清華專家談：碳中和、能源轉(zhuǎn)型的實(shí)現(xiàn)策略

在2023 年9 月北京IC WORLD 大會(huì)上，舉辦了“集成電路下的綠水青山”專題論壇，清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系副教授、博士生導(dǎo)師、黨委副書記、清華- 力拓資源、能源與可持續(xù)發(fā)展聯(lián)合研究中心主任麻林巍教授做了《碳中和與能源轉(zhuǎn)型》的報(bào)告，介紹了為何要進(jìn)行碳中和，實(shí)現(xiàn)碳中和的中國(guó)能源情景，如何實(shí)現(xiàn)碳中和等。

1 碳中和、可持續(xù)發(fā)展的重要性

目前我國(guó)對(duì)碳中和的決心非常大。但是還沒有什么經(jīng)驗(yàn)，做起來相當(dāng)不容易。

1.1 為什么要做碳中和？

因?yàn)樘贾泻捅澈蟮幕拘拍钍强沙掷m(xù)發(fā)展：我們不僅要考慮當(dāng)下，還要為子孫后代留下足夠的資源、環(huán)境和技術(shù)，這是一切的根本。

這幾年，多位氣候經(jīng)濟(jì)學(xué)家獲得了諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)或物理學(xué)獎(jiǎng)，因?yàn)樗麄儚慕?jīng)濟(jì)學(xué)和物理學(xué)上證明了可做應(yīng)對(duì)氣候變化這件事情。雖然我們目前會(huì)付出很多成本，但是如果現(xiàn)在不做，將來蒙受的損失將更加巨大。

1.2 可持續(xù)發(fā)展需要全世界一起去實(shí)現(xiàn)

可持續(xù)發(fā)展是全人類的大事，而不僅僅是我們中國(guó)。所以我們不能獨(dú)善其身，要與世界各國(guó)共同去實(shí)現(xiàn)。1987年，世界環(huán)境和發(fā)展委員會(huì)《我們共同的未來》指出，可持續(xù)發(fā)展是滿足當(dāng)代人需要，同時(shí)不損害后代人、滿足他們需要的能力的發(fā)展?？沙掷m(xù)發(fā)展包括使用廉價(jià)和清潔能源、氣候行動(dòng)等。

但是氣候變化最大的挑戰(zhàn)是幾十年平均天氣的變化，除了少數(shù)極端氣候?yàn)?zāi)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(xiàng)工作時(shí)，經(jīng)常面臨一些質(zhì)疑。因此必須大力宣傳，不斷地提高人們的重視程度。

IPCC( 聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)) 定義的氣候變化是可被測(cè)量到的、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)（幾十年或更久）的氣候狀態(tài)的改變。可能是自然因素導(dǎo)致，也可能是人類活動(dòng)導(dǎo)致。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(shí)間。如果現(xiàn)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(gè)世紀(jì)。

氣候變化導(dǎo)致的結(jié)果將是無法計(jì)算的，而且之所以這是很難逆轉(zhuǎn)的，因?yàn)楹Ｑ笃鹆司薮蟮淖饔?，它的升溫慣性非常大。因此，如果不加以控制，結(jié)果就會(huì)災(zāi)難性地4℃、5℃、6℃ 度地去升溫。

很多人認(rèn)為未來幾十年內(nèi)由氣候變化導(dǎo)致災(zāi)害的發(fā)生概率非常微小。但我們不能等危險(xiǎn)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(fā)生，我們很難承受后果，所以一定要積極地去應(yīng)對(duì)。

達(dá)成應(yīng)對(duì)氣候變化的共識(shí)來之不易。實(shí)際上，早在19世紀(jì)初，科學(xué)家們已提出預(yù)警，但一直到1979年才召開第一次世界氣候大會(huì)。但因?yàn)闋?zhēng)吵不休，又成立了IPCC，組織了全世界最優(yōu)秀的科學(xué)家進(jìn)行綜合評(píng)估，一直到1992 年，聯(lián)合國(guó)大會(huì)通過了《聯(lián)合國(guó)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(xié)定》，可見已經(jīng)走過了一百多年的艱辛曲折之路。因此今天我們應(yīng)該好好珍惜這來之不易的決議。

