我國“雙碳”戰(zhàn)略及路徑的思考
中國工程院院士、中國工程院原副院長 杜祥琬
對于實現(xiàn)“雙碳”目標要保持戰(zhàn)略定力 2020年9月22日,我國提出“雙碳”目標,向世界宣告了綠色轉型的決心和雄心,也標志著工業(yè)革命以來形成的發(fā)展模式開始落幕,新的發(fā)展范式的興起,將創(chuàng)造人類新的現(xiàn)代化模式,為中國和世界帶來可持續(xù)的綠色繁榮。 黨的二十大報告提出,“積極穩(wěn)妥推進碳達峰碳中和,立足我國能源資源稟賦,堅持先立后破,有計劃分步驟實施碳達峰行動……積極參與應對氣候變化全球治理。”這個觀點非常重要,重要在于“立足我國能源資源稟賦,堅持先立后破”,重要在于認識到我國的能源資源稟賦中有“可立”的內容。 我國推動“雙碳”戰(zhàn)略,是順應時代潮流,實現(xiàn)推動經濟社會高質量發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的必由之路。積極應對氣候變化,已經成為全球共識,正在深刻影響著全球的價值體系,正像習近平總書記所說,實現(xiàn)“雙碳”目標,不是別人讓我們做,而是我們自己必須要做。 以碳達峰碳中和來驅動國家技術創(chuàng)新和發(fā)展轉型,是經濟社會高質量發(fā)展的內在要求,也是生態(tài)環(huán)境高水平保護的必然要求,又是縮小與主要發(fā)達國家發(fā)展水平差距的歷史機遇。同時,作為世界上最大的發(fā)展中國家,我國實施積極的應對氣候變化國家戰(zhàn)略和碳達峰碳中和行動,將對保護人類的地球家園做出重要貢獻。所以,我們對于實現(xiàn)碳達峰碳中和目標要保持戰(zhàn)略定力。 正確面對低碳轉型面臨的困難和挑戰(zhàn) 2020年,我國溫室氣體排放量為139億噸二氧化碳當量,約占全球排放量的27%。其中,二氧化碳排放總量為116億噸,這其中能源活動排放量為101億噸,占全球能源活動排放量的30%左右。當前,我國人均溫室氣體排放量大于10噸,是全球平均水平的1.5倍,其中人均排放二氧化碳大于7噸,是全球平均水平的1.7倍。 當前,我國尚未實現(xiàn)碳達峰,還需要有一定的溫室氣體排放增量。因此對我國來說,如期實現(xiàn)“雙碳”目標絕非易事,面臨溫室氣體減排幅度大、轉型任務重、時間窗口緊等諸多困難與挑戰(zhàn)。第一,產業(yè)結構偏重。當前,我國第二產業(yè)對GDP的貢獻約為40%,第二產業(yè)的能源消費占比約為68%。第二,能源結構偏煤。以2021年為例,我國煤炭消費量占能源消費量的56.0%。第三,綜合效率偏低。我國能源強度約為全球平均水平的1.5倍,是OECD國家平均水平的2.7倍。所以,我國亟須推動經濟社會發(fā)展和能源系統(tǒng)全面綠色低碳轉型。 更為不易的是,我國從碳達峰到碳中和只預留了30年的時間,明顯短于發(fā)達國家,它們基本達到50—70年。所以我國社會發(fā)展轉型和能源轉型要有更快的加速度,以面對更加嚴峻的挑戰(zhàn)。 無論是與全球平均水平相比,還是與發(fā)達國家水平相比,我國的碳強度和能源強度均明顯要高。要取得溫室氣體控排工作的進步并實現(xiàn)“雙碳”目標,必須實現(xiàn)碳強度和能源強度的下降。不過,盡管面對這些困難,但只要我們努力加快技術進步和低碳發(fā)展轉型,就可以如期且高質量地實現(xiàn)碳達峰碳中和。 我們要堅持行業(yè)和地區(qū)梯次有序的碳達峰原則,鼓勵已經達峰的地區(qū)排放不再增長,排放處于平臺期和可再生能源豐富地區(qū)應該盡早達峰,像鋼鐵、水泥等已經趨于飽和的行業(yè)應該率先達峰。