碳中和指凈碳足跡為零,即實(shí)現(xiàn)二氧化碳、甲烷等溫室氣體凈零排放。由于溫室氣體中二氧化碳比重最高、溫室效應(yīng)最顯著,因此二氧化碳減排成為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵。
2015年的《巴黎協(xié)定》提出在21世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)全球碳中和,中國(guó)政府在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上承諾,將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度,碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)峰,努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和,充分體現(xiàn)了大國(guó)擔(dān)當(dāng)。
我國(guó)距離碳中和目標(biāo)僅剩40年,從碳達(dá)峰到碳中和更是只有短短30年時(shí)間,實(shí)現(xiàn)碳中和必將是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。
能耗減自何方
據(jù)估算,我國(guó)2060年人口總量與現(xiàn)階段基本持平,約為14.6億,屆時(shí)人均GDP將突破5萬(wàn)美元大關(guān),達(dá)到現(xiàn)階段發(fā)達(dá)國(guó)家水平,而萬(wàn)元GDP能耗將低于目前發(fā)達(dá)國(guó)家水平,有望減少至0.05~0.1噸標(biāo)煤,全年能源消費(fèi)總量為23.73億~47.46億噸標(biāo)煤。中國(guó)社會(huì)2019年能源消費(fèi)總量為48.6億噸標(biāo)煤,可見我國(guó)社會(huì)2060年總能耗相較于現(xiàn)階段將有所下降,在最樂(lè)觀的情景下,能耗總量將下降一半以上。
工業(yè)、建筑、交通是化石能源消費(fèi)最主要來(lái)源,也是降低能耗的重點(diǎn)對(duì)象。
工業(yè)是最主要的能耗來(lái)源,其中,又以鋼鐵、建材、石化、化工、有色、電力等六大產(chǎn)業(yè)耗能最大、排放最多,且對(duì)煤、石油等化石能源的依賴度高,是我國(guó)節(jié)能減排的重中之重。
工業(yè)節(jié)能需從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與技術(shù)兩方面下手。一方面推動(dòng)傳統(tǒng)資源密集型低端產(chǎn)業(yè)、重工業(yè)向高端制造業(yè)、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展,減緩對(duì)鋼鐵、水泥等高能耗產(chǎn)品的需求,刺激對(duì)高端工業(yè)品、服務(wù)和綠色環(huán)境的需求增長(zhǎng)。另一方面以技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)能源效率提高,如發(fā)電效率提升有望減少10%的火電碳排放,能源效率提升可使噸鋼能耗、單位水泥綜合能耗等進(jìn)一步下降,使工業(yè)能耗大幅減少。
建筑的運(yùn)行能耗包含采暖、空調(diào)、照明、炊事、洗衣等能耗,其中,采暖與空調(diào)能耗占50%~70%,是建筑節(jié)能的重要指標(biāo)。我國(guó)2017年建筑總面積643億m2,平均建筑運(yùn)行能耗為119.9kWhm2a,單位面積能耗大。參照目前最先進(jìn)的德國(guó)微能耗建筑,我國(guó)建筑單位面積能耗具有約90%的下降潛能,技術(shù)關(guān)鍵在于對(duì)建筑本身作優(yōu)化設(shè)計(jì),利用保溫層做好墻體、屋頂和窗戶保溫,采用相變蓄熱砂漿打造建筑內(nèi)墻,利用地?zé)崮?、風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源使建筑實(shí)現(xiàn)能量自給。預(yù)計(jì)我國(guó)2060年單位面積建筑能耗達(dá)到現(xiàn)階段國(guó)際先進(jìn)水平,約為10kWhm2a,實(shí)現(xiàn)建筑運(yùn)行總能耗相較于2017年下降約90%。
