編者按：2023年9月12-14日，以“綠色 持續 共生 向新”為主題的“第五屆未來能源大會”在江蘇常州武進召開，本次大會由中國能源研究會與中國能源網聯合主辦。會上，中國科學院院士、北京大學能源研究院院長金之鈞發表了《中國實現碳中和一挑戰與路徑分析》的主旨演講。
以下內容根據論壇演講實錄進行整理。
尊敬的史會長、周院士、趙院士，各位專家、各位來賓：大家早上好！
很高興有機會向大家分享北京大學能源研究院一個非常年輕的團隊，近年來在中國實現碳中和路徑方面的一些分析的非常粗淺的一些認識。北京大學能源研究院成立只有三年的時間，我們也是趕熱鬧，對碳達峰、碳中和這個熱門的話題做了一些思考，很膚淺，供大家批判。
這張片子大家已經很熟悉了，我們在某一個點上要實現近零排放，也就是排出來的二氧化碳和自然界和人工碳匯這個量能對等，這個過程我們把它叫做碳中和，中國是2060年。前期我們的路徑探索上最主要的還是集中在減碳的幾大領域，這個無疑是對的，這是一個正確的思考。但是，我們的這個團隊感到在自然碳匯和人工技術移除方面，我們應該更好的發揮主觀能動性。以留出來更大的空間保障我們的能源安全，保障我們高效低成本的實現碳中和。
所以今天這個場合有這么三個問題跟大家一起來討論，一個是面臨哪些挑戰，為什么我們有這樣的思考。第二個是有哪些基本的路徑，這些路徑還有沒有可能優化。
這是一張各個國家人均GDP和人均能耗的變化曲線。大家可以看德國的這條曲線是比較典型的，當人均GDP達到1萬美元以上，他有一個解耦的過程，隨著人均GDP的增長，能耗不但不上升反而是下降的，這是一個先進的社會工業結構所帶來的一個能耗的情況。所以像這樣一種曲線是各個國家所追求的，每個國家走的路子是不太一樣的。
中國現在處在一個隨著人均GDP的增長能耗也在持續增長的過程，而這個拐點的到來至少要到2030年以后，2030年到2035年之間我們才能實現。所以今后這一個過程，保供是硬條件，因為國家也規定2035年我們的GDP要再翻一番，2060年在2035年的基礎上再翻一番，這是硬性的。
第二個挑戰是以煤為主的能源結構不能忽視，大家知道目前的碳排放主要是化石能源來自于石油和煤炭的二氧化碳的排放，天然氣被全球認為是清潔能源。煤炭和石油這兩者相加，占一次性能源的比例可以反映它當前的排放強度，中國是77%，美國是48%，德國是51%，英國是38%，這樣一個基本國情我們不能忽略。
第三個是碳達峰的時間和碳中和的間隔時間，我用了一個80年對30年。歐洲國家在上個世紀七十年代已經碳達峰，到2050年碳中和是用80年的時間，美國是用43年，中國只有30年的時間，這個時間是相當短的。大家可以看，在同等比例尺的比例下，中國碳達峰和其他國家碳達峰的強度是相當大的。在這個過程當中，如何保障我們的能源安全將是我們必須思考的嚴肅問題。
中國實現碳中和有哪些基本路徑？這兩年來，這方面的文章發表的很多，路徑也是有千萬條，我們這個團隊為了便于記憶總結了三句話：一是兩個輪子驅動，二是兩大領域發力，三是一個核心抓手。兩個輪子驅動很容易理解，就是政府作用和市場作用，從長遠來講必須發揮市場作用，光靠行政手段是搞不贏的，或者說你的代價是慘重的。初級階段、啟動階段政府作用、政策導向極其重要，但是政府作用是一個雙刃劍。2021年4月30日，開完了政治局的理論學習會議，提出來抓鐵有痕，制定路線圖，五一開始轟轟烈烈的減碳的政治運動到來，但是7月30日再開政治局會議來了一個急剎車。即便是這樣，我們的煤炭市場已經出現了大幅的波動，大家可以看這條曲線，遠離了前幾年市場的價位，煤炭價格猛竄到120以上，甚至達到140，這就是政府帶來的負面作用影響。接下來就是從南到北的限電。能源是一個大系統，來不得半點的馬虎，所以安全是第一要務。
