“能耗雙控”轉(zhuǎn)“碳雙控”背景下的浙江省減煤路徑研究*

王 誠(chéng) 葉津宏 張?zhí)煊?黃 煒

(浙江省經(jīng)濟(jì)信息中心(浙江省價(jià)格研究所),浙江 杭州 310006)

黨的二十大報(bào)告中明確提出,要積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“雙碳”),完善能源消耗總量和強(qiáng)度調(diào)控(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“能耗雙控”),重點(diǎn)控制化石能源消費(fèi),逐步轉(zhuǎn)向碳排放總量和強(qiáng)度“雙控”制度(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“碳雙控”)[1-2]。“碳雙控”制度將會(huì)對(duì)煤炭這種高碳能源的利用,提出更清潔低碳高效的要求。此外,在諸如《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》等政府文件中,也對(duì)京津冀、長(zhǎng)三角等重點(diǎn)地區(qū)的煤炭消費(fèi)量提出明確的削減目標(biāo)。

煤炭作為我國(guó)的主體能源,其消費(fèi)量占全國(guó)能源消費(fèi)總量的50%以上,特別是在電力生產(chǎn)方面,雖然煤電裝機(jī)容量占比下降至50%以下,但仍生產(chǎn)了全國(guó)約60%的電量,煤炭消費(fèi)控制的合理性將會(huì)較大程度影響能源安全。可見(jiàn),如何統(tǒng)籌好“碳雙控”目標(biāo)、能源安全以及減煤約束目標(biāo)之間的關(guān)系,將是在“雙碳”背景下亟需解決的難題[3]。

目前,很多研究對(duì)全社會(huì)的能源消費(fèi)、碳排放情況等開(kāi)展預(yù)測(cè)和情景分析,針對(duì)煤炭消費(fèi)專(zhuān)門(mén)開(kāi)展的研究較少。除常規(guī)的投入產(chǎn)出模型外,NAGATOMO等[4]利用綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化模型(MARKAL模型)分析了可再生能源對(duì)社會(huì)低碳發(fā)展的影響;EMODI等[5]采用長(zhǎng)期能源替代規(guī)劃系統(tǒng)模型(LEAP模型)對(duì)能源低碳發(fā)展進(jìn)行分析;李繼峰等[6]采用一般動(dòng)態(tài)均衡模型(CMRCGE模型)對(duì)中國(guó)“十四五”能源與碳排放開(kāi)展預(yù)測(cè);畢清華等[7]則采用中國(guó)能源經(jīng)濟(jì)一般均衡模型(CDECGE模型)對(duì)中國(guó)的能源需求進(jìn)行分析;XIAO等[8]采用一般均衡模型(CGE模型)分析能源對(duì)環(huán)境污染的影響。但上述研究多是對(duì)分部門(mén)的能源消費(fèi)情況進(jìn)行預(yù)測(cè),未對(duì)行業(yè)進(jìn)行細(xì)分,且缺乏能源安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳排放等多目標(biāo)約束下的情景分析。因此,建立以發(fā)電、供熱、水泥、鋼鐵、化工等重點(diǎn)用煤行業(yè)為主要研究對(duì)象的煤炭消費(fèi)預(yù)測(cè)模型,并考慮能源結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)進(jìn)步等因素來(lái)設(shè)置不同情景,分析長(zhǎng)時(shí)間尺度下的減煤目標(biāo)和路徑具有較大的研究意義。

當(dāng)前,浙江省煤炭消費(fèi)以集中利用為主,約95%的煤炭消費(fèi)集中分布在發(fā)電、供熱、水泥、化工、石化、鋼鐵等行業(yè),規(guī)模以下及散煤利用極少。本研究以實(shí)現(xiàn)2030年碳達(dá)峰、2060年前碳中和的宏觀(guān)目標(biāo)為背景,采用“自下而上”的分析方法,構(gòu)建分行業(yè)煤炭消費(fèi)預(yù)測(cè)模型,分析不同情景下的減煤路徑;同時(shí),在確保經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展和能源安全的前提下,從結(jié)構(gòu)、技術(shù)和管理等減煤維度,針對(duì)性提出分行業(yè)減煤舉措和建議,以期為國(guó)家和地方政府減煤工作提供參考。

