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清华李政:可再生能源和传统化石能源的发展不是谁消灭谁!

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作者|李政(清华大学气候变化与可持续发展研究院常务副院长、教授,清华大学低碳能源实验室主任) 

碳达峰、碳中和是我们这个时代的热词。今天我想从气候变化开始讲,因为气候变化实际上是我们人类社会所面临的挑战,影响了我们人类社会的可持续发展,我们真正应对的目标是气候变化,而碳达峰、碳中和是应对气候变化的手段和途径,这是其中的逻辑。

尽管我们现在还跟疫情做斗争,但是应该意识到疫情还是紧急发生的相对短时期的一个危机,而气候变化是人类面临更深层次的、更长期的危机 因为气候变化影响的是我们赖以生存的环境,我们所有的知识、感觉、判断依据是环境,气候变化改变的是我们的环境,所以它的影响是深远的。

很多人会认为气候变化离我们很遥远。最近几年,尤其最近一年来大家体会到极端气候在频繁地发生,气候变化已经不再是一个遥远的危机,实际上是很紧迫的,在我们身边的危机 

举几个例子,德国的“世纪洪水”被认为是近500-1000年以来德国面临最大的严重灾难。今年(2021年)7月18号默克尔总理视察灾情,说洪水造成的后果,在德语词汇里找不出德语词汇能描述其严重程度。不仅在欧洲,在我们身边,郑州洪水造成了巨大危害。在遥远的美国,南加州的山火蔓延了很长时间,另一边,纽约下大雨,和郑州一样,也造成了一些人员伤亡。这告诉我们气候变化是现实的、紧迫的危机。

面对气候变化,如果我们听之任之,地球将会有灾难性的后果;如果我们主动采取行动,可以把危害控制在一个可以承受的范围之内。手段就是要去控制碳,以二氧化碳为代表的温室气体是造成的气候变化的原因,所以要碳达峰、碳中和,碳达峰、碳中和已经成为全球的广泛共识。

巴黎协定》是大家都很熟悉的一个协定。目前为止已经有190个缔约方签署了《巴黎协定》,它代表了全球最普遍的国家和人民。《巴黎协定》实际上设定了一个长期目标。气候变化已经发生,现在我们一方面适应,增强我们的能力,增加我们的弹性;另一方面,我们要去减缓。这两个不可缺少,我们在讲减缓的时候不要忘记了适应。《巴黎协定》所设的目标是到本世纪末,2100年地表平均气温要比工业革命前水平升高控制在2度以下,争取控制在1.5度以下。1.5度现在是目前焦点的问题,出处就是《巴黎协定》。《巴黎协定》也规定了碳达峰、碳中和的路径,就是要尽快的实现全球温室气体的排放峰值,尽快在本世纪下半叶实现温室气体源的人为排放与碳汇的吸收间的平衡。大家注意到,我们讲碳达峰、碳中和不仅仅是碳,实际上是温室气体在起作用。从真正的含义来讲,碳中和要实现温室气体源的人为排放和碳汇的吸收之间的平衡。

到今年的一季度为止,超过全球排放占比70%以上的国家都已经承诺碳中和的目标,这是一个全球广泛的共识。在中国,碳达峰、碳中和已经成为坚定的发展方向,已经纳入了国家总体发展规划。抓铁有痕、踏石留印。简单的讲,尽管我们要付出一些成本,气候变化使得全球各个国家凝聚低碳发展的新共识,经济的发展和经济的竞争进入一个新的轨道,碳达峰、碳中和顺应全球的低碳发展大势,倒逼中国经济走向高质量发展道路。目标很远大、很诱人,但是实施起来难度很大,一方面是因为时间很短;另一方面是产业结构,产业结构不合理、偏重,能源结构偏煤,这是我们面对的困难。

进一步解释,未来要走的道路很艰难。一方面,两个一百年,国内国民经济的发展目标要满足;另一方面,国际上实现国际的承诺要兑现,也是跟《巴黎协定》一致的目标。我们的难度是国内目标和国际目标两个目标同时实现。从战略角度来讲采用了“两步走”的战略,第一步通过提高国家自主贡献的目标,确保2030年之前实现碳达峰。大家知道习主席2020年9月22号做的承诺,把自主国家贡献(NDC)目标从非化石能源占一次能源消费比重从20%提到25%。另外,如果要想国内和国际两个目标同时实现的话,达峰之后还要再更进一步加强力度,进一步加速,实现与《巴黎协定》规定的2度和1.5度目标一致的长期深度减排的路径。什么叫深度减排?按照2度的目标点来看,跟2020年的排放水平相比,我们定的二氧化碳排放要减少80%;如果是1.5度的目标,二氧化碳的排放要减少100%。

不光是碳在起作用,实际上整个温室气体都在起作用。除了二氧化碳,还有大量的非二氧化碳的温室气体也要采取措施减排,到2050年整个温室气体按照2度和1.5度的目标对应,分别要减少70%-90%,这样2060年余下的部分通过再进一步减排,甚至实现负的排放,到2060年实现碳中和,这是一个非常艰巨的任务。应该说这个路径是非常难实现的,而且越往下越难,所以不仅需要决心和勇气,还需要大的技术创新。

要想实现碳中和目标,一会儿我会讲能源的问题,从能源供应侧到能源需求侧都需要做大的改变。不光是能源的问题,工业、非二氧化碳相关的农业、交通、建筑部门等等都要进行工作。

