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          杜祥琬院士:試論碳達峰與碳中和
          查看:1052  發(fā)稿日期:2022-04-28 14:41:58

          杜祥琬院士:試論碳達峰與碳中和


             2020年中國向世界宣示了2030年前實(shí)現碳達峰,2060年前力爭實(shí)現碳中和的國家目標。這不僅是我國積極應對氣候變化的國策,也是基于科學(xué)論證的國家戰略;是國內生態(tài)文明建設和對外構建人類(lèi)命運共同體的融合點(diǎn),也是推動(dòng)雙循環(huán)、促進(jìn)新發(fā)展格局的抓手;它更清晰了“能源革命”的階段目標,也要求我們?yōu)槟茉吹吞嫁D型作出更為扎實(shí)、積極的努力。

          中國工程院院士杜祥琬認為,碳減排雙目標是能源革命的兩個(gè)里程碑,是有機聯(lián)系的兩個(gè)目標,實(shí)質(zhì)都是低碳轉型,二者相輔相成。實(shí)現雙目標必須從人類(lèi)文明形態(tài)進(jìn)步的高度認識能源革命,樹(shù)立新的能源安全觀(guān),重新認識我國的能源資源稟賦,實(shí)現公平、公正的能源轉型,牢牢把握實(shí)現碳減排雙目標的九個(gè)抓手,深刻推動(dòng)國家的經(jīng)濟社會(huì )進(jìn)步和長(cháng)遠的可持續發(fā)展。 

          實(shí)現碳減排雙目標的路徑是什么?

          1.從人類(lèi)文明形態(tài)進(jìn)步的高度來(lái)認識能源革命,F代非化石能源巨大的進(jìn)步正在推動(dòng)人類(lèi)由工業(yè)文明走向生態(tài)文明,這是又一輪深刻的能源革命!澳茉吹吞蓟玛P(guān)人類(lèi)未來(lái)”已經(jīng)是全球高度的共識。

          2.樹(shù)立新的能源安全觀(guān)。能源安全很重要的是供需安全,要以“科學(xué)供給”滿(mǎn)足“合理需求”。除此之外,環(huán)境安全、氣候安全,能源造成的環(huán)境問(wèn)題(大氣、水、可持續等)和氣候問(wèn)題要解決好。

          3.重新認識我國的能源資源稟賦。豐富的非化石能源資源是我國能源資源稟賦的重要組成部分。重新認識我國的能源資源稟賦,是正確認識本國國情的要素。對于確保國家長(cháng)遠的能源安全、引導能源轉型具有方向性、戰略性的意義。

          4.能源轉型中的化石能源;茉匆M可能適應能源轉型,做出貢獻。應堅持清潔、高效利用,發(fā)電為主,通過(guò)技術(shù)進(jìn)步,減少非發(fā)電用煤;發(fā)展清潔供暖,更大力度替代散燒煤;與非化石能源協(xié)調互補,支持能源結構優(yōu)化。

          5.實(shí)現碳減排雙目標的九個(gè)抓手!澳茉礈p碳”與“藍天保衛戰”協(xié)同推進(jìn)。大力推進(jìn)節能提效。做好電力行業(yè)、交通行業(yè)及工業(yè)領(lǐng)域減排。推行超低能耗建筑,打造一體化新型建筑配電系統。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟,促進(jìn)固廢資源化利用,發(fā)展碳匯,鼓勵CCUS等碳移除和碳循環(huán)技術(shù)。用好碳交易、氣候投融資等引導碳減排的政策工具。

          01、碳減排雙目標的來(lái)歷和含義

          1.《巴黎協(xié)定》是“最低限度行動(dòng)”

          新冠疫情啟示我們,人類(lèi)需要一場(chǎng)自我革命。氣候變化是另一種全球性非傳統安全問(wèn)題,全球平均溫度持續上升、山地冰川物理量明顯減少、北極海冰范圍顯著(zhù)縮減、海平面上升、極端天氣氣候事件增多增強等氣候變化的事實(shí)強烈警示并呼喚人類(lèi)采取緊迫行動(dòng)。在此背景下,世界各國共同努力達成的《巴黎協(xié)定》,是人類(lèi)近代史上少有的理性成果,是氣候變化全球治理的里程碑和新起點(diǎn)。

