| 美國發(fā)電行業(yè)的減碳之路[] |
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發(fā)電行業(yè)是碳排放大戶，在全球能源相關(guān)領(lǐng)域的二氧化碳排放總量中占比近四成。發(fā)電行業(yè)實(shí)現(xiàn)減碳不僅關(guān)系到自身，還影響著其它行業(yè)，是實(shí)現(xiàn)全社會(huì)整體減碳的關(guān)鍵所在。
我國要實(shí)現(xiàn)自己的碳中和目標(biāo)，發(fā)電行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型勢在必行。美國發(fā)電系統(tǒng)從體量上僅次于中國，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)一定程度的低碳轉(zhuǎn)型，其減碳之路對(duì)我國發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型無疑是一個(gè)有益的參照。
本文試圖回答以下四個(gè)問題：一是美國發(fā)電行業(yè)迄今實(shí)現(xiàn)了多大幅度的減碳；二是美國發(fā)電行業(yè)是如何實(shí)現(xiàn)減碳的；三是美國能否進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)零碳電力目標(biāo)；四是美國電力減碳之路對(duì)我們有什么啟示。
一、美國發(fā)電行業(yè)的減碳成績
2005年，美國能源信息署（EIA）在其年度能源展望報(bào)告中預(yù)測：美國的煤電和氣電將持續(xù)大幅增長，2020年發(fā)電行業(yè)的二氧化碳排放將達(dá)到30.1億噸。
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美國電力結(jié)構(gòu)演變趨勢（2005年預(yù)測）
（單位：10億千瓦時(shí)；來源：EIA報(bào)告）
如今，十五年過去了，美國發(fā)電行業(yè)的現(xiàn)實(shí)情況是怎樣的呢？
2021年4月，EIA發(fā)布月度能源回顧（MonthlyEnergyReview）報(bào)告，分析美國去年的二氧化碳排放形勢。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2020年美國發(fā)電行業(yè)的二氧化碳排放量為14.5億噸。
這就是說，美國發(fā)電行業(yè)2020年的實(shí)際碳排放比2005年給出的預(yù)測值低52%，比2005年的實(shí)際碳排放降低了40%。
當(dāng)然，2020年的碳排放數(shù)據(jù)肯定受到了疫情影響，因?yàn)槊绹?020年的電力需求比2019年降低了4%。
2019年的數(shù)據(jù)更有說服力。這一年，美國發(fā)電行業(yè)的實(shí)際碳排放比預(yù)測值低46%，比2005年的實(shí)際排放降低了33%。
因此，以2005年的碳排放量為基數(shù)，美國發(fā)電行業(yè)的減碳幅度約為1/3。如果以當(dāng)年的預(yù)測值為基數(shù)，美國發(fā)電行業(yè)的減碳幅度約為1/2。
二、美國發(fā)電行業(yè)的減碳途徑
總體來看，美國發(fā)電行業(yè)的減碳成績?cè)醋噪娏π枨笞咂胶碗娏Y(jié)構(gòu)變化兩個(gè)方面。
首先，美國2020年的電力需求總量比預(yù)測值低24%，幾乎與2005年持平。剔除疫情影響，2019年的電力需求比預(yù)測值低21%。
由于受到2008年金融危機(jī)等因素影響，美國2019年的GDP較預(yù)測值低13%。此外，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化、能效提高等因素也有利于控制全社會(huì)的電力總需求。
其次，可再生能源的發(fā)電量比預(yù)測值大幅增加79%。這主要得益于風(fēng)電和光伏的迅猛增長。2020年，美國風(fēng)電和光伏總發(fā)電量為4,700億千瓦時(shí)，是預(yù)測值的13.4倍，加上水電、地?zé)岚l(fā)電等，可再生能源總發(fā)電量達(dá)到8,340億千瓦時(shí)，是2005年實(shí)際值的2.3倍。
發(fā)電成本的超預(yù)期下降、聯(lián)邦政府的稅收政策、州政府的可再生能源標(biāo)準(zhǔn)和區(qū)域性電力傳輸基礎(chǔ)設(shè)施的完善等因素，共同推動(dòng)了風(fēng)電和光伏的加速增長。
再次，從煤到氣的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變幅度超出預(yù)期。2005年，美國天然氣發(fā)電量為7,610億千瓦時(shí)，2020年增加至16,170億千瓦時(shí)，比預(yù)測值高出18%。
與此同時(shí)，煤電在加速退出。2005年，美國的煤炭發(fā)電量為20,130億千瓦時(shí)，2020年銳減至7,740億千瓦時(shí)，只有2005年的38%，僅為預(yù)測值的31%。煤電退出為美國發(fā)電行業(yè)的二氧化碳減排貢獻(xiàn)了十多億噸的空間。
