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碳中和,國際上有哪些經驗與啟示?

時間:2022-07-11

來源:中國工程院院刊

導語:基于全球氣候變化的緊迫形勢,自 2020 年以來,世界多個國家和地區紛紛提高自主貢獻的力度,加快碳減排進程。根據國際能源署(IEA)統計,截至 2021 年 5 月,全球 70% 以上二氧化碳排放的國家和地區都以不同形式作出了到 21 世紀中期實現碳中和的承諾。

  2020 年 9 月,我國在聯合國氣候大會上鄭重宣布,2030 年前實現碳達峰、2060 年前實現碳中和,隨后不斷細化具體目標和指標,得到了國際社會的普遍認可和高度評價。

  我國是發展中大國,相對高能耗的經濟結構、高煤炭占比的能源結構以及相對較短的碳達峰到碳中和的過渡期帶來了更大的挑戰,而“雙碳”目標的實現也要求我們付出更多的努力。在這一背景下,梳理發達國家的碳中和戰略及相關政策,學習其先進經驗以避免不必要的試錯成本,對我國穩妥實現碳達峰目標、碳中和愿景具有重要的現實意義。

  已有學者從不同行業角度如天然氣、新能源等領域入手,分析了不同行業領域關于碳達峰、碳中和的國內外政策。本文在總結相關政策的基礎上,提出碳中和是一項系統工程,重點從推進市場機制及社會共識方面總結國外經驗,深入分析發達國家的政策措施,結合我國能源轉型現狀及面臨挑戰,形成相關啟示并提出我國實現碳中和路徑的發展建議。

  二、碳中和是一項系統工程

  碳中和的實現是一項復雜的系統工程,不僅與能源的低碳轉型相關,還涉及產業、經濟結構的變化甚至經濟、社會等諸多方面。如何從系統的角度著手,多措并舉、有序推進,既避免過高的轉型成本,又促進本國及本地區的優勢產業發展,是各國政府都非常重視的戰略問題。

  (一)能效是第一能源

  根據 IEA 的相關研究,在以巴黎協議為目標的可持續發展情景中,為實現“巴黎協定”不超過溫控 2℃目標,可再生能源(包括風、光、水電、生物質等)的貢獻率是 32%,而能效的貢獻率最高,為 37%。這里的能效不僅包括了狹義上的能源節約,也包括了整個系統和經濟結構的能效提高。

  國際可再生能源署(IRENA)也有類似研究,歸類標準有所不同;按照相關模型模擬,為實現“巴黎協定”不超過溫控 2℃目標,可再生能源與能效的貢獻率各占 25%,單列出來的電氣化貢獻率為 20%。電氣化的最大優勢是能夠大幅度提高能效,這也從側面反映了能效的重要性。能效是第一能源的理念在 IEA、IRENA 的分析預測中都得到了很好的體現。除能效和可再生能源之外,氫能、碳捕獲利用與封存(CCUS)以及其他碳匯技術等也將發揮重要作用。

  (二)碳中和的實現可以有多種模式

  關于能源轉型的目標模型,來自歐洲、美國機構的研究并未設定某種特定的路徑,而是強調了多種選項的可能性。比較典型的是由美國多個政府相關機構參與的“零碳美國”(Net Zero America)研究,給出了 5 種比較典型的碳中和模式,在設定達到凈零排放目標的前提下,化石能源的占比從 0 到超過 30% 不等。這 5 種典型模式分別是高電氣化 + 全部可再生、高電氣化 + 可再生受限、低電氣化 + 高生物質、高電氣化(高電動汽車)、低電氣化。上述研究為探索如何優化凈零排放路徑提供了參考依據,其中最重要的參數之一是降低能源轉型的成本。

  (三)有序轉型

  當前,實現碳中和的相關技術約有 40% 以上仍處于實驗室或小規模試驗階段,如 CCUS 技術、氫能開發利用等,尚未實現大規模的商業化應用。與此同時,風電、光伏等技術已進入大規模商業化開發階段,因此電力部門在減碳早期階段會相對容易。