          現代氣候變化的主因是人類(lèi)活動(dòng)排放的溫室氣體。大氣中的溫室氣體包括二氧化碳、甲烷和氮氧化物等多種,但主要是二氧化碳(約占73%),而二氧化碳排放的90%來(lái)自化石燃料(煤炭、石油、天然氣)的燃燒。當前,全球一次能源利用中84%來(lái)自化石能源,其二氧化碳排放375億噸(2018年),其次是甲烷排放等。下圖是世界主要國家二氧化碳排放總量圖,橫軸是時(shí)間(不同年份),縱軸是二氧化碳排放量(億噸為單位)?梢钥闯,2006年后中國(圖中紅線(xiàn)所示)成為世界二氧化碳第一排放大國,2019年我國二氧化碳排放將近98.26億噸,超過(guò)了美國(49.65億噸)和歐盟(41.11億噸)的總和【1】。


          根據荷蘭環(huán)境評估署(PBL)2020年發(fā)布的數據,自2010年以來(lái),全球溫室氣體排放總量平均每年增長(cháng)1.4%。2019年創(chuàng )下歷史新高,不包括土地利用變化的排放總量達到524億噸二氧化碳當量,分別比2000年和1990年高出44%和59%【2】。世界資源研究所的研究表明,全球已經(jīng)有57個(gè)國家實(shí)現了碳排放(溫室氣體排放的簡(jiǎn)稱(chēng))達峰,占全球碳排放總量的36%,預計到2030年實(shí)現碳排放達峰的國家將有59個(gè),將占到全球碳排放總量的2/3。根據2018年政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì )(IPCC)1.5℃特別報告的主要結論,要實(shí)現《巴黎協(xié)定》下2℃目標,要求全球在2030年比2010年減排25%,在2070年左右實(shí)現碳中和。而實(shí)現1.5℃目標,則要求全球在2030年比2010年減排45%,在2050年左右實(shí)現碳中和【3】。同時(shí),根據聯(lián)合國環(huán)境規劃署最新發(fā)布的《排放差距報告2020》,要實(shí)現2℃和1.5℃的溫控目標,則2030年全球溫室氣體排放量必須比各國的國家自主貢獻再多減少150億噸和320億噸【4】,整體減排力度須在現有的《巴黎協(xié)定》承諾基礎上有更大決心的提升,因此各國要在2021年氣候大會(huì )上給出更進(jìn)一步的目標,我國主動(dòng)提出碳減排雙目標,這是一個(gè)大背景。

          2.理念和實(shí)踐的發(fā)展變化

          我國在承受氣候災害和風(fēng)險的同時(shí),也為高碳、粗放的發(fā)展付出了沉重的資源、環(huán)境代價(jià),制約著(zhù)我國的可持續發(fā)展。積極應對氣候變化不僅是為了規避氣候變化的風(fēng)險,而且是為了提高我國經(jīng)濟增長(cháng)的質(zhì)量和效益,破解資源、環(huán)境的約束,事關(guān)國家的全局和未來(lái)。

          我國“十一五”規劃第一次提出了節能減排的概念;2014年中央提出了“能源革命”,并且明確“應對氣候變化是我們自己要做,不是別人要我們做”;2015年我國向聯(lián)合國提交了國家自主貢獻(NDC),并為《巴黎協(xié)定》的達成做出了重要貢獻,黨的十八屆五中全會(huì )還提出了“創(chuàng )新、協(xié)調、綠色、開(kāi)放、共享”的新發(fā)展理念;“十三五”規劃提出能耗總量和能源強度雙控目標,并將能源強度、碳強度列入了各地考核指標;2019年超額完成了我國承諾的2020年碳強度比2005年下降40%—45%的指標,實(shí)際上達到48%;2020年提出了碳減排雙目標,既立足于我國現實(shí)和發(fā)展階段,又體現“共區原則”。

          3.“十四五”和“十五五”是關(guān)鍵期

          中國經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)新階段,正從高速增長(cháng)走向高質(zhì)量發(fā)展,從外延擴張型的平面發(fā)展走向更注重質(zhì)量的立體深度發(fā)展【5】。碳減排雙目標是能源革命的兩個(gè)里程碑,是有機聯(lián)系的兩個(gè)目標,實(shí)質(zhì)都是低碳轉型,二者相輔相成。要在2030年前實(shí)現碳達峰,僅剩不到十年,“十四五”和“十五五”是碳達峰關(guān)鍵期。

