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碳中和”目標(biāo)下中國天然氣不可或缺但發(fā)展空間將被壓縮
國務(wù)院發(fā)展研究中心資源與環(huán)境政策研究所
摘要
在中國明確提出“碳中和”目標(biāo)的背景下，天然氣作為一種低碳化石能源，在中國能源系統(tǒng)中具有特殊的地位和意義。通過分析中國天然氣的發(fā)展空間、發(fā)展路徑、應(yīng)用場景以及多種影響因素，得出結(jié)論：“碳中和”目標(biāo)下中國天然氣發(fā)展的時(shí)間、空間將被壓縮，但在去碳化進(jìn)程中不可或缺。具體而言，中國天然氣消費(fèi)將在2040年左右達(dá)峰，峰值高點(diǎn)約6 000億立方米，一次能源占比低于15%。“碳達(dá)峰”后，電氣化、CCS（碳捕獲與封存）等各種因素疊加會(huì)影響天然氣的終端滲透率，尤其是碳定價(jià)的影響將越來越大。因此，中國天然氣發(fā)展需要未雨綢繆，創(chuàng)造條件以爭取更多發(fā)展空間。
關(guān)鍵詞
氣候變化；碳中和；碳定價(jià)；天然氣；能源轉(zhuǎn)型
0引言
天然氣被譽(yù)為低碳清潔的化石能源，是能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程中的過渡能源，被中國能源主管部門定位為“主體能源之一”［1-3］。當(dāng)前，氣候變化已成為最重要的全球性問題之一，綜合考慮能源安全、氣候安全和環(huán)境安全等方面，各能源品種、能源形式的地位和競爭優(yōu)勢也將此消彼長?？稍偕茉?、電氣化、氫能與儲(chǔ)能將在電力系統(tǒng)及終端應(yīng)用場景與天然氣產(chǎn)生競爭。加之碳定價(jià)等因素的介入，天然氣在內(nèi)的化石能源的地位將受到更大程度沖擊。 隨著中國日益接近“碳達(dá)峰”，“碳中和”約束下的天然氣發(fā)展也將面臨新形勢，亟待未雨綢繆，謀劃未來發(fā)展。
1中國“碳中和”目標(biāo)將對(duì)天然氣產(chǎn)生重要影響
中國國家主席習(xí)近平在2020年9月22日召開的聯(lián)合國大會(huì)上表示：“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，爭取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。” 1.1 中國“碳中和”的承諾具有深遠(yuǎn)意義 一是對(duì)國內(nèi)能源轉(zhuǎn)型提供了確定性預(yù)期。這一承諾明確了“碳中和”目標(biāo)，以及在時(shí)點(diǎn)、強(qiáng)度等方面提出了確定性的碳約束指標(biāo)。制定“碳中和”實(shí)施路線圖，考慮各種政策的優(yōu)先序與協(xié)同性將成為下一步工作重點(diǎn)。 二是難度大、壓力大，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。“碳中和”完成時(shí)間提前，客觀上壓縮了能源轉(zhuǎn)型的時(shí)間與空間，增加了縱向分年度、橫向分部門的成本。同時(shí)，加速轉(zhuǎn)型成本前置，預(yù)計(jì)短期成本或增加更快。 三是技術(shù)的重要性更加凸顯。先進(jìn)的脫碳能源技術(shù)、現(xiàn)代電網(wǎng)技術(shù)是支撐去碳化目標(biāo)的核心所在。實(shí)現(xiàn)能源脫碳后，中國能源安全將從過去依靠化石能源資源保障（資源約束）轉(zhuǎn)向技術(shù)保障。 1.2 “碳中和”將重新配置不同能源的形式與組合 過去十余年，中國能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)與控碳政策強(qiáng)度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系（見表1）。碳約束從“務(wù)虛、彈性”到“明確、剛性”，能源轉(zhuǎn)型路徑從單一到多元，更加務(wù)實(shí)地針對(duì)去碳化。同時(shí)，影響能源轉(zhuǎn)型的因素也日益復(fù)雜化。
表1 不同碳約束目標(biāo)下的中國去碳轉(zhuǎn)型路徑變遷
