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黃震院士:碳中和目標下能源轉型出現五大趨勢

2023-11-03 15:27:12 西部碳中和新能源聯盟
談到實現“雙碳”目標,非常重要的一個指標就是大氣中的二氧化碳濃度。根據美國國家海洋和大氣管理局的權威數據,目前可以說達到了人類歷史上最高值,已經達到了419ppm。
 
1751年,大氣當中二氧化碳的濃度是275ppm。化石能源極大提升了勞動生產力,但是社會大繁榮、大發展的同時也產生了嚴重的環境問題和氣候變化問題。
 
2020年9月22日,習近平總書記向世界宣布了我國3060碳達峰、碳中和的目標,在此之后習近平總書記多次就“雙碳”問題作出重要指示。2021年10月,在英國格拉斯哥召開COP26會議,各國都紛紛更新減碳目標,有136個國家宣布在2035年前后實現零碳和碳中和。
 
01 雙碳的三點重要意義
 
第一,我國已經明確要把“雙碳”納入到生態文明建設的整體布局,這對整個國家的生態文明建設意義極其重大。
 
原因非常明顯,可以看到我國目前煤炭消費占到50%以上,化石能源占到將近85%,溫室氣體的減排、大氣污染特別是PM2.5都是我國發展面臨的重大挑戰,必須要改變我國以化石能源為主的能源結構,減排我們的二氧化碳,解決大氣污染的問題,即解決化石能源燃燒所產生的污染問題。
 
第二,黨中央指出能源飯碗必須端在自己的手里,“雙碳”對我國發展有重大意義。
 
如果從2020年看我國石油對外的依賴度已經達到了73%,去年超過了70%,天然氣的依賴度超過了40%,2020年到了44%,我國能源安全最大的問題還是石油和天然氣的供應安全問題,當然還有保供的問題,這些問題如何通過“雙碳”目標的實現來解決,保障我國能源安全,把能源的飯碗端在自己的手上,這也是一個非常重大的意義。
 
第三,實現高質量發展的內在需求。
 
我國從能源利用效率來看有一個非常重要的指標是單位GDP的能耗。改革開放40多年以來,中國的經濟社會、科學技術發展非常快,但是目前我國單位GDP能耗比世界平均水平還要高出50%,幾乎是發達國家比如英國、日本的3倍。
 
我國燃煤、發電的能耗已經處于國際的前列甚至是領先,發動機的效率接近于世界水平,單位GDP能耗高的主要原因是我國還是以大規模能源資源的消耗和投入來換取經濟的快速增長,是傳統的發展模式,這種發展模式使我國綜合能效長期處于世界中下水平,同時也產生了大量的環境污染問題。所以從“雙碳”目標的推進來改變我們的產業結構和經濟增長方式也是意義極其重大的。
 
02 雙碳目標下能源轉型的五大趨勢
 
2014年6月13日,在中央財經領導小組第六次會議上,習近平總書記提出了能源的四個革命,指出:“能源安全是關系國家經濟社會發展的全局性、戰略性問題,對國家繁榮發展、人民生活改善、社會長治久安至關重要”。
 
能源的轉型問題首先要關注整個人類能源的利用歷史。歷史上每一次能源轉型都是人類文明發展和進步的重要驅動力。從草木時代走向自然動力,用水車、牛來耕地,從自然動力再到煤炭為主,到現在以油氣為主的時代,我們可以看到能源的轉型過程推動了人類從舊石器時代到農業時代、到工業時代,也產生了農耕文明、工業文明,包括第一次工業革命、第二次工業革命、第三次工業革命。
 
關于未來能源轉型,實際上大家已經有了一個共識,那就是未來要走向以新能源為主體的時代,即零碳時代,要實現零碳和碳中和。隨著科學技術的快速發展,包括新能源技術、新材料、人工智能、大數據等等的發展,人類正在逐步走向生態文明的時代,由此我們認為會引發第四次工業革命,第一次工業革命造就了大英帝國,第二、第三次造就了美國讓其稱霸世界,將來我們要走向零碳時代,而且會引發第四次工業革命,這將對中國、中華民族帶來什么機遇值得我們深思。
 
面向“雙碳”特別是碳中和,可以說我們正面臨著又一次新的能源轉型,這樣的能源轉型我把它歸納為
 
五個大的發展趨勢:
 
