碳中和愿景下的國(guó)內(nèi)電解鋁布局趨勢(shì)分析

劉亞德

(中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司,北京 100082)

1 我國(guó)能源供應(yīng)現(xiàn)狀

1.1 我國(guó)能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及轉(zhuǎn)型方向

我國(guó)化石能源資源的典型特征為“富煤、貧油、少氣”,煤炭在我國(guó)能源消費(fèi)總量占比始終保持第一,目前在58%左右,石油、天然氣占一次能源消費(fèi)比重約27%。以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)導(dǎo)致能源利用率低,經(jīng)濟(jì)效益低下。

“一煤獨(dú)大”的能源結(jié)構(gòu)給碳減排進(jìn)程帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn),2019年我國(guó)碳排放占全球總量的28%,人均排放比世界平均水平高46%;我國(guó)用全球23%的能源消費(fèi),創(chuàng)造了全球15.8%的GDP。兌現(xiàn)3060碳達(dá)峰碳中和的承諾,任務(wù)艱巨,能源低碳發(fā)展要求緊迫。

我國(guó)可再生能源資源豐富,水電資源的開發(fā)量超過6億千瓦,風(fēng)力發(fā)電資源超過35億千瓦,太陽能資源超過100億千瓦,生物質(zhì)能資源約合4.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。我國(guó)水電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能利用已經(jīng)有成熟技術(shù),發(fā)揮清潔能源資源優(yōu)勢(shì),加快清潔替代,推動(dòng)以水、風(fēng)、光等清潔能源替代化石能源,代替煤炭,彌補(bǔ)石油、天然氣的資源短缺,是我國(guó)長(zhǎng)期能源發(fā)展戰(zhàn)略和近期能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要選擇。

碳達(dá)峰是指某個(gè)地區(qū)或行業(yè)年度二氧化碳排放量達(dá)到歷史最高值,然后經(jīng)歷平臺(tái)期進(jìn)入持續(xù)下降的過程,是二氧化碳排放量由增轉(zhuǎn)降的歷史拐點(diǎn),標(biāo)志著碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)現(xiàn)脫鉤,達(dá)峰目標(biāo)包括達(dá)峰年份和峰值。碳中和是指企業(yè)、團(tuán)體或個(gè)人測(cè)算在一定時(shí)間內(nèi)直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放總量,通過植樹造林、節(jié)能減排等形式,以抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳排放量,實(shí)現(xiàn)二氧化碳“零排放”。碳達(dá)峰與碳中和緊密相連,前者是后者的基礎(chǔ)和前提,達(dá)峰時(shí)間的早晚和峰值的高低直接影響碳中和實(shí)現(xiàn)的時(shí)長(zhǎng)和實(shí)現(xiàn)的難度;而后者是對(duì)前者的約束,要求達(dá)峰行動(dòng)方案必須在實(shí)現(xiàn)碳中和的引領(lǐng)下制定。[1]通過碳達(dá)峰碳中和的推進(jìn),到2030年,中國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右,風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上。

1.2 清潔能源占比持續(xù)提升

近年來,國(guó)家持續(xù)推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,化解煤電過剩產(chǎn)能,放緩燃煤發(fā)電建設(shè)步伐,火電裝機(jī)增速持續(xù)放緩,新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng),發(fā)電裝機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。

圖1 2011-2020年全國(guó)電源裝機(jī)結(jié)構(gòu)變化情況

數(shù)據(jù)來源于中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[2]。

我國(guó)煤電裝機(jī)占全球的一半,煤炭開采成本上漲、煤電超低排放改造、利用小時(shí)下降等導(dǎo)致煤電發(fā)電成本升高,煤電價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力持續(xù)降低。在促進(jìn)清潔能源發(fā)展過程中,煤電裝機(jī)定位由基荷電源調(diào)整為調(diào)節(jié)電源。近中期對(duì)部分60萬千瓦及以下機(jī)組進(jìn)行靈活性改造,遠(yuǎn)期絕大部分煤電均轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)節(jié)電源與應(yīng)急備用電源。預(yù)計(jì)煤電裝機(jī)2025年達(dá)到峰值11億千瓦;2035年、2050年分別降至9億千瓦、4億千瓦左右。

