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                    麦邦咨询网 火电 研究报告 | 欧洲能源转型:2050年碳中和路径探析

                    研究报告 | 欧洲能源转型:2050年碳中和路径探析

                    麦邦咨询火力发电网讯:欧洲能源转型:2050年碳中和路径探析

                    来源:微信公众号“能源研究俱乐部”  ID:nyqbyj

                    作者: 能源情报研究中心 杨永明

                    欧洲是全球应对气候变化、减少温室气体排放行动的有力倡导者,近年来坚定履行《巴黎协定》承诺,引领经济绿色低碳发展,欧盟2019年出台的碳中和计划,更是走在各国应对气候变化的前列。欧洲范围内的能源系统转型,被视为经济脱碳的关键驱动力。欧洲国家致力于通过能源系统的转型升级、各领域各部门的协同,以最终达到温室气体减排的总平衡目标,实现2050年碳中和的欧洲愿景。

                    一、欧洲能源转型概况

                    (一)欧盟气候能源目标演进

                    能源行业发展受到气候目标、国家利益等影响,进入本世纪以来,特别是最近十余年,应对气候变化问题对欧盟能源政策的影响越来越大,欧洲国家在应对气候变化问题上的广泛共识成为推动其能源转型的基石。为应对气候变化、推动能源转型,欧盟致力于建立稳定可靠的能源政策框架,设定具有法律约束力的气候和能源发展目标。

                    2007年3月,欧洲理事会提出《2020年气候和能源一揽子计划》,确定欧盟2020年气候和能源发展目标,即著名的“20-20-20”一揽子目标:将欧盟温室气体排放量在1990年基础上降低20%,将可再生能源在终端能源消费中的比重增至20%,将能源效率提高20%。2008年12月,欧洲议会正式批准这项计划。欧盟气候和能源一揽子计划成为一整套具有法律约束力的可持续能源发展目标。

                    2011年,欧盟公布《2050年能源路线图》和《2050年迈向具有竞争力的低碳经济路线图》,提出欧盟2050年实现在1990年基础上减少温室气体排放量80%~95%的长远目标。

                    2014年10月,欧洲理事会通过《2030年气候与能源政策框架》,初步确定欧盟2030年气候和能源发展目标,即将温室气体排放量在1990年基础上降低40%,将可再生能源在终端能源消费中的比重增至27%,将能源效率提高27%。其中温室气体减排40%的目标,正是2015年《巴黎气候协定》框架下欧盟国家自主贡献预案(INDC)的基础所在,并且这一目标与此前公布的《2050年能源路线图》一脉相承。如果到2050年欧盟温室气体排放量至少降低80%,那么到2030年排放量降幅预计将达到中间值40%。

                    2018年6月,欧盟就上调2030年可再生能源和能效目标达成协议,即到2030年可再生能源在终端能源消费中的比重增至32%、将能源效率提高32.5%。2019年6月,欧盟正式上调了可再生能源和能效目标。

                    2019年12月,欧盟委员会正式发布《欧洲绿色协议》(简称“绿色新政”),阐明欧洲迈向气候中性循环经济体的行动路线,提出提高欧盟2030和2050年气候目标,即2030年温室气体排放量在1990年基础上减少50%~55%,2050年实现净零排放的碳中和目标(见图1)。

                    资料来源:EC

                    图1 欧盟历史温室气体排放量与目标温室气体排放量

                    2050年实现碳中和的欧洲愿景由欧盟委员会于2018年11月首次提出,这与《巴黎协定》提出的将全球温控目标一致。欧洲议会与欧洲理事会相继于2019年3月、12月批准了2050年温室气体净零排放的目标。2020年3月,欧盟委员会提交《欧洲气候法》,旨在从法律层面确保欧洲到2050年实现气候中和,该法案为欧盟所有政策设定了目标和努力方向。在《欧洲气候法》的框架下,欧盟委员会提出到2050年实现温室气体净零排放具有法律约束力的具体目标,欧盟机构和成员国有义务在欧盟和国家层面采取必要措施实现该目标。

                    2020年10月,欧洲议会投票通过,到2030年温室气体排放在1990基础上减少60%。这一目标比欧委会此前提出的到2030年减排50%~55%更高,为此需要与欧盟成员国达成共识。

