贺克斌:实现碳中和,将给中国带来哪些变化?

2021年10月28日
文章来源:全国能源信息平台
近日,中共中央、国务院印发正式公布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》,这是中国碳达峰碳中和的顶层设计,提出了具体的目标和措施。碳达峰、…

近日,中共中央、国务院印发正式公布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》,这是中国碳达峰碳中和的顶层设计,提出了具体的目标和措施。碳达峰、碳中和再次成为各界热议的焦点。

如期实现碳达峰、碳中和目标,将给中国带来哪些深远影响?又将如何影响我们的日常生产和生活?思客邀请中国工程院院士、清华大学碳中和研究院院长、清华大学环境学院教授贺克斌聚焦这一话题。

实现碳达峰、碳中和目标会带来政府行为、企业行为和个人行为的根本变化,覆盖全社会方方面面,影响范围非常大。这是一场经济社会系统性的变革,涉及到观念重塑、价值重估、产业重构及广泛的社会经济和生活影响,这就是我们的未来之变。

首先是观念重塑。现在的全球经济高度依赖化石能源,但是化石能源在全球的地域分布极度不均匀,目前,煤炭储量最多的前五个国家占了全球煤炭75%的储藏量;石油储量,前五个国家占了62%;天然气储量,前五个国家占了64%。

关于能源结构降碳,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个,分别是风能、太阳能、水能、核能。其中风能、太阳能将来占的比例会更高。全球风、光资源分布相对更均匀,谁能够更好地掌握抓取风、光资源,即开发出大规模应用风电、光伏电的领先技术体系,谁就获得了长期经济发展支撑能力的提升。这是一个资源依赖型走向技术依赖型的过程,未来这个过程会使我们更多地关注关键技术。

国际能源署(IEA)给出的技术评估,分别对低碳发电、电力基础设施、交通运输用电、工业用电、建筑物用电、燃料转化用电等技术做了梳理分析,在低碳发电领域像太阳能光伏发电等技术已经基本比较成熟,可以走向市场;在电力基础设施领域,智能充电等技术目前还需要进一步研发、竞争,才能推向市场。IEA2021年的最新报告显示在全球能源行业的路线图里,2050年实现净零排放的关键技术中,50%目前尚未成熟,需要进一步研发提升,可见走向技术依赖型的经济发展模式对科技创新的需求更加迫切。

第二是价值重估。先看能源成本,目前风、光发电和火力发电的成本已经相近。但是如果加上并网成本,风、光伏电目前和火电来比还比较高。碳市场的建立健全和逐步完善会使碳价在全国或者全世界发挥作用,逐渐使技术的竞争优势发生变化,并网成本随着规模的应用将大大降低,因此风电、光伏电的价值和竞争力会被重新认识。

再看地域价值。我们国家东部是发达地区,中西部是欠发达地区,但是我们看到未来寄予很高希望的风、光资源恰恰比较集中在中西部欠发达地区,这会给这些地域带来新的发展机遇,一些耗能比较高的产业可能在那些供能比较密集的地域会有更多的发展机遇,一定程度上也能带动这些地区的经济发展,使发展不平衡的问题得到一定解决。举个例子,宁夏地域很广阔,但是沙地很多,一家企业做了大量的太阳能板,获得的太阳能用于发电,太阳能板造成大量的阴影,在阴影下种的宁夏特产枸杞,和没有太阳能板覆盖的枸杞有很大区别,它的水分保持时间更长。太阳能板到一定时候有污染,会影响吸收太阳能,需要冲洗,冲洗太阳能板的水可以用来灌溉下面的枸杞,实现循环利用。这个经济模式把原来比较荒的沙地大幅度改变为能源利用地和新的经济作物生产地,为发展带来了全新的机遇。

价值重估还有一个例子,光伏发电需要多晶薄膜材料,制造这种材料需要的关键稀缺元素如铟、碲等,这些元素如果以现有的资源量供给现有的用量没有问题,但是2050年光伏装机总量的目标是要比2020年增加19倍,因此这些稀缺元素的累计需求量会大幅度增加,物以稀为贵,这些稀缺元素的未来价值会更大提升。我们现在的固体废物里有这些元素,但是现在更多地把这些元素视为有毒有害物,想办法进行无害化处理,一旦它们的价值增加以后,可能就需要提高技术精打细算地从固体废物里把它们提取出来,这对它们的循环利用会有很大的推动,这也是价值重估推动技术变化的重要体现。

第三是产业重构。未来在减碳的推动下,传统的加油站会变成加能站,在我们国家这已不是概念式的未来构想,而是正在走向现实。中石化在“十四五”期间计划利用原有3万座加油站、870座加气站的布局优势,建设1000 座加氢站或油氢合建站,5000 座充换电站,7000 座分布式光伏发电站点。

供电系统也会发生变化。传统上,我们通过火电、核电、水电的电网系统满足生活、生产所需,但在未来,风和光这两种新能源会引入到新型的电力系统中,这个比例高了以后,有一个非常重要的特点,就是它的波动性非人为可控,风、光是天上的天然资源,有季节性变化,甚至有日变化,波动性很大,不像火电烧煤、烧油、烧气那样可控。

