院士说丨丁仲礼:碳中和对中国的挑战和机遇

文/丁仲礼

中国科学院院士,十三届全国人大常委会副委员长,

民盟中央主席,欧美同学会会长

一、中国的二氧化碳排放历史和现状

广东省珠海市的海上风力发电场 视觉中国/供图

二、碳中和的基本逻辑和技术支撑

(一)“发电端”之要在构建新型电力系统

(二)“能源消费端”之要在电力替代、氢能替代以及工艺重构

(三)“固碳端”之要在生态建设

位于伊吾县淖毛湖镇戈壁滩上的新疆首座光热发电站——哈密 50 兆瓦熔盐塔式光热发电站 视觉中国 / 供图

三、中国碳中和需制定分阶段实施方案

在已有的经济社会发展逻辑之下,不管是由于技术上不具备还是经济上不合算,到本世纪中叶,一定会产生一部分“不得不人为排放”的二氧化碳。因此,我们在对标碳中和时,首先要搞清楚一个问题:我们减排到什么程度,即可达到碳中和?

过去的全球碳循环数据表明,人为排放二氧化碳中的54%被陆地和海洋的自然过程所吸收,假定未来几十年碳循环方式基本不变,尤其是海洋吸收23%的比例不变,则各国排放的留在大气中的46%那部分应该是“中和对象”。但事实上,陆地吸收的31%,一部分是通过生态过程,一部分是通过其他过程,二者之间的比例目前尚未研究清楚。根据相关研究,2010—2020年间我国陆地生态系统每年的固碳量为10亿—13亿吨二氧化碳。一些专家根据这套数据采用多种模型综合分析后,预测2060年我国陆地生态系统固碳能力为10.72亿吨二氧化碳/年,如果增强生态系统管理,还可新增固碳量2.46亿吨二氧化碳/年,即2060年我国陆地生态系统固碳潜力总量为13.18亿吨二氧化碳/年。

根据以上分析,如果我国2060年排放25亿—30亿吨二氧化碳,则海洋可吸收5.75亿—6.9亿吨,生态建设吸收13亿吨,陆地总吸收的31%中,生态吸收以外的其他过程如果占比17%,则为4.25亿—5.1亿吨,那么吸收总数将在23亿—25亿吨之间;在此基础上,如果发展5亿吨规模的CCUS技术固碳,则大致能达到碳中和。

如果我们将2060年“不得不排放”的二氧化碳设定为25亿—30亿吨,则需要在目前100亿吨的基础上减排70%—75%,挑战性非常之大。这就需要制定分阶段减排规划。理论上讲,我国可考虑“四步走”的减排路径,从现在起用40年左右的时间达到碳中和目标。

第一步为“控碳阶段”,争取到2030年把二氧化碳排放总量控制在100亿吨之内,即“十四五”期间可比目前增一点,“十五五”期间再减回来。在这第一个十年中,交通领域争取大幅度增加电动汽车和氢能运输占比,建筑领域的低碳化改造争取完成半数左右,工业领域利用煤+氢+电取代煤炭的工艺过程完成大部分研发和示范。这十年间增长的电力需求应尽量少用火电满足,而应以风、光为主,内陆核电完成应用示范,制氢和用氢的体系完成示范并有所推广。

第二步为“减碳阶段”,争取到2040年把二氧化碳排放总量控制在85亿吨之内。在这个阶段,争取基本完成交通领域和建筑领域的低碳化改造,工业领域全面推广用煤/石油/天然气+氢+电取代煤炭的工艺过程,并在技术成熟领域推广无碳新工艺。这十年,火电装机总量争取淘汰15%的落后产能,用风、光资源制氢和用氢的体系完备并大幅度扩大产能。

第三步为“低碳阶段”,争取到2050年把二氧化碳排放总量控制在60亿吨之内。在此阶段,建筑领域和交通领域达到近无碳化,工业领域的低碳化改造基本完成。这十年,火电装机总量再削减25%,风、光发电及制氢作为能源主力,经济适用的储能技术基本成熟。据估计,我国对核废料的再生资源化利用技术在这个阶段将基本成熟,核电上网电价将有所下降,故用核电代替火电作为“稳定电源”的条件将基本具备。

第四步为“中和阶段”,力争到2060年把二氧化碳排放总量控制在25亿—30亿吨。在此阶段,智能化、低碳化的电力供应系统得以建立,火电装机只占目前总量的30%左右,并且一部分火电用天然气替代煤炭,火电排放二氧化碳力争控制在每年10亿吨,火电只作为应急电力和承担一部分地区的“基础负荷”,电力供应主力为光、风、核、水。除交通和建筑领域外,工业领域也全面实现低碳化。尚有15亿吨的二氧化碳排放空间主要分配给水泥生产、化工、某些原材料生产和工业过程、边远地区的生活用能等“不得不排放”领域。其余5亿吨的二氧化碳排放空间机动分配。