                    除了欧盟层面的努力外,基于对气候变化问题的共识,许多欧洲国家已行动起来。2019年,英国修订《气候变化法案》,确立到2050年实现温室气体净零排放的目标;丹麦议会通过首个气候法案,制定丹麦到2030年实现温室气体减排70%的目标;德国联邦议院通过《气候保护法》,确定德国中长期温室气体减排目标,包括到2030年时应实现温室气体排放总量较1990年至少减少55%,到2050年时应实现温室气体净零排放。此外,芬兰政府承诺最早在2035年实现碳中和,瑞典承诺2045年将温室气体排放缩减为零,挪威政府设定到2030年实现碳中和目标,冰岛提出到2050年完全摆脱对化石能源的依赖等。

                    (二)欧洲能源转型进展

                    从各国实践看,能源转型的趋势是通过逐渐降低能源生产和消费中的碳排放,建立低碳甚至零碳的能源系统。零碳能源的实现,一方面是提高能源效率,减少化石能源消费总量,另一方面是发展可再生能源。能源系统转型的关键是电力系统的转型。国际能源署2020年6月发布的《欧盟2020――能源政策回顾报告》深入评估了欧盟能源和气候政策过去5年中取得的进展,并指出,欧洲能源转型在电力方面进展迅速。

                    国际能源署发布的数据显示,2019年欧盟温室气体排放量比2005年下降17%、比1990年下降23%,这意味着欧盟已经实现了到2020年减排20%的目标。同时,欧洲还是全世界电力行业碳强度最低的地区。2019年欧盟发电碳强度为235克二氧化碳/千瓦时,同比下降35克二氧化碳/千瓦时,发电排放强度明显低于其他大型经济体。

                    欧洲统计局发布的数据显示,2018年,可再生能源在欧盟终端能源消费总量中的占比达到18%,与此前一年相比提高了0.5个百分点,是2004年可再生能源占比的两倍以上。自2004年以来,可再生能源占比在所有成员国中都有显著增长。到2018年,瑞典的终端能源消费中一半以上(54.6%)来自可再生能源,其次是芬兰(41.2%)、拉脱维亚(40.3%)、丹麦(36.1%)和奥地利(33.4%);可再生能源占比不足10%的国家仅剩荷兰(7.4%)、马耳他(8.0%)、卢森堡(9.1%)和比利时(9.4%)。可再生能源在终端能源消费中的占比增加对于实现欧盟的气候和能源目标至关重要。欧盟的目标是2020年可再生能源占比达到20%,到2030年至少达到32%。成员国也有各自的国家约束性目标。图2显示了2018年各成员国可再生能源实际占比与其2020年国家约束性目标之间的差距。如图2所示,保加利亚、德国、丹麦、爱沙尼亚、希腊、克罗地亚、意大利、拉脱维亚、立陶宛、塞浦路斯、芬兰和瑞典等12国已经达到或超过各自的2020年国家约束性目标,奥地利、葡萄牙、罗马尼亚、匈牙利等4国已接近实现其目标(距离目标不到1个百分点),而其他国家则距离各自目标仍有一定差距。

                    资料来源:Eurostat

                    图2 2018年欧盟各国可再生能源占比及其2020年目标的实现程度

                    气候及能源智库Ember发布数据称,2020年上半年,由于启用了一批新的风电和光伏发电装置,以及温和多风的有利气候条件带动风电光伏出力强劲,欧盟风电、光伏、水电和生物质能等可再生能源占到成员国电力供应的40%,仅风电和光伏两项就创造了欧洲地区总发电量21%的历史纪录,并且在一些国家风光的发电量占比更高,如丹麦(64%)、爱尔兰(49%)和德国(42%)。而同期化石燃料发电占比34%,风能和太阳能等可再生能源已超过化石燃料,成为欧盟成员国电力供应的主要来源。

                    欧盟当前发电结构如图3所示。欧盟发电总装机容量略高于1太瓦,年发电量约3400太瓦时。发电总装机中约一半是可再生能源装机,可再生能源装机中又有三分之二是风电和太阳能装机。可再生能源发电量约占年发电量的三分之一,风电和太阳能发电量约占可再生能源发电量的一半。

                    图3 2020年欧盟发电装机容量和发电量(预估)