这个情况下电力供需管理系统会催生新型产业——虚拟电厂。以前“以需定供”模式相对稳定,现在“供”的地方出现了不稳定,就要最大限度挖掘“需”的地方,找到它的调节能力,这个调节能力如果在建筑物里面,就是调节生活用能,比如洗碗机、洗衣机这些家用电器的生活用电,它们对时间不是特别敏感,早点干晚点干都行,放在什么时候洗由系统来控制,反正到时候就洗干净,这是生活用能的一种做法。生产方面,比如水泥工业的一些研磨工艺、有色冶金电解铝工艺、钢铁行业的电炉用电等,在一定幅度里是可以调节的,这个调节通过智能系统就能控制在供需之间形成相对平衡。大规模的电动车应用,其充电也有较大的调节波动能力。

我们把未来发展中,这部分从调节“需”方来适应“供”方的波动的功能,叫做虚拟电厂。这是未来发展里非常值得期待的。现在我们国家在江苏等一些省份已经有这样的例子,水泥、有色冶金电解铝、钢铁行业那三种工业已经能够形成2000兆瓦的虚拟电厂,相当于十来个燃煤火电厂的发电量的供需调节能力。随着未来的发展,这部分新业态发挥的作用还会更大。

另外,产业重构方面,减碳压力的产业链传递也很突出。现在越来越多的全球性大公司自主承诺减排,原来对一家企业到底排多少碳主要看它的生产过程,但现在已经扩大到产业链。一个产业链包括上游的原料和下游产品的应用,把上下游综合考虑起来,就会形成减碳压力的产业链传递。比如,中国现在是世界上最大的小汽车生产和消费市场,每年产销2500—3000万辆,这个量是美国和日本加起来的总和,这么大的量,对钢材会有比较大的需求。一家承诺了整个产业链上要减碳的跨国公司在生产小汽车时,就会要求上游生产钢材的厂家也要跟着它减碳,这样会形成倒逼,炼钢厂如果达不到它的要求,它就会去找其他能达到要求的供应商,所以在自主减排的目标实现里会形成新的压力传递,这是未来产业重构里非常重要的驱动因素。

工业产业链也会发生重大变化,传统石油炼制形成汽柴油输送给燃油车,燃油车消费后会排放大量的二氧化碳,未来这一产业链的市场空间会被大大压缩。新能源大幅推广后,通过石油生产基础化工原料,产出橡胶、塑料、纤维这样的产品还有很大市场空间,而相关新材料还会进一步拓展市场空间。因此化工生产系统未来的主要方向会是燃料变成原料、能源变成资源,这样在终端产品里碳排放的压力会明显减少。

第四,除了观念重塑、价值重估和产业重构以外,碳中和对我们的社会生活会造成广泛的影响。

位于广州天河区员村四横路的一家新能源汽车充电站。新华社记者 李嘉乐 摄

在出行方面,比如大幅度使用新能源汽车,特别是电动车,在全国会形成比较大的消纳风电、光伏电的能力,这些也是虚拟电厂的组成部分。一个电动小汽车的用户,可能根据充放电的过程做优化选择,未来可能会通过虚拟电厂的方式,在整个优化系统里发挥调节作用,当光伏电、风电特别充足的时候,电价相对低,可把小汽车的电充满,就会形成一个分布式的储能系统。当风电、光伏电不足时,电价就会涨,那么小汽车用户可以去放电,相当于在卖电。国家电网在北京一个双向充放电互动桩试点,结果表明,一辆小汽车选择合适时段充放电,一度电能挣4毛钱,一年下来能挣4000块钱。此外,小汽车用户白天到单位上班,把车充满光伏高峰电,晚上回到家,停车位可以直接和家里的用电系统关联,晚上用的就是白天充的便宜电,将来怎么优化这个系统也是很有意思的课题。据《节能与新能源汽车技术路线图》研究报告预测,2040年中国电动汽车保有量将达到3亿辆,每辆车平均65千瓦时,车载储能容量约达200亿千瓦时,将与中国每天消费总电量基本相当。

其次是住——建筑。现在有个概念叫“光储直柔建筑”,“光”指的是利用建筑的表面去发展光伏电,有研究表明,理论上如果把全北京的屋顶都装上光伏电,获得的电能可能是北京市用电量的2倍。“储”就是建筑物里可以链接建筑物外充电桩或蓄电池。“直”是内部直流配电。“柔”是弹性负载、柔性用电,直流和交流用电会有15%左右效率的提升,同时如果用了柔性用电系统,建筑在用电上会有15%-30%的调节能力,所以在适应未来高比例的风电、光伏电的时候,会成为非常重要的系统。如果是典型的住宅建筑和办公建筑群的组合,它可以消纳近百公里范围的光伏电,春夏秋三季基本可以实现供电平衡,冬季因为有供暖需要,供电量会有缺口。柔性用电是充分利用风、光这些非化石可再生资源。

再次对普通老百姓的个人行为也有影响。在上海已经开始实施碳普惠行动,无论是垃圾分类、绿色出行、节约用电,还是光盘行动等,方方面面都可以积分制,这个分叫做“碳币”,你可以在一定范围内使用它,购买一些你需要的其他商品、服务,这是鼓励简约生活,这使得人人都可以对减碳行动做出或大或小的贡献。

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