未來以太陽能、風(fēng)能、水能為代表的清潔能源將成為主導(dǎo)能源。我國(guó)清潔能源資源豐富,但在時(shí)間和空間分布上存在天然不均衡性、隨機(jī)性、波動(dòng)性。西南地區(qū)云、貴、川、渝、藏5省市水能資源占全國(guó)總量的67%,西部、北部地區(qū)風(fēng)能和太陽能資源占比超過80%。這些地區(qū)資源條件好,地廣人稀,開發(fā)成本低,適宜集中式、規(guī)?；_發(fā)。預(yù)計(jì)2035年水電、風(fēng)能、太陽能裝機(jī)達(dá)到4.9億千瓦、11億千瓦、13.1億千瓦,清潔能源發(fā)電裝機(jī)占比75%,清潔能源發(fā)電量占比69%,清潔能源占一次能源的比重達(dá)到48%;2050年水電、風(fēng)能、太陽能裝機(jī)達(dá)到5.7億千瓦、19.7億千瓦、23.6億千瓦,清潔能源發(fā)電裝機(jī)占比89%,清潔能源發(fā)電量占比91%,清潔能源占一次能源的比重達(dá)到74%。

2 電解鋁清潔用能的狀況

2.1 能源對(duì)電解鋁產(chǎn)業(yè)的重要性

電解鋁屬于高載能產(chǎn)業(yè),高載能產(chǎn)業(yè)也稱之為能源消耗密集型產(chǎn)業(yè)。能源成本在電解鋁產(chǎn)品產(chǎn)值中占有較高的比重。能源與電解鋁產(chǎn)業(yè)之間既相互制約,又相互促進(jìn)。由于電解鋁產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品同質(zhì)性很強(qiáng)、銷售價(jià)格統(tǒng)一、生產(chǎn)技術(shù)差別相對(duì)較小,因此行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力主要體現(xiàn)在生產(chǎn)成本以及銷售運(yùn)距方面。依據(jù)電解鋁產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品成本構(gòu)成,將完全成本分解為電力成本、原材料成本、制造費(fèi)用、期間費(fèi)用四大部分。影響電解鋁產(chǎn)業(yè)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的因素主要為電力成本、原材料成本、運(yùn)輸成本。按照當(dāng)前技術(shù)水平,生產(chǎn)一噸電解鋁需要消耗電力13500千瓦時(shí),因此電解鋁企業(yè)用電成本每降低0.01元/千瓦時(shí),可貢獻(xiàn)至少135元/噸的毛利潤(rùn),電力成本對(duì)電解鋁產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力起主導(dǎo)性作用。

2.2 國(guó)外電解鋁清潔用能情況

截止2020年底,全球電解鋁產(chǎn)能8351萬噸,開工產(chǎn)能7026萬噸,產(chǎn)能利用率84.14%。其中,國(guó)外產(chǎn)能3494萬噸,開工產(chǎn)能3029萬噸,占總開工產(chǎn)能的43%。國(guó)外電解鋁產(chǎn)能清潔用電比例達(dá)到78%,其中水電產(chǎn)能占比46%,燃?xì)獍l(fā)電占比27%,煤電占比22%、核電占比3%、其他可再生能源占比2%,水電一直是國(guó)外電解鋁的主要能源,主要在非洲、北美、南美洲、歐洲、大洋洲,海灣阿拉伯國(guó)家主要采用燃?xì)獍l(fā)電。

2.3 國(guó)內(nèi)電解鋁產(chǎn)業(yè)清潔用能情況

國(guó)內(nèi)電解鋁產(chǎn)能4857萬噸,2020年開工產(chǎn)能3940萬噸,其中65%的產(chǎn)能有自備電。所有產(chǎn)能中,火電產(chǎn)能占比79.7%,水電產(chǎn)能占比約18.3%,新能源產(chǎn)能占比約2%,清潔能源總占比在20.3%。

國(guó)內(nèi)電解鋁產(chǎn)能主要分布在山東、新疆、內(nèi)蒙、云南、甘肅、青海、廣西、河南、貴州、寧夏、四川等省份,這些省份的產(chǎn)能均超過百萬噸。

表1 國(guó)內(nèi)電解鋁產(chǎn)能100萬噸以上省份

從區(qū)域分布來看,山東產(chǎn)能占總產(chǎn)能的占比為24.3%,內(nèi)蒙占比15.6%,西北(新疆、甘肅、青海、寧夏)占比30%、西南(云南、貴州、四川)占比13.9%、廣西占比4.9%。

山東電解鋁產(chǎn)能全部使用自備電,均為煤電,屬于完全依托化石能源的產(chǎn)能,山東本地煤炭資源較少,煤價(jià)高,沒有能源成本優(yōu)勢(shì),是下一步重點(diǎn)轉(zhuǎn)型的區(qū)域。