實(shí)際上，《巴黎協(xié)定》也不是國(guó)際上壓給我們的，而是中國(guó)積極作為的結(jié)果。因?yàn)椤栋屠鑵f(xié)定》的國(guó)家自主貢獻(xiàn)框架是中美在《巴黎協(xié)定》出臺(tái)之前自己宣布出來的。中國(guó)在氣候問題上做出了巨大貢獻(xiàn)，與歐美等國(guó)家和地區(qū)在過去終于也達(dá)成了一致。

現(xiàn)在全球有了共同的目標(biāo)——控制溫升2℃/1.5℃目標(biāo)，2070/2050 年左右要實(shí)現(xiàn)凈零排放（碳中和）。但是最終目標(biāo)不是碳中和，而是要把我們從工業(yè)革命以來排放的所有溫室氣體的總量控制在一個(gè)值（2.9 萬億噸）以下，而現(xiàn)在我們已經(jīng)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(shí)現(xiàn)碳中和，就會(huì)超標(biāo)。所以我們行動(dòng)得越晚，后面的工作就會(huì)愈加艱難。即現(xiàn)在減排得越慢，后面需要做的功課就越多。

2 實(shí)現(xiàn)碳中和的我國(guó)能源情景

能源系統(tǒng)非常復(fù)雜，是一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)，具有動(dòng)態(tài)性。但是基本原理很簡(jiǎn)單（如圖1），因?yàn)槿丝?、?jīng)濟(jì)在持續(xù)發(fā)展，會(huì)驅(qū)動(dòng)溫室氣體排放的增加，我們應(yīng)該怎么去減少，就要采用圖1藍(lán)色字的方法。

圖1 減碳公式

●   節(jié)能：降低碳排放，從各個(gè)方面去提高能效，以盡量少的能耗產(chǎn)出所需要的產(chǎn)品服務(wù)，這是基本的。

●   替代：改變能源結(jié)構(gòu)，盡可能多地提高非化石的能源。

●   碳匯：用農(nóng)林業(yè)增匯、碳捕獲與埋存（CCS）、負(fù)碳排放技術(shù)（BECCS 等）。

現(xiàn)在方法很多，但是基本的結(jié)論大致相同：

節(jié)能：單位GDP碳排放持續(xù)下降，一次能源消費(fèi)總量于2040 年達(dá)峰。

替代：從目前80% 以上的化石能源，變?yōu)?0% 以上非化石能源。

碳匯：農(nóng)林業(yè)增匯、碳捕獲與埋存（CCS）、負(fù)碳排放技術(shù)（BECCS 等）。

總之，未來為了實(shí)現(xiàn)碳中和，碳減排大概一小半要靠節(jié)能，節(jié)能是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)，少用、少浪費(fèi)/ 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(xué)曾組織了全國(guó)幾百名專家做了相關(guān)的情景分析，把已經(jīng)具備或?qū)砜赡芫邆涞募夹g(shù)和管理措施全都用上，算出來我國(guó)有可能在2050 年通過工業(yè)、建筑、交通、電力等諸多部門的共同努力，把我國(guó)的碳排放壓到一個(gè)較低的水平。而通過碳的抵消，希望實(shí)現(xiàn)二氧化碳清零。由此給國(guó)家提出了減碳建議。所以我國(guó)后來宣布的減碳目標(biāo)是計(jì)算出來的，例如宣布到2060年二氧化碳的排放會(huì)抵消，甚至中和。

3 實(shí)現(xiàn)碳中和的三方面

當(dāng)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(dá)峰（碳達(dá)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(tǒng)的一個(gè)基本途徑。可以看到目前我們能源來源有80% 以上是靠化石，主要是煤炭，但是未來如果要實(shí)現(xiàn)碳中和，如果按目前的發(fā)電能耗，我們2050年的非化石的比重要達(dá)到80%以上。

