編者按：2023年9月12-14日，以“綠色 持續(xù) 共生 向新”為主題的“第五屆未來能源大會”在江蘇常州武進(jìn)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，中國科學(xué)院院士、北京大學(xué)能源研究院院長金之鈞發(fā)表了《中國實(shí)現(xiàn)碳中和一挑戰(zhàn)與路徑分析》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。
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(jī)會向大家分享北京大學(xué)能源研究院一個(gè)非常年輕的團(tuán)隊(duì)，近年來在中國實(shí)現(xiàn)碳中和路徑方面的一些分析的非常粗淺的一些認(rèn)識。北京大學(xué)能源研究院成立只有三年的時(shí)間，我們也是趕熱鬧，對碳達(dá)峰、碳中和這個(gè)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(jīng)很熟悉了，我們在某一個(gè)點(diǎn)上要實(shí)現(xiàn)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(gè)量能對等，這個(gè)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(lǐng)域，這個(gè)無疑是對的，這是一個(gè)正確的思考。但是，我們的這個(gè)團(tuán)隊(duì)感到在自然碳匯和人工技術(shù)移除方面，我們應(yīng)該更好的發(fā)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(shí)現(xiàn)碳中和。
所以今天這個(gè)場合有這么三個(gè)問題跟大家一起來討論，一個(gè)是面臨哪些挑戰(zhàn)，為什么我們有這樣的思考。第二個(gè)是有哪些基本的路徑，這些路徑還有沒有可能優(yōu)化。
這是一張各個(gè)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(dāng)人均GDP達(dá)到1萬美元以上，他有一個(gè)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(gè)先進(jìn)的社會工業(yè)結(jié)構(gòu)所帶來的一個(gè)能耗的情況。所以像這樣一種曲線是各個(gè)國家所追求的，每個(gè)國家走的路子是不太一樣的。
中國現(xiàn)在處在一個(gè)隨著人均GDP的增長能耗也在持續(xù)增長的過程，而這個(gè)拐點(diǎn)的到來至少要到2030年以后，2030年到2035年之間我們才能實(shí)現(xiàn)。所以今后這一個(gè)過程，保供是硬條件，因?yàn)閲乙惨?guī)定2035年我們的GDP要再翻一番，2060年在2035年的基礎(chǔ)上再翻一番，這是硬性的。
第二個(gè)挑戰(zhàn)是以煤為主的能源結(jié)構(gòu)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(rèn)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(dāng)前的排放強(qiáng)度，中國是77%，美國是48%，德國是51%，英國是38%，這樣一個(gè)基本國情我們不能忽略。
第三個(gè)是碳達(dá)峰的時(shí)間和碳中和的間隔時(shí)間，我用了一個(gè)80年對30年。歐洲國家在上個(gè)世紀(jì)七十年代已經(jīng)碳達(dá)峰，到2050年碳中和是用80年的時(shí)間，美國是用43年，中國只有30年的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間是相當(dāng)短的。大家可以看，在同等比例尺的比例下，中國碳達(dá)峰和其他國家碳達(dá)峰的強(qiáng)度是相當(dāng)大的。在這個(gè)過程當(dāng)中，如何保障我們的能源安全將是我們必須思考的嚴(yán)肅問題。
中國實(shí)現(xiàn)碳中和有哪些基本路徑？這兩年來，這方面的文章發(fā)表的很多，路徑也是有千萬條，我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)為了便于記憶總結(jié)了三句話：一是兩個(gè)輪子驅(qū)動，二是兩大領(lǐng)域發(fā)力，三是一個(gè)核心抓手。兩個(gè)輪子驅(qū)動很容易理解，就是政府作用和市場作用，從長遠(yuǎn)來講必須發(fā)揮市場作用，光靠行政手段是搞不贏的，或者說你的代價(jià)是慘重的。初級階段、啟動階段政府作用、政策導(dǎo)向極其重要，但是政府作用是一個(gè)雙刃劍。2021年4月30日，開完了政治局的理論學(xué)習(xí)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(yùn)動到來，但是7月30日再開政治局會議來了一個(gè)急剎車。即便是這樣，我們的煤炭市場已經(jīng)出現(xiàn)了大幅的波動，大家可以看這條曲線，遠(yuǎn)離了前幾年市場的價(jià)位，煤炭價(jià)格猛竄到120以上，甚至達(dá)到140，這就是政府帶來的負(fù)面作用影響。接下來就是從南到北的限電。能源是一個(gè)大系統(tǒng)，來不得半點(diǎn)的馬虎，所以安全是第一要?jiǎng)?wù)。
