实现碳中和,为何未来十年最关键?
发布时间：2021-02-26
关键词：碳中和、能源系统
试想2060年，支撑碳中和的能源系统会是什么情景：电力部门绝大多数发电来自可再生能源和水能，加上部分核电和极少量配备了碳捕获和封存技术（CCS）的化石能源发电；得益于建筑电气化提升和电动车普及，几乎所有的建筑用能、超过一半的交通用能和工业用能是零碳电力，从而达到极低排放；某些配备分布式光伏等技术的建筑，还有可能达到负碳排放的水平；交通工具的一部分，包括航空、重型车等由绿色氢能燃料电池驱动，也将占到两成左右的交通用能；工业部门较难达到绝对零碳，绿色氢能可以替代部分特殊工艺过程所用的化石燃料；剩余难以零碳化的部分能源相关碳排放可以通过CCS以及碳汇最终实现零排放。自2020年9月，中国提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”目标后，碳中和备受各方关注。碳中和指的是碳排放和碳汇的增减平衡，考虑到碳汇（主要包括植物和海洋等对二氧化碳的吸附能力）只能抵消目前5%左右的碳排放，而且难以大幅度增加，实现碳中和的根本是将碳排放总量在现有基础上削减90%左右。由于我国碳排放总量中的80%左右是化石能源相关二氧化碳排放，因此能源系统的清洁转型是实现碳中和的根本途径。实现碳中和无疑要付出艰苦卓绝的努力，但信心的基础来自已有实践。我国有完成气候目标的良好记录：2009年哥本哈根气候大会，中国承诺到2020年要实现 GDP碳排放在2005年基础上下降40%-45%，非化石能源占能源消费比重达到15%，截至2019年末，这两个指标分别达到48.1%和15.3%，提前完成了向国际社会的承诺。更重要的是，过去几十年清洁能源的技术进步、市场反应和政策演进表明，低碳转型是一个加速发展的进程。可以说，碳中和愿景不仅是中国应对全球气候变化的重要承诺，也是关乎经济高质量发展的战略选择。迈向碳中和的短期目标是尽快实现碳排放总量的提前达峰，没有达峰，就难以中和。未来十年我国经济仍处于中高速发展阶段，建筑、交通用能必然继续增加，对电力和工业制品需求会保持高位。先看一组数据：我国人均用电量只有日本的60%，美国的40%左右；我国人均机动车拥有量虽然不可能达到美国的水平，和OECD国家平均水平仍存在差距，但会继续增加；我国淮河以南许多地区还没有现代化的冬季供暖设备，空调普及率还未饱和，更不要说各种更富有生活的用能设备；未来十年，中国还将有2亿-3亿人进入城市，尽管建筑总量是否达峰仍存争议，但建筑质量提升是刚性需求，隔音、遮阳、节能、绿色，任何一个环节的改进都代表着大量的制造业需求；城市基础设施也还远未达到现代化发展阶段的要求，人均拥有的各种公共设施水平都还有大量增长空间，也意味着大量的碳排放压力。因此，未来十年是转型的最关键阶段。一方面要继续通过淘汰落后产能、工业节能增效、建筑改造等尽快降低存量部分的碳排放水平，另一方面按国际先进水平严格把关工业、建筑、交通增量部分的入门标准，确保生产和生活方式最大程度符合绿色低碳要求，避免发展锁定在高碳路径。电力领域需要制定和碳中和目标互洽的电力发展战略。全世界已有约15个国家提出了要在未来10-20年间关停煤电厂，我国也应考虑制定煤电退出时间表和更高比例可再生能源发展目标，逐步实现电力零碳化；中国拥有可再生能源全产业链的技术、制造和投资优势，风光发电即使在补贴退坡的情况下，也有十倍发展空间；此外，提高电力系统柔性的数字技术、系统集成和商业模式，包括能效电厂等，也将在转型中发挥关键作用。工业领域进一步向高附加值、低排放等方向的转型。增量方面，国家制定的一系列工业高质量发展、制造业绿色发展以及战略性新型产业发展规划都是支持工业低碳转型纲领性文件；存量方面，调整工业结构，压缩高耗能重工业占比，需要大幅度降低工业增加值能耗，达到工业强国平均水平，我国某些工业产品的能耗水平还未达到国际平均水平；提高工业过程的电气化率，进行清洁燃料替代；探索包括氢能零碳制造业的创新技术，推动工业零碳化。建筑领域需继续加严节能、绿色建筑标准，加快制定实施强制性超低能耗建筑和零碳建筑标。