第一,新能源從補充能源走向新主體能源。
 
目前我國主要還是以化石能源為主,現在人類發電用的最大的形式是百萬機組的大發電,未來新能源會走向歷史的舞臺、變化主體的舞臺,實現脫碳的過程,未來會變化可再生能源,雖然可再生能源的波動性、隨機性、間歇性比較強,我國要走向主體能源除了建更多的光伏和風電廠之外,非常重要的是要重構能源體系,要建以新能源為主體的新型電力系統。首先,要大力發展可再生能源發電。
 
這方面我國非常有底氣,我國可再生能源發展規模一直穩居世界第一,去年可再生能源發電量占全社會用電量的30%,而且有非常好的科技和裝備業的優勢,現在全球排名前十的光伏發電組件的企業有八家在中國。其次,要降低新能源成本。
 
實際上可再生能源,特別是光伏和風能這些年發電成本下降非常大,在2021年國家電投報出了一個最低的上網價格--目前國內光伏電廠最低價是0.118元,以前光伏界有一個目標,希望盡早進入一美分的時代,現在看起來也是值得期待的,為時不遠。再次,要構建新型電力系統。
 
從源、網、儲、荷生動協同的未來技術發展方向來構建新型電力系統。光伏發電有波動性和隨機性,要對光、風進行精確的預測使它成為主體性的發電系統;同時由于它的間歇性和波動性,儲能就變得很重要,不僅要中長期儲能,還要長期的儲能和能源轉換,在用戶處要建更多的可終端負荷和虛擬電廠,從網端來說需要更多的智能電網,同時要進一步發展電力交易市場和進行電力體制的改革。
 
因此,使電力成為新能源主體是未來的發展方向,未來應該從現在的集中大發電的百萬機組的特高壓電網進一步發展到微電網分布式的發電系統,當然集中式還是必須要有的,但是更多的是需要分布式的能源系統。
 
另外發展趨勢是會從原來生產和消費者相對獨立,以前能源生產和消費是各自獨立的,而未來是變化一個產銷者的概念,既是能源的生產者又是消費者,更多的是從原來的源隨荷動進一步發展到源網儲荷深度互動。
 
第二,化石能源從主體能源走向保障性能源。
 
未來會有大量的可再生能源,形成更多的零碳電力,不僅是風電、光伏、水源,實際上除了可再生能源以外燃煤發電、天然氣發電也應該要走向零碳化。未來我們可以看到,比如說化石能源發電,包括燃煤發電和風電加上CCUS等技術會成為一種標配,由此實現大規模化石能源發電的零碳排放。
 
但是化石能源依然非常重要,因為它可以補償獲得平衡可再生能源發電的波動性,具備靈活調整氣電、煤電的能力,是提高電網靈活性的重要手段,是保障性能源和保障性電力。將來新能源發電將作為主體能源,而化石能源將會從主體能源逐漸走向保障性能源,為保障能源供給,發揮重要作用。
 
第三,儲能將成為零碳電力不可或缺的技術組合。
 
通過可再生能源獲得大量的零碳電力,但是零碳電力又有一定的波動性、隨機性,因此未來儲能變成了一個非常重要的技術組合。目前講到儲能,大家想到最多的是抽水蓄能,由于地理位置限制不是所有地方都能建,跟水庫資源、水利資源是相對的。
 
實際上講到儲能就會講到鋰電池儲能等等,是電化學儲能的一種,但是對我們未來的發展,非常重要的一種儲能就是化學儲能,即可再生燃料的概念,儲能除了電化儲能以外,未來化學儲能、燃料儲能也是非常重要的,主要是利用這些儲能能夠轉化,克服風、光資源的波動性大的缺陷。關于化學儲能,目前我國出臺了氫能、燃料電池的產業政策,也在發展氫能經濟,氫作為化學儲能的一個方面,最重要的價值所在是儲能,它可以把可再生能源發的電存儲為電能。
 
除了生產氫以外,由于氫的外在條件極低溫或者高壓,在輸運、儲放、安全性方面需要突破。近幾年,氨和二氧化碳制作合成的燃料受到關注,這些都是現在化學儲能用可再生綠電來做儲能的非常重要的方式,有了這些燃料我們可以驅動用到車、船、航空器上,變成儲能的重要形式,特別是對于未來電氣化行業的去碳化會發生重要的作用,所以我認為第三個發展趨勢就是儲能包括化學儲能會和零碳電力合在一起變成不可或缺的技術組合。
 