                    壳牌公司的《天空远景》、DNV-GL的《能源转型展望》、芬兰拉彭兰塔理工大学和能源观察组织的《基于100%可再生能源的全球能源系统――电力部门》等多个报告均对2050年欧洲能源系统做出预测。包括全球风能协会、欧洲风能协会等多个可再生能源行业协会也评估2050年可再生能源在欧洲能源结构中的作用。综合各机构研究报告的预测情景,预计到2050年,欧洲电力部门脱碳需要2000吉瓦的太阳能装机和650吉瓦的风能装机,每年生产大约3000太瓦时的太阳能电力和200太瓦时的风能电力。2050年欧洲终端能源需求约为10000太瓦时,其中50%将来自于太阳能和风能发电。

                    二、能源转型的政策驱动

                    (一)根据减排目标加快退煤进程

                    截至目前,欧洲共有15个国家先后宣布退煤计划,其中比利时、奥地利和瑞典三国已率先实现电力系统去煤。欧洲已明确在2030年或更早的时间节点关闭燃煤电厂总计35.4吉瓦,相当于欧洲在运煤电装机的21%。

                    为了落实《巴黎协定》中的温室气体减排目标,欧洲各国政府陆续公布了淘汰煤炭的时间表(见表1)。第一个结束燃煤使用历史的欧洲国家为比利时,该国于2016年停止使用煤炭。2020年,奥地利和瑞典相继关停各自国内最后一座燃煤电厂,正式结束燃煤发电历史。

                    预计到2025年或更早,葡萄牙、法国、斯洛伐克、英国、爱尔兰和意大利等国将结束煤炭使用,随后到2030年,希腊、荷兰、芬兰、匈牙利和丹麦等国也将终止使用煤炭。

                    在已宣布退煤的欧洲国家中,德国是唯一一个计划在2030年后淘汰煤炭的国家。德国是欧洲最大的经济体、最大的煤炭消费国,德国煤电发电量大约占全国发电量的40%,煤电碳排放量占电力部门的80%。2019年1月,德国煤炭委员会正式宣布,已就淘汰燃煤电厂的时间表达成协议,确定德国最晚将在2038年年底结束煤电。此外,德国还计划到2022年关闭国内约四分之一的燃煤电厂,停运12.5吉瓦煤电装机;2023~2030年间将煤电装机降至17吉瓦,平均每年减少2.4吉瓦。相比此前欧洲国家提出的煤电淘汰计划,德国的煤电淘汰规模最大。2020年7月,德国最终通过退煤法案,确定到2038年退出煤炭市场,并就煤电退出时间表及相关问题给出详细规划。法案规定,在2026年和2029年将对煤炭退出进度进行评估,如果进行顺利,有可能会在2035年前结束煤电。

                    目前欧洲国家已明确在2030年或更早的时间节点关闭燃煤电厂装机总计35.4吉瓦,相当于欧洲在运煤电装机的21%(或欧盟在运煤电装机的25%),再加上2030年后德国计划关闭的燃煤电厂,欧洲煤电装机还将在此基础上减少17吉瓦。

                    其余国家中,捷克、西班牙和北马其顿3国正在就何时终止燃煤发电进行讨论。阿尔巴尼亚、塞浦路斯、爱沙尼亚、冰岛、拉脱维亚、立陶宛、卢森堡、马耳他和瑞士的发电结构中无煤电。挪威国内仅有一个小型热电联产项目,正在考虑清洁替代燃料。

                    此外还有波斯尼亚-黑塞哥维那、保加利亚、克罗地亚、科索沃、黑山共和国、波兰、罗马尼亚、塞尔维亚、斯洛文尼亚、土耳其共计10国尚未讨论退煤问题,其中波兰、罗马尼亚和保加利亚是欧洲运营燃煤电厂的传统地区,其国内电力结构对煤炭的依赖程度较大。这3国在役硬煤和褐煤电厂装机规模超过40吉瓦,是欧盟未宣布退役的燃煤装机主力。长远来看,对于这些高度依赖煤电的欧洲国家,电力系统脱碳可带来数十亿欧元的清洁能源投资机会,并将助力欧洲碳中和目标的实现。

                    (二)碳定价机制增加碳排放成本

                    1.碳排放权交易

                    欧盟温室气体排放贸易机制是世界首个、也是最大的跨国二氧化碳交易项目。欧洲电力行业是受到排放限额管制、履约减排的重点行业,自2013年其全部通过拍卖获得碳配额。不断改革的碳交易市场正在成为欧洲减少碳排放、实现气候目标的重要措施。

