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賀克斌:實現(xiàn)碳中和,將給中國帶來哪些變化?

新華網發(fā)布時間:2021-10-28 10:53:55

  近日,中共中央、國務院印發(fā)正式公布《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》,這是中國碳達峰碳中和的頂層設計,提出了具體的目標和措施。碳達峰、碳中和再次成為各界熱議的焦點。

  如期實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標,將給中國帶來哪些深遠影響?又將如何影響我們的日常生產和生活?思客邀請中國工程院院士、清華大學碳中和研究院院長、清華大學環(huán)境學院教授賀克斌聚焦這一話題。

  實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標會帶來政府行為、企業(yè)行為和個人行為的根本變化,覆蓋全社會方方面面,影響范圍非常大。這是一場經濟社會系統(tǒng)性的變革,涉及到觀念重塑、價值重估、產業(yè)重構及廣泛的社會經濟和生活影響,這就是我們的未來之變。

  首先是觀念重塑?,F(xiàn)在的全球經濟高度依賴化石能源,但是化石能源在全球的地域分布極度不均勻,目前,煤炭儲量最多的前五個國家占了全球煤炭75%的儲藏量;石油儲量,前五個國家占了62%;天然氣儲量,前五個國家占了64%。

  關于能源結構降碳,它的核心是要大幅度地提升可再生能源或者非化石能源的比例。非化石能源最典型的有四個,分別是風能、太陽能、水能、核能。其中風能、太陽能將來占的比例會更高。全球風、光資源分布相對更均勻,誰能夠更好地掌握抓取風、光資源,即開發(fā)出大規(guī)模應用風電、光伏電的領先技術體系,誰就獲得了長期經濟發(fā)展支撐能力的提升。這是一個資源依賴型走向技術依賴型的過程,未來這個過程會使我們更多地關注關鍵技術。

  國際能源署(IEA)給出的技術評估,分別對低碳發(fā)電、電力基礎設施、交通運輸用電、工業(yè)用電、建筑物用電、燃料轉化用電等技術做了梳理分析,在低碳發(fā)電領域像太陽能光伏發(fā)電等技術已經基本比較成熟,可以走向市場;在電力基礎設施領域,智能充電等技術目前還需要進一步研發(fā)、競爭,才能推向市場。IEA2021年的最新報告顯示在全球能源行業(yè)的路線圖里,2050年實現(xiàn)凈零排放的關鍵技術中,50%目前尚未成熟,需要進一步研發(fā)提升,可見走向技術依賴型的經濟發(fā)展模式對科技創(chuàng)新的需求更加迫切。

  第二是價值重估。先看能源成本,目前風、光發(fā)電和火力發(fā)電的成本已經相近。但是如果加上并網成本,風、光伏電目前和火電來比還比較高。碳市場的建立健全和逐步完善會使碳價在全國或者全世界發(fā)揮作用,逐漸使技術的競爭優(yōu)勢發(fā)生變化,并網成本隨著規(guī)模的應用將大大降低,因此風電、光伏電的價值和競爭力會被重新認識。

  再看地域價值。我們國家東部是發(fā)達地區(qū),中西部是欠發(fā)達地區(qū),但是我們看到未來寄予很高希望的風、光資源恰恰比較集中在中西部欠發(fā)達地區(qū),這會給這些地域帶來新的發(fā)展機遇,一些耗能比較高的產業(yè)可能在那些供能比較密集的地域會有更多的發(fā)展機遇,一定程度上也能帶動這些地區(qū)的經濟發(fā)展,使發(fā)展不平衡的問題得到一定解決。舉個例子,寧夏地域很廣闊,但是沙地很多,一家企業(yè)做了大量的太陽能板,獲得的太陽能用于發(fā)電,太陽能板造成大量的陰影,在陰影下種的寧夏特產枸杞,和沒有太陽能板覆蓋的枸杞有很大區(qū)別,它的水分保持時間更長。太陽能板到一定時候有污染,會影響吸收太陽能,需要沖洗,沖洗太陽能板的水可以用來灌溉下面的枸杞,實現(xiàn)循環(huán)利用。這個經濟模式把原來比較荒的沙地大幅度改變?yōu)槟茉蠢玫睾托碌慕洕魑锷a地,為發(fā)展帶來了全新的機遇。