住建部提出2030年净零能耗建筑将占到新建建筑30%，为实现碳中和，这一目标还需要大大提高。为此，建筑制冷、供暖及家用电器的能源效率还有提升空间，以压减新建建筑运行能耗增幅；另外，还需要努力延长建筑寿命，提高建筑材料回收比例，减少工业部门因建筑材料生产导致的排放。在现有技术条件下，如果能尽早实施最严格建筑能耗标，建筑部门有望提前实现零碳化，否则，未来十年城市化过程中大量的新建建筑都会锁定在高能耗路线上，成为碳达峰后排放稳步下降的最大障碍。交通领域需推广道路交通电动化，继续燃油经济性标准，近中期应考虑地区性上市新车全混动要求。国家已经提出2030年上市新车占到20%以上，这一目标还应大幅提高，推广海南省经验，提出乘用车上市新车全电动时间表，城市公交和轻型物流车全电动等目标；提高交通系统总体效率，比如智能交通，优化货运效率等；通过城市规划降低机动车出行需求；制定重型车低碳标准，发展氢能重型交通。
碳中和路径蕴藏巨大的投资机遇。清华大学、国家发改委能源所等研究表明，为实现碳中和，在能源供应、工业、建筑、交通总低碳投资总需求2020-2050年间会达到170万亿，能源相关基础设施投资规模会达到100万亿以上。近中期的投资落实是实现长期转型的基础，研究表明，一个中型省级行政区在工业节能、交通电动化、城市绿色发展、零碳建筑以及可再生能源各方面在未来十年的投资需求达到7万多亿。能源清洁转型机遇，除了可再生能源发电、电动车制造及基础设施、储能技术和利用、绿色建筑等相关的投资热点，还有工业互联网、高效绿色制冷技术、分布式可再生能源、重型交通的清洁化等领域值得关注。比如，工业互联网领域，考虑到工业占总能耗的65%以上，总碳排放的40%左右，工业节能是我国实现碳达峰和碳中和必须要迈过的大山。我国主要工业产品能源效率和国际平均水平相比还有较大差距，工业节能不仅空间巨大，还可以为业主方直接降低成本，一直是碳减排“低垂的果实”，工业互联网技术通过数字化赋能为工业企业提高综合运行效率，带来极大节能空间，有望成为助力工业节能的解决途径之一。另外，制冷即将超过照明，成为建筑用能的主流。近年来，数据中心成为新增用电大户，其中近40%用于机房制冷。生鲜冷链运输行业高速发展，有关调查显示，冷库的能源效率提升空间巨大，有的甚至超过50%。通过节能技术、屋顶光伏发电、低碳制冷剂替换，加上电动物流车作为储能，可实现系统零碳化。分布式可再生能源领域存在潜力。比如，屋顶光伏的发展空间还有待进一步挖掘，其障碍主要在于机制体制和商业模式。调查显示，广东省全省可用屋顶面积超过150亿平方米，还是仅包括连续面积超过2000平米以上的屋顶，有巨大投资空间。
最后，重型车是交通领域导致污染和碳排放的大户，节能减排空间巨大，但技术突破乏力，美国加州已经率先制定了重型车低碳标准，引导技术创新和投资。除了道路交通，非道路重型机械的电动化和低碳化也将有极大市场空间。在越来越严格的环保和低碳要求下，煤电成本相对可再生能源逐步失去竞争优势，煤电退出主导地位只是时间问题。其他化石能源亦如此，炼油等产业已经在疫情期间受到极大冲击。早在2012年，国际能源署的研究就表明，为应对气候变化，全球一半以上现存已探明的化石能源储量将不会被开发，投资其中将可能面临资产搁浅风险。此外，几乎所有高耗能高排放的工业都会面临淘汰，包括高污染的燃油车制造，以及节能效率低的建筑材料制造等。低碳转型过程中有一些技术路径仍然有待进一步明晰，需要慎重选择。比如，碳捕获和封存（CCS）是转型的一个技术选择，但市场空间有限，因为CCS本身耗能高成本效益差，属于不得已的末端技术，不应作为低碳转型的首要技术选择。在碳中和背景下，被认为是清洁电源的天然气发电实质上只是一个过渡性技术，考虑我国资源禀赋，也不会成为主流。另外，氢能发展需要关注其全生命周期的碳效率，确保绿氢而非作为化石能源利用的一个出口。碳中和是个渐进过程，转型不可能一蹴而就，根本而言，生产、生活方式的选择对碳达峰、碳中和至关重要，抓住新一轮科技革命和产业变革的历史性机遇，促进高质量发展，同时要避免在现代化过程中形成美国等国家不可持续的生活方式，尽量向绿色、循环、简约、自然，但同时舒适度高的方向靠拢，达到人与自然真正的和谐发展。
