基于碳达峰碳中和目标的河北省能源发展战略研究

刘 伟，罗景辉，谷 岩

(1.河北省科学院能源研究所，河北 石家庄 050081；2.河北工程大学能源与环境工程学院，河北 邯郸 056038；3.河北省生态环境宣传教育与污染源监控中心,河北 石家庄 050000)

0 引言

河北省能源消费总量大，且能源结构仍然以煤炭为主，碳排放量在全国处于高位[1],呈现煤炭消费比重、人均煤炭消费量、万元GDP能耗均高于全国水平的“三高”现象[2]。在当前全国上下为碳达峰碳中和努力的背景下，河北省实现碳达峰碳中和的目标对全国实现碳达峰碳中和具有重要意义[3]。

1 河北省能源消费及碳排放的特点

河北省是能源消耗大省。2020年河北省能源消费总量为3.27亿t标准煤[4]。其中，煤炭消费2.82亿t，石油消费1710万t，天然气消费180亿m3，全省用电量3934亿kWh。近年来能源“双控”有效实施，使得能源消费总量保持低速增长，能源消费结构加快优化，煤炭消费总量、占比双下降，煤炭消费占比由“十三五”初期的86.6%降至2020年的73.3%；清洁能源利用快速增长，2020年天然气消费量达到180亿m3、新能源发电量达到504亿kWh。

2020年河北省碳排放量达到7.97亿t，占全国总碳排放量的8.12%，居全国第二位。从行业看，河北省碳排放主要集中在传统优势行业，钢铁、电力行业碳排放量分别占52.6%、34.7%，其他依次为建材5.27%、化工4.05%、石化1.27%；从排放强度看，河北省单位国内生产总值碳排放量2.25t，是全国平均水平的2.15倍，居全国第5位；从排放地域看，排放不均衡，唐山、邯郸、石家庄等经济较好的市的碳排放量约占全省碳排放量的65%[5]。

2 河北省实现碳达峰碳中和面临的主要挑战

当前河北省经济发展处于关键时期，能源消费总量尚未达到峰值，如何处理好经济增长、能源安全、社会发展与碳减排的关系，是河北省实现碳达峰碳中和目标的最大挑战。

2.1 GDP和城镇化水平

GDP和城镇水平提高促使能源消费增加。未来十年是国家基本实现现代化的关键阶段，预计河北省未来十年年均GDP增长率不低于5%，年均城镇化率提高不低于0.5%，能源供给存在刚性需求[6]。从单位GDP能耗来看，能源强度下降空间将持续收窄；从居民能耗来看，随着新型城镇化和乡村振兴的推进，居民生活水平逐步提高，居民能源消费仍有较大的提升空间。另外，钢铁行业的碳排放贡献度达到44.21%，钢铁作为河北省的支柱产业之一，在短期内碳排放量不会降低。

2.2 能源供给保障

能源供给保障难度不断加大。随着能源结构的调整，如何保障全省能源体系在清洁和低碳的同时兼顾安全和高效，将面临巨大挑战。尽管冀北地区可再生能源发电丰富，可再生能源消纳面临“硬软件”两方面挑战。在“硬件”方面，电网资源配置能力仍待加强。冀北地区外送通道在建容量与新能源大规模发展需求不匹配，造成有电送不出；冀南地区负荷峰谷特性、网内机组调峰能力与新能源出力特点不匹配，可调负荷及储能建设不足，新能源消纳与硬缺电问题并存。在“软件”方面，灵活调节机制有待完善。目前，河北省装机容量超过5000万kW的煤电依然是电源侧主要的灵活性资源，然而尚未全面放开的发电计划机制使得发电侧灵活调节能力明显不足，影响了可再生能源的消纳市场。此外，目前尽管河北省与北京、天津之间已经建成了较为可靠的500kV骨干电网，与周边山西、河南、山东也建有多条输电通道，但受限于跨省新能源交易机制，电网互济能力未能充分发挥，影响了可再生能源的消纳空间。

2.3 能源结构调整和新能源发展

能源结构调整和新能源发展面临巨大资金缺口。一方面存量的高碳资产面临淘汰风险，大量能源基础设施和工业生产设备的服役期普遍都比较短，河北煤电厂平均服役期仅为15年左右，远低于一般30年左右的设计寿命，较大规模的高碳资产陷入提前淘汰风险。另一方面增量的低碳投资面临巨大资金缺口，据中金公司预测，2060年实现碳中和的资金需求约为138万亿元，按2020年河北省GDP在全国占比3.57%进行分解，河北省年均资金需求将达到1240亿元。河北省出台支持燃煤机组超低排放改造、清洁供暖价格补贴，差别化电价等政策，但距离实现碳中和的年均资金需求相差甚远。

3 河北省实现碳达峰碳中和的技术路径

实现碳达峰、碳中和目标，技术创新和产业布局是重要保障和支撑，可从以下几个方面入手，减少碳排放量。

3.1 提高传统产业的发展质量

针对河北省钢铁、水泥、建材、制药、建筑等高耗能行业，加大节能减碳技术的使用；通过多能互补的方式提高可再生能源的占比；开发先进的数字控制技术实现智能化管理；将高耗能行业按照能源需求链区域集中发展，实现能源的产销互供，提高能源的利用效率；鼓励钢铁、焦化联产，提升产品附加值，大力发展被动式超低能耗建筑，通过被动化技术，使建筑对机械系统提供的冷、热、光的需求降到最小，再通过供能系统的最优化技术，使其供能效率得到较大程度的提高。

