7月16日,發(fā)電行業(yè)全國碳排放權(quán)交易市場正式上線。這意味著,支持我國“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”的目標愿景實現(xiàn)的重要工具快速落地。國務院常務會議指出,這一設(shè)立支持碳減排貨幣政策工具的舉措,將以穩(wěn)步有序、精準直達的方式,支持清潔能源、節(jié)能環(huán)保、碳減排技術(shù)的發(fā)展。
正如中國工程院院長李曉紅所言,“碳達峰碳中和是一場關(guān)于新技術(shù)、新市場的賽跑,是中國第一次真正意義上在變革中與發(fā)達國家同場競技。”
在許多業(yè)內(nèi)專家看來,嚴控化石能源、大力發(fā)展非化石能源、優(yōu)化產(chǎn)能結(jié)構(gòu)……在實現(xiàn)碳達峰碳中和的一個個“小目標”中,首先迎來的將是一場技術(shù)革命。在能源、電力、交通、環(huán)保、生態(tài)乃至建筑等多個領(lǐng)域,科技創(chuàng)新這招“先手棋”如何謀篇落子,將是這場“大考”的開局關(guān)鍵。
內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市伊金霍洛旗的一名工人為天驕綠能50萬千瓦光伏發(fā)電項目安裝光伏板
能源深度轉(zhuǎn)型凸顯技術(shù)依賴
從20世紀90年代初簽署《聯(lián)合國氣候變化框架公約》開始,在減碳方面,我國作出了持續(xù)的努力。與1990年相比,2020年我國單位GDP二氧化碳排放強度降幅超過90%。煤炭在一次能源中所占的比例,從1990年的76.2%下降到了2020年的57.7%。非化石能源占比穩(wěn)步上升,到2019年已超過15%。
減碳也同時支持了PM2.5濃度的大幅降低。從2013年開始,國家大幅度推進治理大氣污染行動,到2020年,全國300多個城市PM2.5的平均濃度下降了46%。大氣污染治理和減碳行動取得了協(xié)同增效的成果。
“然而,如果我們還延續(xù)過去以末端治理為主的控制路徑,那么未來十年,我們減排大氣污染物的潛力將基本耗盡。”中國工程院院士、清華大學環(huán)境學院教授賀克斌說,“因此,我們選擇在碳中和目標下,實現(xiàn)深度能源轉(zhuǎn)型。”
賀克斌介紹,據(jù)測算,我國2020年二氧化碳總排放量約104億噸,到2030年前達峰,預計達到110億噸左右,僅略有增長。而我國的碳匯能夠吸收碳的能力大概是10億噸左右。由此推算,如果要在2060年前實現(xiàn)碳中和,則意味著超過90%的碳排放量要減下來。作為碳排放的絕對“主力”,“解綁”化石能源依賴勢在必行。
“這凸顯出未來對技術(shù)的依賴和需求。”賀克斌指出,截至2020年年底,已經(jīng)有100多個國家或地區(qū)提出了碳中和承諾。在這一目標推進下,世界經(jīng)濟發(fā)展將從資源依賴型向技術(shù)依賴型轉(zhuǎn)變。
浙江省德清縣新安鎮(zhèn)舍西村,工作人員在檢查村民屋頂?shù)奶柲芄夥宀⒕W(wǎng)發(fā)電情況
他分析,目前,全球經(jīng)濟高度依賴化石能源,但是化石能源的地域分布極度不均勻。例如,煤炭儲量最多的前五個國家擁有全球煤炭75%的儲藏量。這使得擁有資源的國家在發(fā)展上存在明顯優(yōu)勢。然而,在碳中和的目標要求下,各國將大幅度提升非化石能源的比例,如風能、太陽能、水能和核能。其中,風能、太陽能占比相對更高。而全球風、光資源分布相對均勻,因此,“誰能夠更好地掌握抓取風、光資源,即開發(fā)出大規(guī)模應用風電、光伏電的領(lǐng)先技術(shù)體系,誰就獲得了長期經(jīng)濟發(fā)展支撐能力的提升。”
而這個備受依賴的技術(shù)體系,恰好是一個新生的競技場。國際能源署IEA2021年作出的技術(shù)評估顯示,在全球能源行業(yè)的路線圖里,2050年實現(xiàn)碳凈零排放的關(guān)鍵技術(shù)中,尚有50%未成熟,如智能充電技術(shù),需要進一步研發(fā)提升。“在碳中和問題上,‘技術(shù)為王’將得到充分體現(xiàn),誰在技術(shù)上走到前面,誰就會在未來國際競爭中取得優(yōu)勢。”中國科學院院士丁仲禮說。
節(jié)能提效前沿技術(shù)需求迫切
不久前,在寧夏的茫茫戈壁上,全球最大的太陽能電解水制氫項目正式投產(chǎn)。在前沿技術(shù)的“加持”下,通過太陽能生產(chǎn)電能,通過電解水制取出氫和氧,再用氫替代煤作為原料、氧替代煤作為燃料,直供化工系統(tǒng)生產(chǎn)聚乙烯等上百種高端化工產(chǎn)品,這里形成了一條完整的碳中和產(chǎn)業(yè)鏈。
在中國工程院院士杜祥琬看來,這樣的技術(shù)變革將隨著碳中和的推進發(fā)生在經(jīng)濟社會的方方面面,其中,節(jié)能、提效是戰(zhàn)略之首。杜祥琬介紹,在節(jié)煤方面,有賴不斷迭代的技術(shù)支持,我國煤電發(fā)電煤耗有望降至289克標準煤/千瓦時,燃煤工業(yè)鍋爐將采用高效、低排放的煤粉爐,熱效率可由65%提升至90%,鋼鐵、建材、化工等單位產(chǎn)品煤耗也應達到國際先進水平,居民和服務業(yè)燃煤爐灶也將推廣采用熱效率70%以上的新型爐灶,“經(jīng)計算,以上每一項均可有效節(jié)約1億噸以上的標準煤。”