能源转型问题。能源的使用是二氧化碳排放主要的来源,要想实现碳中和,首要任务是能源系统要深刻变革。能源转型也好,能源革命也好。我们需要从能源说起。目前全世界85%的一次能源消耗都是化石能源,都是排碳的,对于中国来讲,也是差不多,现在是百分之八十四点几的样子。我们要从能源的来源减少化石能源的使用,同时提高非化石能源的来源,另外从中间转化环节要去改变炼焦、炼油。到末端的产业、供应过程和使用能源结构都需要大的转变。尤其是电力的改变,中央提出来要建设以新能源为主体的新型电力系统。一句话来描述,由目前以化石能源为主的能源系统变革成一个未来以非化石能源为主体的能源系统,这是一个非常艰巨的任务。

这个任务艰巨到什么程度呢?按照我所在的清华大学气候变化研究院做的长期战略研究,按照刚才讲的2度目标点,到2025年非化石能源占比要达到70%;如果按照1.5度目标,2025年非化石能源占比要达到85%。

根据我们在中央宣布政策之前做的研究,原来的发展惯性和强化政策情景的延续都不足以实现《巴黎协定》里面规定的2度目标。我们现在是马上就加速,还是延迟了之后准备更好一点再往下走?研究表明,早行动更加充足主动,成本会低;晚行动带来的成本会更高。

1.5度要求就更高,甚至要求到2045年、2046年的时候,电力系统就要达到近零的排放,这是整个大的轨迹。要想实现这样的轨迹,就要大力地发展非化石能源,尤其是风能和太阳能可再生能源。我们研究了四类情景,前两类情景就是强化政策情景,后两类情景是2度情景和1.5度情景。

我重点说后面两个情景,分别对应的发电装机容量是55亿千瓦和65亿千瓦,我们当前装机容量大概是20亿千瓦,也就是说我们要增加到2.5-3倍,其中来讲核能、水电、风能、太阳能装机占比量达到93%左右,占绝大多数的容量。化石能源可以连续稳定工作,煤电冗余量可以减少非常多。而可再生能源有间歇性,一方面有它的环境的好处,但是另一方面从技术上是有缺陷的,所以要储能,同时要有灵活可调节的能量。从发展战略来讲,关于怎么样发展煤电,保留化石能源和发展新能源之间的关系,大家争论很多,需要做更进一步的研究。

总的来讲,从碳的角度来讲,化石能源的容量尤其发电量要受到限制。解决问题的办法是是碳捕集和埋存(以下简称“CCS”)以及生物能源的碳捕集和埋存(BECCS),这两个能够把化石能源所排放的碳量捕集起来,与大气隔绝。这样就可以保留一部分化石能源的需求,让它来支撑非化石能源的运行。总的来讲,一方面,未来55亿千瓦、65亿千瓦非化石能源装机占大多数,保留多少化石能源的容量取决于整个系统的需求。另一方面,要去对保留的部分采用措施,让它尽可能少排碳。发电量方面,未来非化石能源装机容量占93%,发电量占到90%以上,其中50%-60%的比例来自于太阳能、风能。

未来的新型电力系统特征有很多,其中最主要的特征是大量不稳定性的可再生新能源装机容量。这样一方面需要发展CCS技术,另一方面发展储能的技术,以及长距离输电的技术。这个电力系统是非常复杂的,很多人讲风能、太阳能的成本已经比煤电低很多了,这个话对也不对,从单元技术来讲单位装机容量的投资成本降低了,但是应用新能源所需要的成本不仅仅是单元技术的成本,整个系统的成本是很高的,系统要投很大的成本,我现在表达的是我们需要大量的储能,需要稳定性的技术,所以要长期保证大的投资。

对于可再生能源发展,大的方向是很清楚的,但并不是简单的此涨彼消的过程,这里面有牵连,真正的智慧在于怎么样在碳中和过程里巧妙处理好可再生能源发展和传统化石能源配合的节奏,实现我们的目标。这是真正的问题所在,而不是谁消灭谁,或者让谁一夜之间消失的问题,因为有技术上可行性的约束、有经济效率的约束。

最后,“十四五”是一个关键期和窗口期,“十四五”“十五五”是关键期。碳达峰、碳中和是为了一个目标,在一个过程中两个相互关联的阶段。它们的辩证关系是此快彼快、此低彼易、此缓彼难,要点是要把握好传统能源和非化石能源发展的节奏。一方面不能拖,要有积极的态度努力发展;另一方面不能急,不能违反客观规律,还要注意安全性保障的问题。

对于碳达峰的重点来讲,可再生能源电力实际上是个牛鼻子。“十四五”“十五五”能源需求的增量,如果主要是由非化石能源,或者全部是由非化石能源来满足的话,这样实现碳中和就会看得更清楚。另外要未雨绸缪,距离达峰还有10年左右的时间。这10年左右的时间,一方面要处理达峰的问题,另一方面要去为未来的技术研发做好技术创新的工作,需要深度减排的时候我们的技术已经准备好了。这样的话,知难而上,只争朝夕,这是我对这两个时间窗口的描述。

(整理自2021年9月16日李政在清华五道口“碳中和经济”论坛—全球碳中和与能源变革的发言,未经过本人确认。)

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