兩大領域發力很容易理解，一個是減碳，一個是消納。減碳領域總體來講也是多方面的，但是兩個結構的調整是至關重要的。一個是調整一次能源結構，大力發展清潔能源降低化石能源結構比例。2060年化石能源的比例從現在的84%調整到20%，這是國務院發布的方案所描述的場景。二是調整鋼鐵、交通、建筑等領域結構，改造工業流程，實現電氣化，電氣從消費端從現在的24%調整到2060年的80%，這也是公布的數字。我們這個團隊就對這兩個80%提出了質疑，提供一種新的思路和路徑供大家來批判，供大家來參考，供大家來討論。這是我在優化當中要講的。也就是說這兩個80%是不是最優解，是不是實現碳中和的最優方案，我們的結論是不是，我們還有多種優化的方案。
減碳的能源領域可以分成五大領域，能源、交通、建筑、工業和農業，每一個領域這些年來我們都做了長足的進展，因為時間關系我就不具體的去念這些數字了。
碳匯領域，陸地生態碳匯系統，海洋生態碳匯系統，CCS/CCUS、二氧化碳的直接利用，四大系統，我們還應該更好的發揮作用，特別是人工碳匯我們的潛力還非常的巨大。隨著科技的進步，這將是人類也是中國實現碳中和的兜底技術。
一個核心抓手就是碳定價、碳交易和碳稅，這一塊兒中國才剛剛起步，歐洲做的相對超前，有一些經驗值得我們參考。這是中國目前為止我們實現的碳交易的一些基本情況，占的比例還很低，還遠遠達不到我們預期的目標，金融在這個里面發揮的作用才剛剛顯現。這個為什么叫核心抓手？他是連接市場和政府政策的一個有效地樞紐和紐帶，所以這一塊兒的發力，對我們實現碳中和是至關重要的。
我重點想說一下這個路徑如何優化。兩個80%的比例是不是就是最合理的方案？我們的回答是不是，我們還有更好的或者說更多的思考空間、更多的方案。
第一個是到2000年的化石比例20%是不是最優的，為什么不是30%、40%？這個需要認真的思考。根據我們了解的實際情況，是倒逼機制逼出來的，我們設立一個底線，也就是說到2060年，我們二氧化碳的排放的天花板是15億噸，不能超過這個數，所以我們推出來一個倒逼出來化石能源到2060年只能占20%，并且這個里面煤炭占的比例是非常低的。電力系統為什么到那個時候是80%？80%我們的能源系統安全不安全？為什么不是70%、60%？甚至是50%？這些問題還需要我們認真的去思考。
我們先說化石能源占比的問題，如果說我們這個天花板，二氧化碳的排放量15億噸推到20%，那么二氧化碳為什么不能設30億噸或者40億噸的天花板，我們提高碳匯的移除能力，或者說CCS/CCUS的能力，我們完全可以實現碳中和，我想這個邏輯關系是通的，我們的團隊就是按照這樣一個邏輯關系來假設往前走的。我們如果說把化石能源放到40%的比例，二氧化碳的最大排放量大數是32億噸，我們跟中國石化經研院也做了多種場景的分析判斷和預測，計算出來的二氧化碳的排放量大致是32億噸。那么我們看看32億噸的二氧化碳到2060年我們是如何消納的，這個問題我想能回答清楚就可以了。
我們做了這樣一個假設以后，碳達峰的時候，我們的總能耗是60億噸標煤，人均才4.27噸，遠遠沒有達到現在美國、加拿大的消費水平，到2060年我們可以保持在54億噸標煤這樣的范圍內，我們認為這個回旋余地是大的，這個能源的安全性是可靠的。