關于化學儲能目前有一種源、網、荷、儲的強關聯,未來如果可以把燃料作為儲能的重要形式,就改變了源儲和離線可再生能源利用的全新形式,這種可再生燃料也包括了氫、氨和合成染料,可以就地消納富裕的綠電,可以把它做成合成燃料,大大提高消納水平,而且便于運輸和分享。
 
第四,電力逐漸走向零碳化。
 
零碳的電力非常重要,有了大量的零碳電力以后,再電氣化就成為碳中和的極為重要的路徑。第二次工業革命、第三次工業革命中人類發明了電燈、電話、電動機、發動機等等,當時說第二次工業革命人類進入了電氣化時代,但是從數據來看,目前從終端能源消費的水平來說電氣化的水平不高,全球19%,我國是25%-26%之間,將來我們逐漸能走向電力脫碳以后,再電氣化就成為了碳中和的極為重要的路徑,前提是零碳電力的再電氣化,因此預計到2050年全球電氣化水平會提高到50%-70%。根據IEA的結果,2060年1/4的減碳主要是在電氣化的貢獻,未來一個非常大的趨勢就是進一步加大對電力供應、建筑交通再電氣化,提高能源效率。
 
第五,從基于自然稟賦的開發利用進一步走向基于技術創新的新能源開發。
 
能源開發基于化石能源的開發和利用,而這些資源全球總量占前5位的國家占全球煤炭資源總量的75%,這些資源是全球少數國家所富有的,而未來會走向基于技術創新的新能源開發利用,因為所有的國家和地區雖然資源利用量有所不同,但是大家都有風、都有光,利用技術進步把太陽能、光和風轉換成新能源的電力是未來的重要發展方向,即從基于自然稟賦的資源開發走向基于技術創新的新能源的開發利用。
 
未來我們會構建一個發展趨勢就是零碳能源體系,它是以高比例可再生能源為主體,化學能源、核能為保障能源,構成以綠電為基礎的高效、清潔、安全的能源體系。
 
我有一個愿景,太陽每天可以為我們提供無窮無盡的能源,過去的世界是依賴于上億年以前的陽光照耀的產物就是化石能源,我們想今后的世界每天的陽光都會為我們提供取之不盡、用之不竭的熱、電、可再生能源,通過技術的進步,通過光伏、風電把它轉化成電能,來提供熱、電和可再生的燃料。
 
03 雙碳工作中的三個關系
 
一是如何正確理解碳達峰和碳中和的關系。
 
我認為碳達峰是碳中和的起點,碳中和是碳達峰的終極目標。碳達峰是量變,碳中和是質變,如果沒有能源變革和綠色革命是不可能實現碳中和這個遠大目標的,所以面向碳中和核心是有一系列顛覆性的變革性的能源技術作為戰略支撐,來支撐“雙碳”目標。
 
二是如何正確理解“雙碳”與經濟社會發展的關系。
 
大家都很關心“雙碳”會不會影響經濟社會發展和企業發展,“雙碳”實際上和經濟社會發展不是獨立和矛盾的關系,也不是賽道超車的概念,它完全是換賽道的概念,是重新定義人類對資源的利用方式,將會引領構建一種全新的零碳的產業體系,大家都有共識,會引發數以百萬計的產業和投資計劃,會誕生大量的商業模式,所以它的確是挑戰,但更是機遇。
 
三是如何正確理解“雙碳”工作中的破與立的關系。
 
我們不是一談“雙碳”就是棄煤,絕對不能在碳達峰的過程中去沖高峰、攀高峰,碳中和的能源變革和能源轉型絕不僅僅是一個能源問題、環境問題,而是一個全局性、系統性問題,“雙碳”不是一蹴而就,而是循序漸進的,要先立后破,最終化石能源將實現零碳排放的體系仍將是不可或缺的保障性能源。另外能源變革和能源轉型一定要基于技術、管理、政策法規和市場機制進行多個層面的頂層的科學設計。
 
最后我想講,過去人類社會的發展從石器時代開始,我們的先人并不是說把石頭都用完了。所以碳中和是在重新定義人類對資源的利用方式和模式,也是人類的理想彼岸,黨中央下了非常大的決心,我相信在黨中央的堅強領導下我們一定可以步履堅定實現目標!
 
中國工程院院士 黃震院士



責任編輯: 江曉蓓