碳中和目標(biāo)下的能源轉(zhuǎn)型需要重新考慮以下議題及優(yōu)先序：一是高比例可再生＋高水平電氣化的“雙高”模式；二是化石能源清潔利用，煤炭煤電短期地位；三是負(fù)碳技術(shù)應(yīng)用場景、規(guī)模上限、貢獻(xiàn)率，CCS、CCUS、BECCS（生物能源碳捕獲和存儲(chǔ)），不同技術(shù)、路徑的實(shí)現(xiàn)條件及可能性、機(jī)遇挑戰(zhàn)、困難障礙、成本收益風(fēng)險(xiǎn)、基礎(chǔ)設(shè)施及增量成本等［4-6］。 不同于德國單純依靠可再生能源及電氣化，和美國主要靠天然氣及可再生能源的轉(zhuǎn)型路徑，國情決定中國將采取更具包容性的混合轉(zhuǎn)型路徑。在明確的“碳中和”目標(biāo)下，深度電氣化及高滲透綠氫都不能一蹴而就，天然氣仍將在中國扮演重要作用，但其作用將從大氣污染治理時(shí)的減污調(diào)整為減污降碳協(xié)同發(fā)揮。 綜上，中國“碳中和”目標(biāo)提供了能源脫碳轉(zhuǎn)型的確定性預(yù)期，也影響包括天然氣在內(nèi)的不同能源的地位和競爭力。
2 中國天然氣預(yù)計(jì)在2040年左右達(dá)峰
通過綜合比較國內(nèi)外權(quán)威機(jī)構(gòu)于2019—2020年8月發(fā)布的中長期能源展望數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)對(duì)中國天然氣消費(fèi)預(yù)測呈現(xiàn)收斂趨勢［7-8］。無論在更快轉(zhuǎn)型（更強(qiáng)控碳）情景下，還是與前期預(yù)測相比，中國天然氣消費(fèi)規(guī)模和一次能源占比的峰值高點(diǎn)有下調(diào)趨勢，峰值時(shí)點(diǎn)有提前趨勢。這些研究報(bào)告發(fā)布于中國官宣2060年碳中和目標(biāo)前，預(yù)測至2050年的長期趨勢，對(duì)中國天然氣的判斷如下：中國天然氣將在2040年左右達(dá)峰，峰值高點(diǎn)約6 000億立方米，一次能源占比低于15%。 2.1 峰值高點(diǎn)區(qū)間：多分散于6 000億立方米以下 從各機(jī)構(gòu)發(fā)布的預(yù)測數(shù)據(jù)看，中國天然氣需求在2050年的預(yù)測結(jié)果為185百萬噸油當(dāng)量（低限）～600百萬噸油當(dāng)量（高限），折合實(shí)物量約2 054億立方米（低限）～6 660億立方米（高限）。ETRI（中國石油經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院）給出了最為樂觀的預(yù)測，ETRI-BAU19（中國石油經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院基準(zhǔn)情景）預(yù)測2050年天然氣需求量最高，約合6 660億立方米（如圖1）。
圖1 中國天然氣消費(fèi)規(guī)模峰值（實(shí)物量） 2.2 峰值時(shí)點(diǎn)分布：集中于2030—2040年 在各機(jī)構(gòu)預(yù)測的15個(gè)情景中，僅6個(gè)情景在預(yù)測期內(nèi)達(dá)峰，其中3個(gè)情景集中分布于2030年，2個(gè)情景分布于2035年。較早的達(dá)峰時(shí)間多集中在2030年，對(duì)應(yīng)的達(dá)峰情景有IEA-SDS19、BP-NZ20、SHELL-SKY18，其中峰值最高是BP-NZ20，對(duì)應(yīng)峰值約合4 794億立方米。最晚的達(dá)峰期為2045年，對(duì)應(yīng)的達(dá)峰情景為BP-BAU20，峰值約合6 202億立方米，同時(shí)它也是所有機(jī)構(gòu)預(yù)測峰值最高情景。峰值最低是IEA-SDS19情景，于2030年達(dá)峰，約合4 340億立方米（見表2）。 表2 中國天然氣預(yù)測結(jié)果樂觀程度排序