  價值重估還有一個例子,光伏發(fā)電需要多晶薄膜材料,制造這種材料需要的關鍵稀缺元素如銦、碲等,這些元素如果以現(xiàn)有的資源量供給現(xiàn)有的用量沒有問題,但是2050年光伏裝機總量的目標是要比2020年增加19倍,因此這些稀缺元素的累計需求量會大幅度增加,物以稀為貴,這些稀缺元素的未來價值會更大提升。我們現(xiàn)在的固體廢物里有這些元素,但是現(xiàn)在更多地把這些元素視為有毒有害物,想辦法進行無害化處理,一旦它們的價值增加以后,可能就需要提高技術精打細算地從固體廢物里把它們提取出來,這對它們的循環(huán)利用會有很大的推動,這也是價值重估推動技術變化的重要體現(xiàn)。

  第三是產業(yè)重構。未來在減碳的推動下,傳統(tǒng)的加油站會變成加能站,在我們國家這已不是概念式的未來構想,而是正在走向現(xiàn)實。中石化在“十四五”期間計劃利用原有3萬座加油站、870座加氣站的布局優(yōu)勢,建設1000 座加氫站或油氫合建站,5000 座充換電站,7000 座分布式光伏發(fā)電站點。

  供電系統(tǒng)也會發(fā)生變化。傳統(tǒng)上,我們通過火電、核電、水電的電網系統(tǒng)滿足生活、生產所需,但在未來,風和光這兩種新能源會引入到新型的電力系統(tǒng)中,這個比例高了以后,有一個非常重要的特點,就是它的波動性非人為可控,風、光是天上的天然資源,有季節(jié)性變化,甚至有日變化,波動性很大,不像火電燒煤、燒油、燒氣那樣可控。

  這個情況下電力供需管理系統(tǒng)會催生新型產業(yè)——虛擬電廠。以前“以需定供”模式相對穩(wěn)定,現(xiàn)在“供”的地方出現(xiàn)了不穩(wěn)定,就要最大限度挖掘“需”的地方,找到它的調節(jié)能力,這個調節(jié)能力如果在建筑物里面,就是調節(jié)生活用能,比如洗碗機、洗衣機這些家用電器的生活用電,它們對時間不是特別敏感,早點干晚點干都行,放在什么時候洗由系統(tǒng)來控制,反正到時候就洗干凈,這是生活用能的一種做法。生產方面,比如水泥工業(yè)的一些研磨工藝、有色冶金電解鋁工藝、鋼鐵行業(yè)的電爐用電等,在一定幅度里是可以調節(jié)的,這個調節(jié)通過智能系統(tǒng)就能控制在供需之間形成相對平衡。大規(guī)模的電動車應用,其充電也有較大的調節(jié)波動能力。

  我們把未來發(fā)展中,這部分從調節(jié)“需”方來適應“供”方的波動的功能,叫做虛擬電廠。這是未來發(fā)展里非常值得期待的。現(xiàn)在我們國家在江蘇等一些省份已經有這樣的例子,水泥、有色冶金電解鋁、鋼鐵行業(yè)那三種工業(yè)已經能夠形成2000兆瓦的虛擬電廠,相當于十來個燃煤火電廠的發(fā)電量的供需調節(jié)能力。隨著未來的發(fā)展,這部分新業(yè)態(tài)發(fā)揮的作用還會更大。

