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      碳中和目標下的中國能源發展戰略及舉措思考丨Engineering
      時間:2022年05月23日 來源:中國工程院院刊《Engineering》2021年第12期 點擊量:2674 分享:

      本文選自中國工程院院刊《Engineering》2021年第12期

      作者:蘇義腦,戴厚良,匡立春,劉吉臻,顧大釗,鄒才能,黃海霞

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


      編者按

      氣候變化已成為全球性的非傳統安全問題,實現“碳中和”是時代命題,關乎全人類未來發展。我國近88%的二氧化碳排放來自能源系統,為實現碳減排目標,需要通過提高能效、減少煤炭使用以及大幅增加清潔能源比例等措施實現自身快速、深度轉型,實現能源綠色低碳轉型,支撐“雙碳”目標如期實現。

      中國工程院蘇義腦院士、戴厚良院士、劉吉臻院士、顧大釗院士等在中國工程院院刊《Engineering》2021年第12期發表《碳中和目標下的中國能源發展戰略及舉措思考》一文。文章分析了我國能源消費與碳排放基本形勢,立足基本國情和資源稟賦,提出了“碳中和”目標下我國能源發展的戰略思路與實施舉措。文章指出,要牢固樹立安全發展和“節能是第一能源”兩大理念,堅持節能與提效“雙輪驅動”,堅持供給與消費“兩端發力”,強化頂層設計,實施節能、去碳、創新、提效、應急、支撐“六大系統工程”,加快推進能源消費結構由以煤炭為主的“一大三小”向以新能源為主的“三小一大”轉型,加速構建清潔低碳、安全高效的智慧能源體系,支撐中國如期實現“碳達峰、碳中和”目標。

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      一、引言

      氣候變化已成為全球性的非傳統安全問題,實現“碳中和”是全球大勢、時代命題,關乎全人類未來發展。目前,全球已超過137個國家提出“碳中和”目標或愿景,中國也在2020年9月做出力爭實現2030年前“碳達峰”、2060年前“碳中和”的莊嚴承諾。

      人類活動排放的二氧化碳是溫室氣體主要來源,而化石能源燃燒則是人類活動排放二氧化碳的主要活動方式。2020年能源相關的二氧化碳排放約占全球二氧化碳排放總量的87%。資源稟賦與技術優勢差異,決定世界各國低碳轉型路徑不同,但總體呈現“減煤、穩油、增氣、大力發展可再生能源”的態勢。中國是全球最大的能源生產國、消費國和二氧化碳排放國,近88%的二氧化碳排放來自能源系統,為實現“碳中和”目標,需要通過提高能效、減少煤炭使用以及大幅增加清潔能源比例等措施實現自身快速、深度轉型。中國必須發揮新型舉國體制優勢,強化政府引導,深化體制改革,加大科技創新,加快推進能源綠色低碳轉型,支撐“碳達峰、碳中和”目標如期實現。

      二、中國能源消費與碳排放基本形勢

      中國能源消費和二氧化碳排放總量較大、單位GDP能耗偏高。據統計數據,中國能源消費總量、二氧化碳排放量分別于2009年、2005年超過美國,成為全球第一大能源消費國、第一大二氧化碳排放國。2020年一次能源消費量達到49.8億噸標準煤、二氧化碳排放量達到99億噸,分別占全球能源消費總量的26%和二氧化碳排放量的31%。受產業結構偏重、能源結構偏煤、生活用能剛性增長等客觀因素影響,中國單位GDP能耗較高、碳排放偏大,2020年單位GDP能耗3.4噸標準煤,是全球GDP能耗平均值的1.5倍,是主要發達國家單位GDP能耗的2~4倍;單位GDP二氧化碳排放量為6.7噸,是全球單位GDP二氧化碳排放量平均值的1.8倍,是主要發達國家單位GDP二氧化碳排放量的3~6倍(圖1)。但是,中國歷史人均累計碳排放量低于世界平均水平,遠低于美國、英國、法國等發達國家。

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      圖1 2020年主要國家單位GDP能耗和二氧化碳排放量。

      中國能源消費和二氧化碳排放逐漸進入平臺期。近年來,隨著中國全面深化改革、推進經濟高質量發展,能源消費增速明顯放緩,能源結構持續優化,煤炭消費占比由2011年的70.2%下降至2020年的56.8%,非化石能源的消費占比由8.4%上升至15.9%,二氧化碳排放也漸入平臺期。據統計,2014—2020年,中國能源消費年均增長1.16億噸標準煤、二氧化碳排放年均增長0.94億噸,遠低于2002—2013年的水平(2.18億噸標準煤和4.77億噸)(圖2)。特別是天然氣、核電、水電、風電、光伏發電等清潔能源消費占比快速上升,新增單位能源消費的二氧化碳排放已由2002—2013年的每噸標準煤產生2.18噸二氧化碳,降至2014—2020年的每噸標準煤產生0.81噸二氧化碳。