  為描述不同領域減碳的額外成本情況,有關研究提出了“綠色溢價”概念,即實現碳減排所要付出的額外成本。例如,熱泵技術相對于傳統取暖方式更加便宜,即為負溢價,屬于綠色溢價降低的領域;而采用零碳技術的水泥或鋼鐵行業,需要額外支付幾倍于當前的成本,屬于綠色溢價較高的領域。因此,綠色溢價較低的領域可優先開展轉型。

  Agora 等機構開展了德國碳中和路線圖研究,凸顯了能源、工業等各部門有序轉型以實現碳中和的理念。根據該路線圖,德國 2030 年前的重點減碳領域是以電力為主的能源行業,減碳量為 2.07×108 t,占該階段全部減碳量的 50%,與此同時工業領域的減碳量僅占 17% ;2030 年后,隨著氫能等先進低碳技術在工業領域的大規模應用,工業領域將超越電力、能源行業成為最重要的減碳領域,在2030—2050年實現零碳目標,減碳量達1.11×108 t,與此同時電力、能源領域的減碳量變為 0.95×108 t。

  在劃分不同領域、不同地區減碳先后次序時,需要重點考量如何以較低的成本實現低碳轉型并提高技術成熟度。值得重視的是,發達國家普遍強調能源轉型及碳中和帶來的新興商業機會。對于新能源、儲能、新材料、電動汽車、先進制造業等未來產業競爭的重點領域,及早謀劃并優化產業布局,形成以較低的成本投入早日實現可持續發展的商業模式,在實現碳中和、提升未來產業格局方面都將發揮重大影響。

  三、碳中和需要完善的市場化機制

  (一)新型能源系統需要市場價格引導

  電力系統脫碳是能源系統脫碳的核心環節。含高比例可再生能源的新型電力系統是實現碳中和的核心,這一論斷已成為國內外的基本共識。德國的可再生能源發電量占比較高,2021 年以風、光為主的可再生能源發電量約占德國全部發電量的 70%。然而,以風、光為主的可再生能源電力系統波動性較大,調度難度也較高,對電力系統的穩定性構成挑戰。

  當風、光等波動性可再生能源發電量在系統中占比不超過 5% 時,依靠適當安排調度就可以實現并網,這與我們對電網早期的認識基本一致。隨著波動性可再生能源發電量占比的提高,僅靠電網自身無法完全滿足相應的并網要求,需要更多的備用容量(如建設抽水蓄能、天然氣調峰電站等)才能提高系統的靈活性,以保障沒有風、光時電力系統有足夠的出力。然而電力系統備用容量的增多帶來了高額的新增投資,再加上利用率不足,導致整個能源系統成本越來越高。這也說明僅依靠不斷增加備用容量的方式來提高能源系統靈活性,將不能持續有效地為高比例可再生能源并網提供支撐。

  盡管不同地區、不同電網存在差異性,但波動性發電量占比一旦超過 10% 就會對整個電力系統優化提出新的要求。2021 年,國家發展和改革委員會、國家能源局提出了促進源網荷儲一體化發展的指導意見,闡述了對新型電力系統的要求,即負荷和儲能作為系統靈活性的重要來源,需求側響應、分布式能源、儲能、電動汽車是電力系統中活躍的組成部分。在源網荷儲一體化的電力系統中,需求側、供應側的界限不再清晰,需求側響應、分布式能源等基于市場實時供求關系的價格信號將在供需平衡方面發揮決定性作用。

  在歐洲、美國,能源市場化體系更多是能源市場發展的結果,先后完成了電力、天然氣的市場化改革。這一體系在高比例可再生能源系統中發揮了越來越重要的作用,驅動了新型商業模式的興起。為了精確體現實時供需狀況,大部分現貨電價區間已經縮短到 5 min 出清一個價格。市場化的能源價格機制對于減少棄風棄光,提高系統靈活性,推動儲能、輔助服務市場建設,建立新型商業模式發揮了基礎性作用。