                    在世界各国减少温室气体排放的诸多实践中,碳排放权交易被认为是最有效的市场经济手段之一。电力行业不仅是碳排放和碳减排的重要领域,也是碳市场覆盖的主要行业。欧盟温室气体排放贸易机制(EU-ETS)于2005年正式启动,是世界首个、也是最大的跨国二氧化碳交易项目,涵盖欧盟成员国以及挪威、冰岛和列支敦士登,覆盖该区域近半数的温室气体排放,为11000多家高耗能企业及航空运营商设置了排放上限。

                    欧盟碳排放贸易体系从成立到2020年的运行可分为三个阶段,其中第一阶段2005~2007年为试运行,第二阶段和第三阶段分别为2008~2012年、2013~2020年。2013~2020年排放上限在2008~2012年配额总量年均分配基础上每年以线性系数1.74%递减。2018年2月,欧盟批准碳排放贸易体系第四阶段(2021~2030年)改革方案。改革措施包括加速减少配额总量,通过市场稳定储备机制(MSR)收回更多的富余配额甚至可以注销配额,免费分配的配额基准线根据技术进步每五年更新一次等。具体来说,从2019年开始,市场稳定储备机制每年将减少24%的超额排放配额直至2023年;从2021年起配额总量发放上限将从逐年减少1.74%变为减少2.2%,并于2024年起配额上限减少幅度会更大。

                    欧洲电力行业是主要的温室气体排放行业,因此也是受到排放限额管制、履约减排的重点行业。在欧盟碳市场,从2013年开始,电力部门(利用废气发电和部分中东欧国家的除外)以及捕获、传输和储存二氧化碳的部门全部通过拍卖获得配额。对于电网建设较为落后或能源结构较为单一且经济较不发达的10个成员国,欧盟提供了“减损”选择,允许其在第三阶段的电力部门配额从免费分配逐渐过渡到拍卖,2013年时可以获得最多70%的免费配额,比例逐年递减,到2020年时需要全部通过拍卖获得配额。最终有8个东欧国家(捷克、保加利亚、罗马利亚、爱沙尼亚、匈牙利、塞浦路斯、立陶宛和波兰)采取了此选择,拉脱维亚和马耳他放弃了该方案。

                    欧洲电力企业可以使用不同类型碳资产(如碳配额EUA、核证减排量CER、减排单位ERU)履约以降低碳减排成本。对于同时拥有煤炭、天然气、生物质等不同发电燃料的电力企业来说,其从事生产经营活动必须考虑到碳资产价格的影响。发电企业需要对发电燃料价格、电价、不同燃料产生的碳排放量和碳资产价格等数据进行综合比较,最终确定最优的生产经营活动(选择何种燃料发电)。

                    从运行效果看,自2011年起,欧盟碳配额价格一直维持在个位数,进入漫长的低迷期。通过一系列改革,特别是完善强化碳交易体系的措施为碳市场带来了积极的信号,欧盟碳配额价格2018年突破了多年在个位数徘徊状态,到2018年底、2019年初已上涨至20欧元/吨以上。2020年下半年,欧盟碳市场持续升温,交易活跃,碳配额价格连续攀升,7月份已突破30欧元/吨。

                    碳配额价格上涨最重要的支撑因素来自碳市场参与者对未来气候政策的乐观预期。配额总量是依据气候目标决定的,提高气候目标意味着减排力度进一步加大,配额总量每年递减幅度会更大、下降会更快,进而提高碳配额价格。除气候因素外,市场稳定储备机制亦会对碳交易市场产生巨大影响。自2019年启动以来,该机制有效减少了过剩流通配额,提升了市场信心。欧委会将和各方在今明两年商讨现行市场稳定储备机制的延续问题。如果市场稳定储备机制2024年后仍以24%的比例减少超额的排放配额,那么将进一步推高碳配额价格。

                    2.碳税

                    欧洲是全球碳税征收最为成熟的地区。碳税对欧洲国家,尤其对北欧国家减少碳排放、降低能耗、改变能源消费结构产生了积极的促进作用。2018年以来,一些欧洲国家强化了碳税政策,包括取消税收减免、与碳交易制度形成联动等。