          “十四五”和“十五五”能源行業(yè)要走上高質(zhì)量發(fā)展的新征程。

          “十四五”期間:能源的增量主要依靠非化石能源(可再生能源和核能)和天然氣提供。因此,要大力調整產(chǎn)業(yè)結構,特別是要抑制高耗能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的沖動(dòng),加上技術(shù)創(chuàng )新進(jìn)步,節能提效取得更好成效。要邁開(kāi)能源轉型的堅實(shí)步伐,除了非化石能源自身的發(fā)展外,電力、熱力系統要增強靈活性,為新能源更高比例做好準備!笆奈濉逼陂g煤炭消耗不再增長(cháng),要做到煤達峰,甚至煤過(guò)峰。積極推動(dòng)核電發(fā)展,走出新局面。

          “十五五” 期間:隨著(zhù)非化石能源進(jìn)一步增長(cháng)與再電氣化的發(fā)展,開(kāi)始部分替代煤和油的存量。在此期間“煤炭+石油”的消耗要盡早達峰,中東部比較發(fā)達的地區要率先實(shí)現2030年前碳達峰,逐步建立我國的新能源電力體系、能源體系,基于這個(gè)能源體系的經(jīng)濟體系將支撐我國的生態(tài)文明社會(huì )的建設和發(fā)展。

          4.關(guān)于碳中和

          碳中和是指將全球溫升穩定在一個(gè)給定的水平,意味著(zhù)全球“凈”溫室氣體排放需要大致下降到零,即在進(jìn)入大氣的溫室氣體排放和吸收的匯之間達到平衡【6】,本文中的碳中和主要針對二氧化碳,可以用一張圖(見(jiàn)圖2)和三個(gè)公式簡(jiǎn)單歸納。


          公式(1)是能源的碳排放,需對煤炭、石油、天然氣分別求算后加和。公式(2)意味著(zhù)碳匯主要來(lái)自于林業(yè)碳匯和CCS(含CCUS)。碳中和即能源的碳排放降低至等于碳匯,亦可說(shuō)碳匯足以抵消剩余碳排放,即公式(3),也就意味著(zhù)圖2天平秤左右兩邊秤砣相當。當今世界和中國的現實(shí)是,公式(1)的排放值都遠遠大于公式(2)的碳匯值。要做到中和,主要的著(zhù)力點(diǎn)應該在減排,關(guān)鍵在于能源,

          由此可以得出碳中和三要素。第一,節能提效,降低能源消費總量;茉礊橹鞯慕裉,節能提效是全球和中國降碳的首要措施,交通、工業(yè)、電力、建筑這些領(lǐng)域的潛力都很大;第二,替代,在能源結構中降低化石能源(特別是煤炭),高比例發(fā)展非化石能源,使它成為高質(zhì)量的能源。第三,移除,增加碳匯(及CCUS)。

          02、實(shí)現碳減排雙目標的路徑圖片   


          1.從人類(lèi)文明形態(tài)進(jìn)步的高度來(lái)認識能源革命

          人類(lèi)文明形態(tài)的不斷進(jìn)步是歷史的必然,能源革命是基礎和動(dòng)力,F代非化石能源巨大的進(jìn)步正在推動(dòng)人類(lèi)由工業(yè)文明走向生態(tài)文明,這是又一輪深刻的能源革命!澳茉吹吞蓟玛P(guān)人類(lèi)未來(lái)”已經(jīng)是全球高度的共識。歐盟2020年提出了綠色復蘇計劃,決定投入1.82萬(wàn)億歐元,努力成為第一個(gè)碳中性大陸;美國新一屆政府已經(jīng)宣布了重返《巴黎協(xié)定》;德國宣布2050年要實(shí)現溫室氣體凈零排放。企業(yè)層面,近期國內外眾多能源公司紛紛發(fā)布碳中和目標、行動(dòng)方案。

          2.樹(shù)立新的能源安全觀(guān)

