首页 > 能源 > 新能源 > 正文

碳中和,技术“先手棋”如何落子

文章来源:
字体:
发布时间:2021-07-24 14:25:47

碳中和,技术“先手棋”如何落子 


内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗的一名工人为天骄绿能50万千瓦光伏发电项目安装光伏板。新华社发

浙江省德清县新安镇舍西村,工作人员在检查村民屋顶的太阳能光伏板并网发电情况。新华社发

华电福清海坛海峡海上风电项目的首台主控系统国产化机组。新华社发

【我看碳中和】

7月16日,发电行业全国碳排放权交易市场正式上线。这意味着,支持我国“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”的目标愿景实现的重要工具快速落地。国务院常务会议指出,这一设立支持碳减排货币政策工具的举措,将以稳步有序、精准直达的方式,支持清洁能源、节能环保、碳减排技术的发展。

正如中国工程院院长李晓红所言,“碳达峰碳中和是一场关于新技术、新市场的赛跑,是中国第一次真正意义上在变革中与发达国家同场竞技。”

在许多业内专家看来,严控化石能源、大力发展非化石能源、优化产能结构……在实现碳达峰碳中和的一个个“小目标”中,首先迎来的将是一场技术革命。在能源、电力、交通、环保、生态乃至建筑等多个领域,科技创新这招“先手棋”如何谋篇落子,将是这场“大考”的开局关键。

能源深度转型凸显技术依赖

从20世纪90年代初签署《联合国气候变化框架公约》开始,在减碳方面,我国作出了持续的努力。与1990年相比,2020年我国单位GDP二氧化碳排放强度降幅超过90%。煤炭在一次能源中所占的比例,从1990年的76.2%下降到了2020年的57.7%。非化石能源占比稳步上升,到2019年已超过15%。

减碳也同时支持了PM2.5浓度的大幅降低。从2013年开始,国家大幅度推进治理大气污染行动,到2020年,全国300多个城市PM2.5的平均浓度下降了46%。大气污染治理和减碳行动取得了协同增效的成果。

“然而,如果我们还延续过去以末端治理为主的控制路径,那么未来十年,我们减排大气污染物的潜力将基本耗尽。”中国工程院院士、清华大学环境学院教授贺克斌说,“因此,我们选择在碳中和目标下,实现深度能源转型。”

贺克斌介绍,据测算,我国2020年二氧化碳总排放量约104亿吨,到2030年前达峰,预计达到110亿吨左右,仅略有增长。而我国的碳汇能够吸收碳的能力大概是10亿吨左右。由此推算,如果要在2060年前实现碳中和,则意味着超过90%的碳排放量要减下来。作为碳排放的绝对“主力”,“解绑”化石能源依赖势在必行。

“这凸显出未来对技术的依赖和需求。”贺克斌指出,截至2020年年底,已经有100多个国家或地区提出了碳中和承诺。在这一目标推进下,世界经济发展将从资源依赖型向技术依赖型转变。

他分析,目前,全球经济高度依赖化石能源,但是化石能源的地域分布极度不均匀。例如,煤炭储量最多的前五个国家拥有全球煤炭75%的储藏量。这使得拥有资源的国家在发展上存在明显优势。然而,在碳中和的目标要求下,各国将大幅度提升非化石能源的比例,如风能、太阳能、水能和核能。其中,风能、太阳能占比相对更高。而全球风、光资源分布相对均匀,因此,“谁能够更好地掌握抓取风、光资源,即开发出大规模应用风电、光伏电的领先技术体系,谁就获得了长期经济发展支撑能力的提升。”

而这个备受依赖的技术体系,恰好是一个新生的竞技场。国际能源署IEA2021年作出的技术评估显示,在全球能源行业的路线图里,2050年实现碳净零排放的关键技术中,尚有50%未成熟,如智能充电技术,需要进一步研发提升。“在碳中和问题上,‘技术为王’将得到充分体现,谁在技术上走到前面,谁就会在未来国际竞争中取得优势。”中国科学院院士丁仲礼说。

节能提效前沿技术需求迫切

不久前,在宁夏的茫茫戈壁上,全球最大的太阳能电解水制氢项目正式投产。在前沿技术的“加持”下,通过太阳能生产电能,通过电解水制取出氢和氧,再用氢替代煤作为原料、氧替代煤作为燃料,直供化工系统生产聚乙烯等上百种高端化工产品,这里形成了一条完整的碳中和产业链。

