劉 偉，羅景輝，谷 巖

(1.河北省科學(xué)院能源研究所，河北 石家莊 050081；2.河北工程大學(xué)能源與環(huán)境工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038；3.河北省生態(tài)環(huán)境宣傳教育與污染源監(jiān)控中心,河北 石家莊 050000)

0 引言

河北省能源消費(fèi)總量大，且能源結(jié)構(gòu)仍然以煤炭為主，碳排放量在全國處于高位[1],呈現(xiàn)煤炭消費(fèi)比重、人均煤炭消費(fèi)量、萬元GDP能耗均高于全國水平的“三高”現(xiàn)象[2]。在當(dāng)前全國上下為碳達(dá)峰碳中和努力的背景下，河北省實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的目標(biāo)對全國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和具有重要意義[3]。

1 河北省能源消費(fèi)及碳排放的特點(diǎn)

河北省是能源消耗大省。2020年河北省能源消費(fèi)總量為3.27億t標(biāo)準(zhǔn)煤[4]。其中，煤炭消費(fèi)2.82億t，石油消費(fèi)1710萬t，天然氣消費(fèi)180億m3，全省用電量3934億kWh。近年來能源“雙控”有效實(shí)施，使得能源消費(fèi)總量保持低速增長，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)加快優(yōu)化，煤炭消費(fèi)總量、占比雙下降，煤炭消費(fèi)占比由“十三五”初期的86.6%降至2020年的73.3%；清潔能源利用快速增長，2020年天然氣消費(fèi)量達(dá)到180億m3、新能源發(fā)電量達(dá)到504億kWh。

2020年河北省碳排放量達(dá)到7.97億t，占全國總碳排放量的8.12%，居全國第二位。從行業(yè)看，河北省碳排放主要集中在傳統(tǒng)優(yōu)勢行業(yè)，鋼鐵、電力行業(yè)碳排放量分別占52.6%、34.7%，其他依次為建材5.27%、化工4.05%、石化1.27%；從排放強(qiáng)度看，河北省單位國內(nèi)生產(chǎn)總值碳排放量2.25t，是全國平均水平的2.15倍，居全國第5位；從排放地域看，排放不均衡，唐山、邯鄲、石家莊等經(jīng)濟(jì)較好的市的碳排放量約占全省碳排放量的65%[5]。

2 河北省實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和面臨的主要挑戰(zhàn)

當(dāng)前河北省經(jīng)濟(jì)發(fā)展處于關(guān)鍵時(shí)期，能源消費(fèi)總量尚未達(dá)到峰值，如何處理好經(jīng)濟(jì)增長、能源安全、社會發(fā)展與碳減排的關(guān)系，是河北省實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的最大挑戰(zhàn)。

2.1 GDP和城鎮(zhèn)化水平

GDP和城鎮(zhèn)水平提高促使能源消費(fèi)增加。未來十年是國家基本實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的關(guān)鍵階段，預(yù)計(jì)河北省未來十年年均GDP增長率不低于5%，年均城鎮(zhèn)化率提高不低于0.5%，能源供給存在剛性需求[6]。從單位GDP能耗來看，能源強(qiáng)度下降空間將持續(xù)收窄；從居民能耗來看，隨著新型城鎮(zhèn)化和鄉(xiāng)村振興的推進(jìn)，居民生活水平逐步提高，居民能源消費(fèi)仍有較大的提升空間。另外，鋼鐵行業(yè)的碳排放貢獻(xiàn)度達(dá)到44.21%，鋼鐵作為河北省的支柱產(chǎn)業(yè)之一，在短期內(nèi)碳排放量不會降低。