                    碳税是以应对气候变化、减少二氧化碳排放为目的,向化石燃料生产或使用者征收的环境税。它通过增加税赋来提高含碳化石能源价格,以促进能效提高和资源节约利用,相对减少温室气体排放,是国际社会应对气候变化的主要政策措施之一。欧洲几个发达国家是全球碳税征收的先锋,尤其以北欧四国为代表,随后从北欧向爱尔兰、冰岛、西班牙、葡萄牙、爱沙尼亚、法国、瑞士、和英国等国逐步推广开来。总体而言,欧洲是全球碳税征收最为成熟的地区。

                    截至目前,全球碳税主要分为两类。一类是将碳税作为一个单独的税种,以芬兰、丹麦、瑞典、挪威和荷兰为代表,这些国家碳税历史较长,比较成熟。芬兰是世界上第一个征收碳税的国家。自从芬兰1990年推出对化石燃料按碳含量征收碳税之后,挪威、丹麦、瑞典也纷纷开征碳税,征税对象逐步从一次能源扩大到二次能源如电力等。

                    另一类并不是将碳税作为一个单独的税种提出,而是将之与能源税或者环境税相结合,主要代表国家是意大利、德国、英国。例如,英国并没有一个确定的税种叫做碳税,但是英国有和碳税功能类似效果相近的税种,如1990年引入的化石燃料税,针对化石燃料进行征税。2004年英国开始征收气候变化税,这是一种全国性税制,针对天然气、煤、液化天然气和电力征收,以减少二氧化碳排放,应对日益严峻的气候形势。

                    关于税率水平,碳税总体稳定,欧洲发达国家税率水平相对较高。根据世界银行2018年3月发布的数据,北欧国家碳税水平遥遥领先。瑞典、芬兰、挪威的碳税分别为139美元/吨、77美元/吨、64美元/吨,丹麦碳税略低,也达到29美元/吨。碳税作为一个有效的环境经济政策工具,对北欧国家减少碳排放、降低能耗、改变能源消费结构产生了积极促进作用。

                    碳税征收给出了价格信号,但有时不足以给企业带来巨大的成本压力,或者企业可能采取其他手段转移征税影响,因此,将征税和其他手段相互结合,才能促使这些行业真正采取行动,降低碳排放。如同时运用碳交易和碳税这两种经济手段,全面覆盖各类经济部门,以提升政策效果、增强减排力度。此前有一些欧洲国家同时采用碳交易和碳税,但通常覆盖不同部门。冰岛、瑞典、丹麦等对交通燃料征收碳税,不与欧盟碳交易体系覆盖的工业部门重合。随着各国气候目标不断强化,一些国家逐渐加大政策力度,提升减排效果,使越来越多的企业受到碳交易和碳税的双重管制。2018年,葡萄牙规定碳交易体系下的燃煤电厂同样需要交纳碳税。同年,瑞典取消了碳交易体系下的热电联产等企业享受的碳税豁免或减免,以加快淘汰煤炭的步伐。

                    (三)激励可再生能源快速发展

                    依照欧盟可再生能源指令有关规定,各成员国根据国情制定了各自的国家可再生能源行动计划和支持政策,其中绝大多数支持政策集中在发电行业,包括上网电价、溢价补贴、差价合约、绿色证书等。欧洲可再生能源政策机制是激励行业快速发展的关键。

                    从欧洲可再生能源发展经验来看,一方面,欧洲各国建立了以上网电价为主的补贴政策机制;另一方面,在上网电价政策机制的框架下,不断调整具体电价政策,以实现可再生能源的合理有序开发。

                    欧盟可再生能源政策发端于1997年的《可再生能源白皮书》。此后,欧盟陆续发布2001/77/EC、2003/30/EC等可再生能源指令,到2009年6月欧盟发布可再生能源指令2009/28/EC,基本上已形成相对完备的可再生能源发展法律框架(见表2)。欧盟委员会要求成员国将可再生能源指令转化为国家立法,并制订相应的国家可再生能源行动计划和支持政策。

                    表2 欧盟可再生能源指令概述

                    自欧盟第一个可再生能源指令被采用以来,各成员国出台的支持机制进一步推动了整个欧盟的可再生能源发展。总体来看,可再生能源支持政策涵盖了发电、供热制冷、交通等各个领域,其中绝大多数支持政策集中在发电行业。多年来,已经有多种支持机制和特定政策设计被广泛应用。其中最常用的可再生能源支持机制有上网电价(FIT)、溢价补贴(FIP)、差价合约(CfD)或溢价补贴递减、具有配额义务的绿色证书(GC)等(见表3)。

                    表3 欧盟可再生能源电力激励政策对比

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