與此同時,繼續(xù)采取降碳、脫碳、碳移除措施。這樣一來,2060年才有望實現(xiàn)碳中和。2060年,溫室氣體排放有望降至26億噸二氧化碳當量,其中二氧化碳排放可以控制在20億噸。屆時,我國碳移除能力(主要是森林碳匯)大約也能達到26億噸二氧化碳當量,基本上可以實現(xiàn)碳中和。 重新審視我國的能源資源稟賦 一說到我國的能源資源稟賦,常常聽到“富煤缺油少氣”六個字。實際上,這已經不能準確描述我國的能源資源稟賦了,因為它忽略了我國可再生能源豐富這個事實,可再生能源資源豐富才是我們國家真正的能源資源稟賦,從有太陽開始就是這樣了。所以,需要根據(jù)最新實踐和研究數(shù)據(jù),完整準確地理解和重新認識我國的能源資源稟賦,這樣才能為我國能源轉型奠定準確的基礎性認知。 正確認識所謂“富煤”。其實,我國人均煤炭資源占有量僅僅是世界平均水平的一半,也就是說,我們只是與“缺油少氣”比起來相對富煤,并非真正富煤。雖然我國煤炭資源儲藏量很大,但是可供技術開發(fā)的儲量并不充?!覈F(xiàn)有煤炭可供開發(fā)資源量約為3258億噸,其中在產煤礦可供開發(fā)資源量(技術可開發(fā)量)約為1710億噸。大家一算就知道,這就意味著按照現(xiàn)在每年40多億噸的開采水平,煤炭產能儲采比是40年左右。這個認識非常重要,說明煤炭可不是無窮無盡的。 “缺油少氣”是事實。對于石油和天然氣,我們當然可以增儲上產,但即便如此也不會產生顛覆性的結果。全國石油儲采比大概是18年,天然氣儲采比大概是30年,這是我們的基本國情和家底兒。 可再生能源資源豐富。目前,我國水電、風電、光伏、生物質發(fā)電等可再生能源發(fā)電裝機規(guī)模穩(wěn)居世界第一。截至目前,全國可再生能源裝機突破13億千瓦,達到13.22億千瓦,同比增長18.2%,歷史性超過煤電,約占我國發(fā)電總裝機的48.8%。 有一個非常重要的認識是,經濟社會可持續(xù)發(fā)展和落實“雙碳”目標的需求,牽引著可再生能源的快速增長。憑借豐富的資源儲量,再輔以技術進步以及由此帶來的成本下降,我國可再生能源必定會逐漸實現(xiàn)從“微不足道”到“舉足輕重”再到“擔當大任”的轉變。 需要指出的是,可再生能源的可持續(xù)性、資源的可再生性,是伴隨太陽的存在而自然存在的,其量值大小和技術開發(fā)能力有關。比如,過去人類只能利用70到80米高度的風能,如今隨著百米以上風能利用技術的突破,風資源會越來越豐富。 豐富的可再生能源是我國能源資源稟賦的重要組成部分,因此,評價中國的能源資源稟賦時就不能只說“富煤缺油少氣”。而現(xiàn)在我國已開發(fā)的可再生能源還不到技術可開發(fā)資源量的1/10,所以我國能源低碳轉型的資源基礎是豐厚的。 由于人們對能源資源稟賦認識存在局限性,過去提到能源時只會想到煤炭、石油、天然氣,東部一些負荷中心認為自身能源資源匱乏。那東部地區(qū)有沒有太陽呢?有太陽,但那時候沒把它當成資源,沒有認識到身邊還有豐富的可再生能源可以開發(fā),這樣就形成了對外來煤、外來電的依賴。這是一個影響能源政策和能源戰(zhàn)略的實際問題。 東部要提高能源自給率。首先要“身邊取”,不夠時再從“遠方來”,天津大學和華北電力大學的專家做過計算,東部自發(fā)電比“西電東送”成本要低。所以要先“身邊取”再“遠方來”,這是符合我們國情的。 將來,中東部地區(qū)的能源會是什么形態(tài)呢?首先是一個分布式低碳能源網絡,這樣就會產生一批能源“產消者”。這個概念也是過去沒有的,過去只有能源生產者和能源消費者,以后比如說BIPV(光伏建筑一體化),自身不僅消費能源,同時還能生產能源,這樣就成了能源“產消者”。