张家口如何实现2050年城市能源转型

11月14日，第二届张家口长城国际可再生能源论坛开幕，国际可再生能源署正式发布《张家口2050能源转型报告》（下简称《报告》）。《报告》规定了张家口能源转型的目标和路径，可用于指导未来的行动计划，帮助张家口实现清洁绿色和低碳的城市发展。

据悉，本《报告》编写由国际可再生能源署与张家口市政府和中国可再生能源中心共同完成，是其与河北省政府签订的谅解备忘录的重要合作项目。

张家口市2050的能源转型计划能够给很多中国城市提供模板，帮助中国所有城市的能源转型，同时，在如何部署可再生能源并减少二氧化碳排放、实现可持续发展方面，全球其他城市也能够从张家口案例中学习经验。

 

图1《报告》封面

 

张家口优势独一无二

张家口资源丰富，不仅煤炭资源丰富，还有太阳能、风能、地热能、抽水蓄能等丰富的可再生资源。据预测，太阳能光伏发电和风能发电潜在装机量分别达30GW和40GW。近年来，张家口市迅速加大可再生能源的开发力度，推动了张家口市的经济快速发展。2017年，可再生能源占张家口市总装机容量的73%，约占总发电量的45%。

另外，张家口电网通过500千伏输电线路连接内蒙古电网和冀北电网，所处位置战略意义重大。同时接近北京-天津-河北电力负荷中心，有利于区域大气污染防止和低碳协同发展。

鉴于此，张家口市也获得了政治和政策的大力支持。2015年，京津冀协同发展规划编制指导意见获得中共中央政治局批准，张家口被定位为首都水源涵养功能区和生态环境支撑区。同年，北京被选为2022年冬奥会的主办城市，张家口市丰富的可再生能源资源，将在支持北京实现低碳奥运目标上发挥重要作用。随后，中国国务院批准张家口市为全国首个国家级可再生能源示范区，成为先进和创新的可再生能源技术应用的试验台。

2015年，国家发改委印发《河北省张家口市可再生能源示范区发展规划》，对未来可再生能源发展提供依据。

规划指出，到2020年，可再生能源发电装机规模达到2000万千瓦，年发电量达到400亿千瓦时以上；可再生能源将占电力消费的55%，占最终能源消费总量的30%，占城市居民最终能源消费总量的40%，占商业和公共建筑最终能源消费总量的50%。此外，40%的工业企业将实现零碳排放。

到2030年，可再生能源发电装机规模达到5000万千瓦，年发电量达950亿千瓦时以上。到2030年，可再生能源将占电力消费的80%，占最终能源消费的50%，占城市住宅最终用户最终能源消费的100%，占商业和公共建筑最终能源消费的100%。此外，100%的工业企业将实现零碳排放。

张家口的低碳战略路径

《报告》指出，电气化和电解制氢是张家口市2050年建成低碳城市的两条重要技术途径。另外，区域电网和储能等其他因素在转型过程中也发挥着至关重要的作用。

在规划方面，城市能源体系规划必须与工业领域发展战略相协调，确保可再生能源尽可能满足新能源需求。

政策和市场创新也在实现低碳转型中发挥重要作用，可以为先进技术、系统的开发和应用创造健康的生态系统，也为实现可再生能源高渗透率的商业模式创新提供条件。

全球来看，要使全球气温上升低于2°C，2050年，与能源相关的碳排放量必须下降70%。

《报告》分析表明，可再生能源和提升能效，再加上深度电气化，所需减排的90%可以在未来30年内实现。

数据显示，目前全球城市化进程使城市占全球最终能源消耗比例达到67-76%，占能源相关二氧化碳排放的71-76%。城市在减缓全球气候变化方面将发挥核心作用。

为了实现低碳的未来能源系统，除了降低电力系统的碳排放，还必须使用多领域耦合方法及技术，如电动汽车和热泵，将非电力终端用户与电力领域联系起来；提高能源效率并节约能源；使能源多样化，保证能源安全等。

可再生能源利用保障转型成功

可再生能源署采用EnergyPLAN模型来评估张家口市能源转型的前景。该模型允许综合城市能源系统进行技术和经济分析，涵盖电力、天然气和供热以及交通、建筑和工业等终端使用领域。

为实现最优化模拟，最大化整合、利用可再生能源，模型重点考虑了可变可再生能源系统的间歇性，在负荷供、需中实现热能与电力平衡，避免严重过剩的电力产生。

基于这些结果和应用的假设，特别是关于技术路径的选择，《报告》构建并测算了正常情况、加大电气化和加大氢能生产利用等多个情景。参考年为2017年。分析了2022年、2035年和2050年三个目标年。

因距2022年时间不长，一些措施基本明确，《报告》仅给出一种预测。增加可再生能源利用的短期措施包括提高电网的运行灵活性和加大废热利用。

从提高电网灵活性来看，可通过技术改造增加燃煤热电厂冬季运行负荷弹性；通过推广集中区域电供热和住宅使用独立空气源热泵。

通过电厂改造实现余热回收，加大废热利用，可供暖面积达6000多万平米。另外在工业和大数据中心，废热利用可就近新增700万平米的供暖潜力。

到2022年，可再生能源将显著增加，关停宣钢可降低工业用电负荷42%，电气化水平上升，用电负荷预计占剩余负荷的一半。基于以上条件，到2022年底，可再生能源份额可能达到47.7%。其中，可再生能源制氢、热泵、氢能微型热电联产装置等多个技术也对可再生能源份额增长发挥重要作用。

