脱碳行动相关市场和技术的发展(一)

2021-06-21

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  中国碳市场取得成功的关键

  陆克文、阿利斯泰尔?里奇环境网站“中外对话”发表的文章中表示,2021年初,中国的全国碳排放权交易体系(全国碳市场)取得了关键性突破。随着习近平主席在20209月宣布中国“3060目标”,即中国将力争在2030年前达到二氧化碳排放峰值,并在2060年前实现碳中和,人们期待已久的全国碳市场终于在2021年年初正式投入运行,标志着中国朝着其最新气候目标迈出了坚实的一步。碳市场势必成为中国减缓气候变化策略的核心支柱。与常规的环境法规不同,碳市场建设已经被中央经济工作会议、全国人大和全国政协列为重点任务。

  然而,碳市场若要充分发挥自身潜力并帮助中国快速高效地实现气候目标,就必须在其投入实质运营时给予其高级别的政治支持和开展更广泛的政策协调。

  碳市场第一阶段将率先覆盖电力行业,预计今年6月底前启动交易。生态环境部(MEE)近日发布的三项重要的政策为其打下了更坚实的基础。这些规则强化了碳排放交易的监测、报告与核查(MRV),为碳市场的实操提供了实施方案和履约时间表,并通过与司法部共同起草《碳排放权交易管理暂行条例》对碳市场未来的长期运行进行监管。

  其中,《碳排放权交易管理暂行条例》(草案修改稿)应该特别引起关注。该《暂行条例》草案拟对违反条例规定的企业予以严厉的惩罚,弥补了监管领域的一项重要空缺。此外,《暂行条例》草案还首次提出根据国家温室气体排放总量设置碳排放配额总量和分配方案,这对通过碳市场帮助中国实现气候目标来说至关重要。这一关键领域的工作需要生态环境部、国家发改委、工业和信息化部和国家能源局之间的有效协调。发改委负责研究制定2030年前碳达峰的具体行动方案,工信部正在制定重点行业碳达峰路线图,而国家能源局则负责制定能源转型政策。《暂行条例》草案明确要求生态环境部就碳市场的监督管理和指导与上述机构进行协调。

  这些法规最终出台的速度也非常重要。理想情况下,应该在碳市场正式推出之前完成法规制定,但是目前显然已经错过了这个时间点。此外,加快这一进程并推动相关机构之间的跨部门协调(尤其是与司法部的协调)还需要高层的政治推动。

  生态环境部不只要克服碳市场推动和实施过程中面临的协调挑战,还要在碳市场与其他政策之间进行统筹融合。习主席在去年宣布“3060目标”后,各政府部门(特别是国家发改委和国家能源局)纷纷开始调整能源和气候相关政策。上述机构颁布的一些政策将对碳市场的实施效果和效率产生重要影响。

  国家发改委的“用能权交易”政策就与碳市场存在直接竞争,两者的几乎所有主要要素都非常相似。目前,相关上级部门也正在努力缓解二者之间这种紧张的关系。国家发改委计划在2021年底发布全国用能权交易政策,因此生态环境部与国家发改委需要加紧沟通协调,避免造成政策冲突。

  可再生能源政策同样也与碳市场有着非常重要的联系。国家能源局通过可再生能源配额制(RPS)为各省、自治区、直辖市设立了可再生能源发展目标。这些目标将显著影响省级电力市场。因此,生态环境部和国家发改委有必要参与其中,以确保碳市场与可再生能源配额制之间能够相互协调。

  从更广泛的角度来看,碳市场与电力部门之间的互动也是一个重要议题,因为碳市场中的碳价格需要反映在电力价格和电厂运营模式调整之中。只有通过电价和电力行业改革,碳市场才能发挥潜力,推动电力部门告别煤炭、提高能效并筹集大量资金推进去碳化进程。实现这些目标需要生态环境部、国家发改委、国家能源局合作进行改革,并部分放开中国电力市场。

  中国显然在认真推动全国碳市场的建设,而它的成功必须付出很多努力。只有大幅提升不同监管部门之间的沟通协调才能确保碳市场发挥作用,帮助中国快速高效地实现气候目标。

  推动部门间的沟通协调、解决跨部门合作问题,必须获得来自高层的支持和背书。各级领导人发出的明确信号都可以对碳市场相关的政策和决策部门产生正面的影响。 推动不同政府部门之间的相互支持和合作需要有针对性的渠道和统一的方法。而把碳市场树立成一个长期的商业发展机遇,并与工商界密切合作,听取行业意见并将其反映在碳市场规则制定之中,也有助于获得不同政府部门对它的支持。总而言之,只有通过强有力的政治领导和全面的政策协调,才能构建一个能够肩负起达成中国气候目标重任的全国碳市场。