3.2 燃煤机组高效清洁减碳技术

在未来一段时间内，煤电仍将占主导地位。目前，河北省300MW以上等级主力燃煤机组平均供电煤耗约为310g/kWh，换算成碳排放强度约为860g/kWh，需要通过实施节能提效改造技术，降低能耗强度和CO2排放强度。可以通过汽轮机乏汽余热利用技术、“零碳能源”生物质能量的生物质耦合发电技术、亚临界机组参数提升技术、抽汽能量梯级利用技术、低负荷保效技术等提高燃煤机组的效率，同时也可以通过燃煤烟气中CO2捕集技术降低碳排放量。

3.3 加大可再生能源的发展力度

加大风能、太阳能、生物质能、地热能等可再生能源的开发，将其应用在发电、供热、供冷、燃料等领域，有效替代传统化石能源，从而达到优化调整一次能源结构的目的；加快光伏产业发展，提高光电转化效率，推进“光伏+”的场景应用；在张家口、承德等地区大力发展风能电解水制氢技术，加快氢燃料电池技术攻关，将氢能应用在交通领域，实现交通领域的低碳排放。张家口、承德地区风电资源丰富，但是当地的电力消纳能力有限，需要将电力输出，必须加快构建智能化的电力调度交易和运行机制，推动柔性直流输电，局域智能电网和微电网等技术的应用，解决可再生能源发电输送困难的问题[7]。

3.4 大力推广热泵技术

从能源利用角度来看，热泵是一种使热量从低位热源流向高位热源的节能装置，输入1个单位的高位能(电能)驱动热泵循环，吸收空气、土壤或水中的热能后，能够制取超过3-5个单位的热能，因此具有节能高效的特点。在仅考虑建筑和工业的终端用热的热能占比前提下，我国近一半的终端用能都以热能的形式消耗了。面对如此大的热量需求，在有合适的低位热源条件下，使用热泵来提供热能将大大减少整个国家化石燃料的消耗，从而助力碳中和。

3.5 大力发展CCUS技术

《中国二氧化碳碳捕集利用与封存年度报告》(2021版)明确指出CCUS技术作为我国实现碳中和目标技术组合的重要组成部分，不仅是我国化石能源低碳利用的唯一技术选择，保持电力系统灵活性的主要技术手段，而且是钢铁水泥等难减排行业的可行技术方案。CO2捕集包括燃烧前捕集、燃烧后捕集、富氧燃烧和化学链捕集等，开发了物理吸收法、化学吸收法、变压吸附法、变温吸附法、膜分离法、深冷法等一系列捕集方法[8]。近年来，直接空气捕集技术迅速发展，可对数以百万计的小型化石燃料燃烧装置以及数以亿计的交通工具等分布源排放的CO2进行捕集处理。

4 河北省实现碳达峰碳中和的对策建议

推动构建以清洁低碳能源为主体的能源体系是碳达峰背景下我省能源发展的目标，健全能源绿色低碳安全保供体系是保障能源供应的基础，建立支撑能源绿色低碳转型的科技创新体系是实现能源低碳转型的保障。河北省实现碳达峰碳中和需做到以下几点：

(1)河北省的能源战略和能源规划必须坚持“安全至上、先立后破、通盘谋划”的基本原则。同时，也要清醒地认识到碳达峰、碳中和对新经济增长、高质量发展的引领作用。坚持不“抢跑”，避免“一刀切”。把节能降碳摆在突出位置，大力优化产业结构和能源结构，逐步实现碳排放和经济增长脱钩。

(2)在科学规划的基础上，加快碳中和示范项目、示范园区和示范县、示范市建设。逐步形成“由点到线，由线到面，集中连片”的双碳区域实现路径。加快推进生物质发电等低碳和零碳技术的推广应用，逐步构建能源电力化、电力零碳化的能源供应体系。

(3)依托我省丰富的林业资源，同时结合新能源、新材料、新产品、林下经济、碳汇交易、生态修复和森林康养旅游等项目形成产业闭环，进而形成具有区域优势的农村可持续低碳循环经济模式，促进乡村振兴和农民增收。

(4)持续加大科技投入。加大对风电光伏、新型电力系统、高密度储能、工业电加热、工业用氢、氢燃料电池、热泵、废弃物综合利用、超低能耗建筑、CCUS等关键技术和装备的研发攻关力度。加强绿色低碳关键核心技术的梳理和跟踪，强化碳达峰碳中和重大科技攻关支持。着力突破重点行业、区域碳达峰碳中和关键技术难题。加强与国家科技计划衔接，推动国家科技资源布局河北，促进绿色低碳关键核心技术列入国家重点研发计划和科技重大专项。充分发挥科技引导投资基金作用。加大对绿色技术创新领域项目投融资支持。

(5)加快建立我省碳交易平台、碳核查标准体系、控排企业纳入标准、碳汇交易机制、重点企事业单位碳排放监测、报告和核查体系建设。为政府部门、能源企业、耗能用户等提供能源碳监测、能源碳评估及能源碳预测等功能。组织专业技术力量，结合河北省能源资源情况，研究开发湿地碳汇方法学、抽水蓄能方法学、低碳建筑方法学、工业CO2养殖微藻方法学，填补国家温室气体核证自愿减排(CCER)项目方法学空白。

(6)加快开展碳封存潜力和风险评估。根据渤海湾-华北盆地的地质特点，掌握与能源行业匹配的适宜集群式碳封存信息。整合遥感、无人机、地质调查与井下勘查监测等技术链条，形成空天地井一体化综合勘查技术方法，并进行封存场地示范验证和风险监测评估。基于燃煤电厂碳减排需求，开展深部咸水层CO2封存与开采示范。