  能源市場化建設需要有確保電力和能源安全的政策設計,在這方面容量市場機制發揮了重要作用。確保能源系統有充足的容量是能源安全的重要保障,應在能源現貨市場建設的同時,通過容量市場機制提高能源系統中的容量充裕度。

  (二)新型商業模式需要更加開放的市場體系

  實現碳中和離不開持續的技術和商業模式創新,涉及眾多領域和產業,因此需要不斷引入創新資源,擴大市場準入。

  與傳統的集中式、金字塔型的能源供應模式不同,以可再生能源和新能源為主體的能源系統將更加分散,分布式能源將發揮越來越重要的作用,能源生產供應主體也將呈指數增長。以屋頂分布式光伏項目為例,到 2050 年,全球將有 1.67×108 戶家庭和 2.3×107 家企業在房屋、廠房等建筑物的屋頂采用光伏設備發電,總裝機容量將達 2.2×109 kW,比 2020 年的 2.7×108 kW 增長一個數量級。借助大數據、區塊鏈等技術,還將催生新的分布式能源開發運營模式。例如,美國紐約市布魯克林區的智能微網引入區塊鏈技術,采用共識機制和電子合約,可以直接開展用戶對用戶的新能源電力貿易,提高了小規模能源生產者的信用水平;歐洲也有不少類似的創新模式,甚至還創造了基于區塊鏈的能源代幣。2021 年,國家能源局通知在全國組織開展整縣(市、區)推進屋頂分布式光伏開發試點工作,公布了 676 個試點地區名單。

  分布式光伏的成本及收益率是決定其未來發展的關鍵因素,受到地理和光照條件的影響,也與技術成本、商業模式、融資成本有重要關系。為此,應積極引入多元化的市場開發主體,創新商業模式,推動技術進步,同時降低融資門檻,減少并網約束;進一步激發市場積極性和創新力,擴大分布式可再生能源規模并提高其系統靈活性,與集中式能源形成互補。分布式能源商業模式創新的前提是開放能源市場,能夠進行“隔墻售電”。

  提高能效是實現碳中和的重要方面,進一步提高能效需打破能源的行業壁壘,如電、氣、熱等能源品類長期以來的條塊分割問題。2020 年,歐盟發布了能源一體化戰略,要求整合不同品種的能源,實現綜合利用并盡可能提高能效。打破能源的條塊分割、實現能源綜合利用的重要前提是完善能源市場建設,提供更加開放的市場環境。

  無論是發展可再生能源,還是提高能效,都需要中小企業的積極參與、創新作用的充分發揮。歐盟注重中小企業的發展,在應對氣候變化的主要政策框架“歐盟綠色新政”中,專門制定了針對中小企業的發展戰略;通過“歐盟綠色新政投資計劃”給予中小企業資金支持,幫助中小企業拓展融資渠道以推進綠色創新行動,降低市場壁壘。

  (三)碳交易市場是有力的工具

  在碳減排領域,建設碳排放交易市場是有力工具。歐盟是全球最早建設規?;寂欧沤灰左w系的地區,歐盟碳排放交易體系(ETS)在所有歐盟國家以及冰島、列支敦士登、挪威運行,覆蓋面占歐盟溫室氣體排放量的 40% 左右;2005 年以來,ETS 所涵蓋的主要行業的碳排放量下降了 42.8%。近年來歐洲碳價不斷高漲,進一步推動了碳減排的力度。

  ETS 采取的是“總量控制與交易”原則,對系統覆蓋的溫室氣體排放總量設置上限;在上限內,公司獲得或購買排放配額并根據需要相互交易;碳排放上限逐年下降,以此控制總排放量。配額交易帶來了靈活性,確保減碳方面社會成本的最低化。建立在高質量的數據基礎之上,具有完整、一致、準確、透明的監測、報告及核查系統,這是碳排放市場的根本保障。碳價格的上漲也促進了對清潔低碳技術的投資。

