| 美國發電行業的減碳之路[] |
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發電行業是碳排放大戶，在全球能源相關領域的二氧化碳排放總量中占比近四成。發電行業實現減碳不僅關系到自身，還影響著其它行業，是實現全社會整體減碳的關鍵所在。
我國要實現自己的碳中和目標，發電行業的低碳轉型勢在必行。美國發電系統從體量上僅次于中國，并且已經實現一定程度的低碳轉型，其減碳之路對我國發電系統的轉型無疑是一個有益的參照。
本文試圖回答以下四個問題：一是美國發電行業迄今實現了多大幅度的減碳；二是美國發電行業是如何實現減碳的；三是美國能否進一步實現零碳電力目標；四是美國電力減碳之路對我們有什么啟示。
一、美國發電行業的減碳成績
2005年，美國能源信息署（EIA）在其年度能源展望報告中預測：美國的煤電和氣電將持續大幅增長，2020年發電行業的二氧化碳排放將達到30.1億噸。
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美國電力結構演變趨勢（2005年預測）
（單位：10億千瓦時；來源：EIA報告）
如今，十五年過去了，美國發電行業的現實情況是怎樣的呢？
2021年4月，EIA發布月度能源回顧（MonthlyEnergyReview）報告，分析美國去年的二氧化碳排放形勢。相關數據顯示，2020年美國發電行業的二氧化碳排放量為14.5億噸。
這就是說，美國發電行業2020年的實際碳排放比2005年給出的預測值低52%，比2005年的實際碳排放降低了40%。
當然，2020年的碳排放數據肯定受到了疫情影響，因為美國2020年的電力需求比2019年降低了4%。
2019年的數據更有說服力。這一年，美國發電行業的實際碳排放比預測值低46%，比2005年的實際排放降低了33%。
因此，以2005年的碳排放量為基數，美國發電行業的減碳幅度約為1/3。如果以當年的預測值為基數，美國發電行業的減碳幅度約為1/2。
二、美國發電行業的減碳途徑
總體來看，美國發電行業的減碳成績源自電力需求走平和電力結構變化兩個方面。
首先，美國2020年的電力需求總量比預測值低24%，幾乎與2005年持平。剔除疫情影響，2019年的電力需求比預測值低21%。
由于受到2008年金融危機等因素影響，美國2019年的GDP較預測值低13%。此外，產業結構變化、能效提高等因素也有利于控制全社會的電力總需求。
其次，可再生能源的發電量比預測值大幅增加79%。這主要得益于風電和光伏的迅猛增長。2020年，美國風電和光伏總發電量為4,700億千瓦時，是預測值的13.4倍，加上水電、地熱發電等，可再生能源總發電量達到8,340億千瓦時，是2005年實際值的2.3倍。
發電成本的超預期下降、聯邦政府的稅收政策、州政府的可再生能源標準和區域性電力傳輸基礎設施的完善等因素，共同推動了風電和光伏的加速增長。
再次，從煤到氣的能源結構轉變幅度超出預期。2005年，美國天然氣發電量為7,610億千瓦時，2020年增加至16,170億千瓦時，比預測值高出18%。
與此同時，煤電在加速退出。2005年，美國的煤炭發電量為20,130億千瓦時，2020年銳減至7,740億千瓦時，只有2005年的38%，僅為預測值的31%。煤電退出為美國發電行業的二氧化碳減排貢獻了十多億噸的空間。
盡管天然氣發電的大幅增長導致氣電板塊二氧化碳排放增加，但由于氣電的碳排放強度不足煤電的一半，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，貢獻了2005年以來美國發電行業二氧化碳減排總量的48%。
三、美國實現零碳電力的前景
過去十五年間，美國發電行業減碳33%，貢獻了其能源領域減碳總量的53%。相比之下，居住建筑領域、商業建筑領域、工業領域和交通領域的減碳力度更小，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年實現零碳電力的口號。在最近舉行的中美氣候變化天津會談中，美國方面重申了這一目標。
相關研究認為，美國如果要達到90%的清潔電力，2035年之前需要新增11億千瓦風電和光伏，同時增加1.5億千瓦的四小時儲能裝機。
這相當于在今后的十五年中，每年新增7,000萬千瓦風電和光伏，考慮到去年美國新增并網的風電和光伏裝機已經達到3,400萬千瓦，這種裝機速度并非遙不可及。
還有研究顯示，美國進入規劃的2025年前并網風電與光伏規模已經達到5.7億千瓦，規劃儲能裝機規模也達到2.0億千瓦。這些數據進一步強化了美國實現其2035年可再生能源裝機目標的可能性。
對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。在這方面，美國的技術儲備與項目規劃也遙遙領先。
根據全球碳捕集與封存研究院（GCCSI）的統計，2020年美國有14個運營中的CCS商業項目，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目——位于德州WAParish電廠的佩特拉諾瓦（PetraNova）項目。
與此同時，美國進入開發或建設階段的電廠CCS項目至少有10個，總捕集規模接近3,000萬噸/年。這些CCS項目多數計劃在2025年前后投運。
總體來看，新能源的加速裝機和電廠CCS項目的密集示范，極大增強了美國最終實現零碳電力目標的可能性。
四、相關啟示
預測未來可以幫助我們更好地明確努力的方向，但這種預測往往是不準確的，能源領域更是如此。
政策激勵和技術進步是實現發電行業減碳的兩個重要抓手。這一點已經被可再生能源的爆發式增長所證明，未來還將在更多領域被驗證。
控制電力需求總量是我國實現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、GDP總量為14.7萬億美元，美國用電總量為4.3萬億千瓦時、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，調整產業結構，任重而道遠。
大力增加風電、光伏與儲能裝機，是我國近期快速提高零碳電力比重的可靠選擇。2020年，我國并網風電和光伏發電總量為7,300億千瓦時，是美國的1.5倍，新增并網風電和光伏裝機1.2億千瓦，是美國的3.5倍。
有序退出部分低效煤電機組，是我國短期內實現發電行業大幅度減碳的幾乎唯一的方式。發展可再生能源只是不增加電力行業的碳排放，并不能直接達到減碳的目的。美國發電行業過去十五年的減碳空間，也全部來自煤電機組的退出。
大力發展和應用CCUS技術，是我國中長期內實現發電行業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，必將在可預見的未來電力系統中繼續保持一定份額。CCUS作為配套技術，不可或缺。 |
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