加强中国碳市场助力实现碳中和:聚焦电力部门(中文摘要)(完整)

发布时间:2022-06-26 20:15:02

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加强中国碳市场助力实现碳中和:聚焦电力部门(中文摘要)(完整)

 

 聚焦电力部门

 加强中国碳市场助力实现碳中和:

 协调应对气候变化和可再生能源政策执行摘要

 执行 摘要

  2020 年 9 月,习近平主席关于中国将“力争二氧化碳排放于 2030 年前达到峰值、 努力争取 2060

 年前实现碳中和”的宣示为中国经济和社会发展的深刻变革提出了清晰的愿景和时间表。中国未来几十年的减排步伐对将全球变暖控制在 1.5℃的目标至关重要。电力部门占中国能源系统二氧化碳排放量 1 的近一半,电力部门减排是实现中国气候雄心的一大重点。政策制定者需通过设计激励机制和调整市场体系来保证中国的电力行业能够抓住低碳技术成本快速下降、蓬勃发展的契机,并通过机组改造升级、市场定位调整和提前退役来实现现有化石能源发电产能的转型。

 加快电力行业低碳转型以助力实现碳中和目标需要政策之间的协调配合。本报告响应中国政府向国际能源署在碳排放交易体系(ETS)与能源、气候政策协同方面的合作邀请。报告探索了中国全国碳市场与可再生能源政策,尤其是可再生能源配额制(RPS)在电力行业的相互作用与政策效果。报告研究如何加强这一政策组合的协同作用,并探索通过增强碳市场作用来推动电力部门的碳排放轨迹更符合中国碳中和目标需要的可能途径。

 中国的全国碳市场于 2021 年启动交易,目前纳入发电行业,每年覆盖约 45 亿吨二氧化碳排放量,为全球覆盖温室气体排放量规模最大的碳市场。目前,中国碳市场采取基于排放强度的设计、免费分配配额,即根据被覆盖企业所拥有的燃煤和燃气机组的实际产出量(如供电量)和预先规定的碳排放强度基准值(如单位供电碳排放基准),向覆盖企业免费分配配额;当前发电行业基准仅针对燃煤和燃气机组设立。这一设计与欧盟碳市场等多数正在运行的碳市场所采用的预先设置排放上限、对覆盖排放量进行总量控制的设计不同。目前中国全国碳市场对燃煤、燃气机组设有四个基准类别,根据燃料、发电技术和机组规模做出区分。

 在这一背景下,本报告针对电力部门分析了 2020-2035 年间的五个政策情景,在时间跨度上对应中国的第十四个五年规划和 2035

 年远景目标纲要(China,

 State Council, 2021a)。为探索不同碳市场设计的影响,不同政策情景中对电力需求增长、发电技术成本变化和当前可再生能源配额制政策设计的假设保持一致。考虑到中国当前的电力体制改革进程,各情景中假设中国电力系统自 2025 年起实施经济调度,这是将二氧化碳价格信号有效地纳入经营、投资和消费决策中的一个要素。

 1

 能源系统二氧化碳排放量包括来自燃料燃烧和工业过程的二氧化碳排放。

  4 IEA. All rights reserved.

 其中两个情景用于建立反事实对照情景和分析当前政策设计。

 可再生能源 配 额制情景 ( RPS

 情景)

 为一个反事实对照情景,该情景中根据当前可再生能源配额制设置非水电可再生能源电力占比目标,并假设该目标逐渐提高,在 2030

 年达 25.9%,2035

 年达 36.0%;但该情景中不设有针对性的二氧化碳排放控制或碳定价政策。

 2 这一情景旨在为区分评估碳市场作用提供参照。

 可再生 能 源配额制 制- 碳市场 情景( (RPS-ETS

 情景 )

 为当前政策情景,该情景在可再生能源配额制情景的政策假设基础上,根据当前政策设计实施基于排放强度、免费分配配额的碳市场。该情景假设碳市场的配额基准线逐渐平稳收紧。

 同时,报告分析了三个 碳市场加强 情 景( ETS+ 情景)