  2021 年 7 月,歐盟委員會為實現“到 2030 年至少削減 55% 溫室氣體排放”的目標,提議對 ETS 體系進行修改,如逐步取消發放給航空領域的“免費”排放配額并在2027年之前實現配額的全面拍賣,將航運納入 ETS 系統,在道路運輸和建筑部門新建獨立的交易系統,采用排放交易的“上游方法”并要求燃料供應商而不是住戶或汽車擁有者來負責購買配額。這些新的政策提議意在通過碳交易市場促進重點排放部門的進一步減排,支持實現日益強化的氣候控制目標。

  四、社會共識對實現碳中和至關重要

  國際經驗表明,廣泛的社會共識對推動相關政策的出臺與實施至關重要。公眾對碳中和的共識是實現碳中和的社會基礎,碳中和進程帶來的新工作崗位與生活方式又能進一步推進公眾的思想轉變,強化對能源轉型的共識。

  (一)公眾共識是實現碳中和的社會基礎

  發達國家在設立碳中和目標的同時,已經積極開展相關工作來推進社會共識、促進公眾思想與行為方式的轉變。

  英國政府為了鼓勵公眾選擇更加綠色低碳的生活方式,推出了一系列“氣候變化與行為轉變”措施,如減少亂扔垃圾、鼓勵騎行、減少汽車和飛機出行等,旨在從社區、街道層面鼓勵公眾加強加深對能源轉型與氣候變化的認識。調查顯示,80% 的英國公眾對氣候變化感到擔憂,其中 33% 的人感到非常擔憂;多數人支持氣候變化的策略與行動。在采取一系列措施和取得公眾共識后,2021 年 4 月英國政府宣布了氣候立法,即相比于 1990 年的溫室氣體排放量,到 2035 年要減少 78%。碳中和既是技術的挑戰,更是社會的挑戰,因而社會與行為的改變是達成凈零排放目標的重要組成部分。公眾既應參與碳中和的政策制定,為其建言獻策,也要積極行動,力求從我做起,轉變消費與行為模式,將低碳、綠色落實到生活的方方面面。相關政策的制定與從個人做起的減碳共識是相輔相成、相得益彰的。

  法國為實現 2030 年較 1990 年溫室氣體排放量下降 40% 的目標,從全國居民中推選出 150 人組成“公民氣候委員會”,專門為國家的氣候變化和環保主題建言獻策,成為一項重要的制度創新。同時,法國很多城市推出了舊城改造項目,為居民提供更綠色的生活環境,鼓勵采取更低碳的生活方式。例如,巴黎在 2015 年宣布將塞納河沿岸的高速公路改造成步行道,鼓勵居民騎行、步行,減少機動車出行,支持碳減排工作,促進碳中和進程;還推出了多條“綠道”,為市民綠色出行提供基礎保障。

  (二)碳中和為社會發展提供更多就業機會

  在碳中和進程中,新興產業的蓬勃發展會提供更多的就業機會,有助于增強能源轉型的社會共識。對能源轉型的社會共識與碳中和是互相促進、共同發展的關系。

  根據 IRENA 統計,2019 年全球可再生能源行業從業人數達到 1150 萬人(較 2018 年增長了 50 萬人),其中太陽能行業有 380 萬人。在相對發達或是發展中的能源市場,可再生能源的使用都可以創造就業機會、提高當地收入。在可再生能源利用方面,盡管當前僅有少數幾個國家處于領先地位,但很多國家都擁有可觀的發展潛力,可以通過促進相關產業發展、培訓從業者來增加就業機會,進而推進能源轉型進程。碳中和也將帶來更多的工作機會。按照 IEA 凈零排放情景,到 2030 年,雖然全球化石燃料部門可能減少 5×106 個職位,但在清潔能源、能效提升、低排放技術方面總共可以創造超過 3×107 個工作崗位。

  發達國家將能源轉型與地區經濟發展緊密結合起來,利用能源轉型帶來的新契機大力發展經濟,創造就業機會。例如,美國紐約市為實現 2025 年市政供電 100% 為清潔電力的目標,啟動實施兩個綠色能源基礎設施項目,分別從紐約州北部、加拿大獲得額外的可再生電力(風能、太陽能、水力發電);兩個項目將為本地創造約 1×104 個工作崗位,帶來約 82 億美元的經濟效益。