圖5 2050年中國(guó)低碳能源系統(tǒng)的能-碳耦合流向圖

在終端要大量地使用電力，現(xiàn)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(tǒng)中現(xiàn)在煤炭占比最大，占70%，預(yù)計(jì)未來要變成以風(fēng)光為主。

最后還有一些碳排放必須通過CCS、BECCS進(jìn)行抵消。

我們還要積極發(fā)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?yōu)槭裁匆l(fā)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(jié)能。節(jié)能提效是最基本的。

其次就是高比例的風(fēng)光。眾所周知，風(fēng)光的波動(dòng)性意味著我們要做大量的工作，才能把系統(tǒng)穩(wěn)定下來。就目前的水平，這種能源系統(tǒng)應(yīng)用還不是很廣，所以我們要研發(fā)很多新技術(shù)和管理的措施，來管理如此龐大的系統(tǒng)及其波動(dòng)性。之后是高度的電氣化，低碳的能量應(yīng)用會(huì)比較大。圖2 中有一些內(nèi)容一眼看不出來，例如我們要積極地發(fā)展分布式的能源系統(tǒng)，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(xì)布局等。

4 實(shí)現(xiàn)碳中和是我們的大國(guó)擔(dān)當(dāng)

我國(guó)在2015 年宣布了碳達(dá)峰目標(biāo)，2020 宣布了碳中和的目標(biāo)，這是我國(guó)積極承擔(dān)責(zé)任的定位，雙碳目標(biāo)是鄭重的決定。

總有人質(zhì)疑雙碳目標(biāo)會(huì)不會(huì)后退？答案是否定的，我們絕對(duì)會(huì)按照目標(biāo)承諾實(shí)現(xiàn)。而且研究顯示到2050年中國(guó)勢(shì)必會(huì)宣布更積極的政策。所以我國(guó)在氣候問題上會(huì)一步一步地前進(jìn)，基本不會(huì)后退，這也符合我國(guó)的全球化戰(zhàn)略：因?yàn)橹袊?guó)的崛起勢(shì)必要和全球共命運(yùn)，就必須站在道義的制高點(diǎn)之上。因此在減碳目標(biāo)上不能后退，就算別人退了，我們也不能退，因?yàn)槲覀儗硪蔀閺?qiáng)國(guó)，要去引領(lǐng)世界發(fā)展新潮流。

為此，我國(guó)已經(jīng)做了很多工作，包括我們的雙碳目標(biāo)及很多政策文件在逐步完善。但是問題是到了我們產(chǎn)業(yè)界和現(xiàn)實(shí)之中，實(shí)現(xiàn)難度還是非常大的，因?yàn)楫吘刮覀儸F(xiàn)有的能源系統(tǒng)和未來構(gòu)想的能源系統(tǒng)之間還有巨大的差距。

5 智慧能源的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

5.1 能源的未來不僅是供能企業(yè)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(yè)高耗能工業(yè)為主的，而我們的經(jīng)濟(jì)很大程度上是由投資（巨大的結(jié)構(gòu)性材料消耗）所拉動(dòng)的，所以目前到未來有兩大挑戰(zhàn)。

①我們?nèi)绾稳ソㄔO(shè)新的能源、技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施；就目前存量巨大的煤炭/ 高耗能工業(yè)投資等產(chǎn)業(yè)而言，如何使之逐步退出，并且在退出之前仍能發(fā)揮作用。

②很多專家提到低碳不僅是供能企業(yè)的事，要去做協(xié)同，不能像以前一樣：用戶只管消耗，把碳達(dá)峰的責(zé)任都推給前端電網(wǎng)，實(shí)際上，雙方都得承擔(dān)責(zé)任。例如做高比例風(fēng)光是全社會(huì)的共同責(zé)任，除了風(fēng)光基地應(yīng)該多采用儲(chǔ)能等手段，保證輸出穩(wěn)定可控之外；客戶端也要讓需求相對(duì)可調(diào)，為此，我們也要依法建設(shè)很多分布式能源系統(tǒng)，滿足靈活可調(diào)和剛性的需求。只有這樣，電網(wǎng)承擔(dān)的責(zé)任可能相對(duì)小一些，所以1/3 的碳達(dá)峰責(zé)任是全社會(huì)的。這意味著打破很多行業(yè)的邊界，需要合作。