  中国西北地区可考虑发展碳存储新产业

  路透报道指出,绿色低碳已成为中国经济发展重点推进方向,然而对于传统能源占比较高的西北地区而言,低碳转型无疑将对其经济发展带来较大冲击,在此过程中如何平衡其作为全国能源基地的战略地位,并推动优化地区产业结构面临一定挑战。

  业内专家指出,低碳转型的背景下要实现西北地区的可持续发展,可以考虑把碳储存作为新产业发展,关键在于如何发挥好碳市场的作用;在此过程中,配套的政策和信号引导亦不可或缺。清华大学五道口金融学院院长张晓慧最近在“曲江论坛”上指出,“低碳转型无疑会对西北地区经济发展带来相当大的冲击,如何去直面这个挑战,实现绿色循环低碳协调发展,显然是需要付出长期艰苦努力的过程。”

  她进一步解释称,中国经济发展和能源分布非常不均衡,资源和地区经济的发达程度基本呈逆向分布,包括陕西、甘肃、青海、新疆和宁夏在内的西北省份,富含煤炭、石油、天然气等矿产能源,其中煤炭储量占全国30%以上,主要集中在新疆、宁夏和陕西,石油储量在全国20%以上,原油主要集中在陕西,天然气储量占全国50%以上,陕北居于前列。

  然而,尽管拥有丰富的能源资源,西北却未将这种能源资源优势转化成经济优势,不少省区传统能源产业占比较高,经济发展新动能尚欠缺,地方GDP和财政状况相对较差,抵御外部风险冲击能力不足。

  张晓慧指出,在低碳转型背景下,需要前瞻性地处理好维持西北这一全国能源基地的战略地位和优化产业结构这一问题,“否则不仅会影响区域协调发展与国家能源安全,还有可能会成为掣肘低碳转型的因素。”

  金融专业人士朱云来在上述论坛中亦谈到,当前中国的化石燃料占能源结构的80%,而要达到碳中和目标,“这个数要倒过来”,即新能源要占80%,化石燃料只能占20%。“还需要考虑的一点,特别是像陕西这种大的产煤省,因为更新的环境政策要求,需要有很多的产业调整,有一些冲击也需要调整。”

  张晓慧认为,西北地区可以考虑把碳储存作为一个新的产业来发展。

  所谓的碳储存产业核心是二氧化碳的捕捉和储存,就是将二氧化碳从与能源相关的来源中分离出来,运输到储藏地点,并长期与空气分离储存的过程,通过将二氧化碳储藏在天然的地下含水层中,如油气田等中,利用天然的条件来防止二氧化碳泄露到大气中。“新疆就有许多中小油气田或者是煤矿,开采完其实就废弃了,完全可以用它来作为碳储存的地点。”她谈到,把碳储存作为产业来发展是需要前置条件,即建立国内碳配额和交易市场,充分利用国际碳交易市场,其关键在于如何发挥好碳市场的作用。

  张晓慧建议,一方面,可以考虑将碳配额的拍卖收入用于支持低碳转型,这相对于财政支持碳配额交易更加可持续,但不足之初在于现阶段难以获得足够的拍卖收益,需要财政给予适当倾斜和补贴。另一方面,新型能源和碳储存行业的发展,归根结底还是要依靠碳市场价格信号的激励引导,可以试点新能源碳捕捉和储存。“其中关键还是碳交易市场,因为碳交易的价格本质上就是低碳技术的市场价值,”碳价格的上涨会促使私人投资增加,从而促进研发和市场化,包括煤的清洁燃烧技术,零碳工业流程再造技术等。

  西北地区的能源产业在国家层面上极具战略意义,在低碳转型框架下需要考虑以适当方式补贴,确保国家能源安全。

  张晓慧指出,从西气东输和西电东送两个项目来看,均有助于西北地区将能源优势转化为经济优势。但问题在于,低碳转型会使得化石能源的价格抬升,即成本会增加,传统能源产业的盈利性有可能会降低。“考虑到西北地区的地理位置、涉及的国家基本安全问题,因此很难以完全市场化的考量来看待其能源产业的优胜劣汰,可能需要给予政策上的补贴,”“但是由于当前地方财政普遍面临一些困难,中央财政也有不少紧迫的问题需要解决,如何拿这个钱就变得非常关键。”

