智库研究刘科碳中和的6大误区与5大现

近期中国碳交易市场开张。习近平总书记高瞻远瞩地提出要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，这表示中国建设人类命运共同体的决心，全国各地相关的论坛讨论文章有很多，各地也在成立碳中和研究院，但同时我发现在碳中和研究与实践方面有很多的误区和误解。所以，今天我利用这个机会和大家讲一下碳中和的的一些现实情况和经济上允许的一些现实路径。首先，介绍一下中国的碳排放量。年，中国大概是亿吨二氧化碳排放，其中95亿吨源于化石能源的使用。这里我把年我国三种化石能源的使用量，根据能源行业惯例将热值折算成标准煤（1吨标准煤燃烧产生2.6吨的二氧化碳），这样就可以得出每年CO2的总排放量。在煤炭使用过程中，有些人说煤炭最后做成煤化工产品，甲醇或其他产品，甲醇最后会当燃料，即使形成塑料过些年分解也会形成二氧化碳，所以大部分都转成了二氧化碳。全世界87%的石油被烧掉了，天然气主要是做能源用。所以，这三种能源计算下来，全国每年煤炭、石油、天然气总共排放95亿吨，占总排放量亿吨的92%。现在各地搞碳交易，二氧化碳需要计量。计量其实很简单，比如一个单位、一个公司或一个城市每年消耗煤炭、石油、天然气这三种化石能源是多少，分别乘一个系数，再加上耗电总量及电网里火电的比例就很容易把最主要的二氧化碳排放量算出来。给大家一个很重要的信息，亿吨除以14亿，每个人将近7.4吨，三口之家约22吨，这是一个很大的量。这个量很重要，因为有了这个量的概念，讨论问题时就可以理解，哪些是对碳中和有比较大的帮助，哪些是杯水车薪了。关于碳中和的六大误区关于碳中和的误区1：认为风能和太阳能可以取代火电实现碳中和。这些年非火电的发电方式，无非是太阳能、水电、核能、风能等几大类，核能有很大的潜力，但自从福岛核电站的事件，安全性要求提高，它的发电成本就在增加。所以，这些年核电发展的声音不太强烈。水电也有一些潜力。十几年前我在GE（通用电气公司）工作，当时GE做完三峡水电站后就把GE的水电业务卖掉了，因为觉得世界上能建水坝的地方都建差不多了，而且水电站对生态的影响也有一些不同的意见，所以，水电增长量也是有限的。在核电方面，欧洲有些地方也开始禁核，其实核是可以最大提供的不排放二氧化碳的潜在的基础能源，但全世界对核的态度也是有各种各样的声音，最根本的就是因为安全系数提高了，核电成本有很大的增加。这样，大家最后就寄希望于风能和太阳能，因为其他的如生物质能，地热能，海浪等总量都非常有限。这两年不断的有人讲，风能和太阳能可以平价上网了，比煤电都便宜了，这句话对，但我开玩笑说只对了1/6–1/5。一年小时，中国的太阳能发电就在一年的1/5到1/6之间，风能是小时，1/4到1/5之间。因为不同地方的风力资源都不一样，太阳能资源也不一样，平均用太阳能发电，各个区域，有些是小时，有些小时，有些甚至小时，太阳能超过小时的地区很少了。风能时间比太阳能好一些，但只是在这1/5或者1/4的时间中确实便宜，但是在其他时间内一旦要储电就很贵了，按照储电成本算就不是比火电贵一点，而是贵几倍了。现在大家提出来风能和太阳能现在比火电便宜了，完全可以取代火电了，这个话对，但只对了1/5或1/6，一旦储电以后成本是增加的，因为一天时间内是不能停电的，空调不能说只供一天1/5或1/6的时间。中国的风能、太阳能发电发展了四十年，确实做出了很大的贡献，在能够发展的地方我非常支持发展风能和太阳能，这是非常好的事情。但年整个风能太阳能的发电量加起来约亿千万时，可替代约1.92亿吨的标准煤，现在中国的火电消耗约20亿吨动力煤（折15.5亿吨标准煤）。但现在尽管发展四十年，风能和太阳能发电总量只有火电的12%左右，还是非常有限的。即使在今天，风能太阳能加起来只占火电的12%时弃光弃风已经比较严重了，如果储能的成本下不来，再继续发展风能太阳能意味着，弃光弃风问题会更加严重。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，非稳定电源占比超过一定比列后，电网就会不稳定，有可能引起大面积停电；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，也因各种原因不用其他省份的风电、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，这个发展的进程是难以预测的，仍然需要时间。很多人说通过储电，但实际上靠电池储电是有限的，储电对小规模应用场景如手机，电脑，电动车可以；但到GW级的大风场，大型太阳能电站，目前成本还太高，也不现实。有人估算把全世界现在超过五年的电池产能全部加起来，也就能够储东京三天的电量，这是给大家另外一个概念，如果大规模储能技术的成本下不来，仅靠风能和太阳能短期内不能完全解决碳中和的问题。当然，风能和太阳能还需要进一步发展。关于碳中和的误区2：存在魔术般的大规模储电技术。大家总以为有一个魔术般的储电技术，但很遗憾，能源行业不像芯片行业有摩尔定律发展那么快。不同行业的技术进步不一样，计算机行业有摩尔定律，这么多年确实发展得很快，但是能源行业目前还没找到类似摩尔定律一样的规律，“碳中和”必须选择现实可行的路线来推进。