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李政:以碳中和为抓手 实现人类绿色革命

2022-9-3 03:52| 发布者: admin| 查看: 2523| 评论: 0|来自: 公众号:清华大学气候变化研究院

摘要: 2020年9月,习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上提出,中国要在2030年前实现二氧化碳排放达峰,到2060年前实现碳中和。在世界范围内,已有超过130个国家提出了碳中和目标,大多数国家承诺在2050或2060年 ...

2020年9月,习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上提出,中国要在2030年前实现二氧化碳排放达峰,到2060年前实现碳中和。在世界范围内,已有超过130个国家提出了碳中和目标,大多数国家承诺在2050或2060年完成目标。“碳中和”是人类为应对气候危机而做出的终极努力之一,如果各国能够按照各自的计划,在几十年内将碳排放归零,我们或许还有机会将全球变暖控制在1.5℃或2℃之内,将人类与地球从气候变化的深渊边缘拉回安全地带。

但是,作为仍在发展中的人口大国、煤炭大国、制造业大国,中国能够完成这一涉及全社会方方面面的大转型,在短短40年的时间内实现碳达峰和碳中和的巨大转变吗?宏大的碳中和蓝图包含哪几个主要板块,又分别应当如何推进?在这场由NSR编委、能源化学领域专家包信和院士主持的论坛中,来自多个相关领域的顶尖中国研究者齐聚一堂,共同梳理中国碳中和所面临的形势与挑战,对发电端、用能端、固碳端的发展现状与未来路径进行深度解读,尝试勾画出中国碳中和绿色革命的整体图景。


包信和:我们今天请到几位不同领域的专家,主要从能源相关的几个角度出发,一起来讨论碳达峰和碳中和这个话题。从2020年9月习总书记在联合国大会上提出碳达峰、碳中和的目标以来,国内做了许多规划,采取了许多举措。首先我们请李政老师从整体的角度,谈一谈我国提出双碳目标的背景和意义。


李政:气候变化已经在世界范围内得到共识,这是一个全人类共同面对的巨大挑战。而碳达峰、碳中和就是针对气候变化的根源,即温室气体排放,所采取的一项根本性措施。世界上许多国家都提出了碳中和目标,而且从欧洲的绿色新政到我国的碳中和目标,都不是为了低碳而低碳,而是希望以碳中和为抓手,倒逼经济社会的高质量发展,完成一场“绿色工业革命”,把经济、社会的发展方向由传统的依靠化石能源的路径,转向追求低碳、追求绿色的新的方向上来。“绿色革命”已经成为了世界大势,如果逆势而行,我国下一阶段的发展一定会遭遇阻碍,只有顺应这个趋势,而且应当努力引领这个趋势,我国的经济、社会才能在未来取得新的跨越式发展。由此可以看出,双碳目标是中国政府经过深思熟虑而做出的战略决策。

各国都制定了碳达峰和碳中和的目标,但是各国的能源结构和经济发展阶段不同,所以实现碳中和的难度也不同。西方发达国家实际上已经完成了碳达峰。欧洲在上世纪80年代就已经达峰,因此它们有70年左右的时间去完成从达峰到中和的过程;美国也在2005年达峰,有45年的时间。但是我国还在发展之中,而且我们的产业结构偏重、能源结构偏煤,科技创新能力也还不够,因此要在短时间内实现达峰和中和,难度是比较大的。

而从国际气候谈判的角度来看,各国对造成当前问题的责任是不一样的。在历史上,发达国家排放了更多的二氧化碳。因此,在向碳中和目标前进的过程中,必须坚持气候正义,不应当损害发展中国家的发展权。在2021年的格拉斯哥气候大会上,发达国家提出了两个比较大的诉求,第一是希望将1.5℃设定为气候行动的单一目标,第二是要逐步完全淘汰(phase out)煤炭。经过各国的谈判和斗争,最后的协议决定:第一是坚持了《巴黎协定》2℃并努力实现1.5℃的目标,但也明确指出要保持1.5℃可达;第二是将“phase out”改为“phase down”,不要求逐步完全淘汰煤炭,而是逐步降低煤炭的使用量。

总之,实现碳中和、追求低碳绿色的新型社会体系,是符合人类共同利益,各国都在关注和努力的一个重要方向。


包信和:关于实现碳中和的策略和方法,有哪些我们可以借鉴的国际经验?


