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关于碳中和的误区

碳中和是一个非常复杂的系统工程,需要通过多种技术渠道及各种努力去减碳;每个行业对自己的减碳路线都有所强调,但对其他行业的减碳路径及各种路径对减碳贡献的量不是很清晰,大众对碳中和的挑战及认知有一定局限,存在以下几个误区,需要用数据来说明:

第一个误区是认为风能和太阳能比火电都便宜了,因此太阳能和风能完全可以取代火电实现碳中和。这句话只对了1/5到1/6。因为一年有8760小时,而中国的太阳能每年发电小时数因地而异,在1100小时到2000多小时之间不等,超过2000多小时的区域不多,全国平均大约在1450-1750小时左右。也就是说太阳能大约在1/6–1/5的时间段比火电便宜;而在其他5/6-4/5的时间段,如果要储电,其成本会远远高于火电。风能每年发电的时间比太阳能略微长一点,大约是2000小时左右,但电是需要24小时供的,不能说一个电厂一年只供一两千小时,因为我们用电不能说有太阳有风的时候用电,没太阳、没风的时候就停电。太阳能和风能是便宜了,但最大的问题是非稳定供电。

不可否认,中国的风能和太阳能发展了将近四十年确实发展很大,取得非常大的成绩,我们给这个领域做出贡献的科学家、工程师必须致以崇高的敬意。但是发展了四十年到今天,尽管风能、太阳能增量巨大,可与煤电相比仍然相当有限。以2019年为例,全国的风能和太阳能加起来发电总量相当于约1.92亿吨标准煤的发电量,也就是说,上网的风能和太阳能发电总量大约只能取代煤炭发电的12.5%左右。

而且,电网靠电池储电的概念是非常危险的。据估算,目前全世界电池生产商5年多的电池产能仅能满足东京全市停电3天的电能。如果说我们有4/5的时间或者5/6的时间要靠电池储电,这是不可想象的。况且,这个世界也没有那么多的钴和锂,没法让我们造那么多的电池。在这种情况下,弃光弃风的问题非常严重,因为电网只能容纳~15%的非稳定电源。风能、太阳能发出来的电,电网没法全部承受。如果继续增加风能、太阳能的同时,大规模储能问题解决不了,只能废弃更多。

弃光弃风在中国有两方面的原因,一是技术因素,就是因为太阳能、风能是没办法预测的,电网小于15%可以容纳,多于15%容纳不了,随着智能电网的发展,这个比例会有所上升,但仍然需要时间;二是机制因素,地方保护主义的存在可能会让地方出于对当地GDP的考虑,宁可用当地的火电,也因各种原因不用风电、光电、水电。机制问题在中央大力推动“碳中和”的背景下是可以解决的,但技术问题解决依赖于科学和技术的发展,这个发展过程是难以预测的,仍然需要时间。

因此,太阳能和风能需要大力发展,但在储电成本仍然很高的当前,在可见的未来仍然无法完全取代化石能源发电。

第二个误区是人们以为有个魔术般的大规模储电技术,认为如果储能技术进步,风能和太阳能就能彻底取代火电。这个假设太大了,因为自铅酸电池发明至今一百多年来,人类花了数千亿美元的研发经费研究储能,可从铅酸电池的90千瓦时/立方米增加到今天特斯拉的260千瓦时/立方米,电池的能量密度并没有得到革命性的根本的改变。要知道,汽油是8600千瓦时/立方米。同时,迄今大规模GW(十亿瓦特发电装机容量)级的储电最便宜的还是100多年前就被发明的抽水蓄能技术。

我回国之前和曾和原GE核能的总经理交流,他在一次公开演讲中也提到GE今后会通过煤炭零污染的火电厂解决二氧化碳的问题,但是讲完就下来跟我说,别看我在会上那么讲,真正要去做还不如干核能,核能比零污染火电厂便宜多了。当然,那会儿福岛核电站事故还没有发生,核能可以做。法国现在60%多将近70%就是核能,做了几十年了。但是福岛核电站泄露事故之后,全世界都在提高核能的安全系数,这个安全系数到后期每提高一点,成本就增加很多。核能是减碳很重要的base load发电技术,但人们能否接受因其高成本而导致的高电价需要讨论。因此,碳中和的事不光是一个技术的问题,更是经济和社会平衡发展的综合性问题。现在在电厂把二氧化碳分离,分离完以后打到地下可以做驱油和埋藏这条路,在可以驱油的地方可以改,还有一些经济效益,我国新疆等地已经有类似的二氧化碳驱油工程。这块的成本主要是把二氧化碳在锅炉尾气中分离出来的成本,我们算过,假设打到地下的CO2的成本为30美元一吨,其中20美元是把二氧化碳从整个尾气里面分离出来成为纯二氧化碳,5美元是输送到埋藏点,另外5美元是把它压缩到地底下。分离是核心,成本也最大。在目前的技术手段下,靠CCUS利用来处理的成本很高,作用也是有限的,当然这方面的成本通过研发也可以降一些,经济上能否有竞争力,取决于未来碳税的价格。