          能源安全很重要的是供需安全,要以“科學(xué)供給”滿(mǎn)足“合理需求”。目前階段,一方面是化石能源供給,另一方面要逐步倚重自己可以掌控的非化石能源供給。值得強調的是,可再生能源資源的利用是我國自己可以掌控的,它不依賴(lài)國際地緣政治的變幻,有利于能源體系的獨立性和安全性。牽引可再生能源快速增長(cháng)的,是經(jīng)濟社會(huì )可持續發(fā)展的需求,而支撐其穩定、快速增長(cháng)的是其背后的自然資源和開(kāi)發(fā)這些資源的技術(shù)能力的提升及成本的不斷下降。能源安全除包括供需安全外,還應當包括環(huán)境安全、氣候安全,能源造成的環(huán)境問(wèn)題(大氣、水、可持續等)和氣候問(wèn)題要解決好。

          3.重新認識我國的能源資源稟賦

          我國中東部的能源可以按“身邊取和遠方來(lái)”相結合、“分布式與集中式”相結合的思路發(fā)展。在西北地區建電力大基地,通過(guò)特高壓西電東送(集中式、遠方來(lái))只是一種模式,而“分布式、身邊取”將提高中東部能源自給比例,論證表明:這種模式的資源可供性、技術(shù)可行性和經(jīng)濟可行性都是成立的,不僅有助于“源網(wǎng)荷儲一體化”的局域電網(wǎng),“微網(wǎng)”和“虛擬電廠(chǎng)”的批量生長(cháng),可減緩“西電東送”和“北煤南運”的壓力,而且對我國能源結構低碳化、空間格局的趨于平衡、城鄉一體化的能源基礎設施升級都是有利的。重新認識我國的能源資源稟賦,是正確認識本國國情的要素。對于確保國家長(cháng)遠的能源安全、引導能源轉型具有方向性、戰略性的意義。

          4.能源轉型中的化石能源

          我國是世界最大的煤炭生產(chǎn)和消費國,煤炭目前仍是我國能源供應的基礎性能源,應堅持清潔、高效利用,發(fā)電為主,通過(guò)技術(shù)進(jìn)步,減少非發(fā)電用煤;發(fā)展清潔供暖,更大力度替代散燒煤,煤炭消耗總量在“十四五”盡早達峰;同時(shí),與非化石能源協(xié)調互補,支持能源結構優(yōu)化。2019年我國煤炭消費占能源消費總量比重為57.7%,能源偏煤,轉型有困難的一面,但也恰恰可以在低碳轉型中從能效方面獲益更多。技術(shù)進(jìn)步加上能源結構轉型,能源強度到2050年會(huì )下降40%。穩油增氣,要常非并重、陸海并舉、加強勘探、增加儲備。提高天然氣消費的比例,2025年前后石油消費進(jìn)入平臺期。

          5.實(shí)現碳減排雙目標的九個(gè)抓手

          (1)“能源減碳”與“藍天保衛戰”協(xié)同推進(jìn)。雖然溫室氣體排放和污染排放是兩個(gè)不同的概念,但在中國以化石能源為主的能源結構下,它們基本同根、同源,走向綠色和走向低碳采取的實(shí)際行動(dòng)是高度一致的【7】。隨著(zhù)碳達峰和進(jìn)一步降碳,化石能源將逐步減量,空氣質(zhì)量的特征量PM2.5將逐漸下降,首先達到國家標準35ug/m3,并進(jìn)一步達到全球標準15ug/m3。

          (2)節能、提效,潛力巨大。我國節能成績(jì)很大,但至今我國單位GDP能耗是世界平均水平的1.3倍、是OECD國家平均水平的2.7倍。在當前消費水平和化石能源為主結構下,能耗降1%,就可減0.5億噸標煤,減排1億多噸二氧化碳。最大的潛力在產(chǎn)業(yè)結構調整,高耗能產(chǎn)業(yè)占比過(guò)大,傳統高耗能產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入總量達峰和下降期,抑制發(fā)展高耗能產(chǎn)業(yè)的沖動(dòng)是當務(wù)之急。其次,管理和政策節能、技術(shù)進(jìn)步節能、生活方式節能等潛力也不小。節能提效是降碳的首要舉措,控制高碳化石能源總量是重點(diǎn)。

          (3)電力行業(yè)減排。電力行業(yè)占碳排放總量的40%左右,主要是煤電。在推動(dòng)煤電高效、潔凈化利用,熱電聯(lián)產(chǎn),生物質(zhì)摻燒同時(shí),逐步、有序減少煤電。要大力開(kāi)發(fā)非化石能源電力,發(fā)展智能電網(wǎng)、儲能、分布式,提升配電網(wǎng)服務(wù)水平?稍偕茉闯峁╇娏ν,還可提供“綠氫”、供熱(冷)。核電根據國家“安全前提下,積極有序發(fā)展”的要求,做出新貢獻。