兩大領(lǐng)域發(fā)力很容易理解，一個(gè)是減碳，一個(gè)是消納。減碳領(lǐng)域總體來講也是多方面的，但是兩個(gè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整是至關(guān)重要的。一個(gè)是調(diào)整一次能源結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展清潔能源降低化石能源結(jié)構(gòu)比例。2060年化石能源的比例從現(xiàn)在的84%調(diào)整到20%，這是國務(wù)院發(fā)布的方案所描述的場景。二是調(diào)整鋼鐵、交通、建筑等領(lǐng)域結(jié)構(gòu)，改造工業(yè)流程，實(shí)現(xiàn)電氣化，電氣從消費(fèi)端從現(xiàn)在的24%調(diào)整到2060年的80%，這也是公布的數(shù)字。我們這個(gè)團(tuán)隊(duì)就對這兩個(gè)80%提出了質(zhì)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(yōu)化當(dāng)中要講的。也就是說這兩個(gè)80%是不是最優(yōu)解，是不是實(shí)現(xiàn)碳中和的最優(yōu)方案，我們的結(jié)論是不是，我們還有多種優(yōu)化的方案。
減碳的能源領(lǐng)域可以分成五大領(lǐng)域，能源、交通、建筑、工業(yè)和農(nóng)業(yè)，每一個(gè)領(lǐng)域這些年來我們都做了長足的進(jìn)展，因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系我就不具體的去念這些數(shù)字了。
碳匯領(lǐng)域，陸地生態(tài)碳匯系統(tǒng)，海洋生態(tài)碳匯系統(tǒng)，CCS/CCUS、二氧化碳的直接利用，四大系統(tǒng)，我們還應(yīng)該更好的發(fā)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(jìn)步，這將是人類也是中國實(shí)現(xiàn)碳中和的兜底技術(shù)。
一個(gè)核心抓手就是碳定價(jià)、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(jīng)驗(yàn)值得我們參考。這是中國目前為止我們實(shí)現(xiàn)的碳交易的一些基本情況，占的比例還很低，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到我們預(yù)期的目標(biāo)，金融在這個(gè)里面發(fā)揮的作用才剛剛顯現(xiàn)。這個(gè)為什么叫核心抓手？他是連接市場和政府政策的一個(gè)有效地樞紐和紐帶，所以這一塊兒的發(fā)力，對我們實(shí)現(xiàn)碳中和是至關(guān)重要的。
我重點(diǎn)想說一下這個(gè)路徑如何優(yōu)化。兩個(gè)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(gè)是到2000年的化石比例20%是不是最優(yōu)的，為什么不是30%、40%？這個(gè)需要認(rèn)真的思考。根據(jù)我們了解的實(shí)際情況，是倒逼機(jī)制逼出來的，我們設(shè)立一個(gè)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(gè)數(shù)，所以我們推出來一個(gè)倒逼出來化石能源到2060年只能占20%，并且這個(gè)里面煤炭占的比例是非常低的。電力系統(tǒng)為什么到那個(gè)時(shí)候是80%？80%我們的能源系統(tǒng)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(rèn)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(gè)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(shè)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(shí)現(xiàn)碳中和，我想這個(gè)邏輯關(guān)系是通的，我們的團(tuán)隊(duì)就是按照這樣一個(gè)邏輯關(guān)系來假設(shè)往前走的。我們?nèi)绻f把化石能源放到40%的比例，二氧化碳的最大排放量大數(shù)是32億噸，我們跟中國石化經(jīng)研院也做了多種場景的分析判斷和預(yù)測，計(jì)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(gè)問題我想能回答清楚就可以了。