实际上,我刚刚讲的每一件事,比如风能、太阳能、CO2转化、CCS、CCUS都对碳中和有贡献,我们每一个都应该去投入研发、去实施,但是目前的技术水平在量上对碳中和的贡献是有限的。当然,这不是说让大家不去做,我们每一个人能应该竭尽全力去推动以上减碳的技术进步,都努力去做,毕竟积少成多。

第五个误区是认为通过提高能效可以显著降低工业流程、产品使用中的碳排放,就可以实现碳中和。能效永远要提高,提高能效是世界上成本最低的减碳路线。但是我经常问一句话,加入WTO这二十年来,我们国家的能效提高了还是降低了?我们能效提高了很多。但是碳排放的总量是增加了还是减少了?由于我国经济和生产水平的飞速发展,前10年我们碳排放增加得更多。我记得2000年中国的石油消耗大概是2点几亿吨,2010年大概是4亿吨,到去年是近7.5亿吨。2000年中国的煤炭消耗是13.8亿吨,2020年近40亿吨。并且在新增的诸多工业门类中,已经很大程度地提高了能效、减少了排放。

我是做能源的,从能源的数据变化可以看到整个社会的变化。我们加入WTO之前有一个很重要的数字,中国的煤产量大概是13亿吨,基本上自产自销,出口有一点,但很少。结果到2013年短短13年的时间从约13亿吨飙升到约39亿吨,这是一个天量,当然也伴随着碳排放。这该怎么解读?唯一的解读是加入WTO,世界的市场向中国开放了。当然,这一期间我们大量的房地产建设也是一个因素。煤的耗量表示电的耗量,电的耗量表示工业化的程度。这期间能效肯定提高了很多,但是单凭能效也难以解决碳中和的问题。因此,提高能效是减碳的重要手段,但只要仍然在使用化石能源,提高能效对碳中和的贡献也是非常有限的,提高能效确实是成本最低的减低碳排放的方式,也是最应该优先做的,但是有一个现实的考量就是不能光靠能效提高就能够达到碳中和。

第六个误区是认为电动车可以降低碳排放。前段时间,我在网易公开课上讲《电动车和氢能的历史与未来》,全国大概有十几万人观看,很多领导看完以后跟我讨论这个问题:为什么我们要发展电动车?很简单,主要是因为中国的石油不够,我们石油73%靠进口;还有就是雾霾等环境问题。

我们石油不够,寄望于我们已建成的超强的发电能力,这样发展电动车是有好处的。一年8760小时,但我们已建成的火电厂太多,为了让大家都有饭吃,很多火电厂实际发电每年不到4千小时,这是资产的巨大浪费。而且毕竟电动车可以让局部的污染降下来,比如东部地区的用电很多是在西部内蒙、新疆等地发的,污染在西部排放,不在东部地区排放。但是,在全生命周期的碳排放分析看来,电动车考虑到电池生产过程中的排放,如果电网里的电大部分仍然是火电,电动车对减碳及全球气候变化影响非常有限。

为什么靠电动车不能完全解决碳中和的问题?只有中国的能源结构彻底改变以后,电动车才能算得上清洁能源,也才有可能做到碳中和。如果能源结构不改变,如果电网主要还是煤电,那电动车的扩张对减少碳排放的贡献非常有限,这个你们去算一下就知道了。只有能源结构和电网里大部分是可再生能源构成的时候,电动车才能算得上清洁能

大家老在谈一个问题,说假设马六甲海峡封了以后我们能源安全的问题怎么解决?但是这个东西你要仔细考虑,靠电网是解决不了的。因为电网在现代战争中是最脆弱的东西。石油可以到处分布储藏在数万个点,一个油库损毁,其他的还可以用。但一个城市的电网只要配电中心一旦毁坏,很容易引起大面积停电。

有的时候,能源政策和碳排放的政策不能因为假设战争发生,别人打我,就不顾成本干一些高成本东西。第一,传统模式的战争发生是小概率事件;第二,真正到战时,很多问题是靠一个国家的制海权、制空权等综合能力去决定的,而不是说靠电动车就能够解决问题的。

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