新能源在碳中和中的地位與作用

　　摘要：二氧化碳是全球碳循環(huán)的重要介質(zhì)，具有實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)物的轉(zhuǎn)換和造成溫室效應(yīng)的雙重屬性。本文將大氣圈中被固定或可利用的二氧化碳定義為“灰碳”;無(wú)法被固定或利用，并留存在大氣圈中的二氧化碳定義為“黑碳”。碳中和是人類發(fā)展的共識(shí)，但在實(shí)施過程中面臨著政治、資源、技術(shù)、市場(chǎng)、能源結(jié)構(gòu)等諸多挑戰(zhàn)。本文提出碳替代、碳減排、碳封存、碳循環(huán)是實(shí)現(xiàn)碳中和的4種主要途徑，其中碳替代將是碳中和的中堅(jiān)力量。新能源已經(jīng)成為第3次能源轉(zhuǎn)換的主角，未來(lái)將成為碳中和的主導(dǎo)。目前，太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、核能、氫能等是新能源的主力軍，助力電力部門實(shí)現(xiàn)低碳排放;“綠氫”是新能源的后備軍，助力工業(yè)與交通等領(lǐng)域進(jìn)一步降低碳排放;人工碳轉(zhuǎn)化技術(shù)是連接新能源與化石能源的橋梁，有效降低化石能源的碳排放。預(yù)測(cè)2030年中國(guó)碳達(dá)峰的峰值約110108t。按照高、中、低3種情景預(yù)測(cè)2060年中國(guó)碳排放將分別降至22108t、33108t、44108t。針對(duì)中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和提出7項(xiàng)實(shí)施建議。構(gòu)建中國(guó)新的“三小一大”能源結(jié)構(gòu)，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)中國(guó)能源“獨(dú)立自主”戰(zhàn)略。

　　關(guān)鍵詞：新能源;碳達(dá)峰;碳中和;“灰碳”;“黑碳”;碳替代;碳減排;碳封存;碳循環(huán)

　　0引言

　　能源是自然界中能為人類生存及社會(huì)進(jìn)步提供的能力資源。人類自第1次拿起火種之后，能源與水、 糧食就構(gòu)成了人類賴以生存的3大要素�？萍歼M(jìn)步、社會(huì)文明兩大動(dòng)力驅(qū)動(dòng)了能源發(fā)展。世界能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生兩次轉(zhuǎn)換，第1次轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)了薪柴向煤炭的能源革命，第2次轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)了煤炭向石油、天然氣的能源革命，當(dāng)前正在經(jīng)歷傳統(tǒng)化石能源向新能源的第3次重大轉(zhuǎn)換。

　　新能源論文范例：新能源汽車輕量化的關(guān)鍵技術(shù)

　　按照能源發(fā)展規(guī)律，能源形態(tài)從固體(薪柴與煤炭)、液態(tài)(石油)向氣態(tài)(天然氣)轉(zhuǎn)換、能源中碳的數(shù)量從高碳(薪柴與煤炭)、中低碳(石油與天然氣)向無(wú)碳(新能源)轉(zhuǎn)換，未來(lái)沿著資源類型減碳化、生產(chǎn)技術(shù)密集化、利用方式多樣化3大趨勢(shì)發(fā)展。目前，世界能源正在進(jìn)行化石能源低碳化革命、新能源規(guī)�；�革命、能源管理智能化革命，3場(chǎng)能源革命正在同步進(jìn)行，加快形成“新煤炭”，“新油氣”“新電網(wǎng)”。人類生活在同一個(gè)地球、同一個(gè)天空，但呼吸著不同二氧化碳含量的“空氣”。

　　人類進(jìn)入工業(yè)化以來(lái)，二氧化碳排放量不斷增加，導(dǎo)致全球氣溫升高、冰川融化、海平面上升等諸多環(huán)境問題，人類賴以生存的環(huán)境面臨著前所未有的威脅與挑戰(zhàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)自1850年以來(lái)，大氣中二氧化碳的濃度從280106上升至450106，全球氣溫上升了0.9～1.2℃，海平面上升了20cm[1-3]。特別是近30年來(lái)，全球氣溫、海平面上升速度加快，氣溫升高速度達(dá)到每10年上升0.2℃，海平面上升速度達(dá)到0.32cm/a[4-6]。

