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碳中和目标下的中国能源发展战略及举措思考丨Engineering
时间:2022年05月23日 来源:中国工程院院刊《Engineering》2021年第12期 点击量:8228 分享:

本文选自中国工程院院刊《Engineering》2021年第12期

作者:苏义脑,戴厚良,匡立春,刘吉臻,顾大钊,邹才能,黄海霞

来源:Contemplation on China’s Energy-Development Strategies and Initiatives in the Context of Its Carbon Neutrality Goal[J].Engineering,2021,7(12):1684-1687.


编者按

气候变化已成为全球性的非传统安全问题,实现“碳中和”是时代命题,关乎全人类未来发展。我国近88%的二氧化碳排放来自能源系统,为实现碳减排目标,需要通过提高能效、减少煤炭使用以及大幅增加清洁能源比例等措施实现自身快速、深度转型,实现能源绿色低碳转型,支撑“双碳”目标如期实现。

中国工程院苏义脑院士、戴厚良院士、刘吉臻院士、顾大钊院士等在中国工程院院刊《Engineering》2021年第12期发表《碳中和目标下的中国能源发展战略及举措思考》一文。文章分析了我国能源消费与碳排放基本形势,立足基本国情和资源禀赋,提出了“碳中和”目标下我国能源发展的战略思路与实施举措。文章指出,要牢固树立安全发展和“节能是第一能源”两大理念,坚持节能与提效“双轮驱动”,坚持供给与消费“两端发力”,强化顶层设计,实施节能、去碳、创新、提效、应急、支撑“六大系统工程”,加快推进能源消费结构由以煤炭为主的“一大三小”向以新能源为主的“三小一大”转型,加速构建清洁低碳、安全高效的智慧能源体系,支撑中国如期实现“碳达峰、碳中和”目标。

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一、引言

气候变化已成为全球性的非传统安全问题,实现“碳中和”是全球大势、时代命题,关乎全人类未来发展。目前,全球已超过137个国家提出“碳中和”目标或愿景,中国也在2020年9月做出力争实现2030年前“碳达峰”、2060年前“碳中和”的庄严承诺。

人类活动排放的二氧化碳是温室气体主要来源,而化石能源燃烧则是人类活动排放二氧化碳的主要活动方式。2020年能源相关的二氧化碳排放约占全球二氧化碳排放总量的87%。资源禀赋与技术优势差异,决定世界各国低碳转型路径不同,但总体呈现“减煤、稳油、增气、大力发展可再生能源”的态势。中国是全球最大的能源生产国、消费国和二氧化碳排放国,近88%的二氧化碳排放来自能源系统,为实现“碳中和”目标,需要通过提高能效、减少煤炭使用以及大幅增加清洁能源比例等措施实现自身快速、深度转型。中国必须发挥新型举国体制优势,强化政府引导,深化体制改革,加大科技创新,加快推进能源绿色低碳转型,支撑“碳达峰、碳中和”目标如期实现。

二、中国能源消费与碳排放基本形势

中国能源消费和二氧化碳排放总量较大、单位GDP能耗偏高。据统计数据,中国能源消费总量、二氧化碳排放量分别于2009年、2005年超过美国,成为全球第一大能源消费国、第一大二氧化碳排放国。2020年一次能源消费量达到49.8亿吨标准煤、二氧化碳排放量达到99亿吨,分别占全球能源消费总量的26%和二氧化碳排放量的31%。受产业结构偏重、能源结构偏煤、生活用能刚性增长等客观因素影响,中国单位GDP能耗较高、碳排放偏大,2020年单位GDP能耗3.4吨标准煤,是全球GDP能耗平均值的1.5倍,是主要发达国家单位GDP能耗的2~4倍;单位GDP二氧化碳排放量为6.7吨,是全球单位GDP二氧化碳排放量平均值的1.8倍,是主要发达国家单位GDP二氧化碳排放量的3~6倍(图1)。但是,中国历史人均累计碳排放量低于世界平均水平,远低于美国、英国、法国等发达国家。

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图1 2020年主要国家单位GDP能耗和二氧化碳排放量。

中国能源消费和二氧化碳排放逐渐进入平台期。近年来,随着中国全面深化改革、推进经济高质量发展,能源消费增速明显放缓,能源结构持续优化,煤炭消费占比由2011年的70.2%下降至2020年的56.8%,非化石能源的消费占比由8.4%上升至15.9%,二氧化碳排放也渐入平台期。据统计,2014—2020年,中国能源消费年均增长1.16亿吨标准煤、二氧化碳排放年均增长0.94亿吨,远低于2002—2013年的水平(2.18亿吨标准煤和4.77亿吨)(图2)。特别是天然气、核电、水电、风电、光伏发电等清洁能源消费占比快速上升,新增单位能源消费的二氧化碳排放已由2002—2013年的每吨标准煤产生2.18吨二氧化碳,降至2014—2020年的每吨标准煤产生0.81吨二氧化碳。

