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谢和平院士:碳中和目标下我国能源战略研判

日期:2022-07-04    来源:科学出版社  作者:谢和平

能源资讯中心

2022
07/04
17:01
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关键词: 清洁煤电 碳中和 火电发电量

碳达峰碳中和目标已成为我国社会共识,不仅是负责任大国对国际社会的庄严承诺,更是推进我国经济高质量发展的国家战略,将推进经济社会广泛而深刻的系统性变革。实现碳达峰碳中和国家战略目标任务,一定要立足国情,立足我国的能源资源禀赋,立足我国两个一百年的奋斗目标,来谋划未来部署。

我们认为,应以实现碳中和为目标,以实现高质量发展(生产力增长)为主线,以碳中和技术攻关为突破点(为王)来统筹协调实现我国的“双碳”目标和碳中和战略,并以碳中和目标和高质量经济发展(生产力)来促进我国碳中和技术创新的自立自强。

能源领域是我国实现碳达峰碳中和的核心所在,但不意味着要完全退出煤炭,要完全退出化石能源。借鉴欧美等发达国家和地区碳达峰前后的能源消费、碳排放强度等基本特征和变化规律,结合我国能源资源禀赋和经济社会所处发展阶段,提出碳中和目标下我国能源发展主要有五大战略方向。

1. 大力发展节能技术,提高能源利用效率

节能可直接减少能源消费,是最显著、最直接的碳减排。节能提效是实现碳中和目标的优先发展路径,以节能提效促少用,通过少用减少碳排放。特别需要强调的是,节能不是简单地少用或者不用能源,而是通过全面提高能源利用效率来减少能源消费总量以及不必要的能源浪费。我国单位国内生产总值(gross domestic product,GDP)能耗自1988年以来呈现快速下降趋势,由29.77tce(吨标准煤)/万美元降低到2020 年的3.38tce/万美元,降低了88.6%,但距离世界平均水平和发达国家还有较大差距,是世界平均水平的1.4~1.5 倍,是美国的2 倍。若能达到世界平均水平,每年可少用能源13 亿tce,减排CO₂ 34 亿t,约占2020 年我国碳排放量的1/3。因此,提高能源利用效率,减少能源消费,是我国实现碳达峰碳中和的最重要途径。

2. 大力发展新能源技术,优化电力结构

近年来,我国风、光等新能源发电技术快速发展,装机容量快速提升,风、光发电量占比由2011 年的1.5%增加到2020 年的9.4%,推动非化石能源电力在我国电力结构中的占比显著上升,由2011 年的18.3%增加到2020 年的31.5%,但依然没有改变我国以火电(煤电)为主的电力结构。2020 年我国电力结构中火电发电量占比68.5%。

▲ 2011~2020 年我国电力结构

通过与欧美发达国家现代化进程和碳达峰前后电力结构对比,我国电力结构还需要持续优化,然而我国天然气增产有限,难以像美国那样将天然气作为发电的第一大能源。碳中和目标下,我国应大力发展风能、太阳能、地热能等可再生能源发电,逐步提高非化石能源发电占比,持续优化电力结构,重点发展“风电/光电+储能”技术,提高新能源发电稳定性与可持续性。

3. 大力发展“清洁煤电+CCUS”,推进煤炭低碳利用

燃煤发电占我国煤炭消费的一半左右,是最主要的利用方式,并且燃煤发电主要利用煤炭的热值,碳元素几乎全部转变为CO₂,是煤炭利用碳排放最集中的领域。我国建成了全球最大的清洁煤电体系,86%的燃煤发电机组实现了常规污染物超低排放,制约煤电发展的不再是常规污染物排放问题,而主要是碳排放问题。虽然新能源电力发展速度较快,但是基数小,在发电量中占比还比较低,同时由于新能源电力的不稳定性,需要燃煤发电作为基底支撑电力调峰。我国的清洁煤电还将长期存在,并发挥重要作用。

碳达峰碳中和并不是不产生CO₂,而是产生的CO₂ 被利用或封存了,碳捕集与封存(CCS)以及碳捕集、利用与封存(CCUS)被认为是实现碳达峰碳中和的关键技术之一,受到世界各国的高度重视,纷纷加大研发力度,在CO₂ 驱油等方面取得了积极进展。虽然,当前该类技术成本还比较高,封存1t CO₂需要数百元,但是随着技术的进步,成本有望逐步降低到可以接受的水平。大力发展“清洁煤电+CCUS”,是从以煤为主的能源资源禀赋等国情出发,推进“煤电清洁高效利用”等国家需求的重要内容,也是推动我国能源绿色低碳转型的战略方向。

4. 大力发展少碳-用碳-零碳能源原理创新,加快颠覆性技术研发

传统化石能源的利用方式具有高碳排放的固有特性,依靠现有技术延续式创新,很难实现零碳排放,亟须推进少碳-用碳-零碳能源原理创新,加快颠覆性技术研发:研究和应用煤基燃料电池发电新技术等低碳燃烧、低碳转化技术,推进利用过程少碳;研发和应用CO₂ 制甲醇等碳转化技术,推进碳资源化利用;研发和应用低成本碳捕集及井下封存技术,为不能资源化利用的CO₂ 提供最后的处置保障。

加快CCS/CCUS 技术攻关,不断提升CO₂ 大规模低能耗捕集、资源化利用与可靠封存技术水平,突破大容量富氧燃烧、燃烧后CO₂ 捕集、CO₂ 驱油/气/水、CO₂ 封存、监测预警等关键技术;同时利用现代煤化工高浓度、高压CO₂排放的特征,推进驱油、化工等CO₂ 捕集、利用与封存商业化示范,探寻低成本碳处理途径;以百万吨级示范工程为抓手,推进CCS/CCUS 技术商业应用;探索CO₂ 埋存与油田提高采收率(enhanced oil recovery,EOR)工程一体化实施路径,形成完整的CO₂捕集、利用和封存产业链。

重点探索CO₂ 矿化利用的CCUS 减排技术路线,将CO₂ 作为资源加以利用,进行CO₂ 矿化输出能源、加工天然矿物、处理工业固废;研究固体氧化物燃料电池开发利用技术,在电池组内对CO₂催化、转化、矿化再能源化,实现循环利用、零碳排放;研究CO₂ 催化转化制甲醇等碳转化技术,将CO₂ 作为原料,推进CO₂ 资源化利用;将废弃煤矿地下空间碳封存、CO₂ 矿化发电、CO₂ 制备化工产品、与煤矿区生态环保深度融合的碳吸收等新型用碳、固碳、吸碳技术作为优先突破方向。

5. 转变能源“双控”政策要求,以政策倒逼技术进步

我国的现代化水平同发达国家相比还有较大差距,现代化进程的持续推进仍需要较大的能源消费支撑。为降低碳排放,“一刀切”限制能源生产和消费,过早过紧控制能源消费总量和强度,将会影响经济持续增长,影响我国现代化如期实现。为实现减排不减生产力的目标,应将控制能源消费总量和强度的“双控”政策,转变为控制能源消费碳排放和提高能源利用效率的新“双控”政策,引导和倒逼碳减排技术进步,促进碳中和技术自立自强。

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