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Saifur Rahman:Challenges & Opportunities for Carbon-neutrality in the Global Electric Power Sector

2021-07-23 15:26:27 中國能源網(wǎng)

編者按:2021年7月8日,以“碳中和與未來能源”為主題的“第三屆未來能源大會”在北京召開,本次大會由中國能源研究會與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會上,美國弗吉尼亞理工大學(xué)高級研究所所長、IEEE PES主席Saifur Rahman發(fā)表了“Challenges & Opportunities for Carbon-neutrality in the Global Electric Power Sector”的主旨演講。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

Saifur Rahman:大家好,我是弗吉尼亞理工大學(xué)的賽義夫·拉曼教授。我是弗吉尼亞理工大學(xué)高級研究所的主任,也曾于2018和2019年擔(dān)任IEEE電力與能源協(xié)會的主席。

在長篇大論之前,我們必須先談?wù)勀茉幢挥迷诹四睦?發(fā)電來自哪一部分?什么來源?請看屏幕上方的圖表,電力來自石油、煤炭、天然氣、核能、水力、風(fēng)能和太陽能,石油所占比例很小,發(fā)電量僅占3.1%,主要是在偏遠(yuǎn)地區(qū),煤炭較為重要,占36.7%,其次是天然氣23.5%,核能10.4%,水力15.8%,風(fēng)能大約是5%,太陽能不到3%等等。這僅是用來發(fā)電的,如果大家想知道所有的能源使用分布情況,你們會發(fā)現(xiàn)情況是不同的,石油僅占電力來源的3.1%,而總體則為33.1%。為什么差距這么大?因?yàn)檫\(yùn)輸部門包括公路運(yùn)輸、海運(yùn)、空運(yùn),這一切都是以石油為燃料的。煤炭占四分之一27%,天然氣占24%,核能占4.2%,現(xiàn)在絕大部分的核能都用于發(fā)電。水力6.4%,風(fēng)力2.2%,太陽能1.3%。

現(xiàn)在,情況發(fā)生了什么樣的變化?在1985年至2019年的35年中,2019年是可獲得的最新的數(shù)據(jù)。如果回到1985年,可以看到全球總產(chǎn)量約為10010太瓦時(shí)。這是35年前,今天大約是28000太瓦時(shí),是過去的三倍。煤炭過去占比很大,現(xiàn)在仍然很大,1985年煤炭約占總量的45%,現(xiàn)在仍然大約是40%。天然氣增長顯著,因?yàn)殡S著整體產(chǎn)能的增加,煤的使用量沒有以前那么多了。天然氣填補(bǔ)了缺口,當(dāng)然石油也減少了很多,核能也差不多,水力有所增長。最大的增長來自風(fēng)能和太陽能。

大家可以在這張圖里看到,我們看到如何利用可再生燃料解決未來的脫碳問題,讓我們看看二氧化碳排放量。最高的20個國家,請看左邊的表格。中國是目前二氧化碳排放量最高的國家高達(dá)90億噸,其次是美國、印度、俄羅斯等等。屏幕右側(cè)是一個餅狀圖,這里顯示中國2019年排放量約占29%。接下來是美國,然后是印度,然后是俄羅斯等等。這些都是二氧化碳的排放大國。而爭議在于屏幕的左側(cè),大家可以看到前20個國家,這是國家的二氧化碳排放總量。然而各國情況并不相同,中國的人口約為美國的三倍,所以如果我用另一種方式來計(jì)算,按照人口人均的方式來計(jì)算,各國排放情況又是什么樣?看看,現(xiàn)在中國第一,美國第二,印度第三,沙特阿拉伯第10,澳大利亞第15。

看看這張按人均人口計(jì)算的圖表,澳大利亞之前是第15,現(xiàn)在是第二。沙特阿拉伯之前是第10,現(xiàn)在是第一。美國是第三之前是第二,中國則一路降到第12。印度之前是第三,現(xiàn)在是第20。

這就取決于你計(jì)算的方法,按國家總量或按人均量,這場辯論我們現(xiàn)在無法解決,但它應(yīng)該以這樣的方式討論。那么問題是排放從哪里來?我們看,從2000年20年前的數(shù)據(jù),我給大家看這個是想說明情況并沒有太大變化。在接下來幾張幻燈片中你會明白,三分之一來自發(fā)電廠,三分之一來自運(yùn)輸業(yè),20%來自直接工業(yè)使用,居住和商業(yè)則占12%,這是20年前的分類數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在的情況,看屏幕右邊,如果只看美國,美國的二氧化碳排放主要來自運(yùn)輸部門,而不再是發(fā)電廠,其次是工業(yè)和商業(yè)使用。以國家為單位的變化,在過去40年間,從1982年至今,中國過去排在美國和歐盟之后的第三位,而現(xiàn)在中國排名第一,是目前最大的,過去排放量不到20億噸,現(xiàn)在則是每年100億噸。從這一點(diǎn)上我們可以看出情況的變化,問題是在一些大量發(fā)電,也大量排放二氧化碳的國家,情況發(fā)生了怎樣的變化?