 ,在保持相同可再生能源配 额制政策假设的基础上,探索多种在 2025

 年后加强碳市场的政策设计:

 碳 市 场 +

  基准收 紧 情景( ETS+BM

 情景)

 保持基于排放强度、免费分配配额的碳市场设计,但大幅收紧配额基准线; 碳市场 + 拍 卖 情 景 ( ETS+Auction

 情 景 )

 在基于排放强 度、基准逐渐平稳收紧的碳市场设计中引入部分配额拍卖; 碳 市 场 + 总量 控 制情景

  ( ETS+Cap 情景 )

 由基于排放强度的碳市场设计转向采取设有碳排放总量上限的总量控制设计。本报告中的三个碳市场加强情景(ETS+情景)旨在推动电力部门在 2025 年后实现更深度减排,使其碳排放轨迹更为符合中国宣布的 2060 年前碳中和目标的需要。三个碳市场加强情景(ETS+情景)以国际能源署承诺目标情景 (APS)

 3 中的碳排放轨迹为参考,探索碳市场未来可能设计的影响。

 下表总结了反事实对照情景外各情景中的主要碳市场设计和模拟结果:

 表 表

 1

  2035 年各情景主要 结 果

 情景

  碳市场 主 要设计

  二氧化 碳 较

  2020 年减排

  主要减 排途径

  系统总 成 本增 长 * 非水可 再 生能源额外

 占 比 ** 碳市场 与 可再生能 源 配额制互动

  RPS-ETS 基于强度; 排放强度基准平稳收紧;免费分配配额

  -20%

  CCUS

  - / -

  - / -

  弱

  ETS+BM 基于强度; 排放强度基准迅速收紧;免费分配配额

  -38%

  CCUS

  5.2%

  1%

  弱

  ETS+Auction 基于强度; 排放强度基准平稳收紧;部分配额拍卖

  -38% 可再生能源 CCUS

  1.4%

  8%

  强

  ETS+Cap 总量控制与交易;

 严格的碳排放总量上限; 免费分配配额

  -38%

  可再生能源

  0%

  12%

  强 注:

 * 为实现情景中的二氧化碳减排,相比于可再生能源配额制-碳市场情景(RPS-ETS 情景)中系统总成本的增加幅度。

 ** 相比于可再生能源配额制-碳市场情景(RPS-ETS 情景)中非水可再生能源在发电组合中占比的额外占比。

 2

 非水电可再生能源电力占比目标假设基于中国国家能源局关于

 2022-2030

  年可再生能源电力消纳责任权重预期目标的征求意见稿( China, NEA,

 2021a )。

 3

 为国际能源署的近期报告《中国能源体系碳中和路线图》和《 2021

  年世界能源展望》中呈现的承诺目标情景( APS )。要实现中国宣布的

 2030

 年前二氧化碳排放达峰和

 2060

 年前碳中和的目标,排放路径并非唯一。承诺目标情景( APS )呈现中国能源体系实现中国宣布的碳中和

 目标的一条合理路径。国际能源署的《中国能源体系碳中和路线图》报告中亦探索了加速转型情景( ATS ),以探讨通过

 2030

  年前提升近期气候政策目标、实现更快转型可能产生的影响和机遇。

 5 IEA. All rights reserved.

 在当前的可再 生 能源配额制和 碳 市场政策作用 下 ,电力部门 的二氧化碳排放 可在

  2030

 年前达 峰

  可再生能源配额 制 - 碳市场情景 中 到

  2035 年相对于

  2020 年的减排量几乎为仅实施可再生能源配额制情景中减排量的三 倍 。

 碳市场与可再生能源配额制的结合可使发电相关的二氧化碳排放量在 2025 年后逐渐下降,到 2035 年排放量比 2020 年减少 20%。在近中期,这两项政策互相配合,可使电力部门的二氧化碳排放量达到峰值并稳中有降。二者主要针对不同的发电技术,彼此间重叠较少,可实现互补的减排效果。

