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杨雷:新能源革命的国际经验与启示

[日期:2021-09-10]   来源:人民智库  作者:   [字体: ]

能源转型已经成为全球共识,占全球GDP 总量70% 以上的国家和地区承诺到本世纪中叶实现碳中和的目标。发达国家的实践表明,降低经济发展的能源依赖度,提高可再生能源占比,建设新能源体系在技术上和实践中都是可行的。围绕新能源革命,全球将展开一场改变贸易规则、重塑投资格局的国际竞争、升级发展模式开展技术创新的产业竞赛、重塑地缘政治关系与话语权的大国博弈。

北京大学能源研究院副院长杨雷认为,发达国家的能源转型实践表明,能源转型是一项系统工程,在这个过程中,科技和商业模式创新是最大的推动力,完善的市场体系建设是基本条件。根据新能源革命与碳中和的国际经验,建议做好能源转型与碳中和的顶层设计,加快完善我国能源市场化改革,多措并举优化能源转型路径,加快科技和商业模式创新,同时鼓励全民参与能源转型,达成能源转型与碳中和的广泛社会共识。

面对新发展阶段,我国如何统筹安全与发展?

1、做好能源转型与碳中和的顶层设计。新能源革命与碳中和是一项系统性工程,涉及能源供给侧、需求侧、提高能效、碳汇等多个方面,对几乎所有行业都会带来重大影响,需要综合性和长期的视角,需要包括规划、产业、市场、政策等多个层面的支持,因此顶层设计至关重要。

2、加快完善我国能源市场化改革。我国的能源和电力系统正在快速进入新阶段,需要对整个系统进行优化,其中灵活的市场价格将是引导整个系统优化的关键因素,完善我国能源市场,还原能源的商品属性,使市场成为优化资源配置的决定性因素。

3、多措并举优化能源转型路径。随着可再生能源技术成本的降低,电力领域去碳化难度相对较小,工业、航空等领域的相关技术仍不成熟,因此,要多措并举,因地制宜开展新能源革命和碳中和工作。要尽快制定我国电力行业净零排放的日程表和路线图,淘汰燃油车的日程表和路线图,要求新基建项目基本实现净零排放等。

4、加快科技和商业模式创新。科技是第一生产力,科技也正在取代资源成为能源安全最重要的基石。未来除了在风、光、生物质、地热等可再生能源领域,在氢能、储能、核聚变能以及能源新材料等方面都有可能出现颠覆性技术,将极大地改变世界能源供需格局。

5、鼓励全民参与能源转型。新能源革命和碳中和是一场集技术创新、制度创新及治理体系创新于一体的全球新竞赛,不仅将重塑全球产业及投资贸易格局,也事关每一个人。应加强宣传和动员,达成最大范围的共识,激发全民的创新力,鼓励全民参与,打赢一场碳中和与新能源革命的“人民战争”。

新能源革命与碳中和已经成为国际潮流

欧美实践表明能源转型在技术和经济上是可行的。过去十年,光伏发电和风力发电(以下将光伏和风电统称为波动性可再生能源)成本大幅下降,根据国际能源署和拉扎德公司(LAZARD)统计,光伏发电和陆上风电的平均平准化度电成本分别从2000年的500美元/兆瓦时和94美元/兆瓦时,下降到2019年的70美元/兆瓦时和55美元/兆瓦时。在阿布扎比Noor Abu Dhabi百万千瓦级光伏电站2020年4月新一轮招标中,创下了1.35美分/千瓦时的历史最低中标价格记录,折合人民币每度电上网电价只有1毛钱。

值得指出的是,我国的发展阶段与发达国家有所不同,我们的工业化和城镇化还没有完成,但新能源技术突飞猛进的发展已与一二十年前发达国家实现碳达峰时大不相同,可以说如今实现新能源革命的条件和门槛已经大大降低了。