如果把1990年作為100來參考,情況發(fā)生了什么變化?在過去的30年左右,英國已經(jīng)從100變成了60,因?yàn)樗麄儼阉械拿弘姀S都轉(zhuǎn)變成了核能或天然氣廠。德國已經(jīng)從100大幅下降到68,法國從100降到80,日本仍然保持基本不變,美國也總體保持不變,澳大利亞排名上升了,因?yàn)榘拇罄麃啲F(xiàn)在更多用煤炭來發(fā)電,從而產(chǎn)生二氧化碳。這很有趣!

全球煤炭的使用情況如何?全球煤炭需求的75%以上來自亞洲國家,中國占了一半左右,每年消耗超過40億噸左右煤炭,中國消耗了一半,印度排第二,五分之一,然后是其他亞太地區(qū),如泰國、越南、馬來西亞、印度尼西亞等等。然后是世界其他地方,世界其他地區(qū)的消耗量還不到10億噸。好消息是在屏幕右側(cè),新建火力發(fā)電廠的進(jìn)展如何?這張圖表示火力發(fā)電廠獲得最終投資批準(zhǔn)的情況,獲得批準(zhǔn)之后開始施工。回到2010年,產(chǎn)能是100千兆瓦,也就是2010年獲得批準(zhǔn)的新產(chǎn)能。中國占了一半以上,再回到2018年,這個數(shù)字從100+降到20+跌幅很大。這意味著隨著發(fā)展世界的煤炭用量越來越低,二氧化碳產(chǎn)量從而也越來越少。

現(xiàn)在看看中國,總體形勢向好。2001年中國約1/4的電力來自水力、太陽能、風(fēng)能,剩下的3/4來自熱力,主要以煤炭為基礎(chǔ),2016年增長到了33.8%,2018年水力、太陽能、風(fēng)能占37%。2030年是52%,也就是說到2030年,中國將有一半以上的電力來自可再生能源。很有趣!

因此2030年中國將開始減少二氧化碳的排放,煤炭并不是唯一的排放源,二氧化碳是主要污染氣體,其他來源包括一氧化二氮、氫氟碳化物,全氟化碳化合物和六氟化硫,1997年全球排放量為300億噸,2018年變成410億噸,那么現(xiàn)在的問題是哪種能源的發(fā)電量更多?

左手邊是英國,看看1990年到2019年的數(shù)據(jù),1990年沒有風(fēng)能和太陽能可言,而現(xiàn)在它們占比巨大,大約25%來自風(fēng)能和太陽能,煤炭在英國的使用量也很大,石油產(chǎn)量較少,而天然氣產(chǎn)量增加了不少。1999年天然氣產(chǎn)量幾乎為零,現(xiàn)在是40%+,這是英國。

美國的數(shù)據(jù)類似,回到1990年水力與現(xiàn)在差不多,那時(shí)沒有風(fēng)能和太陽能,它們從2010年開始出現(xiàn),現(xiàn)在已經(jīng)超過了10%,天然氣增加了煤炭減少了。德國也差不多,那么下一步會是什么樣呢?這僅僅是美國,2018年美國發(fā)電量約為1000千兆瓦,預(yù)計(jì)到2050年將達(dá)到3400千兆瓦,但其中大部分將來自太陽能、風(fēng)能、水力、核能和天然氣,煤炭將會被淘汰,這是美國。

那我們該怎么辦?減少發(fā)電行業(yè)的碳排放,如何做到?減少用電量,毫無疑問,或者減少燃料發(fā)電,也就是說更高效或者更多利用可再生能源和核能發(fā)電,這就是我們提出的解決方案。

這是今天的市場,在左側(cè),哪個國家的可再生能源產(chǎn)能更多?中國是最高的。中國的可再生能源發(fā)電量超過70萬千兆瓦,主要是水力、太陽能和風(fēng)能,美國第二、巴西第三,在如今全球的分類數(shù)據(jù)中,一半以上的可再生能源發(fā)電來自水力發(fā)電,23%來自向岸風(fēng)、20%來自太陽能,這很好。

那么接下來就是成本,在屏幕的左邊,太陽能過去每兆瓦時(shí)的成本超過350美元或每千瓦時(shí)35美分,現(xiàn)在已經(jīng)降到4美分左右了,風(fēng)能也差不多,煤炭一直保持在每千瓦時(shí)10美分左右。從2020年到2050年離岸風(fēng)力發(fā)電成本將降到4美分,煤炭保持不變,太陽能將大幅降低,大約每千瓦時(shí)2美分。太陽能和向岸風(fēng)這些都是未來,是我們發(fā)展前進(jìn)的方向。

那么底線是什么?底線是如果我們繼續(xù)減少電力行業(yè)的碳排放,我們只能做這么多,而如果其他行業(yè)的排放,主要是運(yùn)輸業(yè)不減少,我們就會面臨嚴(yán)重的問題。我們將無法實(shí)現(xiàn)到2050年降低2℃的全球變暖目標(biāo),絕無可能。

那我們該怎么辦?大規(guī)模推廣電動汽車將有所幫助,這樣我們就不會消耗那么多汽油,但是我們必須確保汽車所用的電不是來自煤炭。

大家可能知道今年我要競選IEEE主席,選舉將在年底舉行,希望能得到你們的支持,謝謝大家!




責(zé)任編輯: 李穎