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“雙碳”方案設(shè)計(jì)的六大誤區(qū)

發(fā)布時(shí)間:2023-02-03 瀏覽次數(shù):0 編輯:zqhzxsj

 

1月中旬,經(jīng)濟(jì)觀察報(bào)主辦的“第十二屆企業(yè)社會(huì)責(zé)任年度峰會(huì)”在線召開,國際歐亞科學(xué)院院士、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部原副部長(zhǎng)、中國城市科學(xué)研究會(huì)理事長(zhǎng)仇保興做了主題演講,提出當(dāng)前“雙碳”戰(zhàn)略設(shè)計(jì)需要避免六大誤區(qū)。

第一個(gè)誤區(qū)妄圖通過購買綠電、CCER來代替減碳,這是短視行為;


第二個(gè)誤區(qū)認(rèn)為可以用一種超級(jí)生物來獲得大規(guī)模的可再生能源,但生物質(zhì)能源嚴(yán)重受制于水和農(nóng)地資源;

第三個(gè)誤區(qū)林木碳匯提升占比過大;

第四個(gè)誤區(qū)過分依賴碳封存(CCUS);

第五個(gè)誤區(qū)在雙碳設(shè)計(jì)中未區(qū)分灰氫與綠氫;

第六個(gè)誤區(qū)過于推崇大而集中式的化學(xué)儲(chǔ)能。

針對(duì)以上誤區(qū),仇保興提出了倡議:

首先雙碳路線圖的設(shè)計(jì)和實(shí)施,需要廣泛的跨學(xué)科科學(xué)團(tuán)隊(duì)的持續(xù)研究,沒有捷徑可走;

二是雙碳需要雙創(chuàng)去引領(lǐng),90%以上的新技術(shù)、新模式,都有待于企業(yè)家組織科技人員在未來中去創(chuàng)造;

三是雙碳需要對(duì)固有知識(shí),特別是那些專門鉆牛角尖的知識(shí)進(jìn)行更新,把固有的利益打破,這樣能多快好省地走出一條雙碳新的路線出來;

四是雙碳戰(zhàn)略實(shí)施需要更多的主體,尤其是企業(yè)家廣泛參與;

最后,城市再次成為雙碳和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主體和創(chuàng)新的平臺(tái),抓住這一機(jī)會(huì),不僅能夠?qū)崿F(xiàn)城市經(jīng)濟(jì)“二次騰飛”,更能使我國雙碳戰(zhàn)略從上而下“構(gòu)成”能與從下而上“生成”相互協(xié)同,形成堅(jiān)韌靈活的碳中和能源新體系。

仇保興演講全文

雙碳戰(zhàn)略能不能順利實(shí)施,這不僅是各級(jí)政府的責(zé)任,也是企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的責(zé)任。今天談?wù)勲p碳戰(zhàn)略設(shè)計(jì)的若干誤區(qū)及其糾正措施。

第一個(gè)誤區(qū),妄圖通過購買綠電、CCER來代替減碳。當(dāng)前部分企業(yè)甚至地方政府認(rèn)為,只要購買足夠的綠電,或者用CCER來代替減碳就能實(shí)現(xiàn)該單位、地區(qū)的碳中和,但這實(shí)際是短視的行為。如果只是針對(duì)一個(gè)展會(huì),或者舉行的某一個(gè)短期研究項(xiàng)目,其過程碳排放是可以通過CCER這種碳交易來完成減碳的,但這也是將減碳責(zé)任臨時(shí)轉(zhuǎn)嫁給其他降碳企業(yè)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看,這是減碳的外包,把社會(huì)責(zé)任和生態(tài)責(zé)任推卸給其它社會(huì)主體了。低碳是一種長(zhǎng)期生活和生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變,而這種“外包”模式顯然是不能被大規(guī)模推廣的。

此外,對(duì)目前社會(huì)上大量出現(xiàn)的這些“CCER碳中和證書”其實(shí)是有一定誤區(qū)的。“雙碳戰(zhàn)略”的實(shí)踐,始終是需要企業(yè)和地方政府實(shí)踐生產(chǎn)活動(dòng)、生產(chǎn)方式的低碳化轉(zhuǎn)變,實(shí)現(xiàn)碳中和必然需要通過社會(huì)主體自身進(jìn)行節(jié)能減排,或者發(fā)展可再生能源來使自身的碳排放得到中和,這才是可持續(xù)的方式。這就需要做出很大的非常復(fù)雜且艱巨的努力,因此“雙碳戰(zhàn)略”也是長(zhǎng)期且艱巨的創(chuàng)新過程。