　　到本世紀(jì)末，如果全球氣候升溫達(dá)到2℃，海平面升高將達(dá)到36～87cm，99%的珊瑚礁將消失，陸地上約13%的生態(tài)系統(tǒng)將遭到破壞，許多昆蟲、植物和動(dòng)物面臨著滅絕的風(fēng)險(xiǎn)[7]。因此，減少二氧化碳等溫室氣體排放，限制全球氣溫上升已經(jīng)成為全人類共同的目標(biāo)。2018年10月，聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IntergovernmentalPanelonClimate Change，簡(jiǎn)稱IPCC)提出了“碳中和”的目標(biāo)，到本世紀(jì)末將全球氣溫升高控制在1.5℃。

　　人類活動(dòng)導(dǎo)致的二氧化碳排放主要來(lái)源于化石燃料消費(fèi)。發(fā)展新能源，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，降低化石能源消費(fèi)，構(gòu)建綠色低碳的能源體系，是降低二氧化碳排放，實(shí)現(xiàn)全球碳中和的重要舉措之一。本文總結(jié)主要國(guó)家應(yīng)對(duì)碳中和的主要經(jīng)驗(yàn)和做法，分析全球二氧化碳排放的分布情況，提出全球?qū)崿F(xiàn)碳中和所面臨的挑戰(zhàn)和應(yīng)對(duì)措施。新能源已是第3次能源轉(zhuǎn)換的主角，將在實(shí)現(xiàn)碳中和發(fā)揮主導(dǎo)作用。針對(duì)中國(guó)碳中和面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇，提出中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和的路線圖與實(shí)施路徑，為2060年順利實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供參考依據(jù)。

　　1全球碳中和概況

　　1.1“碳”的類型

　　碳是生命物質(zhì)中的主要元素之一，是有機(jī)質(zhì)的重要組成部分，并以二氧化碳、有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的形式貯存于地球的大氣圈、陸地生態(tài)圈、海洋圈和巖石圈中。碳元素通過碳固定和碳釋放的方式，在地球的大氣圈、陸地生態(tài)圈、海洋圈和巖石圈中進(jìn)行循環(huán)[8]。碳固定是指植物的光合作用吸收二氧化碳、海水溶解大氣中的二氧化碳、干旱區(qū)鹽堿土吸收二氧化碳、含碳元素巖石的形成，以及利用人工技術(shù)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為化學(xué)品或燃料等。碳釋放主要來(lái)自于植物和動(dòng)物的呼吸作用、化石燃料的消耗、巖石圈中含碳元素巖石的分解等。

　　本文將大氣圈中被固定或可利用的二氧化碳定義為“灰碳”;將無(wú)法被固定或利用，并留存在大氣圈中的二氧化碳定義為“黑碳”。人類進(jìn)入工業(yè)化以來(lái)，化石燃料消耗急劇增加，巖石圈中化石能源的碳被釋放到大氣圈中，導(dǎo)致大氣圈中二氧化碳的濃度不斷增加，地球的碳循環(huán)平衡被破壞，造成了大氣圈中“黑碳”含量不斷增加。因此，碳中和主要目的是減少大氣圈中“黑碳”含量，逐步恢復(fù)綠色地球碳循環(huán)平衡，保護(hù)人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境，建設(shè)宜居地球。

　　1.2碳中和的內(nèi)涵及意義

　　IPCC發(fā)布的《全球升溫1.5℃特別報(bào)告》指出，碳中和(Carbon-neutral)是指1個(gè)組織在1年內(nèi)的二氧化碳排放通過二氧化碳消除技術(shù)達(dá)到平衡，或稱為凈零二氧化碳排放(netzeroCO2emissions)[7]。碳中和目標(biāo)是到2030年全球二氧化碳排放量比2010年下降約45%，到2050年達(dá)到近零排放，實(shí)現(xiàn)碳中和。碳中和的首要任務(wù)是到本世紀(jì)末將全球氣候變暖控制在1.5℃。

　　碳中和不僅控制氣候變化，也是人類保護(hù)生態(tài)環(huán)境的根本措施，有助于保護(hù)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)，避免更多的物種滅絕。碳中和加速了能源系統(tǒng)的低碳綠色轉(zhuǎn)型，為全球帶來(lái)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。根據(jù)國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)(IRENA)發(fā)布的《能源轉(zhuǎn)型2050》報(bào)告顯示，碳中和為全球帶來(lái)2.4%的GDP額外增長(zhǎng)，額外增加7×106個(gè)能源行業(yè)就業(yè)崗位等[9]。