  另外,產業(yè)重構方面,減碳壓力的產業(yè)鏈傳遞也很突出?,F(xiàn)在越來越多的全球性大公司自主承諾減排,原來對一家企業(yè)到底排多少碳主要看它的生產過程,但現(xiàn)在已經擴大到產業(yè)鏈。一個產業(yè)鏈包括上游的原料和下游產品的應用,把上下游綜合考慮起來,就會形成減碳壓力的產業(yè)鏈傳遞。比如,中國現(xiàn)在是世界上最大的小汽車生產和消費市場,每年產銷2500—3000萬輛,這個量是美國和日本加起來的總和,這么大的量,對鋼材會有比較大的需求。一家承諾了整個產業(yè)鏈上要減碳的跨國公司在生產小汽車時,就會要求上游生產鋼材的廠家也要跟著它減碳,這樣會形成倒逼,煉鋼廠如果達不到它的要求,它就會去找其他能達到要求的供應商,所以在自主減排的目標實現(xiàn)里會形成新的壓力傳遞,這是未來產業(yè)重構里非常重要的驅動因素。

  工業(yè)產業(yè)鏈也會發(fā)生重大變化,傳統(tǒng)石油煉制形成汽柴油輸送給燃油車,燃油車消費后會排放大量的二氧化碳,未來這一產業(yè)鏈的市場空間會被大大壓縮。新能源大幅推廣后,通過石油生產基礎化工原料,產出橡膠、塑料、纖維這樣的產品還有很大市場空間,而相關新材料還會進一步拓展市場空間。因此化工生產系統(tǒng)未來的主要方向會是燃料變成原料、能源變成資源,這樣在終端產品里碳排放的壓力會明顯減少。

  第四,除了觀念重塑、價值重估和產業(yè)重構以外,碳中和對我們的社會生活會造成廣泛的影響。

  在出行方面,比如大幅度使用新能源汽車,特別是電動車,在全國會形成比較大的消納風電、光伏電的能力,這些也是虛擬電廠的組成部分。一個電動小汽車的用戶,可能根據充放電的過程做優(yōu)化選擇,未來可能會通過虛擬電廠的方式,在整個優(yōu)化系統(tǒng)里發(fā)揮調節(jié)作用,當光伏電、風電特別充足的時候,電價相對低,可把小汽車的電充滿,就會形成一個分布式的儲能系統(tǒng)。當風電、光伏電不足時,電價就會漲,那么小汽車用戶可以去放電,相當于在賣電。國家電網在北京一個雙向充放電互動樁試點,結果表明,一輛小汽車選擇合適時段充放電,一度電能掙4毛錢,一年下來能掙4000塊錢。此外,小汽車用戶白天到單位上班,把車充滿光伏高峰電,晚上回到家,停車位可以直接和家里的用電系統(tǒng)關聯(lián),晚上用的就是白天充的便宜電,將來怎么優(yōu)化這個系統(tǒng)也是很有意思的課題。據《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》研究報告預測,2040年中國電動汽車保有量將達到3億輛,每輛車平均65千瓦時,車載儲能容量約達200億千瓦時,將與中國每天消費總電量基本相當。

  其次是住——建筑。現(xiàn)在有個概念叫“光儲直柔建筑”,“光”指的是利用建筑的表面去發(fā)展光伏電,有研究表明,理論上如果把全北京的屋頂都裝上光伏電,獲得的電能可能是北京市用電量的2倍。“儲”就是建筑物里可以鏈接建筑物外充電樁或蓄電池。“直”是內部直流配電。“柔”是彈性負載、柔性用電,直流和交流用電會有15%左右效率的提升,同時如果用了柔性用電系統(tǒng),建筑在用電上會有15%-30%的調節(jié)能力,所以在適應未來高比例的風電、光伏電的時候,會成為非常重要的系統(tǒng)。如果是典型的住宅建筑和辦公建筑群的組合,它可以消納近百公里范圍的光伏電,春夏秋三季基本可以實現(xiàn)供電平衡,冬季因為有供暖需要,供電量會有缺口。柔性用電是充分利用風、光這些非化石可再生資源。

  再次對普通老百姓的個人行為也有影響。在上海已經開始實施碳普惠行動,無論是垃圾分類、綠色出行、節(jié)約用電,還是光盤行動等,方方面面都可以積分制,這個分叫做“碳幣”,你可以在一定范圍內使用它,購買一些你需要的其他商品、服務,這是鼓勵簡約生活,這使得人人都可以對減碳行動做出或大或小的貢獻。

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