1、全球能源转型的趋势与展望

全球能源转型的基本趋势表现为:一是低碳化。在传统的化石能源中,天然气的使用在过去二十年快速增长,作为一种低碳能源,在替代煤炭的过程中显著减少了二氧化碳排放。过去10年,风、光等可再生能源的成本快速下降,风电、光伏等新增装机快速增长,已经成为增长最快的能源品类,加速了能源系统低碳化转型的步伐。二是去中心化(分布式),以去中心化为特征的分布式能源正在成为传统的集中式能源强有力的补充,改变了原来能源供应金字塔的主体结构。诸如冷热电多能互补系统、电动汽车、屋顶光伏、余热利用、生物质能源和多种消费侧储能等分布式能源正在改变传统能源系统的价值链,也大大提升了可再生能源并入能源系统的比例。三是数字化。数字技术为能源系统的升级转型赋能,数字化降低了分散的、小型化的可再生能源的系统接入成本,也能够更加实时和智能地对变动性需求作出响应。数字化使供给侧和需求侧之间的界限变得模糊,一方面为“生产型消费者”的产生提供了条件,另一方面为更加广泛的需求侧响应创造了技术条件。IEA预测,从2020年到2025年,以风电和光伏为主的可再生能源装机将快速超过火电,成为全球第一大发电装机来源。

2、国际能源企业的转型实践

基于对能源转型的认识,全球能源公司也正在积极投身这场意义深远的能源革命。许多大型油气公司都为未来几年的发展制定了雄心勃勃的转型目标,致力于从油气公司转变为综合能源公司,并且设定了明确的减碳计划。大型能源企业的行动有力地推动了新能源革命的进程。

3、社会共识基本形成

欧盟各国在对待气候问题上具有较高的共识,政府决策效率也较高,尤其表现在联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)提出的全球1.5摄氏度温控目标上。尽管其在很多问题上长时间议而不决,但对签署提高减排承诺的新一版绿色协定均高度赞成,很快就完成了法案的修订,将原来的2050年碳减排目标从80%修改为100%,也即2050年实现温室气体净零排放。

美国两党就气候问题长期无法达成一致,导致其在气候政策上出现多次反复,在实现碳中和这一目标上尚无明确立法,甚至没有富有成效的政治协商进展。但可以明确的是,美国的气候和能源政策目标正越来越清晰。在采取强有力的政策手段之外,美国一直是能源领域研发的全球领导者。美国拥有成熟的学术和技术成果转化机制,大量的公共资本和私人资本争相投入碳中和相关行业,使得其产业蓬勃发展,技术和服务世界领先,这也是美国力求保持的优势。

新能源革命的国际经验

1、能源转型与碳中和需要多措并举

实现碳中和涉及经济社会生活的方方面面,需要动员各方面力量,寻求最合适与经济的路径。从能源角度来说,一方面是要减少排放,通过提高能效,提升可再生能源等零碳能源的比例以减少二氧化碳排放,另一方面是进行碳汇,除了森林碳汇,也包括碳的捕集、利用和封存(Carbon Capture,Utilization, and Storage,以下简称CCUS),以消除排放后果,综合施策。国际能源署在《世界能源展望2020》报告中提出,为实现《巴黎协定》可持续发展的目标,按照可持续发展的情景展望,到2050年,节能和提高能效对二氧化碳减排的贡献最大,占37%;然后是发展可再生能源,占32%;CCUS、核电、燃料替代等其它技术也共同推动可持续发展目标的实现。

在能源转型过程中,长期规划和战略对于引导投资者、形成社会共识非常重要,碳中和提供了一个非常重要的共同愿景,将有力地指导相关的能源、经济及社会发展的规划工作。

2、能源体系需要系统性升级

新型能源系统最重要的特征是低碳,主要由风电、光伏等变动性可再生能源组成,这将与传统化石能源构成的能源系统有很大不同。一方面由于风电和光伏的发电特性受天气影响较大,系统灵活性变得更加重要,这是因为供给侧与需求侧的不确定性都大幅提升了。另一方面与传统的以集中式供能方式为主不同,分布式能源将快速增长并逐渐占据主体地位。

受风、光等波动性可再生能源对能源系统日益显著的影响,在波动性可再生能源占高比例的情况下,能源系统能否灵活运行,是能源转型的核心,对于确保现代电力系统的安全性至关重要。根据波动性可再生发电量占比上升对电力系统的影响及相关并网问题,IEA划分了四个阶段。