　　1.3碳中和的進(jìn)展與做法

　　截至2021年1月，根據(jù)英國(guó)能源與氣候智庫(kù)(Energy&ClimateIntelligenceUnit)統(tǒng)計(jì)顯示[10]，全球已有28個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)或承諾碳中和目標(biāo)。其中，蘇里南共和國(guó)和不丹已經(jīng)實(shí)現(xiàn)碳中和，瑞典、英國(guó)、法國(guó)等6個(gè)國(guó)家通過立法承諾碳中和，歐盟、加拿大、韓國(guó)等6個(gè)國(guó)家及地區(qū)正在制定相關(guān)法律，中國(guó)、澳大利亞、日本、德國(guó)等14個(gè)國(guó)家承諾實(shí)現(xiàn)碳中和。2050年是全球?qū)崿F(xiàn)碳中和的主要時(shí)間節(jié)點(diǎn)，除2個(gè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)碳中和的國(guó)家外，芬蘭承諾最早(2035年)實(shí)現(xiàn)碳中和。另有99個(gè)國(guó)家正在討論碳中和目標(biāo)，其中烏拉圭擬將目標(biāo)定于2030年，其余國(guó)家均將目標(biāo)擬定于2050年。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)碳中和的2個(gè)國(guó)家具有國(guó)土面積小、森林覆蓋率極高等特點(diǎn)，其中蘇里南共和國(guó)的森林覆蓋率達(dá)80%，不丹的森林覆蓋率為72%。

　　碳中和進(jìn)程中，歐盟最為積極，欲建設(shè)首個(gè)碳中和大陸。2019年12月，歐盟委員會(huì)正式發(fā)布《歐洲綠色協(xié)議》，闡明了歐洲邁向氣候中性循環(huán)經(jīng)濟(jì)體的行動(dòng)路線，提出到2030年溫室氣體排放量在1990年基礎(chǔ)上減少50%～55%，到2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)。2020年12月，日本政府推出《綠色增長(zhǎng)戰(zhàn)略》，被視為日本2050年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的進(jìn)度表。從目前已經(jīng)承諾碳中和的國(guó)家來(lái)看，除了歐盟和日本發(fā)布了碳中和具體的路線圖外，其余國(guó)家的碳中和路線尚在進(jìn)一步制定中。

　　2碳中和面臨的主要挑戰(zhàn)與對(duì)策

　　2.1全球碳排放現(xiàn)狀

　　據(jù)國(guó)際能源署(IEA)統(tǒng)計(jì)，2019年全球與能源相關(guān)的二氧化碳排放量與2018年持平(為333108t)，前5名碳排放量國(guó)家分別為中國(guó)、美國(guó)、印度、俄羅斯、日本，碳排放量分別為98108t、48108t、23108t、15108t、11108t[11-12]。亞洲的碳排放主要來(lái)自中國(guó)、印度和日本，美洲的碳排放主要來(lái)自美國(guó)、加拿大和巴西，歐洲的碳排放主要來(lái)自俄羅斯、德國(guó)和英國(guó)，非洲的碳排放主要來(lái)自南非、埃及和阿爾及利亞，大洋洲的碳排放主要來(lái)自澳大利亞�；�石燃料消費(fèi)是二氧化碳排放增加的主要來(lái)源。

　　2003年以來(lái)，煤炭消費(fèi)一直是二氧化碳排放的第1大 來(lái)源。2019年煤炭、石油、天然氣消費(fèi)所排放的二氧化碳量分別占總排量的45%、43%、22%。電力行業(yè)是最大的碳排放行業(yè)，占總排量的38%，其次為交通、工業(yè)和建筑等行業(yè)，分別占總排量的24%、23%和9%[12]。

　　2.2碳中和面臨的主要問題碳中和應(yīng)對(duì)全球氣候變化已成為全球共識(shí)，但在實(shí)施過程中還面臨政治、資源、技術(shù)、市場(chǎng)、能源結(jié)構(gòu)等多方面挑戰(zhàn)。