  同时,要想发展新型能源,可能还需要配套发展煤电就地转化项目:发展清洁能源意味着要对风能和太阳能做进一步充分利用,风力发电并不稳定,对电网改造需求也比较大,而在西北地区建设太阳能并大规模应用还需要更多技术上的突破。但张晓慧强调,值得注意的是,从目前得到的消息来看,G3国家已达成共识要在2030年使电力部门脱碳,并在今年年底停止对煤炭项目的国际融资,同时逐步取消对所有化石燃料的支持以实现全球气侯变化目标。“这对处在不同阶段、能源结构和生产能力都不同的发展中国家来说,如何应对这类融资突变,化解较大融资发展压力,都将是一个绕不开的难题。未来西北地区的煤电就地转化项目能否可持续发展同样面临融资的难题。”

  掌握绿色世界的新能源

  日经新闻报道指出,电气化时代即将到来这是因为要实现零碳排放,有必要尽可能避免燃烧化石燃料,以不排放温室气体的电力来维持社会运转。控制光伏和风电、掌控蓄电池的国家将能掌握新能源的主导权。

  在荷兰鹿特丹港,格外引人注目的巨大风车缓慢旋转。那是美国通用电气制造的世界最大风力发电涡轮机的验证机。发电机的高度达到260米,叶片长107米,旋转1周产生的电力可供1个家庭使用约2天。在英国近海正在建设的Dogger Bank风电站将首先建造190台这种涡轮机。完工时的发电输出功率为360万千瓦,相当于3个大型核电机组,可满足英国电力需求的5%

  30年前,在丹麦海域建造的世界首个海上风电机组的输出功率仅为5千瓦。随着叶片的巨大化,1个机组的输出功率增至约30倍。建造1个机组的天数也从28天缩短为半天,统一底座和电线的规格,发电费用下降。

  国际可再生能源机构(IRENA)的估算显示,全球电力需求到2050年将增至48兆千瓦时,达到2017年的2.2倍。由于去碳化趋势,替代石油和煤炭,汽车和工厂借助电力运转,而且还需要不排放二氧化碳的电力。可再生能源发电量将增至7.5倍,占整体的比率从25%提高至86%。基于可再生能源的“大电气化时代”已经拉开序幕。

  日本政府把海上风电定位为扩大可再生能源的王牌。计划到2040年使总输出功率增至4500万千瓦。不过目前由利本庄市的海上风电项目的输出功率为73万千瓦,仅为英国Dogger Bank1/5。从可再生能源占2020年发电量的比率来看,英国为42%,德国为45%,日本仅为2成,被远远甩在身后。

  调查公司彭博新能源财经(BloombergNEF)按国家和地区调查了新建发电站时哪种电源成本最低。从产生1000千瓦时电力(可供1个家庭使用4个月)时最为廉价的电源来看,日本为煤炭火力发电(74美元),中国为光伏发电(33美元),美国为风力发电(36美元),英国为风力发电(42美元)。日本通过光伏发电提供1000千瓦时电力需要124美元,采用风力发电为113美元,成本均较高。

  把可再生能源属于最廉价电源的国家和地区的GDP加起来,接近世界的3/4。如果根据最廉价发电方式用不同颜色涂抹世界地图,可再生能源为绿色,天然气为灰色,煤炭为黑色,将呈现出“世界是绿色,日本是黑色”的状况。

  截至数年前,煤炭和天然气火力发电占据成本优势。随着技术创新和规模扩大,在最近10年里,光伏发电成本降低8成,陆上风力发电成本下降4成。撤出煤炭火力发电业务的德国大型电力企业莱茵集团(RWE)的首席财务官表示,“如果不转变为可再生能源的主要参与者就没有将来”。

  在日本,即使利用清洁的风力和光伏发电,也难以接入电力企业的供电网。供电网的运营并未从电力企业独立出来,电力企业优先把自主火力发电站与核电站接入供电网。可再生能源电力要接入供电网,技术层面的调查一般要在3个月以内完成,但规定经常不被遵守。甚至出现调查耗时长达1年的案例。平地广阔、强风吹拂的北海道适合发展可再生能源,但电力企业要求可再生能源电力接入供电网时需要使用蓄电池。以稳定频率的名义,出现了在蓄电池方面花费数十亿日元的案例。日本市民风力发电企业的社长铃木亨表示,“这样下去,业务自身将维持维系”。

