中国电力行业能源转型系列 | 实现碳中和目标的电力结构

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摘要

中国碳排放基数庞大，排放量每年超过100亿吨，位列全球第一。BCG预估，截至2050年，如果按基准情景的话，中国温室气体排放相较现状将下降10%—20%，距离达成《巴黎协定》的升温控制以及中国承诺的碳中和目标仍相距甚远——中国应力争在2050年前实现75%—85%的温室气体减排。

在推进碳中和目标的过程中，电力行业是应对气候变化的重要抓手，实现高质量发展的重要引擎。基于深入调研，BCG近期发布了《锚定碳中和，电力行业减排扬帆》白皮书，对电力行业碳中和路径层层拆解，化为具体可行的实践操作方案。本文在白皮书的基础上，对中国电力行业的发展现状做出了深度剖析，并对电力能源结构进行了情景展望。

识别电力能源转型的主要抓手

在过去十年间，可再生能源在电力行业中的应用对碳排放量产生的影响越来越大，年均降幅可达10%。尽管遭受疫情冲击，可再生能源在2020年仍然加速发展。相较于2019年，可再生能源在降低电力行业碳排放方面的贡献增加了50%。

解决碳排放的关键是要减少能源碳排放，在实践中，电力行业需要在发电侧对能源结构进行改革，推广不依赖化石燃料的关键技术，加大对水能、核能、风能、太阳能、生物质能等清洁能源的投资和开发。通过分析可以发现，对中国来说，核电、风电和光伏发电是实现转型的重要抓手。

■ 核能发电：2020年的装机容量为100GW，占比2%。核电是一种已被证实的清洁发电技术，是实现净零排放目标的重要推动力。截至2019年12月，国内拥有47台商运核电机组。核电站建设时间长，投资需求大，装机占比还较小；不过，随着技术成熟和战略重视程度提高，预计核电占比不断增长。

■ 风电：2020年的装机容量为280GW，份额为13%。我国很早就开始了风力发电的研究、试验和推广工作。目前，陆上风力发电逐渐获得广泛应用，主要覆盖东北、华北和西北地区；保证风电的大幅持续发展需要降低离岸风电成本。

■ 光伏太阳能发电：2020年的装机容量为253GW，占比12%。随着我国光伏发电技术进步，太阳能发电系统转化率越来越高，成本也将越来越低。太阳能发电装机容量快速增长，是实现净零排放目标的重要抓手。目前，集中式光伏发电广泛应用于三北地区，分布式光伏发电应用也在逐步增加。

两种电力能源结构的情景展望

基于发展潜力和实现碳中和目标的要求，BCG设计了两种情景——清洁核能和绿色可再生能源情景，对中国未来电力能源结构进行展望（参阅图1和图2）。

清洁核能和绿色可再生能源两种情景共同假设下的表现：

■ 煤电：将逐步退出，在发电系统中的角色从主要发电来源转变为维持电力系统稳定性的灵活调节电源，到2050年，所有机组都将配备碳捕捉利用和封存装置。

■ 天然气发电：作为煤电退出的过渡方式，在2030年之前会加快发展，但由于资源限制且自身也产生碳排放，2030年后会维持在较稳定的水平，且到2050年所有机组都将配备碳捕捉利用和封存装置。

■ 水力发电：未来将有限开发，预计2050年前可开发资源将开发完毕，开发程度达到所有水力资源的80%。限制因素是待开发资源量有限（已开发的水资源已经占到总资源的50%以上），开发难度将越来越大（生态环境脆弱、地理位置危险等原因）。

■ 生物质发电：受限于生物质资源（垃圾、秸秆）等资源分散，收集、运输、储存成本较高，未来在发电量中会保持较小占比，且到2050年所有机组都将配备碳捕捉利用和封存装置。

清洁核能情景假设： 

■ 核能：积极发展核电，一方面在核电站技术方面有所突破，安全性更高，核废物生产量更小；另一方面普及核电知识和安全防护措施，明确对核电突发事件应对方法，提升大众对核电的接受度。但核电站发展节奏受到一定限制，一方面电站工程周期较长，一般五年以上，另一方面保证安全性仍是核电发展的前提（大幅增加核电站会提升燃料处理和核电废物处理的难度），2030年能建成并投入使用的核电站基本都在规划当中，2030年前或只有约6%的涨幅，增长有限，预计2030年后可能加快增长，年增长率可达8%以上。

■ 可再生能源：技术成熟、经济性较强的集中式光伏发电和陆上风电有显著发展，但发展空间受地区限制，比如中东部地区土地资源少，光照和风能资源条件一般，能新建的集中式光伏和陆上风电有限；分布式光伏、离岸风电等仍未达到平价，政策支持力度较小，发展动力较弱。

绿色可再生能源情景假设：

■ 核能：以5%以内的年增长率保守发展，作为基础负荷。

■ 可再生能源：重点发展，在分布式光伏、离岸风电等未达到平价的领域，通过政策支持、技术突破等使成本大幅降低，同时储能和特高压输电技术得到广泛应用，支持可再生能源发展；但由于风/光发电存在波动性，需要按风/光装机容量的20%左右配置火力发电（煤和天然气），供电网调峰使用。

实现碳中和目标的最后一公里

在两种假设情境里，少量难以淘汰的化石燃料装机仍然会带来部分碳排放（参阅图3），为实现碳中和目标的最后一公里,需要用其它方式去实现碳中和。在上述两种情景下，可通过研发和推广碳捕集技术、发展储能技术、植树造林等手段实现剩余九亿吨二氧化碳减排。

■ 研发推广碳捕集技术：积极研发和推广化石燃料碳捕集利用与封存、生物质碳捕集与封存、直接空气捕集等技术。通过技术革新，使碳捕集装置能有效地分离和收集二氧化碳，由化石燃料发电排放的二氧化碳能够更完全地被捕捉和利用。

■ 发展储能技术：进一步发展储能技术，氢能等中长期储能技术发展可代替火电作为电力系统调节来源和基础负荷，维持电力输出的稳定性，进一步减少发电结构中化石能源的占比。

■ 加大植树造林力度：植物生长过程能直接吸收二氧化碳，可以加大力度实施植树造林，发挥森林资源重要作用，抵消碳排放。

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关于中国区专家

周涵博士是波士顿咨询公司（BCG）董事总经理，全球合伙人，BCG能源专项中国区联席负责人，BCG化工业务领域中国区负责人。

Thomas Palme是波士顿咨询公司（BCG）董事总经理、全球合伙人，BCG气候与绿色转型业务领域中国区负责人。

苏日娜是波士顿咨询公司（BCG）董事总经理，全球合伙人，BCG能源专项中国区联席负责人。

陈白平是波士顿咨询公司（BCG）董事总经理、全球合伙人，BCG社会影响力专项中国区负责人。

范乐思（Lars Fæste）是波士顿咨询公司（BCG）董事总经理、全球资深合伙人，

BCG中国区执行合伙人，BCG TURN兼转型专项亚太区负责人。

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