我們做了這樣一個(gè)假設(shè)以后，碳達(dá)峰的時(shí)候，我們的總能耗是60億噸標(biāo)煤，人均才4.27噸，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到現(xiàn)在美國、加拿大的消費(fèi)水平，到2060年我們可以保持在54億噸標(biāo)煤這樣的范圍內(nèi)，我們認(rèn)為這個(gè)回旋余地是大的，這個(gè)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(cè)，是美國當(dāng)前的能源結(jié)構(gòu)，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(shí)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(jīng)濟(jì)發(fā)展最低成本的一條路線。如果按照現(xiàn)在拜登的路線走2050年碳中和的路子，是下列的四個(gè)方向和設(shè)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?？稍偕茉?00%，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(gè)什么情況呢？大家可以看到，最右側(cè)是100%的化石能源投資比例是最高的，代價(jià)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(dāng)然最低的是特朗普路線，就是最左側(cè)的那條線。在這四種情境下，就是實(shí)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)碳中和不得不考慮經(jīng)濟(jì)因素，不能理想的去喊碳中和，我們的經(jīng)濟(jì)成本能不能承受得住，投資規(guī)?？刹豢蓪?shí)現(xiàn)。當(dāng)然我講的這個(gè)例子是美國五大體系之一，也是經(jīng)過論證的，《紐約時(shí)報(bào)》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(yīng)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(gè)團(tuán)隊(duì)做了多年的自然碳匯的研究，他認(rèn)為在2060年中國各個(gè)方面的努力，像擴(kuò)容認(rèn)定、生態(tài)封存等等，可以實(shí)現(xiàn)20到30億噸的封存，樂觀一點(diǎn)是30到45億噸，我這里偏保守，用了20億噸的數(shù)字，就是自然碳匯、陸地+海洋，2060年可以達(dá)到20億噸的碳匯水平，這個(gè)數(shù)過不過分呢？不過分，我還有證據(jù)來證明我為什么用這個(gè)數(shù)據(jù)。另外就是加上人工封存，人工封存是多少呢？大數(shù)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(xiàn)在還有很大的不確定因素，現(xiàn)在海洋專家還不能把我們這個(gè)問題回答清楚，但是這張片子是全球科學(xué)家認(rèn)可的，就是在2009年到2018年所有的排放的二氧化碳當(dāng)中，化石能源的來源占87%，其他森林的伐木和農(nóng)業(yè)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(gè)比例關(guān)系全球認(rèn)可。按照這樣一個(gè)比例關(guān)系，陸地生態(tài)系統(tǒng)和海洋生態(tài)系統(tǒng)這樣一個(gè)比例推算下來，余院士的20億噸陸地+海洋這個(gè)是有把握的，到2060年能實(shí)現(xiàn)。
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(xiàn)在全球大概說埋藏量不到1億噸，準(zhǔn)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(yīng)用的分布情況，4000萬噸。這是中國各個(gè)油田，特別是中石油、中石化說提高采收率的一個(gè)應(yīng)用情況。中國石化100萬噸的普及已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，中國石油到2025年的量是達(dá)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(shí)現(xiàn)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(xiàng)工作，一直干到現(xiàn)在，整個(gè)的二氧化碳的利用，提高采收率到后期普及的一個(gè)過程。
這是清華大學(xué)張教授做的一個(gè)預(yù)測，到2060年，人工普氣的二氧化碳是7.1億噸，我們團(tuán)隊(duì)在這里有一個(gè)基本的預(yù)測，就是二氧化碳的價(jià)格，要大大超出我們當(dāng)前的價(jià)格。這是國際機(jī)構(gòu)所預(yù)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(jià)格。也就是說我們團(tuán)隊(duì)預(yù)測到2030年在國內(nèi)平和溫和發(fā)展的情況下，二氧化碳的價(jià)格將超過200塊錢一噸，現(xiàn)在北歐二氧化碳的價(jià)格每噸在90到100美元，按照這個(gè)價(jià)格，我們國內(nèi)的這個(gè)普存技術(shù)就可以賺錢了，到2030年的時(shí)候這個(gè)技術(shù)就可以大規(guī)模的推廣。所以我們判斷CCS/CCUS技術(shù)在未來十年將會全面鋪開，將會實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