2.2 能源供給保障

能源供給保障難度不斷加大。隨著能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，如何保障全省能源體系在清潔和低碳的同時(shí)兼顧安全和高效，將面臨巨大挑戰(zhàn)。盡管冀北地區(qū)可再生能源發(fā)電豐富，可再生能源消納面臨“硬軟件”兩方面挑戰(zhàn)。在“硬件”方面，電網(wǎng)資源配置能力仍待加強(qiáng)。冀北地區(qū)外送通道在建容量與新能源大規(guī)模發(fā)展需求不匹配，造成有電送不出；冀南地區(qū)負(fù)荷峰谷特性、網(wǎng)內(nèi)機(jī)組調(diào)峰能力與新能源出力特點(diǎn)不匹配，可調(diào)負(fù)荷及儲能建設(shè)不足，新能源消納與硬缺電問題并存。在“軟件”方面，靈活調(diào)節(jié)機(jī)制有待完善。目前，河北省裝機(jī)容量超過5000萬kW的煤電依然是電源側(cè)主要的靈活性資源，然而尚未全面放開的發(fā)電計(jì)劃機(jī)制使得發(fā)電側(cè)靈活調(diào)節(jié)能力明顯不足，影響了可再生能源的消納市場。此外，目前盡管河北省與北京、天津之間已經(jīng)建成了較為可靠的500kV骨干電網(wǎng)，與周邊山西、河南、山東也建有多條輸電通道，但受限于跨省新能源交易機(jī)制，電網(wǎng)互濟(jì)能力未能充分發(fā)揮，影響了可再生能源的消納空間。

2.3 能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和新能源發(fā)展

能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和新能源發(fā)展面臨巨大資金缺口。一方面存量的高碳資產(chǎn)面臨淘汰風(fēng)險(xiǎn)，大量能源基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的服役期普遍都比較短，河北煤電廠平均服役期僅為15年左右，遠(yuǎn)低于一般30年左右的設(shè)計(jì)壽命，較大規(guī)模的高碳資產(chǎn)陷入提前淘汰風(fēng)險(xiǎn)。另一方面增量的低碳投資面臨巨大資金缺口，據(jù)中金公司預(yù)測，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和的資金需求約為138萬億元，按2020年河北省GDP在全國占比3.57%進(jìn)行分解，河北省年均資金需求將達(dá)到1240億元。河北省出臺支持燃煤機(jī)組超低排放改造、清潔供暖價(jià)格補(bǔ)貼，差別化電價(jià)等政策，但距離實(shí)現(xiàn)碳中和的年均資金需求相差甚遠(yuǎn)。

3 河北省實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的技術(shù)路徑

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)布局是重要保障和支撐，可從以下幾個(gè)方面入手，減少碳排放量。

3.1 提高傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展質(zhì)量

針對河北省鋼鐵、水泥、建材、制藥、建筑等高耗能行業(yè)，加大節(jié)能減碳技術(shù)的使用；通過多能互補(bǔ)的方式提高可再生能源的占比；開發(fā)先進(jìn)的數(shù)字控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化管理；將高耗能行業(yè)按照能源需求鏈區(qū)域集中發(fā)展，實(shí)現(xiàn)能源的產(chǎn)銷互供，提高能源的利用效率；鼓勵(lì)鋼鐵、焦化聯(lián)產(chǎn)，提升產(chǎn)品附加值，大力發(fā)展被動(dòng)式超低能耗建筑，通過被動(dòng)化技術(shù)，使建筑對機(jī)械系統(tǒng)提供的冷、熱、光的需求降到最小，再通過供能系統(tǒng)的最優(yōu)化技術(shù)，使其供能效率得到較大程度的提高。

3.2 燃煤機(jī)組高效清潔減碳技術(shù)