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      圖2  我國能源消費和二氧化碳排放量變化趨勢。

      推進能源綠色低碳轉型發展是落實國家能源安全新戰略、實現“碳中和”目標的迫切需要和重要抓手。當前,我國能源結構綠色低碳轉型面臨高碳能源消費占比高、碳排放強度強、化石能源資產過早擱置損失大、資源型城市轉型難度大、傳統能源行業人員再就業負擔重,以及能源技術總體滯后于能源轉型目標等一系列轉型難題,實現“碳達峰、碳中和”目標,與歐美發達國家相比,時間更短、任務更重,需要走中國特色能源轉型發展之路。

      三、碳中和目標下中國能源發展戰略與舉措

      (一)戰略思路

      立足基本國情和資源稟賦,牢固樹立安全發展和“節能是第一能源”兩大理念,堅持節能與提效“雙輪驅動”,堅持供給與消費“兩端發力”,強化頂層設計,實施節能、去碳、創新、提效、應急、支撐“六大系統工程”,加快推進能源消費結構由以煤炭為主的“一大三小”(煤炭占比大于50%,石油、天然氣、新能源三者占比均小于20%)向以新能源為主的“三小一大”( 煤炭、石油、天然氣三者占比均小于20%,新能源占比大于50%)轉型,加速構建清潔低碳、安全高效的智慧能源體系,支撐中國如期實現“碳達峰、碳中和”目標。

      (二)三個階段

      1. 2021—2035年——化石能源漸入峰值平臺

      加快推進煤炭清潔減量利用、石油穩健發展、天然氣快速發展以及新能源加速發展,加大百萬噸級碳捕集、利用和封存(CCUS)攻關示范與加快煤電靈活性改造,基本建成化石能源儲備體系。2035年,煤、石油、天然氣和非化石能源占比分別為39.7%、15.8%、13.5%和31.0%。

      2. 2036—2050年——非化石能源加速替代

      煤炭減量利用加速,同時做好兜底保供;石油穩步減量利用;天然氣規模穩步發展;加大CCUS推廣應用。煤電逐漸成為靈活調峰電源。2050年,煤、石油、天然氣和非化石能源占比分別為15.6%、11.7%、13.8%和58.9%。

      3. 2051—2060年——“零碳”新能源漸成主體

      高碳的煤炭、石油逐步回歸原料屬性,低碳的天然氣成為新能源大規模利用的最佳伙伴,實現CCUS大規模商業化應用,實現氫能在難減排領域的規模應用,智慧能源系統與能源儲備系統全面建成。2060年,煤、石油、天然氣和非化石能源占比分別為7.1%、7.3%、12.4%和73.2%。

      (三)六大系統工程

      1. 節能工程

      強化意識節能,突出結構節能,做精技術節能,做實管理節能,推動能源消費節約高效。要加強“節能是第一能源”理念宣傳,變“要我節能”為“我要節能”;加快壓減高耗能產業,有序推進產業結構調整與轉型升級;加大新一代數字技術、信息技術與能源行業深度融合,依靠技術創新推進行業用能效率提升;建立健全節能提效法律法規,強化政府示范,加大獎懲力度。

      2. 去碳工程

      強化減碳、用碳、替碳、埋碳四類去碳舉措,推動能源行業先行“碳中和”。立足節約能源和提高能效兩大抓手,大幅提升用能效率和清潔能源利用比例,實現降能耗、減碳排;堅持人工用碳與生態吸碳相結合,推進二氧化碳直接制化學品技術的應用,增強生態系統吸碳固碳能力與規模;積極推動光電、風電、水電等“綠電”對火電的替代,加大“綠氫”對“藍氫”“灰氫”的替代;發揮石油工業在埋存空間、技術與運營經驗等方面的優勢,大力發展CCUS等負排放技術;利用地下即將枯竭油田與氣田群等,力爭形成年埋存二氧化碳10億噸級左右的能力。

      3. 創新工程

      突出顛覆性技術研發,建立基于大數據、云計算、人工智能等的風光發電與智能調控技術,大力發展安全高效的低成本氫能技術與高效率、長壽命、低成本的不同規模的先進儲能技術,加快小型可控核聚變技術攻關,推動能源供應盡早實現“近零”。