盡管天然氣發(fā)電的大幅增長導(dǎo)致氣電板塊二氧化碳排放增加，但由于氣電的碳排放強(qiáng)度不足煤電的一半，氣電替代仍然使得美國2020年的二氧化碳排放減少了約4.7億噸，貢獻(xiàn)了2005年以來美國發(fā)電行業(yè)二氧化碳減排總量的48%。
三、美國實(shí)現(xiàn)零碳電力的前景
過去十五年間，美國發(fā)電行業(yè)減碳33%，貢獻(xiàn)了其能源領(lǐng)域減碳總量的53%。相比之下，居住建筑領(lǐng)域、商業(yè)建筑領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域和交通領(lǐng)域的減碳力度更小，2019年分別為24%、22%、15%和3%。
美國拜登政府在競選期間，提出了到2035年實(shí)現(xiàn)零碳電力的口號(hào)。在最近舉行的中美氣候變化天津會(huì)談中，美國方面重申了這一目標(biāo)。
相關(guān)研究認(rèn)為，美國如果要達(dá)到90%的清潔電力，2035年之前需要新增11億千瓦風(fēng)電和光伏，同時(shí)增加1.5億千瓦的四小時(shí)儲(chǔ)能裝機(jī)。
這相當(dāng)于在今后的十五年中，每年新增7,000萬千瓦風(fēng)電和光伏，考慮到去年美國新增并網(wǎng)的風(fēng)電和光伏裝機(jī)已經(jīng)達(dá)到3,400萬千瓦，這種裝機(jī)速度并非遙不可及。
還有研究顯示，美國進(jìn)入規(guī)劃的2025年前并網(wǎng)風(fēng)電與光伏規(guī)模已經(jīng)達(dá)到5.7億千瓦，規(guī)劃儲(chǔ)能裝機(jī)規(guī)模也達(dá)到2.0億千瓦。這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步強(qiáng)化了美國實(shí)現(xiàn)其2035年可再生能源裝機(jī)目標(biāo)的可能性。
對(duì)于保留的氣電和煤電，二氧化碳捕集利用與封存（CCUS/CCS）則是必然選項(xiàng)。在這方面，美國的技術(shù)儲(chǔ)備與項(xiàng)目規(guī)劃也遙遙領(lǐng)先。
根據(jù)全球碳捕集與封存研究院（GCCSI）的統(tǒng)計(jì)，2020年美國有14個(gè)運(yùn)營中的CCS商業(yè)項(xiàng)目，捕集能力接近2,200萬噸/年，其中包括全球最大的燃煤電廠煙氣碳捕集項(xiàng)目——位于德州WAParish電廠的佩特拉諾瓦（PetraNova）項(xiàng)目。
與此同時(shí)，美國進(jìn)入開發(fā)或建設(shè)階段的電廠CCS項(xiàng)目至少有10個(gè)，總捕集規(guī)模接近3,000萬噸/年。這些CCS項(xiàng)目多數(shù)計(jì)劃在2025年前后投運(yùn)。
總體來看，新能源的加速裝機(jī)和電廠CCS項(xiàng)目的密集示范，極大增強(qiáng)了美國最終實(shí)現(xiàn)零碳電力目標(biāo)的可能性。
四、相關(guān)啟示
預(yù)測未來可以幫助我們更好地明確努力的方向，但這種預(yù)測往往是不準(zhǔn)確的，能源領(lǐng)域更是如此。
政策激勵(lì)和技術(shù)進(jìn)步是實(shí)現(xiàn)發(fā)電行業(yè)減碳的兩個(gè)重要抓手。這一點(diǎn)已經(jīng)被可再生能源的爆發(fā)式增長所證明，未來還將在更多領(lǐng)域被驗(yàn)證。
控制電力需求總量是我國實(shí)現(xiàn)低碳甚至零碳電力的前提。2020年，中國用電總量為7.8萬億千瓦時(shí)、GDP總量為14.7萬億美元，美國用電總量為4.3萬億千瓦時(shí)、GDP總量為20.9萬億美元。中國單位GDP的用電量是美國的2.58倍，提高用能效率，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，任重而道遠(yuǎn)。
大力增加風(fēng)電、光伏與儲(chǔ)能裝機(jī)，是我國近期快速提高零碳電力比重的可靠選擇。2020年，我國并網(wǎng)風(fēng)電和光伏發(fā)電總量為7,300億千瓦時(shí)，是美國的1.5倍，新增并網(wǎng)風(fēng)電和光伏裝機(jī)1.2億千瓦，是美國的3.5倍。
有序退出部分低效煤電機(jī)組，是我國短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)發(fā)電行業(yè)大幅度減碳的幾乎唯一的方式。發(fā)展可再生能源只是不增加電力行業(yè)的碳排放，并不能直接達(dá)到減碳的目的。美國發(fā)電行業(yè)過去十五年的減碳空間，也全部來自煤電機(jī)組的退出。
大力發(fā)展和應(yīng)用CCUS技術(shù)，是我國中長期內(nèi)實(shí)現(xiàn)發(fā)電行業(yè)深度減碳的重要手段。化石能源電力具有無可比擬的可靠性和安全性，必將在可預(yù)見的未來電力系統(tǒng)中繼續(xù)保持一定份額。CCUS作為配套技術(shù)，不可或缺。 |
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