1 研究方法

1.1 煤炭消費(fèi)預(yù)測(cè)模型

基于LEAP模型框架,以浙江省發(fā)電、供熱、水泥、化工、鋼鐵等重點(diǎn)用煤行業(yè)為對(duì)象,構(gòu)建“自下而上”的煤炭消費(fèi)預(yù)測(cè)模型。模型的總體計(jì)算機(jī)理見(jiàn)圖1。首先,基于不同行業(yè)的用煤特征開(kāi)展預(yù)測(cè)分析;對(duì)于發(fā)電行業(yè),需結(jié)合全省電力需求預(yù)測(cè),考慮能源供需平衡來(lái)明確電源結(jié)構(gòu),尤其是煤電發(fā)電量、供電煤耗,以此來(lái)確定發(fā)電用煤量;對(duì)于供熱用煤,從需求側(cè)出發(fā),主要考慮紡織、化纖等用熱行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì),根據(jù)供熱量、供熱煤耗等確定供熱用煤量;對(duì)于水泥、化工、鋼鐵等行業(yè),構(gòu)建CGE模型對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研判,并考慮浙江省“十四五”和2035年遠(yuǎn)景規(guī)劃目標(biāo)要求[9]、碳達(dá)峰背景下產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整導(dǎo)向等,得到各行業(yè)增加值、產(chǎn)量等相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),結(jié)合單位產(chǎn)品用煤量等指標(biāo),以此來(lái)確定各行業(yè)用煤量。將上述重點(diǎn)用煤行業(yè)的煤炭消費(fèi)量加總,預(yù)測(cè)得到浙江省煤炭消費(fèi)總量。同時(shí),綜合考慮浙江省能源轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步等情況[10],并參考全國(guó)2030年碳達(dá)峰、2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的時(shí)序要求等[11-12],設(shè)置不同情景開(kāi)展減煤路徑研判。

圖1 煤炭消費(fèi)預(yù)測(cè)模型構(gòu)建思路Fig.1 The framework of coal consumption prediction model

1.2 情景設(shè)置

基于浙江省未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)和能源轉(zhuǎn)型特點(diǎn),結(jié)合已出臺(tái)的能源、產(chǎn)業(yè)相關(guān)發(fā)展規(guī)劃與政策,適當(dāng)參考部分發(fā)達(dá)國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展和降碳相關(guān)的指標(biāo),研究確定重點(diǎn)用煤行業(yè)相關(guān)參數(shù),并考慮能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)進(jìn)步等關(guān)鍵要素的不同發(fā)展進(jìn)程,分別設(shè)置3種減煤情景,具體參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 情景分析參數(shù)設(shè)置Table 1 The parameter settings under different scenarios

2 結(jié)果及分析

2.1 不同情景下煤炭消費(fèi)預(yù)測(cè)結(jié)果與分析

通過(guò)情景分析,初步得到不同情景下2015-2060年浙江省煤炭消費(fèi)量的預(yù)測(cè)結(jié)果(見(jiàn)圖2)。

圖2 不同情景下浙江省煤炭消費(fèi)預(yù)測(cè)Fig.2 The coal consumption forecast in Zhejiang Province under different scenarios

基準(zhǔn)情景下,煤炭消費(fèi)量預(yù)計(jì)在“十四五”階段持續(xù)增長(zhǎng),在“十五五”中期(2027年)達(dá)到峰值(約1.7億t),這主要是發(fā)電、化工用煤增長(zhǎng)所驅(qū)動(dòng);隨著石化項(xiàng)目產(chǎn)能逐漸釋放和核電項(xiàng)目的發(fā)電投產(chǎn),煤炭消費(fèi)將出現(xiàn)回落,并在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化等工作的推動(dòng)下持續(xù)下降,到2060年煤炭消費(fèi)量預(yù)計(jì)較峰值下降約55%。

煤控情景下,煤炭消費(fèi)達(dá)峰年提前,預(yù)計(jì)在2025年,峰值約1.6億t,到2060年煤炭消費(fèi)量?jī)H有5 000萬(wàn)t左右;煤炭消費(fèi)量較基準(zhǔn)情景下整體偏低,這主要由于煤控情景下的風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源發(fā)展更快速,以及工業(yè)領(lǐng)域?qū)υ嫌妹旱目刂聘鼑?yán)格。

碳達(dá)峰情景下,煤炭消費(fèi)量已在2018年達(dá)峰,峰值約1.4億t;由于2020年基數(shù)較低,“十四五”時(shí)期保持較平緩的上漲趨勢(shì),在2025年后煤炭消費(fèi)量逐年下降;2030-2060年煤炭消費(fèi)量下降趨勢(shì)加快,到碳中和年,煤炭消費(fèi)量?jī)H有1 400萬(wàn)t左右。