在第一阶段,能源系统开始出现少量波动性可再生能源,对系统基本没有影响或造成极小的、局部的影响。随着波动性可再生能源发电容量的增加,负荷与净负荷之间的差异愈加明显,进入第二阶段。在这个阶段,一般通过提高供给侧的备用容量和灵活性,改进系统运行方式,以更充分地利用现有系统资源,来满足系统并网要求。而随着进入第三阶段,需要对整个能源系统进行优化,动员包括需求侧响应的灵活性资源,将用电需求引导、转移向波动性可再生能源发电量较高的时段,还需要通过终端用能电气化创造新需求。最后,在第四阶段,波动性可再生能源发电量经常会超过总体电力需求,在这个阶段,需要更加先进的技术,并采用季节性储能。

3、科技和商业模式创新是最大驱动力

能源科技的发展深刻地影响了能源格局的变迁,各国十分重视能源科技的发展,并制定了能源战略计划。过去十几年的发展表明,科技正逐渐取代能源资源成为能源发展的基石,发展低成本的新能源技术是重要趋势,其中低成本可再生能源技术是能源科技发展的重点领域。

数字技术正在给能源领域带来深刻变革。数字技术不仅提高了自动化水平,降低了成本,而且能够使能源系统更加适应高比例的变动性能源,提高需求侧响应能力,降低能源交易成本,大大增加系统的灵活性和柔性。

综合能源服务也正在成为能源行业商业模式的主流,相关企业利用先进的管理工具,对能源系统尽可能实现统筹和优化,就近提供能源服务,能源服务可以让能源供应者和消费者创造新的价值。电动汽车与能源领域的协同性也日益增加,电动汽车快速发展,在成为日益重要的电力负荷的同时也成为系统灵活性的来源之一。车网融合已经在全球拥有数以百计的商业应用。

4、完善的市场体系建设是能源转型的基本条件

发达国家经验表明,发展高比例可再生能源,建设新型电力系统,需要完善的市场机制支持,这也是催生新的商业模式的基本条件。北美和欧洲的国际经验证明了实时的现货市场在优化电力系统和降低用户用电成本方面的重要性,能源服务、储能、氢能等都需要通过市场化的价格寻求合适的应用场景。政府定价的方式无法实时体现电力的稀缺性,也不能发挥可再生能源边际成本低的优势,难以消纳更高比例的可再生能源。因此,建立流动性好的短期电力市场(现货市场)是实现高比例可再生能源发展的关键,是对不同发电技术进行经济调度的基础。

随着可再生能源发电量占比的提高,电力系统惯性降低,对稳定系统频率和电压等服务的需求必然会增加。未来在高比例可再生能源系统中,系统波动性增加及化石能源装机比重的下降,要求系统优先调动其他灵活资源,如储能和需求响应。电力市场、天然气市场和碳交易市场的有机结合,使得新能源革命的政策环境不断完善,有力促进了相关国家经济发展模式的升级。

相关启示

1、做好能源转型与碳中和的顶层设计

新能源革命与碳中和是一项系统性工程,涉及能源供给侧、需求侧、提高能效、碳汇等多个方面,对几乎所有行业都会带来重大影响,需要综合性和长期的视角,需要包括规划、产业、市场、政策等多个层面的支持,因此顶层设计至关重要。

新能源革命与碳中和需要强有力的政策机制和制度的保障。应着手制定国家应对气候变化法规,统筹能源、环境、气候和经济社会发展全局,以控制温室气体排放为抓手,推动我国经济体系、能源系统和生活方式的绿色低碳转型。同时对当前的政策、制度、机制和法规进行梳理完善,使之符合新能源革命的需要。

尽快启动我国能源中长期发展战略及规划工作,作为市场参与者投资决策的依据。在制定规划的过程中也要集思广益,使各方就能源系统的发展方向逐渐形成共识,进而为制定具体政策以形成完善的市场框架提供基础。传统能源规划主要集中于供给侧,需求侧没有引起足够重视。要充分做好统筹协调,整合包括能源领域不同行业之间的规划、电力行业不同环节的规划、需求侧资源、区域间能源资源,并考虑在规划中纳入对系统灵活性的评估。

2、加快完善我国能源市场化改革

我国的能源和电力系统正在快速进入新阶段,需要对整个系统进行优化,其中灵活的市场价格将是引导整个系统优化的关键因素,完善我国能源市场,还原能源的商品属性,使市场成为优化资源配置的决定性因素。