李政:美国有过一个“2050零碳美国”的研究,其中有一些值得借鉴的内容。这个研究描述了在不同政策、不同能源结构和电气化水平选择之下,美国未来可能出现的6种情形。由此总结出的几个主要措施,都是我们可以借鉴的。首先,终端的电气化是最主要的措施。减少用能端的能量消耗和碳排放,对于减碳至关重要。第二是要平衡化石能源和非化石能源的比例。要实现零碳目标,非化石能源必然成为主体,但是为了保证电网的稳定性,也要保留一定比例的化石能源,所以二者之间的比例是一个关键问题。第三,必须配套发展碳捕获与碳封存(carbon capture and storage, CCS)技术,才能平衡掉化石能源使用带来的碳排放。事实上,在碳中和的场景下,CCS的固碳能力决定着我们能够使用多少化石能源。


郭正堂:各个国家的基本情况不一样,所面临的挑战也各不相同,因此有很多东西我们不能简单照搬。我认为在国外的“碳中和”经验中,主要有以下三个方面可以借鉴。一是借鉴国外先进的、普适性的技术。二是要学习欧洲等国,建立全民低碳文化。在欧洲一些国家,低碳概念深入人心,普通百姓都会有意识地选择小排量汽车,并且在日常生活中时刻注意节能和材料的循环利用,这是我们需要加强的。三要制定因地制宜的“碳中和”路径。目前,中国已经制定了一些全国性的“碳中和”路径,但是各个地区的自然条件、发展的阶段性、能源结构、产业结构都不一样,不可能按照一个模式去付诸行动,特别需要在全球和全国路径的基础上,因地制宜地制定每个自然或行政区的实施路径。


成会明:我认为我们提起碳中和时,似乎总是围绕着能源和资源问题,而欧洲的系统性更强,除了能源结构,也会同时考虑工业转型、建筑节能,以及交通、农业、生态环境等方方面面。这种系统性可能也是值得我们学习的地方。


包信和:我们本身是能源相关的研究者,所以可能接触到这方面的消息比较多,但是实际上中国也在关注你所提到的各个方面。不过碳中和确实是一个非常大的概念,需要各个产业的系统性努力,我们是不是可以总结一下,有哪几个主要的方面?


何雅玲我认为主要可以分为三个大的方面:一是产能端(包括发电)的减排,主要手段是逐步实现碳替代,一方面减煤、控油、增气,另一方面大力发展各类可再生清洁能源;二是用能端的绿色转型,包括钢铁、建材、化工等领域的工艺流程再造,以及交通等领域的绿色化转型等;三是固碳端,要发展各种技术,做好碳的捕捉、封存和再利用,保证碳中和目标的实现。另外,在产能端和用能端,都还需要进一步发展储能技术。


产能端:绿电正当时


包信和:我国是煤炭大国,在煤炭发电领域,还有没有进一步提高效率的空间,用更少的煤、更少的碳排放来产出更多的电?


何雅玲:空间还是有的。目前我国煤电机组中先进的超临界和超超临界机组已经占到一半。主蒸汽温度在570-612℃,机组效率达到40%-45%,每千瓦时的二氧化碳排放700g-800g。未来先进的超超临界机组主蒸汽温可望达到700℃,届时,可将能量转换效率提高到50%左右,每千瓦时的二氧化碳排放量亦可再进一步降低到640g左右。

在发电端,整体上一定会逐渐降低化石能源的比例,向绿色清洁能源转型。与此同时,煤炭在能源体系中的角色也会逐渐发生转变,从主要的能量来源转变为一个辅助者。一方面,因为太阳能、风能等新能源都有间歇波动、不稳定的问题,需要化石能源在多能互补的能源体系中起到“压舱石”的作用,保证可再生能源的比例不断增加和安全经济运行;另一方面,多能并用、化石能源与新能源相互耦合的技术正在快速发展。例如,对于现有的燃煤电厂来说,可以通过与光热发电、熔盐储热系统相耦合的技术,提供一种减少煤炭用量、并保持供应可调度电能能力的改造途径;再如可以将可再生能源与储能系统或热泵机组耦合,实现对弃风弃电的利用。总之,在燃煤行业中,各类改造都在紧锣密鼓的进行中,以实现煤炭在能源系统中身份的转变。

