双碳目标下我国重点领域电能替代实现路径思考

王兆华

因为碳达峰和碳中和是当前备受关注的重大议题，我们承担了相应的工作任务，其中包括在多个领域推动电能替代，这可以被直观理解为电气化。我将从三个方面向大家进行简要的汇报。

2030年的碳达峰和2060年的碳中和是我们的目标，这个议题自2019年提出以来，一直受到中央和地方的高度重视。尤其是二十大报告，明确了碳达峰和碳中和的目标，并提出了许多具体要求。然而，实现这些目标的挑战是巨大的，并非易事。主要的困难如下：

第一，时间紧迫，任务繁重。我国从碳达峰到碳中和只有30年的时间，而其他发达国家如欧盟、美国和日本从达峰到中和需要60年、80年，至少需要50年以上。我国的产业结构有其显著的特点，即高投入、高能耗、高污染，这使得改变产业结构的难度增大。

第二，我国的能源结构以煤为主，煤炭资源丰富但石油和天然气资源相对匮乏。此外，我国正处于工业化和城市化发展的关键阶段，且总体经济实力尚需提升。这些因素叠加，使得实现碳中和的目标变得更为艰巨。

未来要实现碳中和的目标，任务艰巨，但解决方案众多，其中之一就是进行电能替代，即电气化。电气化是实现碳中和目标的重要手段。那么，电气化能否解决根本问题呢？电气化只是能源供应和消费的一种方式，在实现碳中和的过程中只是一种手段。当前，我们正在大规模推进清洁能源的开发，包括风能、光能、水能和储能等各种形式，最终的能源形式可能以电能为主。因此，大力推进电气化是建立新型电力体系的重要手段。

在这样的大背景下，电气化显得尤为重要。电气化实际上就是以电力替代煤炭、石油、天然气和柴油等能源。我国早已开始了这方面的布局，但其影响深远，难度也大。我们正在大规模推进这项工作，但能否实现最终的碳中和目标？2060年时，我们是否能实现全面电气化？在各个领域，我们是否能实现碳中和目标？这些问题都值得我们深入探讨。

发达国家如美国、欧盟和日本早在很久以前已经开始电气化，以电力替代其他能源，尤其在消费领域，煤和天然气的使用几乎无法察觉，主要是电力的使用。相比之下，我国虽然也已开始进行电气化的布局，但起步相对较晚，然而发展速度却相当快。截止到2020年，我国电力能源消费已经占到总能源消费的四分之一，即电力消费已经达到25%，根据最新的数据，这一比例应该已经接近27-28%，也就是说，我国在能源电力消费方面总量位居世界首位。然而，我国的电力消费主要还是以煤炭发电为主，占比接近60-70%，这对清洁能源的推广构成了巨大挑战。因此，我国现在正在大力推进电能替代的过程中，同时也在大力发展风能、光能、水力和核能等可再生能源发电。

在国家提出碳中和目标以后，尤其是在2021年国务院发布的《完整、准确、全面理解新发展理念，有序推进碳达峰碳中和指导意见》中提出，我们设定了明确的目标：到2025年，可再生能源占比将达到20%，2030年达到25%，而到2060年则会达到80%，这对未来的发展将产生深远影响。

为了实现这一目标，我国已经出台了许多具体措施和鼓励政策，在许多领域，特别是在一些细分领域，我们正在进行大规模的推进。比如在居民采暖方面，尤其是北方冬季的清洁采暖，在发改委、住建部等各部门的推动下，我们已经推进了近20年的工作，以气代煤，以电代煤代气，特别是减少散煤的燃烧，这一方面已经取得了显著的成效。同时，在工业、农业、制造业、交通等领域也有许多突出的成效，如电动车的推广，以及电力供应与家庭电气化的推进等，这些工作对于大规模推进电气化，实现电能替代产生了重要的影响。然而，目前的工作还存在一些问题，效果并不均衡，一些领域的推进还在有序进行中。

在推进过程中，各领域的情况不同，政策实施上存在差异，有的需要更微观的支持制度，有的则需要更明显的市场化手段，不能一刀切。推进这样一个工作需要投入大量的精力，特别是在时间窗口非常紧张的情况下，对于未来能否达到碳中和的目标，存在非常大的风险。对于这个风险，对于未来潜力的评估缺乏相应的工具，这可能会导致很多领域、很多部门对未来目标的实现产生疑虑，缺乏动力和信心。因此，这个问题值得我们进一步探讨和研究。

