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终端用能清洁替代趋势展望

  • 2022-03-28
  • 来源:能源杂志
不同能源品种之间的相互补充会是未来终端用能清洁化的重要基础。

近年来我国电能和天然气占终端能源消费比重逐步提升,煤炭占比稳步降低,油品比重总体保持平稳。终端能源消费中煤、油、天然气、热力、电力、其他能源的比例从2010年的44.0:25.5:4.8:4.4:21.3:0.0,变化至2019年的33.6:25.2:9.1:5.3:25.1:1.7。终端用能从十年前明显以煤为主,转变为现在相对更加多元、更加清洁的结构。

 

清洁替代面临的机遇和挑战

 

实现碳达峰、碳中和目标要求终端用能大幅进行清洁替代。化石能源产生的二氧化碳排放占全社会碳排放总量的88%左右,因此需要对化石能源进行清洁替代,包括在供应侧采取风电、太阳能等新能源发电措施,以及在消费侧采取电能、氢能、太阳能直接利用、地热能直接利用、生物质能直接利用等多种手段。终端用能清洁替代不仅减少了终端化石能源消费,同时还促进消纳供应侧新能源替代转化而成的电能或者氢能。中共中央、国务院出台的《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》《2030年前碳达峰行动方案》等文件中,鼓励电力、天然气替代煤炭,要求不断提高风能、太阳能、氢能等新能源消费占比,加快构建清洁低碳安全高效的能源体系。

数字化转型和碳排放权交易市场机制的进一步完善为清洁替代带来有利的发展机遇。大数据、物联网、移动互联网、人工智能、区块链等技术迭代更新加快,以及低品位余热供暖、氢能冶金、全废钢电炉工艺等新工艺、新技术发展应用,使得清洁替代技术与智能制造、绿色建筑、智慧交通等技术进一步融合。碳排放权交易促使高耗能企业减少化石能源消费,积极利用清洁能源,通过技术创新提升能源效率,减少二氧化碳排放。

为了保障能源电力安全可靠供应,需要避免对单一能源品种的依赖造成的风险。未来我国新能源渗透率将快速提升,2030年新能源装机将达12亿千瓦以上,电力系统“双高”特征逐渐凸显,电源侧出力不确定性增大。综合经济持续向好带来负荷增长、极端天气频发、新能源渗透率提升以及电源去煤化带来电源侧出力不确定等多因素,相较于过去新能源占比不高、终端电气化水平较低、集中治理大气污染的历史情况,未来电能替代实施范围及推进速度与我国电力供应保障能力建设有机协同,需要更加稳妥有序、因地制宜、兼顾多元的替代模式。

天然气对外依存度高,供给能力有限,对天然气消费占比进一步提升形成较大挑战。我国整体呈“富煤少气”特征,天然气严重依赖进口,2020年对外依存度高达43%,自给能力严重不足。从国内天然气资源储备来看,我国剩余常规天然气80%以上属于低渗、深层、深水以及高含硫气等,整体开发难度较大,同时在现有经济技术下,非常规天然气中具有较高开发价值的比例相对较低。从天然气进口来看,近年来受地缘政治、疫情等因素影响,全球范围内天然气开采、运输等环节均存在较大不确定性,对我国天然气供给产生较大压力。受供需关系影响,我国天然气价格水平可能波动较大。

清洁替代趋势展望

 

在碳减排、能源电力保供、数字化转型、电力市场改革等因素影响下,终端用能预计将持续多元化和清洁化发展趋势。充分考虑在资源禀赋、环境影响、出力特性、技术成本、安全保障、存储难易等方面特点的差异,不同能源品种之间可以相互补充,共同构成更加清洁低碳安全高效的终端用能体系。

一是终端用能清洁替代将与化石能源清洁利用协同进行。天然气清洁利用可用于发展燃气窑炉、燃气锅炉、区域热电联产和冷热电三联供。煤炭清洁利用可用于集中供热领域推广大型高效锅炉及清洁热电联产。石油清洁利用可用于油-气混动交通等。预计我国终端能源消费中煤、油、气占比将从2020年的33%、24.6%、9.9%变化至2030年的18%、24.5%、12.1%。

二是终端电气化水平和氢能利用占比将逐步提高。中国电力企业联合会提出2030年电能占终端能源消费比重将提高到35.7%。中国氢能联盟提出在2060年碳中和情景下,氢能在我国终端能源消费中占比将达20%左右,可再生能源制氢产量约为1亿吨。

在工业领域,自动化程度高、控制灵活、启停方便的电气化设备将得到大力推广,主要包括电动鼓风机、电动空压机、电动挖掘机、电液锤、电动破碎机、电钻井等辅助电动力装置,蓄热式电锅炉、高温蒸汽热泵等工业用热水蒸汽装置,工业电窑炉等热处理装置,以及有轨机车、电动重卡、电拖动、分拣机器人、皮带廊、油气管线电力加压技术等工业运输装置。氢气将在钢铁行业中作为还原剂,在化工行业中与氨和甲醇共同作为生产原料。