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图2  我国能源消费和二氧化碳排放量变化趋势。

推进能源绿色低碳转型发展是落实国家能源安全新战略、实现“碳中和”目标的迫切需要和重要抓手。当前,我国能源结构绿色低碳转型面临高碳能源消费占比高、碳排放强度强、化石能源资产过早搁置损失大、资源型城市转型难度大、传统能源行业人员再就业负担重,以及能源技术总体滞后于能源转型目标等一系列转型难题,实现“碳达峰、碳中和”目标,与欧美发达国家相比,时间更短、任务更重,需要走中国特色能源转型发展之路。

三、碳中和目标下中国能源发展战略与举措

(一)战略思路

立足基本国情和资源禀赋,牢固树立安全发展和“节能是第一能源”两大理念,坚持节能与提效“双轮驱动”,坚持供给与消费“两端发力”,强化顶层设计,实施节能、去碳、创新、提效、应急、支撑“六大系统工程”,加快推进能源消费结构由以煤炭为主的“一大三小”(煤炭占比大于50%,石油、天然气、新能源三者占比均小于20%)向以新能源为主的“三小一大”( 煤炭、石油、天然气三者占比均小于20%,新能源占比大于50%)转型,加速构建清洁低碳、安全高效的智慧能源体系,支撑中国如期实现“碳达峰、碳中和”目标。

(二)三个阶段

1. 2021—2035年——化石能源渐入峰值平台

加快推进煤炭清洁减量利用、石油稳健发展、天然气快速发展以及新能源加速发展,加大百万吨级碳捕集、利用和封存(CCUS)攻关示范与加快煤电灵活性改造,基本建成化石能源储备体系。2035年,煤、石油、天然气和非化石能源占比分别为39.7%、15.8%、13.5%和31.0%。

2. 2036—2050年——非化石能源加速替代

煤炭减量利用加速,同时做好兜底保供;石油稳步减量利用;天然气规模稳步发展;加大CCUS推广应用。煤电逐渐成为灵活调峰电源。2050年,煤、石油、天然气和非化石能源占比分别为15.6%、11.7%、13.8%和58.9%。

3. 2051—2060年——“零碳”新能源渐成主体

高碳的煤炭、石油逐步回归原料属性,低碳的天然气成为新能源大规模利用的最佳伙伴,实现CCUS大规模商业化应用,实现氢能在难减排领域的规模应用,智慧能源系统与能源储备系统全面建成。2060年,煤、石油、天然气和非化石能源占比分别为7.1%、7.3%、12.4%和73.2%。

(三)六大系统工程

1. 节能工程

强化意识节能,突出结构节能,做精技术节能,做实管理节能,推动能源消费节约高效。要加强“节能是第一能源”理念宣传,变“要我节能”为“我要节能”;加快压减高耗能产业,有序推进产业结构调整与转型升级;加大新一代数字技术、信息技术与能源行业深度融合,依靠技术创新推进行业用能效率提升;建立健全节能提效法律法规,强化政府示范,加大奖惩力度。

2. 去碳工程

强化减碳、用碳、替碳、埋碳四类去碳举措,推动能源行业先行“碳中和”。立足节约能源和提高能效两大抓手,大幅提升用能效率和清洁能源利用比例,实现降能耗、减碳排;坚持人工用碳与生态吸碳相结合,推进二氧化碳直接制化学品技术的应用,增强生态系统吸碳固碳能力与规模;积极推动光电、风电、水电等“绿电”对火电的替代,加大“绿氢”对“蓝氢”“灰氢”的替代;发挥石油工业在埋存空间、技术与运营经验等方面的优势,大力发展CCUS等负排放技术;利用地下即将枯竭油田与气田群等,力争形成年埋存二氧化碳10亿吨级左右的能力。

3. 创新工程

突出颠覆性技术研发,建立基于大数据、云计算、人工智能等的风光发电与智能调控技术,大力发展安全高效的低成本氢能技术与高效率、长寿命、低成本的不同规模的先进储能技术,加快小型可控核聚变技术攻关,推动能源供应尽早实现“近零”。