我們看一看美國不同情況下的比例情況。在這張片子上的最左側，是美國當前的能源結構，化石能源大概占84%，但是他是以石油和天然氣為主，如果說按照特朗普的政策不實行碳中和的方針，到2050年，它的化石能源還占80%以上，這是美國經濟發展最低成本的一條路線。如果按照現在拜登的路線走2050年碳中和的路子，是下列的四個方向和設立了快速電氣化、慢速電氣化，可再生能源受限和100%的可再生能源，四種情況下的化石能源的占比。可再生能源100%，化石能源全部取消，可再生能源受限化石能源占26%，美國的情況到2050年，最快的電氣化的情況下，化石能源仍然占比25%。
在這種情況下，它的投資情況是個什么情況呢？大家可以看到，最右側是100%的化石能源投資比例是最高的，代價是最大的，化石能源占比是36%的情況下，它的投資比相對是低的，當然最低的是特朗普路線，就是最左側的那條線。在這四種情境下，就是實現2050年碳中和的情況下，化石能源占36%的情況下投資比例是最低的，占100%清潔能源的60%左右。這就是說我們實現碳中和不得不考慮經濟因素，不能理想的去喊碳中和，我們的經濟成本能不能承受得住，投資規模可不可實現。當然我講的這個例子是美國五大體系之一，也是經過論證的，《紐約時報》也是刊登了的。
那么我們回過頭來看，我們32億二氧化碳到2060年我們是如何消納的。我們的路徑應該說是這樣的，通過自然的碳匯，用于院士的研究成果，他們這個團隊做了多年的自然碳匯的研究，他認為在2060年中國各個方面的努力，像擴容認定、生態封存等等，可以實現20到30億噸的封存，樂觀一點是30到45億噸，我這里偏保守，用了20億噸的數字，就是自然碳匯、陸地+海洋，2060年可以達到20億噸的碳匯水平，這個數過不過分呢？不過分，我還有證據來證明我為什么用這個數據。另外就是加上人工封存，人工封存是多少呢？大數說是15億噸左右，加起來35億噸，完全可以滿足2060年碳中和的需要。
海洋碳匯現在還有很大的不確定因素，現在海洋專家還不能把我們這個問題回答清楚，但是這張片子是全球科學家認可的，就是在2009年到2018年所有的排放的二氧化碳當中，化石能源的來源占87%，其他森林的伐木和農業占13%。這些二氧化碳34%被陸地吸收了，22%被海洋吸收了，44%排到了大氣。這張圖這個比例關系全球認可。按照這樣一個比例關系，陸地生態系統和海洋生態系統這樣一個比例推算下來，余院士的20億噸陸地+海洋這個是有把握的，到2060年能實現。
所以這樣我們就看15億噸的人工二氧化碳。這是全球目前CCS/ CCUS的情況，現在全球大概說埋藏量不到1億噸，準確的說是4000萬噸左右，主要是石油公司用來提高油氣的采收率。這是全球目前應用的分布情況，4000萬噸。這是中國各個油田，特別是中石油、中石化說提高采收率的一個應用情況。中國石化100萬噸的普及已經實現了，中國石油到2025年的量是達到500萬噸，加上中國石化加上其他的公司，我們說到2025年在中國實現二氧化碳封存大概是800到1000萬噸左右。
這是中國石化原來我們在工作的研究院，我們從2000年前后就開始做這項工作，一直干到現在，整個的二氧化碳的利用，提高采收率到后期普及的一個過程。
這是清華大學張教授做的一個預測，到2060年，人工普氣的二氧化碳是7.1億噸，我們團隊在這里有一個基本的預測，就是二氧化碳的價格，要大大超出我們當前的價格。這是國際機構所預測的到2030年、2060年，大家可以看在1.5度溫度和2度控制下它的價格。也就是說我們團隊預測到2030年在國內平和溫和發展的情況下，二氧化碳的價格將超過200塊錢一噸，現在北歐二氧化碳的價格每噸在90到100美元，按照這個價格，我們國內的這個普存技術就可以賺錢了，到2030年的時候這個技術就可以大規模的推廣。所以我們判斷CCS/CCUS技術在未來十年將會全面鋪開，將會實現商業化。