另一方面我也再次强调,在新能源、多能耦合以及用电端等许多领域,储能技术都是非常重要的技术。如果大规模、低成本的储能技术能够取得突破性进展,将为这场能源革命做出颠覆性的贡献。


包信和:谢谢何老师。在新能源领域,我们今天还请到了施正荣老师,施老师是最早在我国发展太阳能光伏产业的先行者之一,请你来讲一讲光伏领域国内和国际的发展情况。


施正荣:在过去20多年中,光伏在我国和全世界的发展都很快。我国的光伏产业从最开始的一穷二白快速发展到今天,在技术、人才、供应链等方面都已经非常健全,整个产业链中90%以上都实现了国产化。在过去15年中,我国的光伏产量一直位居世界首位。这样快速的发展,一方面得益于各国政府对可再生能源的大力支持,给与了很多政策推动;另一方面也是资本推动的结果。

可以说,光伏产业的蓬勃发展为我国实现“双碳”目标奠定了非常坚实的基础。从上网电价来看,无论在国内还是国外,在政策的支持下,光伏的电价都已经具备了竞争优势。从装机规模来看,到2021年底,我国累计装机容量已经达到300 GW,全球已经突破1 TW。从现在到2030年,如果要实现各国设定的减碳目标,全球还要新增2 TW的光伏装机量,其中我国要新增0.8 TW。这都是要在今后几年内实现的,所以也有不少人提出疑问:光伏的发展能不能达到这样的速度?关于这个问题,我认为一方面从技术上,光伏产业主要依赖的元素是硅,而硅是地球上第二丰富的元素,因此在原材料方面不会有太大的限制。另一方面,随着新一轮的大规模产业投资与发展,已经出现了供应链不平衡导致的涨价问题——上游多晶硅的生产建设周期要比下游电池等组件的周期长,这样的不平衡就导致从2021年开始,光伏组件涨价接近20%,而且目前还没有降价的迹象。因此,产业链不平衡是我们下一步需要想办法解决的问题。

从目前的产业发展方向来看,我认为分布式发电潜力很大。目前我国准备在西部建设大规模的集中式光伏基地,大约会有150-200 GW的容量。与此同时,分布式光伏也在快速发展,尤其是在山东、安徽、河南、河北等日照条件较好的地区,分布式的装机容量在2021年的占比已经达到了40%。很多居民都愿意把自家的房顶租出去,用于光伏发电,自身还能获得一定的收入。再比如,近几年有所谓“东数西算”的概念,一些公司要在东部建立大型的数据中心,这些数据中心需要不少的电能,而为了达到清洁能源的标准,它们就打算去西部投资建设光伏机组。但是,要把西部发出的光伏电能运送到东部,其实是一件成本很高,并且需要国家统筹建设的事情。因此我建议这些公司可以就在东部地区建设分布式的光伏发电,当地几个县的分布式光伏就足够覆盖它们的用电需求。

此外,“光伏+”也越来越成为市场发展的新亮点,包括光伏与建材、车辆、农业、城市照明等各个领域的结合。这两年尤其热门的是光伏制氢,许多公司都在大力投资,相关的技术也在快速发展,光伏制氢成本快速降低,已经得到了产业界的广泛认可。

最后我想说,从产业的角度来看,我们需要在进行各类基础研究的同时,先把已有的技术快速应用起来,才能促进“双碳”目标的按期实现。比如在清洁能源领域,发电端的大规模储能目前仍然是个难题,相对来讲分布式储能要容易一些,所以发展分布式发电是我们可以马上去做,并获得成效的一个重要方向。


何雅玲:在可再生能源领域,光伏发电和风力发电目前相对成熟,而除此之外,光热发电也是一个很重要的方向。我国在光热发电领域启动比较晚,政策支持力度还不够,因此光热发电的企业还没有很好地成长起来。但是我国太阳光热储能发电核心技术已经成熟,形成了具有完全自主知识产权的产业链,关键设备部件已全部国产化。而光热电站除了发电之外,也可以成为电网中的长周期、低成本、大规模的储热途径。此外,光热发电产业链长,对带动我国相关产业的发展也是一个推动。


成会明:我之前在一个报告中听到了


路过

雷人

握手

鲜花

鸡蛋