      4. 提效工程

      加速推進“能”與“源”分離,讓化石能源盡快回歸材料屬性。充分利用新一代數字化、智能化信息技術,加快構建“源網荷儲一體化”協同配置、多能互補、多網融合、雙向響應的智慧能源生態系統;支持和鼓勵各類能源主體自主接入能源系統、雙向參與能源市場交易,促進能源利用效率和服務水平大幅提升。

      5. 應急工程

      強化天然氣儲備,發揮天然氣能源低碳轉型“最佳伙伴”和可再生能源規模開發利用“穩定器”作用;儲備足夠的石油應急量,增強應急保障能力;保持煤炭底線儲備,將煤炭作為未來中、長、遠期應急保供與極端條件下的戰略儲備資源,保留必要比例的生產能力儲備;充分利用數字化智能化技術,加快中國特色能源儲備和應急保供體系建設。

      6. 支撐工程

      完善以碳市場為核心的法律法規,建立多源、多級、差異化財稅支持體系;加快全國碳排放權交易市場建設,探索建立“碳市通”境內外交易體系;探索建立綠色金融改革實驗區,鼓勵金融機構參與碳市場交易,豐富交易品種。

      四、結論

      作為“碳達峰、碳中和”目標實現的關鍵,能源行業要準確把握世界能源轉型發展大勢,客觀認識我國“富煤、油氣不足、新能源豐富”的資源稟賦,堅定不移走中國特色的能源轉型發展之路,充分發揮光電、風電、水電、智能電網等技術優勢與產業優勢,加快推進能源消費由以煤炭為主的“一大三小”向以新能源為主的“三小一大”轉型,支撐中國如期實現“碳達峰、碳中和”目標。

      注:本文內容呈現略有調整,若需可查看原文。

      作者介紹

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      蘇義腦,油氣鉆井工程專家,中國工程院院士

      長期從事油氣鉆井工程技術研究與應用,在定向井、叢式井、水平井等方面有較深造詣。在鉆井力學、軌道控制、井下工具和井下控制工程研究中多項創新成果居國際先進水平,形成體系用于生產效益顯著。創造性地把工程控制論和航天制導技術引入鉆井工程,開拓新領域,提出井下控制工程這一新概念并做開拓性基礎研究;主持研制P5LZ四大系列導向鉆具和空氣螺桿鉆具,主持導向鉆井工藝技術、高陡構造防斜打快技術研究,均取得顯著經濟效益;主持設計全國第一口薄油層中曲率水平井軌道控制方案并負責實施成功,首創鉆深2080 m處水平擊中6 m靶窗中線僅偏0.14 m。主持研發成功具有獨立知識產權的CGDS地質導向鉆井系統,為推動我國鉆井技術進步和提升國際競爭力做出了重要貢獻。

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      戴厚良,石油化工專家,中國工程院院士

      長期從事石油化工生產和技術研發,為我國芳烴成套技術國產化做出重大貢獻。主持芳烴成套技術開發,并取得對二甲苯吸附分離技術關鍵突破與產業化,使我國成為世界上極少擁有芳烴成套技術的國家。

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      劉吉臻,發電廠自動化技術專家,中國工程院院士

      長期致力于發電廠自動化技術研究,帶領團隊攻克了行業發展面臨的多項關鍵技術難題,取得了具有開創性、系統性的研究成果。2004年研發成功我國第一套火電廠廠級監控信息系統;2011年主持研發成功我國最大容量1000 MW超超臨界機組自動化成套控制系統;2013年研發成功世界首臺600 MW超臨界循環流化床機組自動化控制系統。針對我國當前大規模新能源電力消納面臨的難題,開展燃煤發電與可再生能源協同利用理論與技術研究。創建了“新能源電力系統”國家重點實驗室。

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      顧大釗,礦山工程與水文地質專家,中國工程院院士。江蘇濱海人

      對我國西部煤炭綠色開發工程技術做出了突出貢獻。提出了煤礦地下水庫儲用礦井水的技術思想,建立了煤礦地下水庫理論框架和技術體系。此技術首先在神東礦區全面應用,煤礦地下水庫提供了該礦區用水量的95%以上,為干旱缺水的神東礦區建成世界唯一的2億噸級超大型煤礦區提供了水資源保障。還給礦區周邊發電和煤制油等企業供水,使西部煤礦區由耗水大戶成為供水基地,奠定了我國在此技術領域的國際領先地位。該技術正在西部其它礦區推廣應用,為保護利用我國煤炭開采每年損失的數十億噸礦井水資源開辟了新路徑。組織研發高礦化度礦井水低成本處理技術,為寧東、哈密等西部缺水礦區高礦化度礦井水高效利用提供解決方案。


      改編原文:

      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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