在未來一段時(shí)間內(nèi)，煤電仍將占主導(dǎo)地位。目前，河北省300MW以上等級主力燃煤機(jī)組平均供電煤耗約為310g/kWh，換算成碳排放強(qiáng)度約為860g/kWh，需要通過實(shí)施節(jié)能提效改造技術(shù)，降低能耗強(qiáng)度和CO2排放強(qiáng)度?？梢酝ㄟ^汽輪機(jī)乏汽余熱利用技術(shù)、“零碳能源”生物質(zhì)能量的生物質(zhì)耦合發(fā)電技術(shù)、亞臨界機(jī)組參數(shù)提升技術(shù)、抽汽能量梯級利用技術(shù)、低負(fù)荷保效技術(shù)等提高燃煤機(jī)組的效率，同時(shí)也可以通過燃煤煙氣中CO2捕集技術(shù)降低碳排放量。

3.3 加大可再生能源的發(fā)展力度

加大風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉吹拈_發(fā)，將其應(yīng)用在發(fā)電、供熱、供冷、燃料等領(lǐng)域，有效替代傳統(tǒng)化石能源，從而達(dá)到優(yōu)化調(diào)整一次能源結(jié)構(gòu)的目的；加快光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高光電轉(zhuǎn)化效率，推進(jìn)“光伏+”的場景應(yīng)用；在張家口、承德等地區(qū)大力發(fā)展風(fēng)能電解水制氫技術(shù)，加快氫燃料電池技術(shù)攻關(guān)，將氫能應(yīng)用在交通領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)交通領(lǐng)域的低碳排放。張家口、承德地區(qū)風(fēng)電資源豐富，但是當(dāng)?shù)氐碾娏ο{能力有限，需要將電力輸出，必須加快構(gòu)建智能化的電力調(diào)度交易和運(yùn)行機(jī)制，推動(dòng)柔性直流輸電，局域智能電網(wǎng)和微電網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用，解決可再生能源發(fā)電輸送困難的問題[7]。

3.4 大力推廣熱泵技術(shù)

從能源利用角度來看，熱泵是一種使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置，輸入1個(gè)單位的高位能(電能)驅(qū)動(dòng)熱泵循環(huán)，吸收空氣、土壤或水中的熱能后，能夠制取超過3-5個(gè)單位的熱能，因此具有節(jié)能高效的特點(diǎn)。在僅考慮建筑和工業(yè)的終端用熱的熱能占比前提下，我國近一半的終端用能都以熱能的形式消耗了。面對如此大的熱量需求，在有合適的低位熱源條件下，使用熱泵來提供熱能將大大減少整個(gè)國家化石燃料的消耗，從而助力碳中和。

3.5 大力發(fā)展CCUS技術(shù)

《中國二氧化碳碳捕集利用與封存年度報(bào)告》(2021版)明確指出CCUS技術(shù)作為我國實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)技術(shù)組合的重要組成部分，不僅是我國化石能源低碳利用的唯一技術(shù)選擇，保持電力系統(tǒng)靈活性的主要技術(shù)手段，而且是鋼鐵水泥等難減排行業(yè)的可行技術(shù)方案。CO2捕集包括燃燒前捕集、燃燒后捕集、富氧燃燒和化學(xué)鏈捕集等，開發(fā)了物理吸收法、化學(xué)吸收法、變壓吸附法、變溫吸附法、膜分離法、深冷法等一系列捕集方法[8]。近年來，直接空氣捕集技術(shù)迅速發(fā)展，可對數(shù)以百萬計(jì)的小型化石燃料燃燒裝置以及數(shù)以億計(jì)的交通工具等分布源排放的CO2進(jìn)行捕集處理。

4 河北省實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的對策建議

推動(dòng)構(gòu)建以清潔低碳能源為主體的能源體系是碳達(dá)峰背景下我省能源發(fā)展的目標(biāo)，健全能源綠色低碳安全保供體系是保障能源供應(yīng)的基礎(chǔ)，建立支撐能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的科技創(chuàng)新體系是實(shí)現(xiàn)能源低碳轉(zhuǎn)型的保障。河北省實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和需做到以下幾點(diǎn)：

