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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
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