內(nèi)蒙古電解鋁自備電率達(dá)到80%,網(wǎng)購電中有10%～15%的新能源配比,折合全部產(chǎn)能,新能源的占比在2%～3%,也屬于基本依托化石能源的產(chǎn)能。內(nèi)蒙煤炭資源豐富,煤價(jià)低,具有一次能源的成本優(yōu)勢(shì)。

西北地區(qū)新能源裝機(jī)大,煤炭資源豐富,能源資源稟賦較好,青海和甘肅的清潔能源產(chǎn)能已達(dá)到80%以上。新疆、寧夏借助煤炭資源優(yōu)勢(shì),目前煤電自備產(chǎn)能占比較高,未來根據(jù)地區(qū)能源裝機(jī)發(fā)展趨勢(shì),有較大的轉(zhuǎn)型空間。

西南地區(qū)水電資源豐富,云南、四川基本為水電鋁,煤電作為季節(jié)性補(bǔ)充。

3 不同能源電解鋁產(chǎn)能發(fā)展分析

近年來,我國(guó)電解鋁產(chǎn)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革成效顯著,能源消耗指標(biāo)不斷下降,產(chǎn)能逐步向中西部轉(zhuǎn)移,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)更趨合理。電解鋁企業(yè)要充分認(rèn)識(shí)我國(guó)能源資源稟賦,跟隨能源革命優(yōu)化調(diào)整布局,用能結(jié)構(gòu)從煤電為主向清潔能源轉(zhuǎn)變,搶占先機(jī),掌握用能主動(dòng)權(quán),在清潔能源時(shí)代贏得主動(dòng),提升產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

3.1 依托煤電電解鋁產(chǎn)能發(fā)展趨勢(shì)分析

近年來,國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)了一系列推動(dòng)煤電有序發(fā)展的政策措施,加強(qiáng)煤電規(guī)劃建設(shè)的宏觀調(diào)控力度,快速淘汰落后產(chǎn)能,促進(jìn)煤電行業(yè)健康有序發(fā)展。尤其是在規(guī)范自備電廠管理方面力度較大,山東、內(nèi)蒙地區(qū)電解鋁自備電率高,隨著對(duì)違規(guī)建設(shè)自備機(jī)組的整治和自備電公平承擔(dān)社會(huì)責(zé)任的落實(shí),自備電的成本競(jìng)爭(zhēng)力大幅降低。

山東當(dāng)前煤電裝機(jī)占全省總裝機(jī)的71.6%,發(fā)電量占總電量的88.5%。內(nèi)蒙當(dāng)前煤電裝機(jī)占全省總裝機(jī)的64.1%,發(fā)電量占總電量的82.9%。山東的清潔能源裝機(jī)占比達(dá)到全省總裝機(jī)的25%,內(nèi)蒙的清潔能源裝機(jī)占比達(dá)到35.9%。按照2030年碳達(dá)峰,全國(guó)煤電裝機(jī)預(yù)計(jì)在2030年前后達(dá)峰,山東預(yù)計(jì)到十四五末達(dá)峰,內(nèi)蒙預(yù)計(jì)到2030年達(dá)峰,然后煤電進(jìn)入發(fā)展平臺(tái)期并逐步降低。山東和內(nèi)蒙的清潔能源裝機(jī)占比和發(fā)電量將大幅提高,煤電從主力電源調(diào)整為調(diào)節(jié)電源,發(fā)電成本進(jìn)一步攀升,以自備電為依托的電解鋁產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)保成本將進(jìn)一步抬升,產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力降低。

隨著碳達(dá)峰和碳中和的推進(jìn),山東的電解鋁產(chǎn)能進(jìn)行自備煤電機(jī)組靈活性改造后保留部分產(chǎn)能,其他產(chǎn)能將向清潔能源富集區(qū)域轉(zhuǎn)移。內(nèi)蒙的電解鋁配套自備機(jī)組將全面開展靈活性改造,參與電網(wǎng)深度調(diào)峰,大幅消納新能源,在享受豐富煤炭資源的同時(shí)承擔(dān)清潔能源消納責(zé)任,提升清潔能源的比重。

3.2 水電鋁的產(chǎn)能發(fā)展趨勢(shì)分析

云南、四川的電解鋁屬于典型的水電鋁。云南省水電裝機(jī)占全省總裝機(jī)的73%,水電發(fā)電量占80%;四川水電裝機(jī)占全省總裝機(jī)的78%,水電發(fā)電量占85%。電解鋁用電全部為水電,尤其是電解鋁產(chǎn)能向云南的轉(zhuǎn)移顯著緩解了云南棄水問題。目前全國(guó)常規(guī)水電裝機(jī)增速持續(xù)放緩,未來三年全國(guó)新增常規(guī)水電裝機(jī)約4000萬千瓦主要集中在云南四川兩省,將進(jìn)一步提高水電占比。