　　2.2.1政治層面實(shí)現(xiàn)碳中和是全球性目標(biāo)，需要世界各國(guó)合作應(yīng)對(duì)，聯(lián)合國(guó)常任理事國(guó)應(yīng)率先在碳中和目標(biāo)上做出表率，但是美國(guó)和俄羅斯兩個(gè)常任理事國(guó)尚未承諾實(shí)現(xiàn)碳中和。全球碳排放前5名國(guó)家中的印度還沒有承諾實(shí)現(xiàn)碳中和時(shí)間。安哥拉、伊朗、伊拉克、南蘇丹、土耳其、也門等國(guó)最初簽署了《巴黎氣候協(xié)定》，但還沒有正式立法批準(zhǔn)。另有99個(gè)國(guó)家正在討論碳中和目標(biāo)，能否通過碳中和目標(biāo)尚未定論[9]。

　　2.2.2資源層面新能源替代化石燃料是實(shí)現(xiàn)碳中和的根本措施。全球太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源分布存在時(shí)空差異性，為新能源規(guī)模發(fā)展帶來(lái)挑戰(zhàn)。全球太陽(yáng)能資源主要集中在赤道附近南北回歸線之間，以非洲北部撒哈拉地區(qū)最為豐富，非洲大陸東側(cè)及南部、澳大利亞和中國(guó)西北地區(qū)也是太陽(yáng)能資源豐富區(qū)。風(fēng)能資源主要分布在東亞、東南亞、中亞、美洲30S—30N地區(qū)，以及中國(guó)北部和東部、蒙古、澳大利亞東北部、非洲撒哈拉沙漠以南等地區(qū)。全球陸地太陽(yáng)能和風(fēng)能資源存在明顯的地區(qū)性與季節(jié)性差異[13]。

　　2.3實(shí)現(xiàn)碳中和的對(duì)策

　　減少碳排放，實(shí)現(xiàn)碳中和的對(duì)策可以分為碳替代、碳減排、碳封存、碳循環(huán)4種主要途徑。碳替代主要包括用電替代、用熱替代和用氫替代等。用電替代是利用水電、光電、風(fēng)電等“綠電”替代火電，用熱替代是指利用光熱、地?zé)岬忍娲�化石燃料供熱，用氫替代是指�?ldquo;綠氫”替代“灰氫”。碳減排主要包括節(jié)約能源和提高能效。

　　在建筑行業(yè)主要以提高電器和設(shè)備能效、房屋外加太陽(yáng)能光伏等為主，開發(fā)新型的水泥和鋼材等材料、減少水泥和鋼材的隱含碳排放量等;在交通行業(yè)主要以使用更高效的動(dòng)力系統(tǒng)和更輕的材料等為主。從源頭減少“黑碳”的排放量。碳封存是指將大型火力發(fā)電、煉鋼廠、化工廠等產(chǎn)生的二氧化碳收集后，運(yùn)輸至合適場(chǎng)所，利用技術(shù)手段長(zhǎng)時(shí)間與大氣隔離封存。地質(zhì)封存是碳封存的主要形式，封存場(chǎng)所主要為油氣藏、地下深部咸水層和廢棄煤礦等。

　　3新能源在碳中和進(jìn)程中的重要地位

　　新能源是指在新技術(shù)基礎(chǔ)上加以開發(fā)利用，接替?zhèn)鹘y(tǒng)能源的非化石無(wú)碳、可再生清潔能源，主要類型有太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、氫能、地?zé)崮�、海洋能、核能、新材料�?chǔ)能等[16]。與煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)含碳化石能源相比，在理論技術(shù)、利用成本、環(huán)境影響、管理方式等方面有顯著不同。隨著新能源技術(shù)快速發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能、新材料等技術(shù)不斷進(jìn)步，新能源產(chǎn)業(yè)處于突破期，逐漸進(jìn)入黃金發(fā)展期。發(fā)展新能源，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵。新能源開發(fā)利用步伐加快，已成為全球能源增長(zhǎng)新動(dòng)力，并將逐步替代化石能源，在碳中和進(jìn)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

　　3.1新能源是第3次能源轉(zhuǎn)換的主角

　　從世界能源發(fā)展歷程看，人類能源利用史經(jīng)歷了從薪柴到煤炭、從煤炭到油氣的兩次轉(zhuǎn)型，正在經(jīng)歷從化石能源到新能源的第3次轉(zhuǎn)型。新能源具有清潔、低碳的特點(diǎn)，符合碳中和發(fā)展需求，將在第3次能源轉(zhuǎn)換中成為主角。1925年以來(lái)，全球能源變得更加清潔，除生物質(zhì)能外的新能源呈現(xiàn)加速發(fā)展態(tài)勢(shì)。1925—2019年全球能源的需求量從14108t油當(dāng)量增加至144108t油當(dāng)量，增長(zhǎng)了10倍，但新能源在全球能源中的占比從0.6%增加至15.1%，增幅達(dá)到24倍[17]。