5.2 低碳將催生兩個(gè)新興產(chǎn)業(yè)

未來，雙碳將至少催生兩個(gè)新興產(chǎn)業(yè)。

①智庫(kù)行業(yè)，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(xù)發(fā)展和能源消費(fèi)的基本素質(zhì)，非常清醒地做好自己的工作。

②智能/AI 行業(yè)，怎樣把先進(jìn)的智能系統(tǒng)進(jìn)一步提升到大設(shè)施層面，諸如工廠、建筑、大的交通系統(tǒng)，以及再往上提升——能不能管控好整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，甚至整個(gè)氣候經(jīng)濟(jì)，把人們現(xiàn)有的工作量極大地節(jié)約下來，把一些城市化的工作交給機(jī)器去做，這樣人才會(huì)有閑暇的時(shí)間去做創(chuàng)造，而不是去做重復(fù)性的工作。低碳首先會(huì)有一些示范工程，像部偏遠(yuǎn)地區(qū)如何把能源發(fā)展起來，成為重要的能源基地；城鎮(zhèn)地區(qū)如何進(jìn)一步提高能效，以及發(fā)展分布式能源、儲(chǔ)能等，使能效極大提高；盡可能地產(chǎn)生更多的可再生能源；工礦園區(qū)等聚集區(qū)實(shí)現(xiàn)生態(tài)經(jīng)濟(jì)，之間有高速、快捷的網(wǎng)絡(luò)連接；而且這不僅是電網(wǎng)的事業(yè)，還要實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)、燃料網(wǎng)和熱網(wǎng)的三網(wǎng)合一。這些需要各項(xiàng)事業(yè)配合好。這些都意味著巨大的機(jī)遇，也會(huì)帶來巨量的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

當(dāng)然這不僅是技術(shù)上的事，還需要考慮整個(gè)地區(qū)從能源上如何規(guī)劃，與整個(gè)社會(huì)的需求相結(jié)合。還要把這件事傳達(dá)到各個(gè)利益相關(guān)方，促進(jìn)他們形成配合關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)更高的能效和可再生能源的利用，以及在這其中會(huì)充分發(fā)揮ICT 技術(shù)的應(yīng)用。

5.3 對(duì)企業(yè)低碳發(fā)展的建議

這些事情看起來很難，很多方面超出了我們現(xiàn)有的能力，但是原理非常簡(jiǎn)單，就像我們每個(gè)人的成長(zhǎng)一樣，我們一定先要有一個(gè)適度超高的目標(biāo)，然后再去好好學(xué)習(xí)、進(jìn)步，不斷把所學(xué)造福社會(huì)。

首先是有沒有雄心。在碳中和已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外潮流的情況下，企業(yè)有沒有雄心在應(yīng)對(duì)氣候變化上做到優(yōu)秀。

樹立雄心是頭等重要的事，找好自己在碳中和整個(gè)事業(yè)中的一個(gè)恰當(dāng)?shù)慕巧?/p>

第二，建設(shè)和發(fā)揮能力。有些事情肯定超出我們現(xiàn)有的能力，肯定得花時(shí)間去學(xué)習(xí)和建立。

最后，促進(jìn)有效的實(shí)現(xiàn)。切實(shí)的效果可促進(jìn)減排的正循環(huán)。

只要這個(gè)循環(huán)——從去樹立雄心到能力建設(shè)到實(shí)現(xiàn)這個(gè)循環(huán)，它能夠走起來，它就會(huì)一步一步變成現(xiàn)實(shí)。

（本文來源于《EEPW》2024.3）