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清華專家談:碳中和、能源轉型的實現策略

—— 清華大學副教授麻林巍在IC WORLD上的講演節選
作者:迎九 時間:2024-03-18 來源:EEPW 收藏

在2023 年9 月北京IC WORLD 大會上,舉辦了“集成電路下的綠水青山”專題論壇,清華大學能源與動力工程系副教授、博士生導師、黨委副書記、清華- 力拓資源、能源與可持續發展聯合研究中心主任麻林巍教授做了《》的報告,介紹了為何要進行,實現的中國能源情景,如何實現碳中和等。

本文引用地址:http://www.beadyclass.cn/article/202403/456435.htm

1 碳中和、可持續發展的重要性

目前我國對碳中和的決心非常大。但是還沒有什么經驗,做起來相當不容易。

1.1 為什么要做碳中和?

因為碳中和背后的基本信念是可持續發展:我們不僅要考慮當下,還要為子孫后代留下足夠的資源、環境和技術,這是一切的根本。

這幾年,多位氣候經濟學家獲得了諾貝爾經濟學獎或物理學獎,因為他們從經濟學和物理學上證明了可做應對氣候變化這件事情。雖然我們目前會付出很多成本,但是如果現在不做,將來蒙受的損失將更加巨大。

1.2 可持續發展需要全世界一起去實現

可持續發展是全人類的大事,而不僅僅是我們中國。所以我們不能獨善其身,要與世界各國共同去實現。1987年,世界環境和發展委員會《我們共同的未來》指出,可持續發展是滿足當代人需要,同時不損害后代人、滿足他們需要的能力的發展??沙掷m發展包括使用廉價和清潔能源、氣候行動等。

但是氣候變化最大的挑戰是幾十年平均天氣的變化,除了少數極端氣候災害外,人們很難感受到其危害,像溫水煮青蛙一樣。所以在做這項工作時,經常面臨一些質疑。因此必須大力宣傳,不斷地提高人們的重視程度。

IPCC( 聯合國政府間氣候變化專門委員會) 定義的氣候變化是可被測量到的、持續時間較長(幾十年或更久)的氣候狀態的改變??赡苁亲匀灰蛩貙е?,也可能是人類活動導致。

據統計,1880—2012 年,全球平均地表溫度上升了0.85℃。1979—2012 年, 北極海冰范圍每十年縮小3.5%~4.1%。1901—2010 年,全球海平面每年上升1.7 mm( 共18.5 cm)。

可見,全球地表溫度上升1℃ 花了一百多年的時間。如果現在我們停止碳排放了,溫度也很難降回來——真正回來要花一兩個世紀。

氣候變化導致的結果將是無法計算的,而且之所以這是很難逆轉的,因為海洋起了巨大的作用,它的升溫慣性非常大。因此,如果不加以控制,結果就會災難性地4℃、5℃、6℃ 度地去升溫。

很多人認為未來幾十年內由氣候變化導致災害的發生概率非常微小。但我們不能等危險真正來了再做。氣候問題就像過馬路是否看車一樣:不看,似乎也行;但是萬一被車撞了,就受不了。因此這件事一旦發生,我們很難承受后果,所以一定要積極地去應對。

達成應對氣候變化的共識來之不易。實際上,早在19世紀初,科學家們已提出預警,但一直到1979年才召開第一次世界氣候大會。但因為爭吵不休,又成立了IPCC,組織了全世界最優秀的科學家進行綜合評估,一直到1992 年,聯合國大會通過了《聯合國氣候變化框架公約》,1997 年通過了《京都議定書》,一直到2015 年《巴黎協定》,可見已經走過了一百多年的艱辛曲折之路。因此今天我們應該好好珍惜這來之不易的決議。

實際上,《巴黎協定》也不是國際上壓給我們的,而是中國積極作為的結果。因為《巴黎協定》的國家自主貢獻框架是中美在《巴黎協定》出臺之前自己宣布出來的。中國在氣候問題上做出了巨大貢獻,與歐美等國家和地區在過去終于也達成了一致。