除此之外，二氧化碳的轉(zhuǎn)化利用技術(shù)也在快速的發(fā)展，二氧化碳制乙烯，這個(gè)技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)是平衡價(jià)，就是輸入和輸出的價(jià)格差別已經(jīng)不大了，它的催化劑稍微再延長一點(diǎn)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(gè)方案，供大家參考和批判。
電力系統(tǒng)是不是80%就是最優(yōu)的？我們認(rèn)為也不見得。這個(gè)數(shù)出來以后多家企業(yè)和個(gè)人都做了預(yù)測，有人預(yù)測是70%，我們團(tuán)隊(duì)認(rèn)為50%到60%是一個(gè)合理的區(qū)間。美國普利司通大學(xué)做數(shù)字模擬分析的時(shí)候，他始終把美國一次能源消費(fèi)的電力系統(tǒng)占比控制在50%，他們認(rèn)為這種能源結(jié)構(gòu)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(gè)預(yù)測，60%到70%。
這是目前我們電網(wǎng)能源消納新能源占比的情況，中國現(xiàn)在10%到20%，應(yīng)該說有很大的進(jìn)步，所以電網(wǎng)的新能源的消納穩(wěn)定技術(shù)的進(jìn)展，目前還是蠻受制約的。所以我們分析到2060年一個(gè)穩(wěn)定可靠的電網(wǎng)，首先他必須有集合電力系統(tǒng)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(diào)度的地?zé)岚l(fā)電、水力發(fā)電和光熱、儲熱等等，還有一個(gè)是風(fēng)電和光伏，這樣一個(gè)電力系統(tǒng)才是安全的，而且這樣的系統(tǒng)當(dāng)中煤電還要占一定的比例。
我們梳理了和這些發(fā)展方向密切相關(guān)的技術(shù)和進(jìn)步，在未來多年當(dāng)中，這幾項(xiàng)技術(shù)是值得關(guān)注的，特別是儲能技術(shù)，其次是氫能，氫能現(xiàn)在從制造、儲運(yùn)到應(yīng)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(shí)，我們現(xiàn)在出現(xiàn)了合成氨的技術(shù)，我們認(rèn)為目前比較廉價(jià)、安全可靠的，未來還有固體儲能技術(shù)。第三個(gè)是CCS/CCUS這是人類實(shí)現(xiàn)碳中和的兜底技術(shù)，第四個(gè)是數(shù)字化技術(shù)在能源領(lǐng)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(gè)判斷，一是發(fā)展是主旋律，2035年翻番，2060年再翻番，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會穩(wěn)定是首要目標(biāo)，而不是碳中和。
二是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的驅(qū)動力從資源驅(qū)動向資源與技術(shù)共同驅(qū)動發(fā)展，資源從一煤獨(dú)大向天然氣、風(fēng)、光電、地?zé)岬榷噘Y源共同驅(qū)動發(fā)展，能源多元化，2050年前后中國實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立。
三是從當(dāng)前能源結(jié)構(gòu)和工業(yè)結(jié)構(gòu)看，GDP增長和碳排放將在2030年前實(shí)現(xiàn)正增長關(guān)系，全國碳排放達(dá)峰時(shí)間不應(yīng)過早，建議國家放開能耗總量控制，在中西部地區(qū)鼓勵(lì)高能耗低排放的項(xiàng)目，比如說電解鋁制氫，這個(gè)建議已經(jīng)被國家采納了。
四是能源轉(zhuǎn)型過程中應(yīng)遵循先立后破，循序漸進(jìn)的原則，先發(fā)展清潔能源發(fā)電，再逐步退出煤電，儲能技術(shù)和儲能能力建設(shè)是關(guān)鍵瓶頸。
五是能源公司正在進(jìn)行從資源威望到技術(shù)為王的轉(zhuǎn)換中，清潔能源的發(fā)展將受到金屬資源的嚴(yán)重制約。
最后是正確把握好五大關(guān)系，一是正確處理好社會發(fā)展、能源安全和碳中和的關(guān)系。二是處理好國家層面減碳目標(biāo)與各省市、企業(yè)減碳目標(biāo)及其路線圖的關(guān)系，積極做好國家層面的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。三是處理好傳統(tǒng)化石能源和新能源公司之間的關(guān)系。四是處理好近期與長遠(yuǎn)的關(guān)系，積極培育顛覆性技術(shù)，技術(shù)改變能源格局、技術(shù)創(chuàng)造未來能源。五是處理好中國與全球的關(guān)系，既要順應(yīng)與引領(lǐng)時(shí)代潮流，又要防止被國外制約我們的發(fā)展，爭取我們應(yīng)該爭取到的發(fā)展權(quán)、排放權(quán)。
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