  英国也出现风力发电激增、供电网容量不足的情况。自2011年起,发电量过多时会减少风力发电等的输出功率,使得可再生能源也容易接入供电网。接入供电网所需的时间缩短为1/5,英格兰的可再生能源装机容量从2011年的约600万千瓦增加至2017年的约2500万千瓦。

  日本2021年将把效仿英国的制度推广到全国。如果供电网处于满负荷,则减少可再生能源的输出功率,这一点和英国相同。但如果出现上述状况,在英国供电企业会向可再生能源发电企业支付补偿金,日本不需支付。日本一家大型电力企业的高管透露,“能毫不犹豫地停止(可再生能源接入供电网)。这是有利于大型电力企业的制度”。

  日本面临脱碳化产业革新

  据日经新闻报道,日本政府把截至2030年度的温室气体减排目标提高了7成以上。新目标是比2013年度减排46%,要实现目标面临着崎岖道路。日本的产业界需要从根本上调整应对措施。能否通过技术创新等加强竞争力将受到考验。

  最大的课题是发电站的低碳化。在2019年度整个日本的二氧化碳排放量中,以发电站为澳门葡京真人的能源部门占到约4成。发电量的7成以上是火力发电,风力和光伏等可再生能源为18%,核能仅为6%不少欧洲国家的可再生能源与核能的合计发电量超过整体的5成。

  日本政府也在目前的能源基本计划中,提出了到2030年把可再生能源和核能的构成比提高至42%-46%的目标。不过,日本自然能源财团的估算显示,即使达成上述目标,源自能源的二氧化碳排放也仅比2013年度减少22%。据悉如果日本把可再生能源的构成比提高至45%、煤炭火力发电减为零,才有可能减少47%二氧化碳排放。

  从现实来看,目前的目标都难以达成。日本的核电站重启工作持续停滞。如果把氢和氨(燃烧时不排放二氧化碳)用于火力发电,可以使用原有设备。这种做法受到期待,但短期内也难以指望作出巨大贡献。

  如果发电站的排放量减少,纯电动汽车的普及也将发挥效果。纯电动汽车在行驶时不排放二氧化碳,但发电会大量排放二氧化碳。日本2020年纯电动汽车销量仅为1.4万辆,还不到新车销量整体的1%。日本政府提出计划称,通过发放补贴等,在2035年之前把新车销售全部变为纯电动汽车和混合动力车等电动车型。不过,日本国内的汽车保有量达到约7800万辆,全年新车销量约为500万辆。即使一半新车改为零排放汽车,丰田章男的说法“要全部替换,也需要30年”。

  丰田把扩大普混合动力车定位为“现实方案”,正在推进新技术研发。其中之一是通过合成二氧化碳和氢来制取的新燃料“e-fuel”。由于以二氧化碳作为原料,如果混入汽油使用,汽油车也可以实现媲美混动车的环保性能。实用化的时期和成本成为关键。

  在日本的制造业中,排放二氧化碳最多的钢铁业也将面对新的减排目标。

  日本制铁计划改善生产过程等,把2030年的排放量比2013年度减少30%JFE控股也提出把钢铁业务的排放量在同一期间减少20%以上。但二者均需要采取进一步应对措施。

  利用氢气代替焦炭(会排放大量二氧化碳)炼铁的新制造方法是应对举措之一。不过,实用化需要较长时间,目前的作用有限。神户制钢所的高管担忧地表示“(随着减排目标的提高)感觉面前是个难以实现的数字”。

  此外,还存在成本方面的课题。日本制铁透露,要实现用氢炼铁等新的制造方法,需要“4万亿-5万亿日元”。要把费用降至与焦炭相同水平,氢气价格需降至每N立方米(标准立方米)8日元。日本政府在将来的目标中提出的氢气成本为20日元,需要进一步降低成本。日本钢铁联盟的会长桥本英二(日本制铁社长)强调称“在技术开发和设备投资方面,政府的支援不可或缺”。

  日本政府计划设立2万亿日元基金支援脱碳化研发。还在讨论通过碳税等推动减排。瑞穗Research & Technologies的柴田昌彦指出“需要以碳税等为财源,采取措施普及新技术”。