我國(guó)交通主要分為鐵路、公路、水路、民航等形式,目前交通對(duì)于節(jié)能減排的響應(yīng)主要集中體現(xiàn)在公路運(yùn)輸中。部分發(fā)達(dá)國(guó)家已發(fā)布禁售燃油車的相關(guān)規(guī)定,我國(guó)減少燃油車、推進(jìn)新能源車發(fā)展的有關(guān)政策也正逐步完善。2019年,我國(guó)汽車保有量為2.6億輛,其中新能源車為381萬(wàn)輛。隨著智能、共享、公共交通的完善和政策的鼓勵(lì),私家車需求必將減少,預(yù)計(jì)2060年,我國(guó)將全部為新能源車,保有量約為1.5億輛。對(duì)新能源車的龐大需求將為新能源、電池儲(chǔ)能等產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大發(fā)展與挑戰(zhàn)。此外,隨著儲(chǔ)電技術(shù)的快速發(fā)展,航空、鐵路、航海電氣化也將逐步實(shí)現(xiàn),2060年有望實(shí)現(xiàn)全部電氣化的零碳交通。
零碳電力將成供能主體
實(shí)現(xiàn)碳中和不僅要依靠能耗總量的下降,更要依靠能源結(jié)構(gòu)的改良,去煤化是我國(guó)能源結(jié)構(gòu)改良的關(guān)鍵。電力是人類社會(huì)最佳的二次能源,隨著清潔能源和儲(chǔ)能技術(shù)不斷發(fā)展、智能電網(wǎng)不斷完善,零碳電力必將逐步替代煤炭,成為未來(lái)能量供應(yīng)主體。
2019年,我國(guó)人均用電0.51萬(wàn)千瓦時(shí),而根據(jù)前文預(yù)測(cè),2060年,我國(guó)能源消費(fèi)總量約為23.73億~47.46億噸標(biāo)煤,若全由電力供能,則折合用電量19.3萬(wàn)億~38.6萬(wàn)億千瓦時(shí),人均用電1.3萬(wàn)~2.6萬(wàn)千瓦時(shí),是現(xiàn)在的2.5~5倍。而2019年美國(guó)人均用電1.35萬(wàn)千瓦時(shí),2060年我國(guó)人均用電量為現(xiàn)階段美國(guó)水平的1~2倍,實(shí)現(xiàn)以電力為主導(dǎo)可以期待。
新能源開發(fā)作為零碳電力系統(tǒng)的重中之重,發(fā)展非常迅速,過(guò)去10年可再生能源發(fā)電成本急劇下降,2019年,并網(wǎng)大規(guī)模太陽(yáng)能光伏發(fā)電成本降至0.068美元千瓦時(shí),陸上和海上風(fēng)電成本分別降至0.053美元千瓦時(shí)和0.115美元千瓦時(shí)。同年火電平均發(fā)電成本約為0.05美元千瓦時(shí)。為解決其波動(dòng)性、不穩(wěn)定性等問(wèn)題,首先需要大力克服大規(guī)模儲(chǔ)能問(wèn)題。
我國(guó)2019年清潔能源消費(fèi)占比為23.4%,其中可再生能源占15.3%,而根據(jù)國(guó)際可再生能源署的估計(jì),2050年,世界平均可再生能源消費(fèi)占比將達(dá)66%,預(yù)示著2060年,我國(guó)基本實(shí)現(xiàn)零碳電力供能。未來(lái)分布式能源與分布式儲(chǔ)能的結(jié)合將成為解決人類能源問(wèn)題的最終方案,以天然氣等化石燃料為能源的火電廠仍將保有少量規(guī)模,以滿足調(diào)峰與應(yīng)急需求。
資源化利用勢(shì)在必行
化石資源化利用是指諸如煤炭、石油、天然氣等不再作為能源,而是作為原料或材料投入使用,并經(jīng)由化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為非能源產(chǎn)品?;Y源化利用可使碳元素以化合物的形式轉(zhuǎn)向下游產(chǎn)品而非排入大氣環(huán)境,化石資源得以從能源結(jié)構(gòu)中脫離,與碳排放解綁。
已大幅減少的二氧化碳則可通過(guò)植樹造林、CCUS(碳捕獲、利用與封存)技術(shù)加以回收。在未來(lái)充沛能源的支撐下,資源化利用是回收二氧化碳、實(shí)現(xiàn)碳中和最為理想的可行途徑。二氧化碳資源化利用方式主要包括光合作用、礦化處理、化學(xué)品合成等方面。
通過(guò)對(duì)我國(guó)未來(lái)40年綠色低碳循環(huán)發(fā)展路徑的系統(tǒng)性展望,我們繪制出一幅中國(guó)2060年碳中和藍(lán)圖。該藍(lán)圖的構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)遵循以人為本、科技支撐、經(jīng)濟(jì)可行、節(jié)奏合理四項(xiàng)原則。
2060年碳中和目標(biāo)對(duì)我國(guó)既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。在推進(jìn)碳中和的進(jìn)程中,我國(guó)將徹底擺脫資源、能源對(duì)社會(huì)發(fā)展的制約,告別化石能源時(shí)代,邁入新能源時(shí)代、化石資源時(shí)代、循環(huán)經(jīng)濟(jì)時(shí)代。
(作者單位:清華大學(xué)循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究院)