前沿进展|粤港澳大湾区高效清洁的能源系统转型路径—2020-2035年间的系统模拟预测

2021-09-07

20219月第2期 (总第15期)


粤港澳大湾区高效清洁的能源系统转型路径—2020-2035年间的系统模拟预测


Pathways to a more efficient and cleaner energy system in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area: A system-based simulation during 2015-2035




期刊:Resources,Conservation & Recycling

期号:Volume174 (2021), 105835

时间:2021.08

DOI:10.1016/j.resconrec.2021.105835

摘要
粤港澳大湾区(以下简称“大湾区”)是我国经济体量和经济活力最大的城市群之一,伴随其经济社会的快速发展的是巨大的能源消费需求。为推动大湾区能源系统的高效清洁转型,需要对能源供需平衡、能源强度和能源安全等多方面的综合表现与发展趋势进行系统性的评估,并提出决策重点。本文建立了大湾区能源系统的GBA-TIMES能源技术模型,用于评估2015-2035年现有政策对未来能源系统优化的有效性影响。模型根据能源结构和其他社会经济因素的预期变化,设定能源政策加强情景和常规政策情景,来预测大湾区未来的能源消费水平、能源效率和能源安全发展走向与演变轨迹。结果显示:1)珠三角地区和澳门的能源消费总量预计将持续缓慢增长至2035年,而香港的能源消费总量将在2025年左右达峰;2)到2035年,大湾区的煤炭供应量预计将比2015年的水平减少一半,而非化石能源在总能源消费量中的占比将提高至44-45%,以满足经济社会持续发展的能源需求;32035年珠三角地区、香港和澳门的能源强度预计相比2015年分别下降54%47%31%,在不同政策情境中基本一致;4)在能源清洁化的同时,大湾区的能源安全有望得到进一步加强,能源自给率将从2015年的10%提高到2035年的20-25%能源系统的清洁化转型仍是中长期大湾区能源管理的重点,需要充分对标大湾区的碳达峰碳中和目标实现,助力建设全球领先的绿色低碳湾区。

正文

本研究构建了大湾区(珠三角9个城市及香港、澳门)的GBA-TIMESGuangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area-The Integrated MARKAL-EFOM System)模型,立足大湾区经济社会及能源产业发展趋势,基于城市各部门间能源流动构建了2015-2035年从能源供给、加工转换和输运到终端产业部门需求的能源线性规划系统。模型以农业、工业、居民、商业与交通5个最终使用部门的能源服务需求为驱动,主要考虑4个方面的外生输入变量:1)终端能源服务需求;2)一次能源供应现状、资源禀赋及未来供应技术容量和潜力;3)能源技术相关技术经济参数;4)政策目标和其他环境约束。最终,探究可实现能源系统折现目标最小值的能源供应与能源技术组合,得出不同政策情景下能源供需、发电量、电力结构、能源强度和自给率等的预测值。


图1 模型理论框架

1)电力需求将成“主角”

大湾区的能源供应结构预计在能源政策加强情景(EEP)和常规政策情景(PAU)下都将有显著优化。2035年,随着全社会的电气化水平提高,大湾区的终端能源需求将逐步转变为电力消费主导,终端电力需求将占总能源需求总量约50%,煤炭和石油需求占比持续下降。大湾区现代化经济体系和高端服务业发展、产业结构进一步“轻量化”及能源消费结构优化调整,带动工业终端能源消费占比逐年降低,交通、商业、居民生活成为新的能源消费增长驱动因素。电力需求新增量将主要由粤东西北外区送电、气电、核电、西电东送及其他可再生能源发电补足。


图2 粤港澳大湾区(a)2015年、(b)2035年PAU情景和(c)2035年EEP情景的能源流量图

2)能源消费缓坡达峰

珠三角城市群的能源消费总量大,预计未来10年将进入“温和”增长期,增速逐步放缓,到2035年前后进入峰值平台期。相比下,由于发展阶段靠前,香港的总能源消费预计将在2025年左右达峰。综合能源清洁低碳化发展趋势和大湾区实际情况,“控煤、压油、提气和加快发展非化石能源”是大湾区能源结构优化的总体思路。各地区的煤炭消费持续减量化,尤其珠三角的煤炭消费量在2015-2035年期间将下降60%-66%

图3 粤港澳大湾区2015-2035年 (a)总能源、(b)煤炭、(c)石油和(d)天然气消费量预估

3)电力清洁化时代将至

在加快能源结构调整的同时,大湾区的电力供应能力有望进一步增强。在两种情景下,大湾区的电力装机容量都将从2015年的67千瓦时增加到2035年的113千瓦时。大湾区在持续扩大天然气利用和区外清洁电力的基础上,加快开发利用海上风电、光伏及安全高效发展核电,着力推进煤炭清洁高效利用,到2035年将逐步形成以天然气、区外清洁电力和核电为主的绿色清洁电力系统。其中,珠三角的天然气、非化石能源电力装机比重将分别达到41-45%38-42%,而港澳的天然气电力装机比例将分别达到73%100%

图4 粤港澳大湾区2015-2035年间电力装机容量与发电结构变化预估

4)三地能源强度均持续降低

随着能源利用和产业技术进步以及着力优化产业结构,大湾区的能源强度在未来将持续下降。珠三角、香港、澳门的能源强度在2035年预计分别达到1.620.540.26吨标准煤/千元,相比2015年分别下降54%48%31%大湾区人均能源消费量在2035年的总体水平比2015下降了5-6%此外,由于区内清洁能源的增长和可再生能源资源的开发,逐步减少对外来化石燃料资源的依赖,大湾区的能源自给率将从2015年的10%提高到2035年的25%EEP情景)和22%PAU情景)。

图5 粤港澳大湾区2015-2035年能源强度(单位GDP能耗)和人均能耗变化预估

政策启示:

中国已提出了在2030年之前实现碳达峰,力争2060年实现碳中和的总体目标。作为我国现代化建设的先行示范区,大湾区有必要在脱碳理念引领、制度建设和科技创新方面率先探索,争取在2025年前实现整体碳达峰,并探索2050年左右实现碳中和。在这样的大背景下,需要促进大湾区建成清洁低碳、安全高效的现代能源体系,并瞄准碳中和目标,持续向非化石能源为主流的能源结构转型。

相较于其他国际湾区,粤港澳大湾区煤炭和煤电所占比例仍较高(比如,2015年大湾区煤电装机比重仍为49%,远高于东京湾区的5%),电力供应多样化不足,能效提高潜力大。大湾区需要继续加快优化能源结构,逐步淘汰高排放的煤电机组,开发清洁能源,充分发挥发电权交易市场机制。此外,还应促进粤港澳在经济、能源领域的协同与合作,依托香港、澳门、广州、深圳等中心城市的科研优势和高新技术产业基础,充分发挥香港和澳门对外开放优势,深化与其他地区能源基础设施互联互通和多边能源合作,包括加快发展新能源主导的“零碳”清洁电网、建立跨区域的电力体制机制等,为大湾区绿色低碳的新发展模式注入动力。

作者介绍
第一作者

周颖中山大学环境科学与工程学院博士生,研究方向为能源转型与协同减排

本文摘自微信公众号“E3”。


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