水電資源的特點(diǎn)是清潔低碳,環(huán)保經(jīng)濟(jì)。水力發(fā)電的成本較低,可以提供廉價(jià)的電能,從成本競(jìng)爭(zhēng)力的角度是電解鋁的優(yōu)質(zhì)電源。云南、四川的水電大部分為徑流式電站,水電出力特性和負(fù)荷特性不匹配決定了汛枯矛盾將長(zhǎng)期存在,存在結(jié)構(gòu)性矛盾,供應(yīng)能力具有季節(jié)性、時(shí)段性波動(dòng)的特性。以四川省為例,冬季枯水期發(fā)電能力只有豐水期的40%左右。豐水期用不完棄水、枯水期不夠用缺電。當(dāng)遇到特別的枯水年份,水電站的正常供電可能會(huì)因能源供應(yīng)不足而遭到破壞,出力大幅降低,存在無法滿足電解鋁產(chǎn)業(yè)用電需求的可能。

大比例利用水電是電解鋁產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的主要途徑,結(jié)合水電的資源特點(diǎn),充分考慮豐枯期的供電矛盾,云南和四川在承接從東部和內(nèi)陸轉(zhuǎn)移的高成本高排放的電解鋁產(chǎn)能時(shí),要保持合理的產(chǎn)能上限,有效兼顧清潔低碳廉價(jià)經(jīng)濟(jì)水電成本與水電豐枯期結(jié)構(gòu)性矛盾是需要重點(diǎn)考慮的問題。

3.3 電解鋁對(duì)新能源(風(fēng)能、太陽能)的利用

電解鋁成本對(duì)電價(jià)的高度敏感性決定了電解鋁與新能源的高度契合性。未來新能源發(fā)電將在我國(guó)能源電力發(fā)展中扮演越來越重要的角色,新能源發(fā)電成本的下降為此提供了基礎(chǔ)。技術(shù)進(jìn)步和規(guī)?；l(fā)展推動(dòng)新能源發(fā)電成本快速下降。西北地區(qū)風(fēng)電和光伏成本全國(guó)最低,預(yù)計(jì)2025年前,光伏和陸上風(fēng)電競(jìng)爭(zhēng)力將全面超過化石能源,資源條件好的地區(qū)光伏可低至0.21元/千瓦時(shí),風(fēng)電可低至0.25元/千瓦時(shí),新能源未來電價(jià)競(jìng)爭(zhēng)力較高。

新能源消納以就地、就近利用為重點(diǎn),青海、甘肅等西北地區(qū)的電解鋁產(chǎn)能,近年隨著大幅使用新能源顯著提升了成本競(jìng)爭(zhēng)力。未來西北地區(qū)的新能源裝機(jī)將進(jìn)一步提升,形成以新能源為主、水電為補(bǔ)充、煤電為調(diào)節(jié)的能源結(jié)構(gòu),電解鋁產(chǎn)能變?yōu)轱L(fēng)光鋁。在碳中和愿景下,新能源富集地區(qū)在保有現(xiàn)有電解鋁產(chǎn)能的前提下,要做好承接煤電鋁向水電鋁轉(zhuǎn)移后的多余產(chǎn)能的準(zhǔn)備,降低整個(gè)電解鋁產(chǎn)能的碳排放,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期碳中和。

4 結(jié) 論

電解鋁產(chǎn)業(yè)的高載能屬性,決定了能源的發(fā)展對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要影響。在碳達(dá)峰碳中和的愿景下,能源供應(yīng)加速向以清潔能源為主轉(zhuǎn)移,電解鋁用能將順勢(shì)優(yōu)化調(diào)整。

(1)將逐步降低依托煤炭的電解鋁產(chǎn)能,向水電鋁、新能源富集地區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)移。

(2)水電鋁要充分考慮水電的季節(jié)性和階段性矛盾,控制合理的產(chǎn)能總量,保障用能安全,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性與零碳的有機(jī)統(tǒng)一。

(3)遠(yuǎn)期國(guó)內(nèi)能源供應(yīng)以新能源為主,在風(fēng)光資源豐富的三北地區(qū),尤其是資源稟賦較好的西北地區(qū),利用新能源的低成本優(yōu)勢(shì),適宜發(fā)展風(fēng)光鋁。