 

从终端用能领域看，除工业外，在住宅和交通领域，政府加快部署下，每年2万吨氢气产能和3000辆氢燃料电池汽车应用有望实现。

 

图2 2022年可再生能源发电预测

 

2035年分为三种情况，与2030年规划一致的正常情景，以及分别强调电和氢的应用的另两种情景。

 

图3 2035年可再生能源发电预测（正常情景）

 

电力情景中，非电终端领域的电气化成为主流，特别是电动汽车的规模快速扩大。工业领域电力消耗也将增加20%。

热泵使用更普及，大型热泵应用在区域供热系统，预计将覆盖该地区近60%的供热需求。

建筑节能方面也有很大改善，建筑的热能需求可能会比平时减少一半。达到45kWh/m2/year，有利于热泵技术的推广。

交通领域，电气化将基本替代石化燃料。使车辆到电网（V2G）技术得以实施，有助于可再生能源的消纳。

据预测，可再生能源的份额将从正常情况下的53%增加到75%。

 

图4 2035年可再生能源发电预测（电气化情景）

 

在氢能场景中，2035年氢能生产技术已成熟，终端使用更广泛。

其中一个关键特征是氢成为替代汽油和柴油的运输燃料。2035年氢将有望满足运输能源总需求的21%。

氢能在热能方面的应用更普遍，通过注入区域供热网络或通过微型热电联产电网提供热量，2035年氢能将满足总热量需求的15%左右。此外，二氧化碳加氢生产的电燃料将取代天然气供热需求，这一技术也有利于增加国内急需的碳捕获和储存技术。

钢铁制造业是工业领域有希望使用氢气的领域之一，氢气用作还原剂，可取代传统的焦煤。2035年，预计张家口市21%的氢气可用于工业用途，相当于该领域需求的10%。

 

图5 2035年可再生能源发电预测（氢能情景）

 

展望2050年时，《报告》特别提到张家口2050年的能源格局将受到国家长期能源展望的影响。参考中国可再生能源中心2018年发布的《2018年中国可再生能源展望》，在气候变化低于2°C的情景预测中，到2050年，电力将成为主导能源载体，占最终能源消费总量的53%，而可再生氢将占终能源消费总量的6%。

通过强调电气化，在2050年电气化场景中，因张家口市逐步淘汰高耗能产业、降低工业能耗，《报告》预测工业将完全电气化。

风光资源充分开发，太阳能光伏发电30GW，风能发电40GW的装机规模将实现。为支撑高比例的可再生能源，包括季节性储能的蓄热、电动汽车智能充电等技术将大规模应用。据预测，2050年所需能源的93%将由电力、热能和可再生氢等可再生能源提供。

届时，多种能源形式供能的区域供热网络占比将扩大到74%，区域网络无法覆盖时，用电供热将普及。

为保证能源供应的稳定性和可靠性，储能，特别是储热将有重要的作用。据估计，2050年热储存容量将达到1GWh。

 

图6 2050年可再生能源发电预测（电气化情景）

 

加强氢气利用，可以提供另一种技术途径，以适应更高比例的可再生能源。因为氢在较长时间内都是成本低廉的能量储存方式，且生产过程可中短，因此相比电气化方案其灵活性更大。

《报告》特别指出，在氢能场景中，电力仍然扮演着重要的角色，氢起到助推作用，更有利于充分开发可再生能源的潜力。

 

图7 2050年可再生能源发电预测（氢能情景）

 

氢是最适宜的能量载体

《报告》认为，随着可再生能源优势充分利用，加上工业领域的战略性重组，张家口未来的能源体系将与今天的体系发生根本性转变。

所有预测场景的核心要素都是当地可再生能源的开发程度，图8展示了不同情景和目标年份下能源系统的装机容量。

 

图8 各情景下累计发电装机预测

 

随着终端用能领域电气化程度的提高，电力无疑是所有情况下的重要能源载体。考虑到电力主要来自可再生能源，储能等可行技术变得至关重要，就未来较长一段时期来看，氢作为最适宜的能量载体将在塑造未来能源格局方面发挥重要作用。

同时，《报告》再次强调了城市能源系统战略规划的重要性和政策创新及新商业模式具有的巨大作用，所取得的经验和吸取的教训可在全国分享，这是国家可再生能源示范区的一项重要任务。

关于未来，《报告》提到，中国城市需要一种新的能源模式，即燃煤系统让位于可变可再生能源、电池存储和智能电网。

《报告》最后指出，整合高占比可再生能源的技术挑战，是城市脱碳要求下采取的能源转化途径。《报告》认为，到2050年，通过电气化或以氢能利用为主的途径，张家口市可以实现极高的可再生能源份额。

来源：能源发展网