2.3 平臺(tái)期：集中于2040年左右 多數(shù)預(yù)測結(jié)果顯示這個(gè)時(shí)期的天然氣消費(fèi)不再增長，4個(gè)情景（IEA-SDS19、BP-RT20、SHELL-SKY18、Equinor-Rebalance20）預(yù)測顯示在2040年及以前就開始負(fù)增長，僅1個(gè)情景（EIA-RCP20）顯示在2045年仍處于高速增長。 2.4 天然氣在一次能源中占比峰值（高點(diǎn)）：中值低于15% 至2050年的預(yù)測結(jié)果是天然氣在一次能源中占比峰值介于4.61%（低限，SHELL-SKY18情景）～19.09%（高限，SHELL-SKY18情景）（見圖2）。 2.5 天然氣在一次能源占比峰值時(shí)間分布：橫跨2030—2045年，集中于2035—2040年 15個(gè)情景中，僅3個(gè)情景在預(yù)測期內(nèi)達(dá)峰，分別為2030年的SHELL-SKY18、2035年的BP-RT20和2045年的BP-NZ20，其中BP-RT20情景預(yù)測峰值最高，為15.15%。SHELL-SKY18情景預(yù)測峰值最低，為11.51%，同時(shí)，這也是情景預(yù)測達(dá)峰最早值。未達(dá)峰或最晚達(dá)峰（預(yù)測期內(nèi)）的3個(gè)情景（ETRI-BAU19、BP-BAU20、BP-NZ20）中，最晚達(dá)峰的是BP-NZ20情景，達(dá)峰時(shí)間為2045年。
圖2 中國天然氣需求占一次能源需求比例
3“碳中和”目標(biāo)下天然氣發(fā)展的影響因素和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別
中國“碳達(dá)峰”后，電氣化、碳定價(jià)、CCS等各種因素會(huì)疊加影響天然氣的終端滲透率。“碳中和”目標(biāo)下，中國天然氣發(fā)展的時(shí)間、空間被壓縮，低于沒有明確氣候目標(biāo)時(shí)的預(yù)期，但在去碳化進(jìn)程中不可或缺。
3.1 “碳達(dá)峰”后的中國天然氣的影響因素、應(yīng)用場景及替代關(guān)系
在中國“碳達(dá)峰”至“碳中和”的碳排放下坡階段，天然氣發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力將發(fā)生變化，各應(yīng)用場景的替代關(guān)系較之“碳達(dá)峰”前將發(fā)生顯著變化（見表3）。
表3 “碳中和”以及“3E＋S”*多元目標(biāo)的天然氣競爭替代關(guān)系
在電力領(lǐng)域，天然氣調(diào)峰裝機(jī)將有巨大增長空間，雖面臨儲(chǔ)能挑戰(zhàn)，但仍是備用電源的最佳選擇。天然氣將成為高水平電氣化的補(bǔ)充，并對(duì)電力系統(tǒng)提供保障和支持。據(jù)BNEF（彭博新能源財(cái)經(jīng)）的預(yù)測，2020—2050年，中國的調(diào)峰氣電至少有7倍左右的增長空間，聯(lián)合循環(huán)氣電也將有增長，但增幅比調(diào)峰氣電低很多。
如果CCS可以快速降本并規(guī)模部署，天然氣或有更廣闊的發(fā)展空間，但同時(shí)也不能忽略“CCS+煤炭”的競爭力（見圖3）。
圖3 非電零碳能源的成本對(duì)比預(yù)測
3.2 碳定價(jià)將對(duì)天然氣發(fā)展的影響越來越大
中國碳定價(jià)目前很低，未來將呈現(xiàn)先慢后快、加速增長的趨勢。在中國多年碳交易試點(diǎn)運(yùn)行中，碳配額交易均價(jià)在20元/噸左右，北京中創(chuàng)碳投科技有限公司預(yù)測全國碳交易市場開市后的交易均價(jià)大概率在30～50元之間。歐洲機(jī)構(gòu)預(yù)測至2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放時(shí)的碳定價(jià)將高達(dá)230歐元/噸以上。2021年2月26日，美國拜登政府已宣布將2021年碳排放社會(huì)成本定為51美元/噸，恢復(fù)至奧巴馬政府時(shí)期水平。因此，晚去碳的成本將相當(dāng)高昂［9-12］。
在沒有較強(qiáng)碳約束的情形下，天然氣的競爭力主要受國際油價(jià)的影響。能源可獲得視角的天然氣供應(yīng)安全、交易成本視角的天然氣體制改革等，都會(huì)影響天然氣的終端滲透率。
過去幾年，中國在大氣污染治理目標(biāo)下，強(qiáng)力環(huán)保政策促進(jìn)了天然氣的較快發(fā)展。但該階段碳成本很低，非電領(lǐng)域的天然氣幾乎不承擔(dān)碳成本。開展碳交易首先會(huì)對(duì)電力部門的碳排放形成強(qiáng)約束。
天然氣發(fā)展還受到碳定價(jià)的影響。國際油價(jià)與碳定價(jià)將成為影響天然氣競爭力的“雙標(biāo)桿”。天然氣終端應(yīng)用場景包括發(fā)電、靈活性工業(yè)及民用供熱等，均受到其他形式能源的競爭。在化工與原材料領(lǐng)域，碳定價(jià)及碳捕集、封存與利用成本將影響天然氣在該領(lǐng)域的競爭力。