“四步走”路线图只是一个粗略表述,由于技术的进步具有非线性,所谓十年一时期也只是为表述方便而划分。

内蒙古草原上风力涡轮机和太阳能电池板(无人机视角)

视觉中国 / 供图

四、实现碳中和需发挥我国的制度优势

2060年实现碳中和,对我国固然是一个非常严峻的挑战,但我们也应看到,这中间蕴含着巨大的机遇。

首先,我国尽管煤炭资源相当丰富,但油气资源不足,大量进口油气资源又面临地缘政治上的风险,而煤炭作为一种十分宝贵的资源,当作燃料用于发电、供热,确实是“大材小用”,况且煤炭燃烧时所排放的硫化物、硝化物和粉尘对大气环境有明显破坏作用。我国如能够大规模利用可再生能源而逐渐摆脱对煤炭的依赖,将在资源和环境两大方面收获实实在在的好处。

其次,我国的风、光资源相当丰富,有专家曾做过测算,如果能把鄂尔多斯高原、阿拉善高原、柴达木盆地这60多万平方千米的干旱区的一半区域覆盖上太阳能电池板,就能够满足全国的能源需求。实践证明,太阳能电池板安装以后,对干旱区的生态恢复大有帮助。也就是说,在干旱区建太阳能发电站,将在清洁能源和生态恢复两方面获得效益。

再次,我国在非碳能源领域的技术相对先进,包括太阳能发电技术、核能技术、储能技术、特高压输电技术等。举个例子,一些国家对我国的太阳能电池板设置100%的关税,一方面说明他们实施贸易保护主义,违反WTO规则;另一方面则说明了我们在这个领域中的绝对领先地位。在全世界的绿色转型大潮中,我们的绿色技术将支撑新兴产业的发展,成为经济增长的新动能,并为我国的民族复兴大业提供强大助力。

因此,实现碳中和,并不全是国际社会强加于我们的事情,也是我国经济社会发展到一定程度之后的内在要求。当然,在这样广泛而深远的绿色转型中,我们一定要自己掌握自己的节奏,不能引起能源短缺危机;同时,也要使能源的价格保持在相对低廉的水平,既给老百姓的生活带来真真切切的便利,又能使我们的制造业继续在世界上保持足够竞争力。

碳中和要求经济社会大转型,涉及广阔的领域,需要在党和政府的坚强领导下,发挥出全国一盘棋的体制性优势。其中,有三个方面需要做好协调。

一是统筹全国的研发力量,形成一个完整的、有足够竞争力的研发体系。从前面的介绍即可看出,碳中和说到底是技术为王,只有靠先进的技术才能获得产业的竞争力。我国有一支庞大的围绕绿色产业的科技研发队伍,各个领域都有专门人才和研究团队。未来我们需要进一步协调和优化的工作是在国家规划目标的引领下,把这些团队和人才组织起来,把不足的研发短板补齐,形成一个以目标为导向的研发网络或责任体系,从而支撑与碳中和相关的产业健康有序发展。

二是在向碳中和目标挺进的过程中,政府和市场要做好协调,扮演好各自的角色,从而做到“两只手”均发挥出最大效能。据估计,我国实现碳中和,需要百万亿人民币数量级的投资,绝非政府一家能够单独提供,投资主体还是应该来自市场。但在引导投资过程中,政府可在法律、行政法规、税收、补贴、产业政策、碳配额投放、绿色金融政策等方面发挥十分有力的作用。回想十几年前,我国政府以《可再生能源促进法》为依据,推动光伏发电、风力发电、储能技术、电动汽车等产业的迭代进步,现在已收到十分明显的成效。以光伏发电为例,十年前尚需对上网电价提供高额补贴,现在已经可以竞争平价上网。这是政府和市场形成合力的典型案例,也是我们未来必须坚持发挥的体制优势。

三是在构建人类命运共同体的旗帜下,做好国际合作。技术、产业都需要开放的环境,都需要在交流的过程中发展进步,因此在政府的推动下,做好科技界和产业界的国际合作工作,是我国实现碳中和的重要保证。

来源:《中国新闻发布》杂志(实务版)第001期 创刊号中国关键词栏目

原标题:《院士说丨丁仲礼:碳中和对中国的挑战和机遇》