目前,电力市场化改革与天然气市场化改革均在深入推进,将为新能源革命提供强劲动力。适用于高比例可再生能源的电力市场设计需要重点关注建立电力现货市场,发掘市场价格;改变现有电力调度方式,实现经济调度;加强跨省跨区电力交易,提高电力供应安全性,提高系统效率,促进资源和需求的匹配;建立并完善辅助服务市场,激励系统灵活性资源的投资和应用;探索容量补偿机制,满足系统投资充裕度要求;还应加速推进碳交易市场机制,将化石能源项目温室气体排放对于环境产生负面影响的社会成本内部化。

天然气市场化改革正在深入进行,重要目标之一是建立市场化的价格体系。管网公司独立运行后,下一步应从区域市场建设开始先行先试,做好市场设计;尽快建立托运商制度,完善容量分配机制;改革管输费定价机制以支持“多对多”交易;建立运营调度管理办法,完善应急制度;加强监管能力建设,大力提高透明度;坚持与国际接轨,尽早形成具有国际影响力的价格指数。加快推进全国碳市场建设,探索构建与碳排放交易机制结合的创新商务模式。建立统一的碳交易机制和碳减排核定方法,鼓励相关能源利用行业积极参与碳交易,通过市场化的办法降低排放,实现绿色发展。

3、多措并举优化能源转型路径

随着可再生能源技术成本的降低,电力领域去碳化难度相对较小,工业、航空等领域的相关技术仍不成熟,因此,要多措并举,因地制宜开展新能源革命和碳中和工作。要尽快制定我国电力行业净零排放的日程表和路线图,淘汰燃油车的日程表和路线图,要求新基建项目基本实现净零排放等。

要高度重视提高能源效率,节约下来的能源是最清洁的能源。提高能源效率和发展非化石能源应并重。要统筹能源转型和发展转型。实现碳中和既是应对气候变化的战略选择,也是实现生态环境质量根本好转的重要措施,是对各类污染物排放的源头治理。因此需要统筹能源转型和发展模式的低碳转型。

4、加快科技和商业模式创新

科技是第一生产力,科技也正在取代资源成为能源安全最重要的基石。数字技术可为能源生产、消费、技术、体制领域革命带来新动能,在新能源革命领域以广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控和开放共享的新一代电力系统为基础。建议加快推动数字技术应用,以“能源互联网”形态,打破由技术、机制等因素造成的异质能源系统之间及多元主体之间的行业壁垒与技术壁垒,推动更大范围内的资源优化配置,构建电力、天然气、热力与互联网运营商之间互惠共赢的能源互联网生态圈,推动“物理能源消费”向“能源、信息、服务”综合消费过渡。

能源服务正在突破原有的节能服务模式,向更加广泛的领域发展,许多大型国际公司也都将自身定位为能源服务公司。应积极鼓励国有企业和其它主体的能源企业,发挥各自优势,创新商业模式,实现可持续发展。

加强碳达峰、碳中和的国际合作,加大国际科技合作力度,扩大国际合作的范围,共同发展碳达峰、碳中和亟需的科学技术、工艺路线和商业实践。应对气候变化也是中美、中欧开展合作的重要抓手,应积极谋求合作,相互学习、相互促进、共同进步。

5、鼓励全民参与能源转型

新能源革命和碳中和是一场集技术创新、制度创新及治理体系创新于一体的全球新竞赛,不仅将重塑全球产业及投资贸易格局,也事关每一个人,既是对传统能源产业从业人员的一种挑战,也是新能源行业从业人员的巨大机遇,从国际上的测算来看,新能源革命和碳中和将创造更多就业机会。在实现碳中和的过程中,要以人为本,加强对弱势群体的帮扶和转型。新能源革命是实现美丽中国的必经之路,应加强宣传和动员,达成最大范围的共识,激发全民的创新力,鼓励全民参与,打赢一场碳中和与新能源革命的“人民战争”。

新能源革命也需要培育低碳清洁“能源文化”,将节能减排融入普通百姓的生活、行为及出行方式,让人们通过改变生活方式和转变思想观念来配合、推动能源革命的实践。


 



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