現在全球有了共同的目標——控制溫升2℃/1.5℃目標,2070/2050 年左右要實現凈零排放(碳中和)。但是最終目標不是碳中和,而是要把我們從工業革命以來排放的所有溫室氣體的總量控制在一個值(2.9 萬億噸)以下,而現在我們已經把大部分的余額用完了(到2011 年已排放了約1.9 萬億噸),剩下的已很少了(余下的89 年每年平均可排放112 億噸)。按此推算,如果我們不及早地實現碳中和,就會超標。所以我們行動得越晚,后面的工作就會愈加艱難。即現在減排得越慢,后面需要做的功課就越多。

2 實現碳中和的我國能源情景

能源系統非常復雜,是一個龐大的網絡,具有動態性。但是基本原理很簡單(如圖1),因為人口、經濟在持續發展,會驅動溫室氣體排放的增加,我們應該怎么去減少,就要采用圖1藍色字的方法。

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圖1 減碳公式

●   節能:降低碳排放,從各個方面去提高能效,以盡量少的能耗產出所需要的產品服務,這是基本的。

●   替代:改變能源結構,盡可能多地提高非化石的能源。

●   碳匯:用農林業增匯、碳捕獲與埋存(CCS)、負碳排放技術(BECCS 等)。

現在方法很多,但是基本的結論大致相同:

節能:單位GDP碳排放持續下降,一次能源消費總量于2040 年達峰。

替代:從目前80% 以上的化石能源,變為80% 以上非化石能源。

碳匯:農林業增匯、碳捕獲與埋存(CCS)、負碳排放技術(BECCS 等)。

總之,未來為了實現碳中和,碳減排大概一小半要靠節能,節能是基礎的基礎,少用、少浪費/ 高效率是基本功課;余下的1/3 用替代能源;最后剩下的約1/6用碳匯/BECCS 等方法。

幾年前,清華大學曾組織了全國幾百名專家做了相關的情景分析,把已經具備或將來可能具備的技術和管理措施全都用上,算出來我國有可能在2050 年通過工業、建筑、交通、電力等諸多部門的共同努力,把我國的碳排放壓到一個較低的水平。而通過碳的抵消,希望實現二氧化碳清零。由此給國家提出了減碳建議。所以我國后來宣布的減碳目標是計算出來的,例如宣布到2060年二氧化碳的排放會抵消,甚至中和。

3 實現碳中和的三方面

當然這是需要巨大付出的。首先需要控制我們的能源總需求,大概需要在2030 年把能源需求總量達峰(碳達峰),之后不再增加,在此過程中需要大量地提高我們的能效。

碳中和指人為二氧化碳(或溫室氣體)排放正好被人造碳匯所抵消。

圖2是未來能源系統的一個基本途徑??梢钥吹侥壳拔覀兡茉磥碓从?0% 以上是靠化石,主要是煤炭,但是未來如果要實現碳中和,如果按目前的發電能耗,我們2050年的非化石的比重要達到80%以上。

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圖5 2050年中國低碳能源系統的能-碳耦合流向圖

在終端要大量地使用電力,現在終端燃料的比重高于電力,未來是電力的比重高于燃料。我們的電力系統中現在煤炭占比最大,占70%,預計未來要變成以風光為主。

最后還有一些碳排放必須通過CCS、BECCS進行抵消。

我們還要積極發展非化石燃料和原料,把化石能源控制到盡量低的水平。這就是我們為什么要發展氫能以及生物燃料,是為了尋求政策的支持,把最后很難減的那部分也給減掉。

總體原理就是節能。節能提效是最基本的。

其次就是高比例的風光。眾所周知,風光的波動性意味著我們要做大量的工作,才能把系統穩定下來。就目前的水平,這種能源系統應用還不是很廣,所以我們要研發很多新技術和管理的措施,來管理如此龐大的系統及其波動性。之后是高度的電氣化,低碳的能量應用會比較大。圖2 中有一些內容一眼看不出來,例如我們要積極地發展分布式的能源系統,讓分布式和集中式相互配合,以及如何把煤炭等化石燃料詳細布局等。

