賀克斌:實現碳中和,將給中國帶來哪些變化?

發表于:2021-10-27 09:21:02

  近日,中共中央、國務院印發正式公布《關于完整準確全面貫徹新發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産和生活?思客邀請中國工程院院士、清華大學碳中和研究院院長、清華大學環境學院教授賀克斌聚焦這一話題。

  實現碳達峰、碳中和目標會帶來政府行為、企業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。這是一場經濟社會係統性的變革,涉及到觀念重塑、價值重估、産業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。現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佔了全球煤炭75%的儲藏量;石油儲量,前五個國家佔了62%;天然氣儲量,前五個國家佔了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、太陽能將來佔的比例會更高。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,即開發出大規模應用風電、光伏電的領先技術體係,誰就獲得了長期經濟發展支撐能力的提升。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,分別對低碳發電、電力基礎設施、交通運輸用電、工業用電、建築物用電、燃料轉化用電等技術做了梳理分析,在低碳發電領域像太陽能光伏發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、競爭,才能推向市場。IEA2021年的最新報告顯示在全球能源行業的路線圖裏,2050年實現凈零排放的關鍵技術中,50%目前尚未成熟,需要進一步研發提升,可見走向技術依賴型的經濟發展模式對科技創新的需求更加迫切。

  第二是價值重估。先看能源成本,目前風、光發電和火力發電的成本已經相近。但是如果加上並網成本,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揮作用,逐漸使技術的競爭優勢發生變化,並網成本隨著規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。我們國家東部是發達地區,中西部是欠發達地區,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達地區,這會給這些地域帶來新的發展機遇,一些耗能比較高的産業可能在那些供能比較密集的地域會有更多的發展機遇,一定程度上也能帶動這些地區的經濟發展,使發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,一家企業做了大量的太陽能板,獲得的太陽能用于發電,太陽能板造成大量的陰影,在陰影下種的寧夏特産枸杞,和沒有太陽能板覆蓋的枸杞有很大區別,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,需要衝洗,衝洗太陽能板的水可以用來灌溉下面的枸杞,實現循環利用。這個經濟模式把原來比較荒的沙地大幅度改變為能源利用地和新的經濟作物生産地,為發展帶來了全新的機遇。

  價值重估還有一個例子,光伏發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,這些元素如果以現有的資源量供給現有的用量沒有問題,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。我們現在的固體廢物裏有這些元素,但是現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後,可能就需要提高技術精打細算地從固體廢物裏把它們提取出來,這對它們的循環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。

  第三是産業重構。未來在減碳的推動下,傳統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 座分布式光伏發電站點。

  供電係統也會發生變化。傳統上,我們通過火電、核電、水電的電網係統滿足生活、生産所需,但在未來,風和光這兩種新能源會引入到新型的電力係統中,這個比例高了以後,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係統會催生新型産業——虛擬電廠。以前“以需定供”模式相對穩定,現在“供”的地方出現了不穩定,就要最大限度挖掘“需”的地方,找到它的調節能力,這個調節能力如果在建築物裏面,就是調節生活用能,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,早點幹晚點幹都行,放在什麼時候洗由係統來控制,反正到時候就洗幹凈,這是生活用能的一種做法。生産方面,比如水泥工業的一些研磨工藝、有色冶金電解鋁工藝、鋼鐵行業的電爐用電等,在一定幅度裏是可以調節的,這個調節通過智能係統就能控制在供需之間形成相對平衡。大規模的電動車應用,其充電也有較大的調節波動能力。

  我們把未來發展中,這部分從調節“需”方來適應“供”方的波動的功能,叫做虛擬電廠。這是未來發展裏非常值得期待的。現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、鋼鐵行業那三種工業已經能夠形成2000兆瓦的虛擬電廠,相當于十來個燃煤火電廠的發電量的供需調節能力。隨著未來的發展,這部分新業態發揮的作用還會更大。

  另外,産業重構方面,減碳壓力的産業鏈傳遞也很突出。現在越來越多的全球性大公司自主承諾減排,原來對一家企業到底排多少碳主要看它的生産過程,但現在已經擴大到産業鏈。一個産業鏈包括上遊的原料和下遊産品的應用,把上下遊綜合考慮起來,就會形成減碳壓力的産業鏈傳遞。比如,中國現在是世界上最大的小汽車生産和消費市場,每年産銷2500—3000萬輛,這個量是美國和日本加起來的總和,這麼大的量,對鋼材會有比較大的需求。一家承諾了整個産業鏈上要減碳的跨國公司在生産小汽車時,就會要求上遊生産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裏會形成新的壓力傳遞,這是未來産業重構裏非常重要的驅動因素。

  工業産業鏈也會發生重大變化,傳統石油煉制形成汽柴油輸送給燃油車,燃油車消費後會排放大量的二氧化碳,未來這一産業鏈的市場空間會被大大壓縮。新能源大幅推廣後,通過石油生産基礎化工原料,産出橡膠、塑料、纖維這樣的産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。因此化工生産係統未來的主要方向會是燃料變成原料、能源變成資源,這樣在終端産品裏碳排放的壓力會明顯減少。

  第四,除了觀念重塑、價值重估和産業重構以外,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化選擇,未來可能會通過虛擬電廠的方式,在整個優化係統裏發揮調節作用,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係統。當風電、光伏電不足時,電價就會漲,那麼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裏的用電係統關聯,晚上用的就是白天充的便宜電,將來怎麼優化這個係統也是很有意思的課題。據《節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——建築。現在有個概念叫“光儲直柔建築”,“光”指的是利用建築的表面去發展光伏電,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”就是建築物裏可以鏈接建築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係統,建築在用電上會有15%-30%的調節能力,所以在適應未來高比例的風電、光伏電的時候,會成為非常重要的係統。如果是典型的住宅建築和辦公建築群的組合,它可以消納近百公裏范圍的光伏電,春夏秋三季基本可以實現供電平衡,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。

 
監制:李曉雲
編輯:孫惠
校對:周佳苗