除此之外，二氧化碳的轉化利用技術也在快速的發展，二氧化碳制乙烯，這個技術現在已經是平衡價，就是輸入和輸出的價格差別已經不大了，它的催化劑稍微再延長一點壽命就可以核算了，甲醇還有一定的差距。這是我講的二氧化碳32億噸如何來消納，這樣給我們的能源體系留出更多的空間，不是那么緊逼的一個方案，供大家參考和批判。
電力系統是不是80%就是最優的？我們認為也不見得。這個數出來以后多家企業和個人都做了預測，有人預測是70%，我們團隊認為50%到60%是一個合理的區間。美國普利司通大學做數字模擬分析的時候，他始終把美國一次能源消費的電力系統占比控制在50%，他們認為這種能源結構相對是更加安全可靠的。德國是60%，也就是三分之二，這是國電投做的一個預測，60%到70%。
這是目前我們電網能源消納新能源占比的情況，中國現在10%到20%，應該說有很大的進步，所以電網的新能源的消納穩定技術的進展，目前還是蠻受制約的。所以我們分析到2060年一個穩定可靠的電網，首先他必須有集合電力系統之稱，這就是超超臨界，超臨界，加上CCS/CCUS，少部分還有核三代、核四代，還有核聚變，還有可調度的地熱發電、水力發電和光熱、儲熱等等，還有一個是風電和光伏，這樣一個電力系統才是安全的，而且這樣的系統當中煤電還要占一定的比例。
我們梳理了和這些發展方向密切相關的技術和進步，在未來多年當中，這幾項技術是值得關注的，特別是儲能技術，其次是氫能，氫能現在從制造、儲運到應用還有很大的不確定因素。比如說我們在討論高壓儲氫的同時，我們現在出現了合成氨的技術，我們認為目前比較廉價、安全可靠的，未來還有固體儲能技術。第三個是CCS/CCUS這是人類實現碳中和的兜底技術，第四個是數字化技術在能源領域里面前景廣闊，第五核聚變是人類能源的終極能源。
未來有幾個判斷，一是發展是主旋律，2035年翻番，2060年再翻番，經濟發展和社會穩定是首要目標，而不是碳中和。
二是經濟發展的驅動力從資源驅動向資源與技術共同驅動發展，資源從一煤獨大向天然氣、風、光電、地熱等多資源共同驅動發展，能源多元化，2050年前后中國實現能源獨立。
三是從當前能源結構和工業結構看，GDP增長和碳排放將在2030年前實現正增長關系，全國碳排放達峰時間不應過早，建議國家放開能耗總量控制，在中西部地區鼓勵高能耗低排放的項目，比如說電解鋁制氫，這個建議已經被國家采納了。
四是能源轉型過程中應遵循先立后破，循序漸進的原則，先發展清潔能源發電，再逐步退出煤電，儲能技術和儲能能力建設是關鍵瓶頸。
五是能源公司正在進行從資源威望到技術為王的轉換中，清潔能源的發展將受到金屬資源的嚴重制約。
最后是正確把握好五大關系，一是正確處理好社會發展、能源安全和碳中和的關系。二是處理好國家層面減碳目標與各省市、企業減碳目標及其路線圖的關系，積極做好國家層面的統籌協調。三是處理好傳統化石能源和新能源公司之間的關系。四是處理好近期與長遠的關系，積極培育顛覆性技術，技術改變能源格局、技術創造未來能源。五是處理好中國與全球的關系，既要順應與引領時代潮流，又要防止被國外制約我們的發展，爭取我們應該爭取到的發展權、排放權。
政策與經濟
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