 基于强度的碳市场支 持 现有煤电机组 的 效率 提 升,可再生能源配额 制 推动可再生

 能源发电 。

 实施旨在 2035 年实现电力结构中非水可再生能源占比约 36%的可再生 能源配额制,将推动以风电、光伏等波动性能源为主的大量新增可再生能源装机。一个基于排放强度、并逐渐收紧煤电和气电基准线的碳市场(可再生能源配额制- 碳市场情景)将激励火电机组改造升级、鼓励高效机组在燃煤发电中的占比提升,从而提高煤电的平均发电效率。碳市场也将限制未配备碳捕集利用与封存 (CCUS)的煤电产能的增加,同时支持 CCUS

 技术的部署。然而,目前的碳市场设计对非化石能源提供的激励作用有限,难以在可再生能源消纳目标之上带来额外的可再生能源部署。

 中国基于强度 、 免费 分 配配额的碳市 场 设计 目 前仅有化石燃 料 发电 机 组直接参与。这是因为中国目前基于强度的碳市场通过给煤电和气电机组设定分燃料、分技术 的排放强度基准来分配配额,汇总形成配额总量,但基准未覆盖非化石能源。排 放强度高于基准的机组面临配额短缺,但其配额短缺只能通过为基准所覆盖、且 排放强度低于基准的机组所产生的配额盈余来平衡。未被基准覆盖的发电技术, 如可再生能源,则只能通过国家核证自愿减排量(CCER)这一有限途径参与当 前的碳市场。对于发电企业,由煤电或气电转向非化石能源发电虽然可以避免配 额短缺带来的经济成本,但由于非化石能源发电无法获取配额,它们无助于平衡 碳市场中的配额短缺,发电企业也无法从中获得配额盈余的收益。因此,这一仅 覆盖煤电和气电并分燃料、分技术设定基准的碳市场设计主要通过推动基准覆盖 下的火电机组平均排放强度下降(包括通过 CCUS

 技术)来实现减排,但为转向 非化石能源的燃料替代提供的鼓励有限。

 加强碳市场的 设 计可推动发电 行 业更快脱碳实 现 碳中和目 标

  实现比可再生能源配额 制 - 碳市场情景中更深度的减排将使发电行业向更 符 合中国碳中和目标的方向转型。

 为助力实现全经济领域 2060 年前碳中和的目标,中国的

 6 IEA. All rights reserved.

 电力行业很可能需在 2055

 年前实现二氧化碳净零排放(IEA,2021a)。发电行业的加速转型不仅将进一步减少中国最大二氧化碳排放源的排放量,还将更大地发挥电力部门在通过电气化促进终端用能行业脱碳、从而减少全社会总排放方面的作用。避免新增不配备 CCUS

 的煤电产能、加速电力部门转型也将有助于以更加有序的方式实现碳中和,并减少碳排放锁定和资产搁浅的负担和风险(IEA, 2021a)。

 多种加强碳市场的设计 方 案可使二氧化碳减排量 较 可再生能源配额制 - 碳市场情景中翻倍,支持发电行业实现更符合碳中和需要的排放轨迹 。

 在三个碳市场加强情景中,到 2035 年,发电行业的排放量比 2020 年降低 38%,这几乎是可再生能源配额制-碳市场情景中减排量的两倍。不同的碳市场加强方案均可推动实现这些额外减排。如果保留目前的设计,即基于强度且免费分配的碳市场,则基准收紧的速度与可再生能源配额制-碳市场情景相比需要在 2025-2030