這樣自發(fā)自用、寓電于民,還可以與集中式電網互動。 深刻把握低碳轉型的戰(zhàn)略路徑 基于上述認識和判斷,我們認為,實現(xiàn)“雙碳”目標的戰(zhàn)略路徑主要體現(xiàn)為八個方面。 第一,提升經濟發(fā)展質量和效益,以產業(yè)結構優(yōu)化升級為手段來實現(xiàn)經濟發(fā)展和碳排放“脫鉤”。實現(xiàn)經濟發(fā)展和碳排放“脫鉤”,這個觀點很重要。首先要培育壯大戰(zhàn)略性新興產業(yè),實現(xiàn)第二產業(yè)比重逐步下降后趨穩(wěn),并實現(xiàn)內部結構優(yōu)化升級,嚴控“兩高”行業(yè)產能,推動制造業(yè)向產業(yè)鏈、價值鏈高端邁進。其次要推動數(shù)字化、綠色化協(xié)同發(fā)展,賦能各行業(yè)節(jié)能降耗、提質增效,構建綠色低碳新產業(yè)、新業(yè)態(tài)。最后是優(yōu)化產業(yè)空間布局,推動產業(yè)集聚發(fā)展,因地制宜進行空間上的合理布局和統(tǒng)籌安排,如東數(shù)西算。 在發(fā)展初期,無論是美國還是歐洲,它們的人均GDP和人均二氧化碳排放量都是呈正相關的;但隨著經濟繼續(xù)發(fā)展并達到一定水平后,人均GDP會繼續(xù)增加,但人均二氧化碳排放量卻不再增加,二者失去正相關性,這意味著雙方出現(xiàn)“脫鉤”,也意味著實現(xiàn)了碳達峰。究其原因,主要是產業(yè)結構的變化以及能源效率的提高。 當前,我國正在走向碳達峰的路上,已經接近歐盟人均二氧化碳排放量的上限,也就是說即將到達經濟繼續(xù)增長而碳排放不再增長的階段,二者快要“脫鉤”了,也就是即將實現(xiàn)所謂的碳達峰。 第二,打造清潔低碳安全高效的能源體系是實現(xiàn)碳達峰碳中和的關鍵和基礎。實現(xiàn)“雙碳”目標要靠能源轉型,打造現(xiàn)代能源體系是實現(xiàn)“雙碳”目標的基本支撐。首先要堅持節(jié)能與提效“雙輪驅動”,供給與消費“兩端發(fā)力”,繼續(xù)推動單位GDP能耗和碳排放量下降;要逐步地、平穩(wěn)地、安全地從化石能源為主轉向非化石能源為主。根據(jù)有關規(guī)劃,未來我國非化石能源占比將逐步提高,2035、2050、2060年將分別達到超過32%、超過64%、超過80%,在中央文件里面也出現(xiàn)了2060年非化石能源要占到一次能源的80%以上。 第三,加快構建新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng),安全穩(wěn)妥實現(xiàn)電力行業(yè)凈零排放。首先,穩(wěn)妥推進煤電減量,在加快靈活性改造支持可再生能源更好發(fā)展的同時,實現(xiàn)存量煤電安全有序地清潔利用,將來再過渡到存量替代。其次,要發(fā)展儲能來促進新能源消納,近期著力發(fā)展抽水蓄能項目,保證電力平衡和足夠的系統(tǒng)慣量,中遠期大力發(fā)展新型儲能和制氫項目。再次要發(fā)揮市場作用來消納新能源,建立完善容量補償機制及輔助服務市場,完善電力預警機制,利用需求側響應、虛擬電廠等技術輔助新能源消納。 在這里,大家會關心新能源的間歇性、隨機性、波動性問題。如何解決?就是構建新能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)。為此,要做到橫向多能互補和縱向源網荷儲、發(fā)輸配用協(xié)調規(guī)劃,同時調動包括商業(yè)儲能在內的各種靈活性資源對系統(tǒng)進行調節(jié),這樣就能實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)的安全可靠。 