(1)河北省的能源戰(zhàn)略和能源規(guī)劃必須堅(jiān)持“安全至上、先立后破、通盤謀劃”的基本原則。同時(shí)，也要清醒地認(rèn)識到碳達(dá)峰、碳中和對新經(jīng)濟(jì)增長、高質(zhì)量發(fā)展的引領(lǐng)作用。堅(jiān)持不“搶跑”，避免“一刀切”。把節(jié)能降碳擺在突出位置，大力優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)，逐步實(shí)現(xiàn)碳排放和經(jīng)濟(jì)增長脫鉤。

(2)在科學(xué)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，加快碳中和示范項(xiàng)目、示范園區(qū)和示范縣、示范市建設(shè)。逐步形成“由點(diǎn)到線，由線到面，集中連片”的雙碳區(qū)域?qū)崿F(xiàn)路徑。加快推進(jìn)生物質(zhì)發(fā)電等低碳和零碳技術(shù)的推廣應(yīng)用，逐步構(gòu)建能源電力化、電力零碳化的能源供應(yīng)體系。

(3)依托我省豐富的林業(yè)資源，同時(shí)結(jié)合新能源、新材料、新產(chǎn)品、林下經(jīng)濟(jì)、碳匯交易、生態(tài)修復(fù)和森林康養(yǎng)旅游等項(xiàng)目形成產(chǎn)業(yè)閉環(huán)，進(jìn)而形成具有區(qū)域優(yōu)勢的農(nóng)村可持續(xù)低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，促進(jìn)鄉(xiāng)村振興和農(nóng)民增收。

(4)持續(xù)加大科技投入。加大對風(fēng)電光伏、新型電力系統(tǒng)、高密度儲能、工業(yè)電加熱、工業(yè)用氫、氫燃料電池、熱泵、廢棄物綜合利用、超低能耗建筑、CCUS等關(guān)鍵技術(shù)和裝備的研發(fā)攻關(guān)力度。加強(qiáng)綠色低碳關(guān)鍵核心技術(shù)的梳理和跟蹤，強(qiáng)化碳達(dá)峰碳中和重大科技攻關(guān)支持。著力突破重點(diǎn)行業(yè)、區(qū)域碳達(dá)峰碳中和關(guān)鍵技術(shù)難題。加強(qiáng)與國家科技計(jì)劃銜接，推動(dòng)國家科技資源布局河北，促進(jìn)綠色低碳關(guān)鍵核心技術(shù)列入國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和科技重大專項(xiàng)。充分發(fā)揮科技引導(dǎo)投資基金作用。加大對綠色技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域項(xiàng)目投融資支持。

(5)加快建立我省碳交易平臺、碳核查標(biāo)準(zhǔn)體系、控排企業(yè)納入標(biāo)準(zhǔn)、碳匯交易機(jī)制、重點(diǎn)企事業(yè)單位碳排放監(jiān)測、報(bào)告和核查體系建設(shè)。為政府部門、能源企業(yè)、耗能用戶等提供能源碳監(jiān)測、能源碳評估及能源碳預(yù)測等功能。組織專業(yè)技術(shù)力量，結(jié)合河北省能源資源情況，研究開發(fā)濕地碳匯方法學(xué)、抽水蓄能方法學(xué)、低碳建筑方法學(xué)、工業(yè)CO2養(yǎng)殖微藻方法學(xué)，填補(bǔ)國家溫室氣體核證自愿減排(CCER)項(xiàng)目方法學(xué)空白。

(6)加快開展碳封存潛力和風(fēng)險(xiǎn)評估。根據(jù)渤海灣-華北盆地的地質(zhì)特點(diǎn)，掌握與能源行業(yè)匹配的適宜集群式碳封存信息。整合遙感、無人機(jī)、地質(zhì)調(diào)查與井下勘查監(jiān)測等技術(shù)鏈條，形成空天地井一體化綜合勘查技術(shù)方法，并進(jìn)行封存場地示范驗(yàn)證和風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測評估?；谌济弘姀S碳減排需求，開展深部咸水層CO2封存與開采示范。