演讲人:
金之钧,博士生导师,中国科学院院士,北京大学能源研究院创始院长、教授。长期从事石油地质理论与油气战略选取评价的研究与勘探实践,是较早关注美国页岩革命的学者。
一、中国实现碳中和面临的主要挑战
中国目前实现碳中和所面临的挑战主要有三个,分别为:能源刚性的增长、一煤为主的能源结构和30年的碳中和时限。首先是我国能源的刚性增长。
许多发达国家整体呈现出人均能耗随人均GDP增加而先增后降的趋势,拐点在人均GDP约20000-30000美元/人时出现(图1)。而我国具有能源刚性需求,人均能耗随着人均GDP增加而增加(图2)。虽然增长速度明显下降,但预计到2030年我国人均能耗随人均GDP增加的趋势将继续保持。因此中国很难从降低能源需求方面寻求减排。
图1 部分发达国家人均GDP与人均能耗的关系示意图
图2 中国人均GDP与人均能耗的关系示意图
第二个挑战是中国以煤为主的能源结构。煤炭与石油是化石能源CO2主要排放源。而在一次能源消费中(2019年数据),中国占77%,美国是48%、德国51%、英国38%。因此以煤为主的能源体系是中国的基本国情,也决定了实现碳中和的艰巨性。
第三大挑战是中国的减碳强度与速度是前所未有的。在碳达峰时间上,英国、德国分别在20世纪70年代、80年代达到碳中和;美国2007年实现碳达峰,并计划43年达到碳中和,需年均减排1.4亿吨;中国承诺2030年达峰,并计划30年达到碳中和,每年需要减排3.5亿吨。因此减碳强度与速度都是前所未有的。
为此,中共中央政治局4月30日下午就新形势下加强我国生态文明建设进行第二十九次集体学习。中共中央总书记习近平在主持学习时指出,实现碳达峰、碳中和是我国向世界作出的庄严承诺,也是一场广泛而深刻的经济社会变革,绝不是轻轻松松就能实现的。各级党委和政府要拿出抓铁有痕、踏石留印的劲头,明确时间表、路线图、施工图,推动经济社会发展建立在资源高效利用和绿色低碳发展的基础之上。不符合要求的高耗能、高排放项目要坚决拿下来。
二、中国实现碳中和的主要路径
中国实现碳中和的主要路径可概括为:两个轮子驱动,两大领域发力,一个核心抓手。其中“两个轮子驱动”是指政府和市场的作用。政府主要起导向作用,在起步阶段尤为重要,但政府作用同时也是双刃剑,要防止一刀切和层层加码,和防止碳中和政治运动化。2021年7月30日,中央政治局会议也点名批评把“减碳”当作短期内压倒一切的政治任务,通过发起轰轰烈烈的“运动”来落实目标,而不是用循序渐进的方式推进的运动式“减碳”。此外,市场作为主体,从长远看一定要发挥市场这“无形之手”的作用。而“两大领域发力”是指减排与消纳并举发展。在减排方面,要调整一次能源结构,大力发展清洁能源,并降低化石能源结构比例,预计2060年化石能源从现在的84%调整到20%;还要调整钢铁、交通、建筑等领域结构,改造工业流程,实现再电气化。预计电气在消费端将从现在的24%调整到2060年的80%。在消纳方面主要着眼于开发陆地与海洋生态系统的碳汇潜力,同时发展CCUS\CCS技术和CO2直接利用技术。而“一个核心抓手”是指以碳价格、碳交易与碳税等政策为抓手。当前,全球已有61项碳定价机制正在实施或计划实施中,其中31项属于碳排放交易体系,30项属于碳税,共覆盖约120亿吨CO2,占全球温室气体排放量的约22%(世界银行,2020)。2021年,随着生态环境部印发的《碳排放权交易管理办法(试行)》启动施行,我国全国碳排放权交易市场已全面启动。这种基于市场的碳定价机制旨在通过提高多个碳密集型行业的碳排放成本,推动实现碳强度持续下降。
三、实现碳中和的路径优化
对碳中和的路径进行优化,要考虑的因素很多,是一项系统工程。。在碳减排方面,在实现从化石能源到非化石能源的转型的同时,应当综合考虑到国家的资源禀赋、能源安全、GDP增长、就业率以及成本等问题。据初步研究估计,若保持40%的化石能源占比,则碳排放大约为32亿吨,如果能消纳32亿吨以上的CO2,,也一样能达到碳中和。
在碳消纳方面,虽然目前估测为每年10-15亿吨的消纳量,但仍然能考虑通过陆地生态系统修复增汇、扩容和生物固碳,可以提高到20至30亿吨甚至更高。考虑人工CCUS\CCS技术等方法应用,碳消纳甚至达到30-45 亿吨CO2/年。目前我国提出的以“U”为中心,发展CCUS技术(图3)来推动产业发展,即CO2捕集、输送、利用与埋存技术,被国际社会广泛接受。据IEA估算,2060年CCUS对全球净零排放目标的贡献率将达到17.4%,2070年贡献率将超过20%。CCUS技术的大规模部署将有效增强我国实现碳中和目标的经济性,埋存场地和长期安全封存是关键。目前全球大型CCS/CCUS示范工程项目(图4)数近三年大幅度增长。截止2020年底,全球共有65个大型项目,其中26个处于运行状态,2个暂停运行,37个处于建设或规划阶段,在运行项目年捕集埋存CO2约4000万吨,77.8%的项目用于CO2驱提高采收率项目,而我国CO2地质埋存(图5)主要以提高采收率为主,在咸水层、煤层气和地浸采铀等方面只进行了小型示范,还有较大的发展空间。
图3 CCUS系统工程(上)和CCUS产业链(下)
图4 全球CCS/CCUS大型示范工程建设和运营现状(GCCSI, 2020)
图5 我国CO2地质埋存项目分布(中国CCUS技术进展, 2019)
有关路径优化的第二个问题是到2060年终端消费电力占能源消耗比例,流行方案是占比80%,是否占比越高越好?根据国电投的预测,占比60-70%,。首先通过对工业,交通和建筑三大领域进行再电气化,并预计电能消费总量将从2020年的7.5万亿千瓦时提升至2060年的15万亿-18万亿千瓦时,实现翻番。此外还有储能技术以及用户侧配合改进,以上这些,还存在很大的不确定性。最后,碳中和涉及整个社会的方方面面,仅从技术、能源、生态环境等任何单一部门考虑问题都是片面的。碳中和路径设计应处理好五大关系:一是要处理好经济社会发展稳定和能源转型的关系,把稳定发展作为首要目标;二是要处理好国家层面的减排目标与各省市、企业减排目标以及路线图的关系,积极做好在国家层面的统筹协调;三是要处理好传统化石能源公司和新能源公司之间的关系。在国家层面重视行业之间的平衡性与协同性;四是处理好近期与长远的关系,着眼长期,着手近期,积极培育颠覆性技术,技术改变能源格局,技术创造未来能源;五是处理好中国与全球的关系,既要顺应或引领时代潮流,又要防止被国外制约我们的发展。
(本文根据演讲现场纪录和PPT整理而成)
整理人:
杨卫东 北京大学能源研究院实习生
李诗韵 北京大学-林肯研究院城市发展与土地政策研究中心2020级博士生