2.2 重點(diǎn)行業(yè)煤炭消費(fèi)情況預(yù)測(cè)結(jié)果與分析

基于模型預(yù)測(cè)結(jié)果,進(jìn)一步對(duì)浙江省發(fā)電、水泥、化工、鋼鐵等分行業(yè)的煤炭消費(fèi)情況進(jìn)行研判。首先,分析不同情景下各行業(yè)煤炭消費(fèi)量占比(質(zhì)量分?jǐn)?shù))情況。以達(dá)峰年為例,3種情景下發(fā)電煤炭消費(fèi)量占比始終位列第一,均超過(guò)60%;供熱位列其次,且占比基本穩(wěn)定(18%～20%);化工行業(yè)在達(dá)峰年的煤炭消費(fèi)量占比排在發(fā)電、供熱行業(yè)之后(除碳達(dá)峰情景外);鋼鐵行業(yè)煤炭消費(fèi)量占比在重點(diǎn)用煤行業(yè)中占比最低(見(jiàn)表2)。

表2 不同情景下的達(dá)峰年分行業(yè)煤炭消費(fèi)量占比Table 2 Proportion of coal consumption of different industries on peak year under different scenarios %

不同情景下重點(diǎn)行業(yè)煤炭消費(fèi)量預(yù)測(cè)見(jiàn)圖3。發(fā)電行業(yè)煤炭消費(fèi)量除碳達(dá)峰情景外,另兩種情景(基準(zhǔn)情景、煤控情景)下的峰值年份與全省煤炭達(dá)峰時(shí)間保持一致,分別是2027、2025年;煤控、碳達(dá)峰情景下發(fā)電煤炭消費(fèi)量峰值較基準(zhǔn)情景下分別低800萬(wàn)、2 500萬(wàn)t左右?；ば袠I(yè)煤炭消費(fèi)量在基準(zhǔn)、煤控、碳達(dá)峰情景下的達(dá)峰時(shí)間分別是2027、2027、2025年,且煤控、碳達(dá)峰情景下化工煤炭消費(fèi)量峰值分別比基準(zhǔn)情景下低200萬(wàn)、250萬(wàn)t左右。水泥和鋼鐵行業(yè)煤炭消費(fèi)量自“十四五”以來(lái)保持下降趨勢(shì),煤炭消費(fèi)量及其占比逐年遞減,到2060年兩者煤炭消費(fèi)占比均低于1%。

圖3 不同情景下重點(diǎn)行業(yè)煤炭消費(fèi)量預(yù)測(cè)Fig.3 The coal consumption forecast of key industries under different scenarios

2.3 “碳雙控”目標(biāo)下浙江省減煤路徑討論

基于上述預(yù)測(cè)分析,浙江省減煤整體路線(xiàn)可分為“兩步走”。2030年前,浙江省減煤工作應(yīng)以“控”為主,著力推動(dòng)煤炭的高效清潔利用,重點(diǎn)通過(guò)壓減鋼鐵、水泥、化工等高碳行業(yè)的發(fā)展,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與煤炭消費(fèi)逐漸脫鉤;同時(shí),采用工藝提升、技術(shù)進(jìn)步等手段促進(jìn)用煤效率的提升,降低煤炭消費(fèi)量。2030年后,在“碳中和”愿景影響下,煤炭消費(fèi)將實(shí)現(xiàn)由“控”到“減”的轉(zhuǎn)變。一方面,需要加大力度推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化,壓減淘汰鋼鐵、水泥產(chǎn)能;另一方面,通過(guò)技術(shù)變革推進(jìn)核電、太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源替代傳統(tǒng)煤電,并通過(guò)水泥熟料、鋼鐵、化學(xué)制品等生產(chǎn)技術(shù)的改革創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)煤炭替代。具體實(shí)施減煤的可行路徑如下:

(1) 發(fā)電、供熱行業(yè)的減煤路徑:①結(jié)構(gòu)減煤,通過(guò)壓減火電產(chǎn)能及清潔能源發(fā)電替代火電等,加快推進(jìn)核電項(xiàng)目,大力發(fā)展風(fēng)、光可再生能源,到2030年,浙江省可再生電力裝機(jī)占比提高到45%左右,煤電的發(fā)電占比減少至32%左右;②技術(shù)減煤,采用高效的火電儲(chǔ)能技術(shù)、智能電網(wǎng)及安全穩(wěn)定的非化石能源發(fā)電技術(shù)等,2030年有序淘汰在運(yùn)次高溫次高壓熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組轉(zhuǎn)為天然氣熱電聯(lián)產(chǎn),研究探索其他新型供熱方式;③管理減煤,加大對(duì)核電、光伏、風(fēng)電等清潔能源的財(cái)稅支持力度,依托發(fā)電行業(yè)碳交易市場(chǎng)機(jī)制及智能化管理手段等實(shí)現(xiàn)管理減煤。綜上,2060年發(fā)電、供熱行業(yè)煤炭消費(fèi)量分別控制在1 000萬(wàn)t以?xún)?nèi)、200萬(wàn)t以?xún)?nèi)。