 年间翻一番,在 2030-2035 年间几乎提至四倍(碳市场+基准收紧情景),到 2035 年将煤电基准 线降至 2020 年水平的三分之二。在碳市场+拍卖情景中,到 2035 年需拍卖约四分 之一的配额,同时保持煤电基准线收紧速率与可再生能源配额制-碳市场情景相同。第三种加强方案(碳市场+总量控制情景)需在碳市场设计中引入与符合碳中和需 要的排放轨迹相一致的碳排放总量上限路径。

 图 图

 1

  2020-2035 年各情景下的电力部门二氧化碳 排 放 轨 迹

 5 000

 4 000

 3 000

 2 000

 1 000

 0 2020 2025 2030 2035 可再生能源配额制情景 可再生能源配额制-碳市场情景 碳市场加强情景

 IEA. All rights reserved.

 7 百万吨二氧化碳 IEA. All rights reserved.

 严格的碳市场 强 度基准主要推 动 能效提升 和

  CCUS

 技术; 配额拍卖和总量 控 制将鼓励燃料 替代

  在不同的设计下,碳市场通过不同的机制推动减排 。

 在基于煤电、气电强度基准 且完全免费分配配额的碳市场设计下(可再生能源配额制-碳市场情景和碳市场+ 基准收紧情景),碳市场主要通过提高煤电机组效率、并自 2030 年起激励 CCUS 技术在煤电行业的发展来实现大部分减排。与可再生能源配额制-碳市场情景相比,在碳市场+基准收紧情景中,到 2035 年,通过 CCUS 应用实现的减排量增加了两 倍,同时该情景推动少量煤电转向气电和非化石能源发电。在碳市场+拍卖情景中,碳市场主要通过激励煤电转向陆上风电和太阳能光伏等非化石能源实现减排,气 电和 CCUS

 技术发展也在一定程度上发挥了减排作用。在该情景中,气电替代和 煤电机组效率提升发挥的减排作用与可再生能源配额制-碳市场情景和碳市场+基 准收紧情景下相近。而从基于强度的碳市场过渡到基于总量控制的设计、并设置 严格排放上限,会显著改变碳市场推动减排的机制。在碳市场+总量控制情景中, 碳市场推动的减排量基本完全来自其他发电技术对煤电的替代:其中大约 90%的 减排量源自非化石能源对煤电的替代,10%源自气电的替代。煤电机组的技术效 率有所提升,但因运行时间的普遍下降,煤电整体的平均运行效率在该情景中并 无额外提升。

 图 图

 2

  2025-2035 年可再生能源配额制 制- 碳市场情景和 碳市 场加强情景相比于 可 再 生 能源配额制情景的额外减排量 分 解

 0

 化石能源转向非化石能源发电

 - 500 煤电转向气电

  -1 000 煤电配备CCUS

 煤电平均效率提升

 -1 500

 IEA. All rights reserved. 注:RPS-ETS=可再生能源配额制-碳市场情景;ETS+BM=碳市场+基准收紧情景;ETS+Auction=碳市场+拍卖情景; ETS+Cap=碳市场+总量控制情景。

 8 2025 2030 2035 RPS-ETS

 RPS-ETS ETS+BM

 ETS+Auction

  ETS+Cap

 RPS-ETS ETS+BM

 ETS+Auction

  ETS+Cap 百万吨二氧化碳 IEA. All rights reserved.

 配额拍卖的引 入 和严 格 的排放总量控 制 将显 著 提高碳市场对 燃 料替 代 的激励作用。部分配额拍卖(碳市场+拍卖情景)将减少煤电和气电基准下免费分配的配额,提 高基准覆盖下的化石燃料发电技术面临的实际碳排放成本,从而降低其相对非化 石能源发电技术的竞争力,鼓励可再生能源对化石能源发电的替代。同时,该情 景中基于强度的设计仍鼓励能效提升和部分 CCUS

 发展。转向基于总量控制的碳 市场设计(碳市场+总量控制情景)并设定严格的排放上限将更显著地改变碳市场 对各发电技术的影响。基于总量的碳市场不针对特定技术设定基准,使所有发电 技术参...

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