4. 提效工程

加速推进“能”与“源”分离,让化石能源尽快回归材料属性。充分利用新一代数字化、智能化信息技术,加快构建“源网荷储一体化”协同配置、多能互补、多网融合、双向响应的智慧能源生态系统;支持和鼓励各类能源主体自主接入能源系统、双向参与能源市场交易,促进能源利用效率和服务水平大幅提升。

5. 应急工程

强化天然气储备,发挥天然气能源低碳转型“最佳伙伴”和可再生能源规模开发利用“稳定器”作用;储备足够的石油应急量,增强应急保障能力;保持煤炭底线储备,将煤炭作为未来中、长、远期应急保供与极端条件下的战略储备资源,保留必要比例的生产能力储备;充分利用数字化智能化技术,加快中国特色能源储备和应急保供体系建设。

6. 支撑工程

完善以碳市场为核心的法律法规,建立多源、多级、差异化财税支持体系;加快全国碳排放权交易市场建设,探索建立“碳市通”境内外交易体系;探索建立绿色金融改革实验区,鼓励金融机构参与碳市场交易,丰富交易品种。

四、结论

作为“碳达峰、碳中和”目标实现的关键,能源行业要准确把握世界能源转型发展大势,客观认识我国“富煤、油气不足、新能源丰富”的资源禀赋,坚定不移走中国特色的能源转型发展之路,充分发挥光电、风电、水电、智能电网等技术优势与产业优势,加快推进能源消费由以煤炭为主的“一大三小”向以新能源为主的“三小一大”转型,支撑中国如期实现“碳达峰、碳中和”目标。

注:本文内容呈现略有调整,若需可查看原文。

作者介绍

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苏义脑,油气钻井工程专家,中国工程院院士

长期从事油气钻井工程技术研究与应用,在定向井、丛式井、水平井等方面有较深造诣。在钻井力学、轨道控制、井下工具和井下控制工程研究中多项创新成果居国际先进水平,形成体系用于生产效益显著。创造性地把工程控制论和航天制导技术引入钻井工程,开拓新领域,提出井下控制工程这一新概念并做开拓性基础研究;主持研制P5LZ四大系列导向钻具和空气螺杆钻具,主持导向钻井工艺技术、高陡构造防斜打快技术研究,均取得显著经济效益;主持设计全国第一口薄油层中曲率水平井轨道控制方案并负责实施成功,首创钻深2080 m处水平击中6 m靶窗中线仅偏0.14 m。主持研发成功具有独立知识产权的CGDS地质导向钻井系统,为推动我国钻井技术进步和提升国际竞争力做出了重要贡献。

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戴厚良,石油化工专家,中国工程院院士

长期从事石油化工生产和技术研发,为我国芳烃成套技术国产化做出重大贡献。主持芳烃成套技术开发,并取得对二甲苯吸附分离技术关键突破与产业化,使我国成为世界上极少拥有芳烃成套技术的国家。

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刘吉臻,发电厂自动化技术专家,中国工程院院士

长期致力于发电厂自动化技术研究,带领团队攻克了行业发展面临的多项关键技术难题,取得了具有开创性、系统性的研究成果。2004年研发成功我国第一套火电厂厂级监控信息系统;2011年主持研发成功我国最大容量1000 MW超超临界机组自动化成套控制系统;2013年研发成功世界首台600 MW超临界循环流化床机组自动化控制系统。针对我国当前大规模新能源电力消纳面临的难题,开展燃煤发电与可再生能源协同利用理论与技术研究。创建了“新能源电力系统”国家重点实验室。

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顾大钊,矿山工程与水文地质专家,中国工程院院士。江苏滨海人

对我国西部煤炭绿色开发工程技术做出了突出贡献。提出了煤矿地下水库储用矿井水的技术思想,建立了煤矿地下水库理论框架和技术体系。此技术首先在神东矿区全面应用,煤矿地下水库提供了该矿区用水量的95%以上,为干旱缺水的神东矿区建成世界唯一的2亿吨级超大型煤矿区提供了水资源保障。还给矿区周边发电和煤制油等企业供水,使西部煤矿区由耗水大户成为供水基地,奠定了我国在此技术领域的国际领先地位。该技术正在西部其它矿区推广应用,为保护利用我国煤炭开采每年损失的数十亿吨矿井水资源开辟了新路径。组织研发高矿化度矿井水低成本处理技术,为宁东、哈密等西部缺水矿区高矿化度矿井水高效利用提供解决方案。


改编原文:

Yinao Su, Houliang Dai, Lichun Kuang, Jizhen Liu, Dazhao Gu, Caineng Zou, Haixia Huang.Contemplation on China’s Energy-Development Strategies and Initiatives in the Context of Its Carbon Neutrality Goal[J].Engineering,2021,7(12):1684-1687.


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