在建筑领域,热泵、电锅炉、电蓄冷、工业余热供暖等技术将会得到大力推广,应用于高校、商业综合体、数据中心等大型公共建筑,以高效满足建筑用热(冷)需求。随着北方地区“煤改电”清洁取暖继续推进,在北方城市市政集中供暖区域将试点开展热网末端电补热技术。根据住建部发布的《“十四五”建筑节能和绿色建筑发展规划(征求意见稿)》,“十四五”末建筑用能电气化比例超过50%。

在交通领域,5G技术、卫星定位导航、物联网技术、大数据和自动驾驶等高新技术在交通领域广泛应用。电气化铁路、城市轨道交通成为公路交通的重要补充。城市公共交通工具和物流配送车将实现电气化全覆盖。长江经济带等重要港口将实现“全电港口”、“全电通航”。

在农业领域,农田机井电排灌、农业现代化大棚、电气化育种育苗技术将推广应用于农业种植领域。电温控、智能电养殖技术将推广应用于水产畜牧领域。电烘干、电加工技术将广泛应用于农产品加工领域。电力仓储保鲜、冷链物流技术将推广于仓储物流领域。国务院印发《“十五”推进农业农村现代化规划》[国发〔2021〕25号],要求加强乡村清洁能源建设,提高电能在农村能源消费中的比重,预计“十四五”期间,太阳能、风电等清洁能源将在农村迎来大规模发展。

三是终端能源清洁替代中可再生能源直接利用将逐步发展。其中在地热能直接利用方面,通过热交换泵或地热蒸汽泵等技术实现建筑高效供暖/供冷;在生物质能直接利用方面,通过生物质碳化、热解及化学转化等手段,将其转化为居民供暖及工业生产所需的燃料;在太阳能直接利用方面,通过太阳能热收集技术用于居民日常供暖。预计我国终端能源消费中可再生能源直接利用的占比将从2020年的0.9%提升至2030年的1.1%。

四是终端能源清洁替代将与数字化技术深度融合,实现新设备与电网友好互动,促进提升电力系统灵活性,有利于新能源消纳。在清洁替代同时可加装储能、蓄冷、蓄热、电制氢等设备,以及实施移峰填谷的工业流程再造工作。

五是商业模式不断发展创新。合同能源管理模式(EMC)、建设-移交模式(BT)、建设-经营-转让模式(BOT)、公私合营模式(PPP)等商业模式不断推广应用。同时“共享替代”等新的商业模式也在逐步发展成熟,进一步保障替代项目顺利实施。利用互联网思维,通过搭建“共享平台”,推动替代设备拥有方与使用方完成对接,提升电能替代设备使用率,解决设备初始投资高的问题。

政策建议

结合终端用能清洁替代的补贴可持续性问题、技术研发问题、基础设施建设问题,以及终端清洁替代发展趋势,有六方面政策有待加强。

一是在规划方面,以实现“双碳”为目标,统筹绿色发展、电力保障与成本可接受的关系,坚持终端用能“宜煤则煤、宜电则电、宜气则气、宜可再生能源则可再生能源”原则,因地制宜、科学合理制定终端多种能源高效协同发展规划,将终端能源清洁替代及相关基础设施建设纳入能源发展规划、节能减排方案等,并与地方经济社会发展规划、城市发展规划有效衔接。

二是在因地制宜制定产业补贴方面,充分考虑各地经济发展、资源禀赋及自然条件、能源电力供应保障情况等因素,制定设备购置补贴或者能源消费补贴,有序推进清洁替代。根据技术成熟度、经济性的变化情况,形成差异化的补贴降低方案。建议在推广应用环节对前期投资大、运行成本较高、节能减排效果显著的清洁替代产品或项目实施补贴,加快重点领域节能降碳步伐,带动全行业绿色低碳转型。

三是在强化环保标准约束方面,细化环保类引导政策的指标体系及奖惩措施,严格生态环保监管执法,发挥环保考核倒逼作用。健全大气排放标准体系,修订完善各类工业窑(锅)炉环保及能耗标准,优化提升清洁供暖标准和交通领域大气污染物排放标准,出台具体的港口污染物排放监测、控制手段要求以及相关奖惩措施。

四是在技术研发与示范方面,对高效热泵、纯电动船、电动汽车、储能、高温电锅炉、蓄热电窑炉等新技术的研发在贷款、税收等方面给予支持,促进清洁替代新技术、新装备加快攻关。支持关键技术示范应用,包括新能源汽车超级充电技术,和大型纯电动农业耕种设备等。

五是在市场机制方面,建立绿色电力交易与可再生能源消纳责任权重挂钩机制,推广绿色电力证书交易。市场化用户通过购买绿色电力或绿证完成可再生能源消纳责任权重。推动将需求侧可调节资源纳入电力电量平衡,充分发挥分时电价作用,释放需求侧资源促进电力供需平衡和促进新能源消纳的价值。建立替代项目低碳化认证体系,支持开展替代项目碳排量备案和参与碳市场交易,基于环保效益变现促进提高替代项目经济性。

六是在金融政策方面,建立完善政府主导、分级负责、多元筹资的投融资模式,充分发挥政策性金融机构的作用,鼓励发展支持重点领域建设的投资基金,支持重点领域清洁替代项目开展股权和债权融资,采用PPP等模式,创新融资方式,拓宽融资渠道。鼓励各银行业金融机构针对清洁替代项目建立绿色信贷服务体系,探索创新信贷服务,为替代项目单位提供低息贷款等优惠。

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