  脱碳化是如今全球产业界必须面对的主题。也存在日本企业具有优势的领域。日本企业在车载电池材料方面具有较高份额,在人工光合作用等未来技术方面也走在世界前列。如果推动进一步的创新,将带来新的增长机会。

  62日,日本政府公布的“增长战略草案”中,提出了到2030年建设1000座加氢站的新目标。规模将增至现在的6倍,到2030年代中期,促使新销售的乘用车全部转换为电动汽车。草案还提出,为了吸引尖端半导体的工厂,将采取“规模匹敌他国”的支援措施。

  新增长战略将2050年实现温室气体净零排放的绿色战略和供应链强化等定位为今后日本经济的增长支柱,顾及到了“经济安全保障”。

  为了普及纯电动汽车、混合动力车和燃料电池车等电动汽车,草案提出“最迟在2030年之前实现媲美汽油车的经济效益和便利性”。日本的加氢站现在仅为约160座,与此前提出的“到2025年度达到320座”的目标相比大幅增加。还将增加纯电动汽车的快速充电桩,提高电动汽车的便利性。在经济效益赶上汽油车之前,政府将通过购车补贴等推动电动汽车普及。

  这些措施都是为了顺应“脱碳化”的趋势,推动产业结构转型,将支援发动机零部件厂商生产电动零部件、加油站转型为纯电动汽车服务站。草案强调,辐射范围巨大的汽车领域为实现供应链整体的脱碳化化,“将采取一揽子援助措施”。

  日本实现零排放目标的优势技术

  日本将2050年把温室气体实际净排放降为零的目标明确列入条款的《地球温暖化对策推进法》526日成立。估算数据显示,要实现脱碳化,仅日美欧和中国4个国家和地区就需要在2021-2050年投资8500万亿日元。

  日本此次成立的改正法争取20224月实行。日本提出了2050年使温室气体排放量和森林等的吸收量达到均衡的“零净排放”目标,改正法以该目标为基本理念,明确写入条文。即便政府更迭,将来也会维持这一政策,敦促企业进行中长期投资。

  围绕把温室气体净排放降为零的目标,美欧宣布要在2050年实现,中国也表示要在2060年达成,通过官民合作加紧开发旨在实现脱碳化的新技术。日本所面临的课题是,能否在氢实用化和新一代蓄电池等领先领域继续保持优势,通过落后于人的碳地下储存技术等扭转局面。

  脱碳化必不可少的技术之一是纯电动汽车(EV)等所需要的蓄电池。车载锂离子电池领域的双雄是中国宁德时代新能源科技(CATL)和韩国的LG化学,日本企业的存在感也变得不高。

  日本在这一领域可能挽回局面的是能使充电一次的可行驶距离延长的全固态电池。丰田和松下等企业在专利申请方面处于领先地位。丰田打算为2020年代上半期推出的车型配备这种电池。

  可再生能源设备也是脱碳化的关键所在。2000年代,夏普和三洋电机的太阳能电池板席卷了全世界,但如今全球近8成供货量来自中国。日本企业在价格方面输给了竞争对手。

  东芝和理光等日本企业研究的薄膜型轻量钙钛矿型(Perovskite)太阳能电池板为日本企业夺回主导权带来希望。

  需要消耗大量能源的炼铁企业等对实现脱碳化寄予厚望的是氢气。日本3大钢铁企业将共同研究使用氢来炼铁的技术。在日本制铁公司的东日本制铁所设置试验炉,目标是到2030年实现实用化。通过用氢代替来源于煤的焦炭,再加上二氧化碳分离回收,使二氧化碳排放量减少3成。

  由日本经济新闻社出资、分析专利申请动向等的Astamuse公司介绍称,从2001年以后在本国以外申请氢相关专利的件数来看,日本一直保持世界第一。在海外企业也加快开发速度的背景下,日本如何通过政府与企业合作将氢作为一项产业来发展将成为备受关注的焦点。

  对于高度依赖石油等化石能源的日本来说,有望成为“王牌”的是回收废气等中的二氧化碳并将其埋入地下的CCS技术。美国在该技术的实用化领域处于领先地位。日本企业方面,J-POWER和东芝正在开发对火力发电站等产生的二氧化碳进行回收和储存的技术。

               (未完待续)

 

(整理、编译:王砚峰、张佶烨;责任编辑:王砚峰)