在中国工程院院士杜祥琬看来,这样的技术变革将随着碳中和的推进发生在经济社会的方方面面,其中,节能、提效是战略之首。杜祥琬介绍,在节煤方面,有赖不断迭代的技术支持,我国煤电发电煤耗有望降至289克标准煤/千瓦时,燃煤工业锅炉将采用高效、低排放的煤粉炉,热效率可由65%提升至90%,钢铁、建材、化工等单位产品煤耗也应达到国际先进水平,居民和服务业燃煤炉灶也将推广采用热效率70%以上的新型炉灶,“经计算,以上每一项均可有效节约1亿吨以上的标准煤。”

发展非化石能源,风能、光能、水能、核能也将逐步走上电力主场。目前,我国水电、风电、光伏发电累计装机容量均居世界首位,在技术应用上已相对成熟。“从成本上看,水电、风电明显比火电便宜,太阳光伏发电的成本目前已不到煤炭发电成本的三分之一,这些可再生能源的竞争性可谓突飞猛进。”中国社科院学部委员、国家气候变化专家委员会委员潘家华说。

然而,我国目前的电力系统仍是基于传统的交流电网,发电不论是基于水电还是火电,都是可控的。未来若大规模使用风、光等发电能源,由于其受天气、季节、昼夜影响,虽取之不尽,但发电量的不确定性也大大增加,这就催生了对高度智能化、可调控的电网或虚拟电厂和先进储能设备系统的迫切技术需求,更有望拉动相关产业的迅速发展。

此外,生物质能也展现出一定的能源潜力,亟待技术开发。中国工程院院士、清华大学建筑学院教授江亿介绍,我国可开发的生物质能源共有8亿吨标准煤当量,但还远远未得到利用。具体包括麦秸、玉米秸、稻草等农业秸秆,果木、落叶等林业枝条,牲畜粪便和农副产品加工垃圾、餐厨垃圾等。通过技术创新,我们可对这些生物质材料进行商品化能源加工,如压缩颗粒供清洁燃烧、用作可替代木炭,压缩成块供工业锅炉焚烧和发电,此外,还可建设大型沼气池,得到纯度达95%以上的甲烷燃料。

加快提升低碳环保技术优势储备

紧随能源、电力,交通和建筑行业的减排技术需求同样迫切。贺克斌介绍,以电或氢代油,新能源汽车产业将得到进一步大力发展,并将成为未来消纳风电、光伏发电能力的重要途径,具备双向充放电功能。为适应未来高比例的风电、光伏电力,城市建筑“光储直柔”配电的建设和改造也将逐渐推开。江亿指出,经过测算,我国城镇建筑屋顶光伏可开发量为8.3亿千瓦,这些电力可满足城镇建筑自身用电的30%~40%。同时,连接智能充电桩与电动汽车,建筑内部配电也将改为直流系统,由此成为电力的柔性负载。

排放端发力,固碳端同样不能落后。根据承诺,中国将在2060年前通过植树造林、碳捕集和封存利用、海洋吸收等形式抵消自身产生的二氧化碳排放。中科院上海高等研究院研究员魏伟表示,通过碳捕集利用和封存即CCUS技术来吸收二氧化碳,已是全球减排不可或缺的技术选择。我国碳捕集部分技术已达到和接近达到商业化应用阶段,也已形成了相关技术发展路线图。

国家海洋局局长王宏透露,为助力“双碳”目标实现,我国已组织开展专项调查评估,摸清了红树林、盐沼、海草床三大蓝碳生态系统本底,并正在推进海洋微生物碳泵、渔业碳汇研究。此外,陆地生态系统固碳现状测算、陆地生态系统未来固碳潜力分析也有待科技界下一步重点研究。

“放眼未来,新的变革必将孕育全新的科学技术和工程,必须加快前沿研究,抓紧部署低碳前沿技术研究,加快推广应用减污降碳技术,提升我国在低碳环保领域的技术优势和储备。”李晓红建议。

记者了解到,针对碳中和问题中的科技需求,中国科学院学部已设立重大咨询项目“中国碳中和框架路线图研究”,目标是设计初步路线图,“先给出一个框架性建议,供科技界讨论、修正、完善。”丁仲礼说,我国学术界应该秉持开放的态度,广泛参与,发挥出想象力和创造力。

“碳达峰、碳中和将带来一场由科技革命引起的经济、社会、环境的重大变化,其意义不亚于三次工业革命。”科技部部长王志刚表示,兼顾经济社会可持续发展与碳中和目标实现,必须依靠科技创新,以全面实现循环型零碳社会的变革性重构。