电池，大规模储电技术发展了将近多年，从年铅酸电池发明到现在多年人们一直在研究电池，取得了一些进步，但目前到GW级大规模储电的时候，最便宜的技术还是非常古老的抽水储能。所有其他的储能技术，小规模在手机上或者手提电脑、汽车上用电池可以，但大规模地像GW级的大型火电厂、大型风厂、大型太阳能厂用电池储电目前的成本还是比较高。电池已经研究了一百年了，现在还没有像一百年前抽水储能这么便宜的东西，在储电这块大规模储能的成本很难降下来。尽管能储电的尽量都储，但就目前的技术，要靠电池储电把谷电储了再放出去，电价就要比现在传统的火电要增加好几倍，因此低成本的大规模储电技术仍然有待开发。关于碳中和的误区3：可以把二氧化碳制成各种化学品来减碳。很多学者写文章说，现在可以把二氧化碳制成各种化学品，说这样可以减碳；这些也的确值得去做。但我给大家一个数字，刚才我已经讲了，全世界87%的石油都用于生产汽油、柴油、煤油燃料，最后烧掉产生了二氧化碳，13%的石油生产了我们使用的所有化学品，二氧化碳除了再把它转成能源，要是制备别的化学品取代了13%里的10个百分点，就了不起了。如果这块能赚钱可以去做，但转成其他的某一个化学品，这块的总体减碳是杯水车薪的，这是第三个误区。中国人均排放二氧化碳7.4吨，对于三口之家一年是22吨，那是人均水平，已包括乡镇地区。像北京这种城市中人均比其他地方高一倍，一年一个三口之家就是40多吨CO2排放。中和40多吨二氧化碳就要生产出40多吨产品，无论生产什么含碳产品，给一家人40多吨，一年之内是消耗不了的。所以，二氧化碳不太可能转化成其他产品，只能看如何做能源或者少排放，等它释放出来了再想转化成别的某一种有用的产品，这种消耗是非常有限的。关于碳中和的误区4：完全依赖CCS和CCUS实现碳中和。认为可以大量地捕集和利用二氧化碳。这些年大家都在讲CCS（CarbonCaptureandStorage）或CCUS（CarbonCapture,UtilizationandStorage）。CCS等于把二氧化碳从电厂分离出来打到地底下埋藏起来。CCUS是二氧化碳分离出来以后再用做油或其他的工业用品，加了一个Utilization最后封存。这个研究做了很久，但是目前全世界不管是CCS还是CCUS的成本都太高。十几年前我在GE的时候做过估算，电厂释放出来的二氧化碳要进行分离，当时假定成本标定每吨二氧化碳打下去大概30美金，20美金是把二氧化碳从尾气中分离变成纯二氧化碳，剩下的5美金是从分离厂输送到埋藏的地方，另外5美金用于压缩机。把它压到地下去。总体来讲，这一块虽然做了很多研究，但成本还是比较高。驱油这块能有一些应用，其实目前二氧化碳最大的应用就是在驱油这块，但这块每年消耗的量有限。我记得前段时间一位著名的油气专家到南科大演讲，他谈到这些年我国大概能够在二氧化碳驱油这块打到地下万吨。对亿吨只打了万吨，这也是杯水车薪的。当时我们做过核算，如果真正是火电最后要把二氧化碳分离打入地下还不如干核电。在有些地方能够驱油产生效益，能够利用的尽量去利用，但完全要依赖它解决碳中和问题也是难度比较大的。关于碳中和的误区5：通过提高能效实现碳中和。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，增加能效永远是低成本的减碳手段，这值得鼓励，值得每个人去节能减排。但事实上，假如说还是大量使用化石能源，我经常和大家说，前二十年中国能效提高很多，但是前二十年中国的二氧化碳排放是增加了很多倍。二十年前加入WTO时中国煤炭耗量不到13亿吨，年最高冲到将近38亿吨。二十年期间能效提高很多，但碳排放增加到了三倍水平。年中国年石油消耗量只有4亿吨，最近已增加到7亿吨以上了。增加能效永远有帮助，这几十年能效增加了很多，但同时碳排放增加了很多。提高能效永远需要鼓励大家做的事，但完全靠提高能效达到碳中和也是不现实的。当然，不管怎么样，大家能够提高能效的地方都要鼓励大家去做，这里我只是给大家一个量的概念。关于碳中和的误区6：把燃油车改为电动车降低碳排放。认为电动车可以降低碳排放。大家经常说只要把燃油车改成电动车就可以降低碳排放，这个话也对，但只是一定范围内对。假设电网的电大部分是非化石能源/可再生能源的电，这有可能。但鉴于今天中国电网约60%左右电还是拿煤炭发电来满足，今天用电动车，要从油井到车轮（WelltoWheel）去分析，电动车排碳对碳中和的贡献是非常有限的，只有电网的电大部分是由可再生能源来的时候，电动车才能减碳。抛开电力是否本质低碳去谈电动车降低碳排放，这是另外一个误区。未来很多人会说风能、太阳能将大量增加，可以用汽车储电。但这要解决一个问题，首先要保证电从西部的风厂和太阳能厂能够输入到东部汽车边上，这样车才能储电，这中间还是有很多的技术挑战的。有文献报道：“即使在一些假设的世界里，电动汽车可以完全实现碳中和，并且每个美国人都换了电动车，全球碳排放量也只会下降2.4%。事实上，如果整个美国运输业，包括飞机，都转为电动，全球排放量将只下降5%。电动汽车不可能是碳中性的，制造和驾驶电动汽车将始终使用大量的材料和能源，它们不会带来环境的救赎”。关于电动车大家比较