。
研究报告详细分析了火电、石油化工、钢铁、水泥等六大高耗能行业的141项节能减排技术结果，认为火电行业、石油化工行业节能减排潜力巨大。考虑成本效益，火电行业应是未来节能减排工作的关注重点，而设备改造技术将成为火电行业节能减排的主要途径，其重要性将进一步凸显。有色金属行业的节能减排潜力可观，但技术应用的成本相对最高。从高耗能行业内部来看，火电行业应重点关注水循环系统，钢铁行业应重点关注烧结、球团和炼铁工序，水泥行业的重点工艺环节是水泥粉磨、熟料生产工序，石油和化工行业节能减排的重点在于合成氨行业。报告建议政府可适当考虑给予这些行业不同程度的补贴，以帮助其推进低碳转型。
研究结果预测，2015~2020年间，整体上，能效提升、设备改造、管理改进技术节能贡献率达到83%，二氧化碳减排贡献率达到94%，2025~2030年间，单位技术的节能和减排贡献率总体略有下降，但节能贡献率也将达到77%，减排贡献率也在86%。
优先调度风力发电具有经济可行性
报告认为，在电力系统灵活性方面，以可再生能源发电优先调度为目标构建的灵活电力系统具有经济可行性和显著的环境价值。
研究结果显示，在考虑环境外部性成本的情况下，风力发电的总成本与燃煤发电非常接近，这表明优先调度风力发电具有经济可行性。研究发现，燃煤发电机组为风电的优先调度进行调峰不仅可以节约成本，还可以显著降低电力系统的污染物排放强度。当风力发电从5%增加到40%时，从能源节约成本角度可降低电力系统成本17.87%。此外，增加风电还会降低污染物的排放。研究表明，风力发电1千瓦时比燃煤发电1千瓦时，可分别减少二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳和PM2.5排放0.756克/千瓦时、0.721克/千瓦时、791.92克/千瓦时和0.4591克/千瓦时。在考虑环境外部性的情况下，风力发电的总成本与燃煤发电非常接近，风电和燃煤发电成本分别为 0.527元千瓦时和0.515元/千瓦时，这表明风力发电优先调度具有经济可行性。
另外，减少燃煤机组的启停调峰成本和投油调峰成本是提高电力系统灵活性中成本节约的关键。燃煤发电机组为可再生能源进行灵活性调峰出力时，启停成本上升比例最大，其次是投油成本，再次是机组磨损成本。因此，提高燃煤发电机组灵活性的技术发展方向首先应该是扩大燃煤发电机组的最低出力下限，尽可能减少燃煤发电机组的启停次数；其次，应注重研发燃煤发电机组投油调峰时燃油的使用量，降低燃煤发电机组灵活性调峰时的燃油成本消耗。
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