第四,以電氣化和深度脫碳技術為支撐,推動工業(yè)部門碳排放有序達峰和漸進中和。工業(yè)部門的專家分析認為,通過采取產能控制、工藝升級、能效提升、能源替代等措施,到2025年左右,工業(yè)部門整體上可以實現(xiàn)碳達峰,鋼鐵、水泥等行業(yè)在“十四五”之內就可以實現(xiàn)碳達峰。通過工業(yè)替代升級、電氣化改造和深度減排,到2060年工業(yè)部門直接碳排放可降至5億噸,屆時再適當應用CCUS(碳捕集、利用與封存)、BECCS(生物質能與碳捕集封存)等技術就可以實現(xiàn)碳中和。 第五,通過高比例電氣化實現(xiàn)交通行業(yè)低碳轉型,推動交通部門實現(xiàn)碳達峰碳中和。交通部門通過燃料替代、能效提升、結構優(yōu)化這三招來實現(xiàn)碳減排。有關方面分析指出,到2030—2035年交通部門可以實現(xiàn)碳達峰,到2060年碳排放可以控制在幾億噸。首先要實施能源替代和燃料替代,提高運輸工具的用能電氣化水平。2030年電動乘用車銷量占比達到40%以上,2050年基本實現(xiàn)電動化;2030年電動商用車銷量占比達到10%;2060年實現(xiàn)載重汽車電動化。其次要推動鐵路和內河航運船舶電氣化替代。再次要推動可持續(xù)航空燃料和氫燃料電池等航空燃料替代。 第六,以突破綠色建筑關鍵技術為重點,實現(xiàn)建筑用電用熱零碳排放。建筑的節(jié)能改造潛力很大,要加強新建建筑節(jié)能和既有建筑節(jié)能改造與延壽,倡導節(jié)約優(yōu)先,避免大拆大建,同時要突破和應用新技術。推進建筑電氣化,要重點發(fā)展“光儲直柔”新型建筑配電系統(tǒng)、以屋頂光伏為基礎的農村新型能源系統(tǒng)以及電動車智能充放電系統(tǒng);還要發(fā)展清潔供暖、供冷技術,現(xiàn)在多地開始實行核能供暖,跨季節(jié)儲熱和電熱泵等技術開始普及;2030年以前可完成散燒煤替代。做好這些工作,建筑行業(yè)在2030年前實現(xiàn)碳達峰是沒有問題的,到2060年可以實現(xiàn)碳中和。 第七,做好實現(xiàn)碳中和“最后一公里”的碳移除托底技術保障。當然,有少量的碳排放是不可避免的,預計到2060年全國仍需排放26億噸二氧化碳當量的溫室氣體。對于這部分溫室氣體,可以通過林業(yè)碳匯、CCUS、CCS以及二氧化碳驅油等技術來加以移除,這樣基本上可以實現(xiàn)碳中和。同時,還要加快制定碳移除行動方案,加大碳移除技術攻關和產業(yè)培育力度,推進林業(yè)碳匯和CCS/CCUS集成示范工程,健全相關政策和制度體系。 第八,加快構建減污與降碳一體謀劃、一體部署、一體推進、一體考核的機制,建立健全與減污降碳統(tǒng)籌融合的戰(zhàn)略、規(guī)劃、政策和行動體系。完善碳交易制度,促進低碳產品價值轉化和碳資產價值實現(xiàn)。不斷擴大綠色低碳產品供給和消費等激勵機制。培育全社會綠色低碳的生活方式和消費方式。 減污、降碳要協(xié)同發(fā)展,過去的大氣污染防治工作已經取得很大的成績,如今提出“雙碳”目標可以說是“如虎添翼”,降碳減污雖然是兩個概念,但內容非常一致,所以實施統(tǒng)籌融合的戰(zhàn)略規(guī)劃行動,可以把減污、降碳工作做到更好。同時還要依靠碳交易制度限制碳排放。 能源的安全、經濟和綠色缺一不可 過去有觀點認為,能源體系的經濟可行、安全可靠、綠色低碳是不可能兼得的,并稱之為“不可能三角”。