  由此可見,能源轉型可與社會、環境、經濟目標有效結合,產生更廣泛的協同效益。碳中和不僅可以減緩氣候變化,更可以推動就業、發展經濟、改善環境、促進民生;而這一過程又能提升公眾對碳中和的認識并加強社會基礎。氣候行動規劃具有多重效益,產生深遠的社會影響;實現碳中和需要社會支持,碳中和進程也促進了社會發展。

  五、啟示與建議

  (一)啟示

  制定碳中和的頂層設計和長期戰略至關重要。實現碳達峰、碳中和是一個長期過程,需要制定長期的宏觀戰略。相關部門應針對性制定戰略規劃,相互協調、有序推進,在此基礎上落實各項政策。多數發達國家制定了應對氣候變化及能源轉型的長期戰略與規劃,部分發達國家還制定了中長期分行業的溫室氣體減排具體目標。

  加快能源市場化改革是有效推進碳達峰、碳中和的基礎。新型能源系統的建立需要市場價格引導,同時新型商業模式需要更加開放的市場來提供支持。多個發達國家完成了電力、天然氣的市場化改革,在助推可再生能源、助力新商業模式發展方面發揮了積極的作用。歐盟設立了較為完善的碳市場系統,用于促進碳減排、鼓勵投資新技術、支持低碳轉型。全方位推進能源市場化改革是走向碳中和的重要方面。

  社會共識對推進低碳轉型至關重要。廣泛的社會共識可顯著提高政策的實施效率,能源轉型帶來的社會效益可使公眾更清晰地認知能源轉型的益處,從而相互促進并形成良性循環。相關案例表明,低碳政策不僅可以促進碳排放量下降,還可帶來社會、經濟、環境等多重效益。形成社會共識有助于推動低碳方案實施,而低碳方案的實施本身亦可一舉多得。

  (二)對策建議

  做好頂層設計和分階段的碳減排行動計劃。鑒于不同領域的碳減排難度和成本存在差異性,應分類施策,促進有序減排,不宜“一刀切”。長期戰略宜明確碳減排目標,而分階段的行動計劃應具有針對性并可適度調整,確保整體目標的實現和路徑的優化。

  加快并深化能源市場化改革。在能源革命推動下,能源市場化改革應不斷深化,推進電力領域改革不斷取得進展、天然氣領域實現輸售分離,為配置競爭性市場創造條件。為了充分發揮市場在資源配置中的決定性作用,電力領域應加快電力現貨市場、輔助服務市場建設,擴大配電網改革試點,真正實現“隔墻售電”;天然氣領域應加快培育多元化的市場主體,推進區域市場建設,盡快打造具有國際影響力的天然氣價格指數。對于已經啟動的電力行業碳排放交易市場,應完善配套體系,逐步擴大交易品種和主體的參與程度,通過碳價來發現和引導對新能源領域的投入。

  加強社會動員,凝聚公眾共識。能源轉型需要公眾支持這一社會基礎,同時創造就業機會、更好促進社會轉型。應加強宣傳引導,擴大公眾認識,鼓勵公眾參與碳中和進程并積極建言獻策,在深刻認識到氣候變化與能源轉型必要性的基礎上認真落實碳中和的方針政策;鼓勵公眾轉變思想與行為方式,低碳出行、綠色生活,從個體、細節做起,實現能源與社會、經濟、環境的協同效益最大化。

  不斷深化國際合作。實現碳中和是全球共同付出、共同受益的過程,是構建人類命運共同體最重要的內容之一。一方面,國際經驗為我國政策制定與落實提供了寶貴的經驗與教訓;另一方面,我國的發展情況可為其他發展中國家提供良好借鑒。應加強與世界各國的合作交流,學習并吸取已經實現碳達峰國家可取的路徑及措施,同時講好中國故事,為中國經驗“走出去”打下基礎;保持與 IEA、 IRENA 等國際組織的良好合作,對標國際能源標準與技術,跟蹤了解國際前沿研究與產業發展動態,培養具有國際化視野的復合型碳中和人才。


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