　　4中國(guó)碳中和實(shí)施路徑

　　4.1中國(guó)碳中和目標(biāo)與路線圖

　　中國(guó)政府承諾實(shí)現(xiàn)碳中和，制定政策積極推進(jìn)碳中和進(jìn)程。2020年9月，習(xí)近平在聯(lián)合國(guó)大會(huì)上表示“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”[25]。同年12月，發(fā)布《新時(shí)代的中國(guó)能源發(fā)展》白皮書，全面闡述了新時(shí)代新階段中國(guó)能源安全發(fā)展戰(zhàn)略的主要政策和重大舉措�！吨袊�(guó)長(zhǎng)期低碳發(fā)展戰(zhàn)略與轉(zhuǎn)型路徑研究》報(bào)告指出，預(yù)計(jì)到2025年前后，中國(guó)二氧化碳排放進(jìn)入峰值平臺(tái)期，力爭(zhēng)2030年前可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定達(dá)峰，化石能源消費(fèi)的二氧化碳峰值排放量控制在110108t之內(nèi)，到2035年二氧化碳排放量將比峰值年份顯著下降[26]。按照二氧化碳排放峰值的減排程度，本文分低、中、高3種情景預(yù)測(cè)中國(guó)2060年碳排放量。

　　低情景下，二氧化碳減排至峰值的40%，排放量降低至44108t;中情景下，二氧化碳減排至峰值的30%，排放量降低至33108t;高情景下，二氧化碳減排至峰值的20%，排放量降低至22108t。剩余排放量主要通過二氧化碳封存及利用、森林碳匯等方式消納。中、高情景下對(duì)二氧化碳封存及利用、森林碳匯等碳中和技術(shù)需求較大，應(yīng)該加強(qiáng)這些領(lǐng)域的投入。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　當(dāng)今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局。生態(tài)環(huán)境事關(guān)人類生存和永續(xù)發(fā)展，需要各國(guó)團(tuán)結(jié)合作，共同應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。碳中和是人類應(yīng)對(duì)全球氣候變化達(dá)成的共識(shí)，世界各國(guó)積極承諾實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。碳替代、碳減排、碳封存、碳循環(huán)是實(shí)現(xiàn)碳中和的4種主要途徑，碳替代是實(shí)現(xiàn)碳中和的中堅(jiān)力量，預(yù)計(jì)到2050年將貢獻(xiàn)47%的二氧化碳減排量。碳中和進(jìn)程加速了全球能源從化石能源向新能源轉(zhuǎn)型，新能源已成為第3次能源轉(zhuǎn)換主角，未來(lái)將在碳中和發(fā)揮主導(dǎo)作用。預(yù)計(jì)2030年是新能源發(fā)展的轉(zhuǎn)折年，新能源成本下降至可與化石能源相競(jìng)爭(zhēng);2030—2050年新能源將大規(guī)模推廣應(yīng)用，碳排放下降趨勢(shì)加快。

　　2050年全球大部分地區(qū)和國(guó)家將實(shí)現(xiàn)碳中和，新能源走上能源舞臺(tái)中央成為主體能源。預(yù)計(jì)到2100年，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)由現(xiàn)階段的“四分天下”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;一大三小”新格局(“一大”為新能源，“三小”為煤炭、石油、天然氣)。未來(lái)中國(guó)也將逐步向世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)新趨勢(shì)靠攏發(fā)展，實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)階段“一大三小”(“一大”為煤炭，“三小”為石油、天然氣、新能源)向“三小一大”(“三小”為煤炭、石油、天然氣，“一大”為新能源)跨越。本文觀點(diǎn)是目前階段性認(rèn)識(shí)，未來(lái)不同時(shí)期，隨著科技與世界格局變化，碳中和的認(rèn)識(shí)將不斷革新和發(fā)展。

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　　作者：鄒才能，熊波，薛華慶，鄭德溫，葛稚新，王影，蔣璐陽(yáng)，潘松圻，吳松濤

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