          (4)交通行業(yè)減排。大力發(fā)展公共交通,切實(shí)提倡綠色出行。公路、鐵路交通走電氣化之路,培育電動(dòng)車(chē)和氫燃料電池車(chē),以電代油或以氫代油,實(shí)質(zhì)上是以可再生零碳燃料替代石油。不易電動(dòng)的航空動(dòng)力,可以由生物航空燃油和合成航空燃油及氨代替石油。逐步建成美麗中國脫碳的交通能源體系。

          (5)工業(yè)減排。工業(yè)耗能占到全社會(huì )能耗的60%。實(shí)現碳減排雙目標,需要工業(yè)部門(mén)盡早碳達峰和深度減排。通過(guò)產(chǎn)業(yè)結構調整,繼續推進(jìn)工業(yè)節能,抑制發(fā)展高耗能產(chǎn)業(yè)的沖動(dòng),同時(shí),大幅度提高電力化的水平。在輕工業(yè)方面可以發(fā)展熱泵、電加熱來(lái)取代鍋爐。技術(shù)進(jìn)步可帶來(lái)明顯的減排效益,將帶來(lái)行業(yè)顛覆性轉型和產(chǎn)業(yè)重新布局。冶金可以從煤炭時(shí)代走向綠氫冶金時(shí)代。

          (6)建筑,包括建造和運行。電氣化是關(guān)鍵,供暖、制冷、照明、烹飪、家用電器等均可電氣化,電則主要來(lái)自可再生能源,還可利用工業(yè)余熱。推行超低能耗建筑,建筑的改造(如護圍)不僅可以節能,還能產(chǎn)能,利用BIPV(與建筑結合的光伏),電力自發(fā)自用,潛力巨大,“能源產(chǎn)消一體化”國內外已有成功案例。我國城鄉建筑面積大約600億平方米,可利用的面積大約250億平方米,外加其他建筑表面,即使用50%,可裝15億千瓦的光伏,每年可以發(fā)電2萬(wàn)億千瓦時(shí)。要提高靈活性電源,儲電、電動(dòng)車(chē)等等成為一體化的新型建筑配電系統。同時(shí)數字化、智能化的應用,智能家居、智能家用電器的普及會(huì )加速建筑業(yè)的脫碳。

          (7)循環(huán)經(jīng)濟——固廢資源化利用,把廢棄物分類(lèi)資源利用的程度,作為現代化的一個(gè)必備的標志。減少垃圾填埋、高比例資源化,將減少填埋垃圾產(chǎn)生的溫室氣體;能源轉型產(chǎn)生新型固廢、新冠疫情產(chǎn)生的新型固廢,要做好循環(huán)利用;固廢中再生資源(如金屬)的利用,可大幅降低冶金的煤炭消耗,為國家實(shí)現碳中和目標做貢獻。

          (8)發(fā)展碳匯,同時(shí),鼓勵CCUS等碳移除和碳循環(huán)技術(shù)。目前我國生態(tài)系統的碳匯能力大約為每年12億噸二氧化碳,我們國家也宣布了森林蓄積量2030年將比2005年增加60億立方米,碳匯還有增長(cháng)的空間。同時(shí),各種CCUS等碳移除和碳循環(huán)技術(shù)也將為實(shí)現碳中和目標作出貢獻。 

          (9)將碳交易、氣候投融資,能源轉型基金、碳中和促進(jìn)法作為引導碳減排的政策工具。

          03、結語(yǔ)

          碳達峰、碳中和雙目標是基于我國國情和科學(xué)論證的目標,不僅有路徑、可操作,而且將帶動(dòng)一系列技術(shù)進(jìn)步,帶來(lái)新投資、新產(chǎn)業(yè)、新交通、新建筑、新能源……和新的發(fā)展方式,深刻推動(dòng)經(jīng)濟和社會(huì )進(jìn)步及生態(tài)文明建設,實(shí)現經(jīng)濟、能源、環(huán)境、氣候共贏(yíng)和可持續發(fā)展。實(shí)現碳達峰與碳中和是復雜的系統工程,需掌握好工作的節奏,做好積極而穩妥。 



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