華電福清海壇海峽海上風電項目的首臺主控系統(tǒng)國產(chǎn)化機組
發(fā)展非化石能源,風能、光能、水能、核能也將逐步走上電力主場。目前,我國水電、風電、光伏發(fā)電累計裝機容量均居世界首位,在技術(shù)應用上已相對成熟。“從成本上看,水電、風電明顯比火電便宜,太陽光伏發(fā)電的成本目前已不到煤炭發(fā)電成本的三分之一,這些可再生能源的競爭性可謂突飛猛進。”中國社科院學部委員、國家氣候變化專家委員會委員潘家華說。
然而,我國目前的電力系統(tǒng)仍是基于傳統(tǒng)的交流電網(wǎng),發(fā)電不論是基于水電還是火電,都是可控的。未來若大規(guī)模使用風、光等發(fā)電能源,由于其受天氣、季節(jié)、晝夜影響,雖取之不盡,但發(fā)電量的不確定性也大大增加,這就催生了對高度智能化、可調(diào)控的電網(wǎng)或虛擬電廠和先進儲能設(shè)備系統(tǒng)的迫切技術(shù)需求,更有望拉動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。
此外,生物質(zhì)能也展現(xiàn)出一定的能源潛力,亟待技術(shù)開發(fā)。中國工程院院士、清華大學建筑學院教授江億介紹,我國可開發(fā)的生物質(zhì)能源共有8億噸標準煤當量,但還遠遠未得到利用。具體包括麥秸、玉米秸、稻草等農(nóng)業(yè)秸稈,果木、落葉等林業(yè)枝條,牲畜糞便和農(nóng)副產(chǎn)品加工垃圾、餐廚垃圾等。通過技術(shù)創(chuàng)新,我們可對這些生物質(zhì)材料進行商品化能源加工,如壓縮顆粒供清潔燃燒、用作可替代木炭,壓縮成塊供工業(yè)鍋爐焚燒和發(fā)電,此外,還可建設(shè)大型沼氣池,得到純度達95%以上的甲烷燃料。
加快提升低碳環(huán)保技術(shù)優(yōu)勢儲備
緊隨能源、電力,交通和建筑行業(yè)的減排技術(shù)需求同樣迫切。賀克斌介紹,以電或氫代油,新能源汽車產(chǎn)業(yè)將得到進一步大力發(fā)展,并將成為未來消納風電、光伏發(fā)電能力的重要途徑,具備雙向充放電功能。為適應未來高比例的風電、光伏電力,城市建筑“光儲直柔”配電的建設(shè)和改造也將逐漸推開。江億指出,經(jīng)過測算,我國城鎮(zhèn)建筑屋頂光伏可開發(fā)量為8.3億千瓦,這些電力可滿足城鎮(zhèn)建筑自身用電的30%~40%。同時,連接智能充電樁與電動汽車,建筑內(nèi)部配電也將改為直流系統(tǒng),由此成為電力的柔性負載。
排放端發(fā)力,固碳端同樣不能落后。根據(jù)承諾,中國將在2060年前通過植樹造林、碳捕集和封存利用、海洋吸收等形式抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳排放。中科院上海高等研究院研究員魏偉表示,通過碳捕集利用和封存即CCUS技術(shù)來吸收二氧化碳,已是全球減排不可或缺的技術(shù)選擇。我國碳捕集部分技術(shù)已達到和接近達到商業(yè)化應用階段,也已形成了相關(guān)技術(shù)發(fā)展路線圖。
國家海洋局局長王宏透露,為助力“雙碳”目標實現(xiàn),我國已組織開展專項調(diào)查評估,摸清了紅樹林、鹽沼、海草床三大藍碳生態(tài)系統(tǒng)本底,并正在推進海洋微生物碳泵、漁業(yè)碳匯研究。此外,陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳現(xiàn)狀測算、陸地生態(tài)系統(tǒng)未來固碳潛力分析也有待科技界下一步重點研究。
“放眼未來,新的變革必將孕育全新的科學技術(shù)和工程,必須加快前沿研究,抓緊部署低碳前沿技術(shù)研究,加快推廣應用減污降碳技術(shù),提升我國在低碳環(huán)保領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢和儲備。”李曉紅建議。
記者了解到,針對碳中和問題中的科技需求,中國科學院學部已設(shè)立重大咨詢項目“中國碳中和框架路線圖研究”,目標是設(shè)計初步路線圖,“先給出一個框架性建議,供科技界討論、修正、完善。”丁仲禮說,我國學術(shù)界應該秉持開放的態(tài)度,廣泛參與,發(fā)揮出想象力和創(chuàng)造力。
“碳達峰、碳中和將帶來一場由科技革命引起的經(jīng)濟、社會、環(huán)境的重大變化,其意義不亞于三次工業(yè)革命。”科技部部長王志剛表示,兼顧經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展與碳中和目標實現(xiàn),必須依靠科技創(chuàng)新,以全面實現(xiàn)循環(huán)型零碳社會的變革性重構(gòu)。
原標題:碳中和,技術(shù)“先手棋”如何落子