在高等教育机构中，从学术的角度对学术性的工作进行了深入探讨，并得出了一些结论。关于碳达峰和碳中和的问题，从中央政府到各个部门都提出了一些实施路径，即从现在到2060年如何推进碳中和。在达峰之后，如何从低碳、零碳甚至负碳的角度对这一系列过程进行评估是我们需要探讨的问题。

过去，评估工具和方法的质量参差不齐，各有优缺点。最早的评估工作是基于2060年碳中和的目标进行的，为了实现这一目标，我们使用了许多工具，其中最常见的分析工具是自上而下的分析模型，如CDE模型、PAGE模型和MERGE模型。然而，这种方式存在一个问题，即为了实现目标，需要花费大量的成本，而且在技术上可能无法有效支持目标的实现，因此在实际执行过程中可能会出现目标设定得很好，但没有具体的执行路径，没有动力，成本过高的问题。

为了避免这些问题，一些学者和机构开发了自下而上的分析框架，即基于我们拥有的技术、成本和能力，从下到上进行推进，看看在技术和成本的限制下，能否在2060年实现碳中和。然而，这种方法也存在风险，那就是可能无法完全实现目标，因此我们担心到2060年时可能无法实现碳中和，这种风险非常大。因此，这两种模型都不是最佳选择。

后来，我们开始使用自上而下和自下而上两种模型的耦合来进行分析，这成为了一个重要的选择工具，也就是综合评估。这种模型相对于之前的模型，考虑的框架和思路更加全面，目前已经得到了广泛应用。然而，这个工具的参数和分析场景基本上都是全球模型，对于我们想要进行的具体分析，特别是在中国的分析领域，有时候参数可能并不适用，需要进行本土化改造。

基于综合的自上而下和自下而上的评估模型，我们开展了节能替代分析，得到了初步的结果。我想借此机会向大家简要汇报一下相关的工作情况和结果，供大家参考。

在分析情景的设定方面，我们按照《巴黎协定》给出的全球认可的情景进行设定。在这个情景中，我们需要考虑很多问题，比如说，未来如果全部使用电能，我们的发电供应能否满足需求？原来都是用煤或者油，如果现在都改成电，到2060年的时候需要多少电量来支持？我们预估到2060年，如果各个领域都全面推进电气化，电力消费的空间将达到12万亿到16万亿千瓦时的总体规模。这样的大规模需求对于整体布局装机容量应该说有比较大的储备。

同时，我们必须关注哪些领域呢？目前，我们主要关注了几个能源使用量大且排放重要的领域：交通、建筑和钢铁，并进行了模拟推演。总体上，这些领域消耗了超过60%的能源，排放量也非常大。特别地，为了实现2060年的碳中和目标，这些领域的减排效果和力度是最大的，一些领域的减排比例甚至超过了90%。如果我们能够清楚地分析这些领域，对于未来其他领域的研究将有非常重要的参考价值。

我们需要简要分析一下结论，依靠电能替代能否达到目标？实际上，在我们的推演过程中，仅仅依靠电气化是无法实现交通领域碳中和的，我们还需要其他政策推动。交通的电气化在排放方面更多地依赖于上游，即电能供应，这是我们需要深入思考的问题。我们还制定了具体的路线图，我们应该大力推动公共系统的近零排放，特别是加快推进铁路系统高比例电能替代，实现近零排放。此外，公路客运系统和出租车等在2050年前应实现高比例的电能替代，最后，长途货运，包括货车和轮船，应实现近零排放，航空运输应严格核算排放，并利用碳汇碳交易手段实现交通行业的碳中和目标。对于交通领域，我们已在ESG上发布了未来的具体措施。

对于建筑领域，这是一个相当复杂的领域，从生产到使用和维护，能耗最大，我们对建筑领域也进行了相关分析。在实现60年碳中和的过程中，我们需要加快农村电气化的进程，并在2040年前基本实现农村居民建筑的节能排放。此外，我们应有序推进城市电力采暖技术的推广，结合热电联产和工业余热实现供热减排。最后，应严格控制新增公共建筑，并提升公共建筑单位的能耗标准，这些措施将为未来提供具体的指导。

钢铁行业，首先，应调整落后产能并循环利用废钢，以实现钢铁行业的排放峰值。废钢利用比例需要进一步提高，同时应适当补贴，并将废钢加入电炉进行直接还原铁。电炉和氧气炉加入CCS等电能替代技术能最大限度地减少排放。特别是在这个过程中，钢铁的长流程和短流程的转变最为关键，这个环节的贡献率达到65%。最后，通过碳汇帮助实现钢铁行业的最终碳排放目标。

注：以上内容整理自2023第十届东沙湖论坛直播视频和王兆华演讲PPT，未经作者本人审阅。