3.3 中國天然氣仍將取得長足發(fā)展，但發(fā)展時(shí)間、空間被壓縮
與宣布“碳中和”目標(biāo)前的預(yù)測相比，中國天然氣發(fā)展將呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：快增長、早達(dá)峰、高點(diǎn)低、平臺(tái)縮小、更早更快下坡，即長尾變短（見圖4）。
國內(nèi)一些著名專家和機(jī)構(gòu)認(rèn)為，中國天然氣應(yīng)在2035年甚至更早實(shí)現(xiàn)達(dá)峰，2050年的消費(fèi)規(guī)模，應(yīng)在3 000億立方米甚至更低，最早的達(dá)峰時(shí)點(diǎn)是2030年左右，2050年時(shí)較低的消費(fèi)總量在1 000億立方米左右。如全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織于2021年3月發(fā)布的《中國2060年前碳中和研究報(bào)告》對(duì)中國化石能源達(dá)峰的高點(diǎn)時(shí)點(diǎn)做出了預(yù)測：化石能源消費(fèi)總量于2028年左右達(dá)峰，其中天然氣消費(fèi)總量2035年前后達(dá)到峰值，峰值高點(diǎn)約5 000億立方米［15-16］。
圖4 中國天然氣消費(fèi)規(guī)模的未來形態(tài)示意圖
3.4 中國天然氣發(fā)展需要未雨綢繆，創(chuàng)造條件爭取更多發(fā)展空間
國內(nèi)天然氣需要快速上產(chǎn)、快速降本，更快更多搶占2035年前能源消費(fèi)空間。該時(shí)期碳定價(jià)較低，電力和可再生能源的終端滲透率尚不足，天然氣仍具有一定競爭力。 快速增強(qiáng)保障能力，短期實(shí)現(xiàn)中國版頁巖革命突破，是延續(xù)天然氣窗口期和爭取更多時(shí)間空間的必要條件。若中國版頁巖革命能在短期發(fā)生，天然氣需求增速將保持在6%～8%，既可獲得更穩(wěn)定的用戶黏性，又可確保國家和區(qū)域的能源安全。 近中期，尤其是“十四五”時(shí)期，天然氣依然是發(fā)展最快的化石能源，但增速不會(huì)高于兩位數(shù)，將從2017—2018年間的過高增長回歸合理區(qū)間。在中國實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”前，天然氣仍將增長。“碳達(dá)峰”后，天然氣仍不可或缺。未來天然氣發(fā)展的主要機(jī)會(huì)在電力領(lǐng)域，涉及調(diào)峰氣電及與消費(fèi)終端，以及分布式或綜合能源系統(tǒng)的結(jié)合。 長期看，天然氣作為一種低碳化石能源，將向“脫碳天然氣”過渡，以滿足能源系統(tǒng)的脫碳需求。脫碳?xì)淠芤矊⑴c其中，并與天然氣共享目前的儲(chǔ)運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施。深度減碳及較高碳定價(jià)的情形下，合成天然氣（P2G）等脫碳天然氣或?qū)⒂懈蠓蓊~。碳捕集、封存與利用將成為化石能源天然氣的標(biāo)配，尤其在天然氣消費(fèi)集中的氣電和氣化工領(lǐng)域。在去碳化進(jìn)程中，天然氣將面臨其他能源形式的競爭，尤其是氣電將面臨儲(chǔ)能（含氫能）的競爭。但在極端氣候條件下，氣電依然是應(yīng)急電源的最優(yōu)選擇之一。 若中國天然氣消費(fèi)達(dá)峰時(shí)點(diǎn)較晚或峰值高點(diǎn)更高，在碳排放及天然氣消費(fèi)規(guī)模“雙減量”的下坡階段，相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施將變得冗余甚至有成為低效資產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。存量基礎(chǔ)設(shè)施的定位轉(zhuǎn)型及新建基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)模布局都值得進(jìn)一步研究。 面對(duì)“碳中和”目標(biāo)及不同能源競爭的新形勢，中國天然氣需要進(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)供儲(chǔ)銷能力，爭取更多發(fā)展空間，并未雨綢繆應(yīng)對(duì)天然氣達(dá)峰后的去碳化轉(zhuǎn)型。