4 實現碳中和是我們的大國擔當

我國在2015 年宣布了碳達峰目標,2020 宣布了碳中和的目標,這是我國積極承擔責任的定位,雙碳目標是鄭重的決定。

總有人質疑雙碳目標會不會后退?答案是否定的,我們絕對會按照目標承諾實現。而且研究顯示到2050年中國勢必會宣布更積極的政策。所以我國在氣候問題上會一步一步地前進,基本不會后退,這也符合我國的全球化戰略:因為中國的崛起勢必要和全球共命運,就必須站在道義的制高點之上。因此在減碳目標上不能后退,就算別人退了,我們也不能退,因為我們將來要成為強國,要去引領世界發展新潮流。

為此,我國已經做了很多工作,包括我們的雙碳目標及很多政策文件在逐步完善。但是問題是到了我們產業界和現實之中,實現難度還是非常大的,因為畢竟我們現有的能源系統和未來構想的能源系統之間還有巨大的差距。

5 智慧能源的挑戰與機遇

5.1 能源的未來不僅是供能企業的事

目前我們是以煤炭為主的能源來源,我們的終端能源利用是以工業高耗能工業為主的,而我們的經濟很大程度上是由投資(巨大的結構性材料消耗)所拉動的,所以目前到未來有兩大挑戰。

①我們如何去建設新的能源、技術、基礎設施;就目前存量巨大的煤炭/ 高耗能工業投資等產業而言,如何使之逐步退出,并且在退出之前仍能發揮作用。

②很多專家提到低碳不僅是供能企業的事,要去做協同,不能像以前一樣:用戶只管消耗,把碳達峰的責任都推給前端電網,實際上,雙方都得承擔責任。例如做高比例風光是全社會的共同責任,除了風光基地應該多采用儲能等手段,保證輸出穩定可控之外;客戶端也要讓需求相對可調,為此,我們也要依法建設很多分布式能源系統,滿足靈活可調和剛性的需求。只有這樣,電網承擔的責任可能相對小一些,所以1/3 的碳達峰責任是全社會的。這意味著打破很多行業的邊界,需要合作。

5.2 低碳將催生兩個新興產業

未來,雙碳將至少催生兩個新興產業。

①智庫行業,怎樣把陽春白雪的頂層想法傳遞下去是非常重要的,讓人人都具備可持續發展和能源消費的基本素質,非常清醒地做好自己的工作。

②智能/AI 行業,怎樣把先進的智能系統進一步提升到大設施層面,諸如工廠、建筑、大的交通系統,以及再往上提升——能不能管控好整個產業鏈,甚至整個氣候經濟,把人們現有的工作量極大地節約下來,把一些城市化的工作交給機器去做,這樣人才會有閑暇的時間去做創造,而不是去做重復性的工作。低碳首先會有一些示范工程,像部偏遠地區如何把能源發展起來,成為重要的能源基地;城鎮地區如何進一步提高能效,以及發展分布式能源、儲能等,使能效極大提高;盡可能地產生更多的可再生能源;工礦園區等聚集區實現生態經濟,之間有高速、快捷的網絡連接;而且這不僅是電網的事業,還要實現電網、燃料網和熱網的三網合一。這些需要各項事業配合好。這些都意味著巨大的機遇,也會帶來巨量的經濟發展。

當然這不僅是技術上的事,還需要考慮整個地區從能源上如何規劃,與整個社會的需求相結合。還要把這件事傳達到各個利益相關方,促進他們形成配合關系,從而實現更高的能效和可再生能源的利用,以及在這其中會充分發揮ICT 技術的應用。

5.3 對企業低碳發展的建議

這些事情看起來很難,很多方面超出了我們現有的能力,但是原理非常簡單,就像我們每個人的成長一樣,我們一定先要有一個適度超高的目標,然后再去好好學習、進步,不斷把所學造福社會。

首先是有沒有雄心。在碳中和已經成為國內外潮流的情況下,企業有沒有雄心在應對氣候變化上做到優秀。

樹立雄心是頭等重要的事,找好自己在碳中和整個事業中的一個恰當的角色。

第二,建設和發揮能力。有些事情肯定超出我們現有的能力,肯定得花時間去學習和建立。

最后,促進有效的實現。切實的效果可促進減排的正循環。

只要這個循環——從去樹立雄心到能力建設到實現這個循環,它能夠走起來,它就會一步一步變成現實。

(本文來源于《EEPW》2024.3)



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