(2) 鋼鐵、水泥、化工等行業(yè)的減煤路徑:①結(jié)構(gòu)減煤,通過(guò)壓減、轉(zhuǎn)移產(chǎn)能及能源替代等,化工行業(yè)重點(diǎn)減少甲醇、合成氨等化工產(chǎn)品產(chǎn)能,預(yù)計(jì)到2025年,甲醇、合成氨產(chǎn)量較2020年下降約10%;煤制氫產(chǎn)能隨著舟山綠色石化的逐步投產(chǎn)增加,持續(xù)推進(jìn)天然氣制氫工藝替代,減少化工行業(yè)用煤;水泥行業(yè)嚴(yán)格執(zhí)行水泥熟料項(xiàng)目減量置換政策,逐步淘汰2 500 t/d及以下規(guī)模的水泥熟料生產(chǎn)線(xiàn),并嚴(yán)禁省外水泥熟料產(chǎn)能指標(biāo)轉(zhuǎn)移到浙江省;鋼鐵行業(yè)嚴(yán)格執(zhí)行產(chǎn)能置換政策,壓減低效產(chǎn)能,將粗鋼生產(chǎn)線(xiàn)轉(zhuǎn)移至省外或國(guó)外,省內(nèi)主要生產(chǎn)高附加值金屬制品。②技術(shù)減煤,通過(guò)應(yīng)用推廣技術(shù)工藝改造、節(jié)能、余能利用及煤炭高效利用等技術(shù),化工行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展天然氣制氫、天然氣制甲醇、焦?fàn)t煤氣制甲醇、天然氣制合成氨等技術(shù),水泥行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展垃圾等協(xié)同處置技術(shù)、余熱回收利用等。③管理減煤,通過(guò)節(jié)能審批、區(qū)域節(jié)能評(píng)估等行政舉措及各類(lèi)市場(chǎng)機(jī)制,并采用數(shù)字化手段加強(qiáng)用煤管理等舉措實(shí)現(xiàn)管理減煤。綜上,到2060年,水泥、鋼鐵、化工行業(yè)煤炭消費(fèi)量相較于2020年可分別下降98%、99%、83%。

3 政策建議

通過(guò)構(gòu)建與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相耦合的煤炭消費(fèi)預(yù)測(cè)模型,設(shè)置不同情景,對(duì)“碳雙控”目標(biāo)下浙江省及分行業(yè)的煤炭消費(fèi)量進(jìn)行預(yù)測(cè)研判,并得到浙江省重點(diǎn)行業(yè)的減煤路徑。研究結(jié)論對(duì)以浙江省為代表的用煤集中、減煤空間有限、碳達(dá)峰任務(wù)緊迫的省份有參考意義,故提出“能耗雙控”轉(zhuǎn)“碳雙控”背景下的政策建議:

(1) 調(diào)整煤炭消費(fèi)總量控制機(jī)制。“十四五”時(shí)期,浙江省能源安全保障形勢(shì)嚴(yán)峻,經(jīng)濟(jì)發(fā)展仍是重要目標(biāo),需要更關(guān)注經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源安全、碳排放等多目標(biāo)的綜合平衡。建議在繼續(xù)堅(jiān)持“以控為主”的前提下,調(diào)整煤炭消費(fèi)總量控制機(jī)制為“煤炭消費(fèi)總量彈性控制機(jī)制”,不設(shè)明確總量目標(biāo),但仍需對(duì)總量進(jìn)行有效控制。

(2) 將發(fā)電、供熱行業(yè)作為減煤重點(diǎn)。浙江省80%以上的煤炭用于發(fā)電、供熱,隨著電氣化進(jìn)程的深入,這部分煤炭消費(fèi)量占比還可能進(jìn)一步提高。對(duì)于全省統(tǒng)調(diào)電廠(chǎng),由于已全部完成超低排放改造,建議要將重心放在降低供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗上,進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)標(biāo)國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)一流水平;對(duì)于地方熱電廠(chǎng),要在繼續(xù)降低供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步合理控制用煤規(guī)模,最大程度發(fā)揮出集中供熱的效益。

(3) 削減工業(yè)行業(yè)原料用煤。浙江省原料用煤消費(fèi)主要集中在水泥、鋼鐵、化工等行業(yè),這幾個(gè)行業(yè)總體已達(dá)到發(fā)展的平臺(tái)期,同時(shí)又是典型的“高碳低效”行業(yè),繼續(xù)擴(kuò)大規(guī)模不利于浙江省“雙碳”工作推進(jìn)。建議以控制行業(yè)發(fā)展規(guī)模為主、以能源結(jié)構(gòu)非煤化調(diào)整為輔,推動(dòng)實(shí)現(xiàn)浙江省工業(yè)行業(yè)原料用煤的絕對(duì)量削減。