但是,要實現(xiàn)經濟高質量發(fā)展需要高質量的能源作為保障,這三個角哪一個都不能放棄——安全可靠是對能源系統(tǒng)的基本要求;經濟可行的能源才會被社會接受;綠色低碳是能源可持續(xù)發(fā)展的必然要求。所以,推進“雙碳”戰(zhàn)略,需要新型能源體系必須逐步滿足這三個要求,使之成為一個“可能三角”,這才是高質量的能源系統(tǒng)。 其實,這個“可能三角”是完全可以實現(xiàn)的,比如拿能源綠色低碳轉型和安全可靠供應來說,二者就是并行不悖的。因為我國的能源低碳轉型堅持“先立后破”原則,是在“不破”傳統(tǒng)能源的前提下,“先立”可再生能源,這樣的低碳轉型是在做加法。所以說,低碳轉型和能源安全不但不會產生沖突,而且越轉型越安全。其安全性還體現(xiàn)在可再生能源資源是我們自己能夠掌控的,不像油氣那樣高度依賴國際市場,從而深受國際地緣政治局勢的影響。因此說,開發(fā)可再生能源有利于保障我國能源體系的獨立性和安全性。 當前,在我國能源系統(tǒng)中化石能源占比還是很大,化石能源仍在發(fā)揮“壓艙石”作用。所以,化石能源和非化石能源要協(xié)調互補,堅持“先立后破”,構建極具韌性的能源體系,這樣才能統(tǒng)籌當前和長遠的能源安全。 必須依靠科技創(chuàng)新支撐能源低碳轉型 需要特別注意的是,要如期實現(xiàn)碳中和,僅靠現(xiàn)有技術還是不夠的,必須依靠科技創(chuàng)新才能支撐“雙碳”目標的實現(xiàn)。因為我國碳排放基數(shù)比較大,從碳達峰到碳中和歷時比較短,所以必須以關鍵技術的重大突破來支撐和實現(xiàn)高質量可持續(xù)發(fā)展下的碳中和。 我著重提幾項技術。在能源領域,有煤炭方面的煤炭綠色智能高效開發(fā)利用、煤氣化利用、煤粉預熱燃燒技術、循環(huán)流化床高溫后燃等技術;還有核能方面的可控核聚變、加速器驅動次臨界潔凈核能系統(tǒng)(ADS)、固有安全核電、釷基熔鹽堆等技術;此外,還有綠氫、高效太陽能電池、海上風電固定式和漂浮式以及全直流技術、新型儲能、可再生合成燃料、液態(tài)陽光、綠色甲醇、新能源發(fā)電主動支撐、超導電纜、“光儲直柔”建筑、多能轉換與綜合利用、智能電網運行調度、農村光伏能源系統(tǒng)。 在工業(yè)領域,有工業(yè)數(shù)字化、氫冶金、全廢鋼電爐流程、二氧化碳化工利用、氫能煅燒水泥熟料、關鍵金屬礦物質開發(fā)循環(huán)利用等技術。 在交通領域,有可持續(xù)航空燃料、新能源汽車與電網互動、氫燃料電池電堆、船舶電動化、氫燃料航空發(fā)動機、生物乙醇等技術。 在規(guī)?;家瞥I域,有生物質能結合、直接空氣碳捕集與封存、深水水下采油樹等技術。 另外,還要健全綠色低碳科技創(chuàng)新體系,如建立科技創(chuàng)新聯(lián)合體,鼓勵產學研用聯(lián)合攻關,健全低碳技術標準體系,建設低碳能源數(shù)字化發(fā)展的數(shù)據(jù)中心。 實現(xiàn)“雙碳”目標是一個復雜的系統(tǒng)工程,是一個長達幾十年的科學的轉型過程;它呼喚深度的管理創(chuàng)新、科技創(chuàng)新、金融支持和企業(yè)的參與;落實“雙碳”工作政策性很強,需要把握好節(jié)奏、積極而穩(wěn)妥地推進,一方面要防止一刀切、簡單化,同時又要防止轉型不力帶來的落后和無效投資??傊?,要做到先立后破,把好事辦好,深刻推動經濟、社會的變革和進步。 2060年前實現(xiàn)碳中和,是一個重要的里程碑,但也只是一個里程碑,它不是終點。人類社會還要發(fā)展,未來社會要靠未來能源的支撐。從未來能源的角度,可以更好地理解“雙碳”目標的意義和歷史地位。