現(xiàn)代城市是非常復(fù)雜的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和自然的復(fù)合結(jié)構(gòu),但也可以被簡(jiǎn)化為這么幾種模塊——建筑、交通、廢棄物處理、工業(yè)、碳匯農(nóng)業(yè)農(nóng)村。只要在某一個(gè)方面獲得技術(shù)創(chuàng)新,就能獲得碳減排。例如中國城市科學(xué)研究會(huì)已經(jīng)發(fā)布的《碳中和建筑評(píng)價(jià)導(dǎo)則》,《導(dǎo)則》首先就要求了建筑本身要通過節(jié)能減排或自身創(chuàng)造的可再生能源作為一種基礎(chǔ)的碳減排方式,在這基礎(chǔ)上,我們?cè)僖笤鲈O(shè)一些對(duì)社會(huì)生態(tài)有影響的要素,例如提高了綠電比例、對(duì)電網(wǎng)能夠主動(dòng)地相應(yīng)調(diào)節(jié)等等。

第二個(gè)誤區(qū),栽培“超級(jí)生物”利用生物質(zhì)能源實(shí)現(xiàn)碳中和。有許多地方政府甚至一些植物學(xué)專家認(rèn)為,可以通過一種以我國本土野生蘆竹為母體,采用現(xiàn)代生物育種技術(shù)進(jìn)行科學(xué)誘導(dǎo)馴化、組培繁育出的新型高產(chǎn)能源作物“超級(jí)蘆竹”來獲得大規(guī)模的可再生能源,他們認(rèn)為如果這種生物質(zhì)能源能夠大面積種植,就可以使碳中和順利實(shí)現(xiàn)。據(jù)介紹,“超級(jí)蘆竹”可在荒地、灘涂地、沼澤地、鹽堿地等PH3.5-PH9 的土壤環(huán)境生長(zhǎng)。一次種植可連續(xù)收割15-20年,干生物量達(dá)5-10 噸/畝/年,約為玉米秸桿的7倍、水稻秸桿的15倍以上。不少植物學(xué)家認(rèn)為這種超級(jí)蘆竹還具有超強(qiáng)的碳匯能力,是森林的25-40倍。

因此很多權(quán)威專家宣稱:我國只要拿出約11億畝左右土地種上蘆竹,就可以滿足全國50%以上的可再生能源的需求。照此說法,豈不是只要在足夠多的土地上種上這種植物就能一勞永逸解決我國碳中和難題了?但事實(shí)上在年降雨量小于1000mm的地方是不可能種植存活這類高耗水作物的。按照植物固碳所需水量比例計(jì)算,每公斤生物量固碳需要100-300公斤水,植物吸收的99.5%的水份都會(huì)自然蒸發(fā)“浪費(fèi)”,只有0.1-1%左右的水量是能被植物吸收轉(zhuǎn)化為固碳植物纖維素。事實(shí)上,植物固碳用水的效率都明顯低于1%,不同種類植物都差別不大,包括超級(jí)蘆竹。

可以想象,如按照每畝超級(jí)蘆竹能生產(chǎn)5噸干物質(zhì)計(jì)算,則每年需要用水量500噸,如蒸發(fā)悉數(shù)為2.5則每畝種植的超級(jí)蘆竹至需要1250噸水。由此可見,在我國大面積地推行超級(jí)蘆竹的種植,不長(zhǎng)途調(diào)水灌溉是不可能實(shí)現(xiàn)的。年降水量滿足1000mm以上只有少數(shù)地方能滿足而且用地與傳統(tǒng)糧食作物高度重疊,如采用長(zhǎng)途輸調(diào)水需要大量的能源和占用耕地。我國能夠滿足超級(jí)蘆筍種植,而且不用長(zhǎng)距離調(diào)水的地方僅有江南的小部分區(qū)域滿足,但這些地方也基本是高產(chǎn)糧田。碳中和沒有捷徑可走,試圖通過種植某種人工改良的超級(jí)植物來低成本地實(shí)現(xiàn)某省或全國性減碳顯然是不可能的事情。從可再生能源可開發(fā)總量來看,我國陸上風(fēng)能可開發(fā)量理論值為3000億吉焦以上,陸上光伏發(fā)電理論值更高達(dá)百萬億吉焦(比2060年我國預(yù)計(jì)用電量1000億吉焦還要多出上千倍)。由此可見,以城市為主體大力發(fā)展太陽能光伏、陸上或海上風(fēng)電,再結(jié)合有效的儲(chǔ)能才能替代傳統(tǒng)化石能源,形成可行的碳中和路線圖,而生物質(zhì)能源只能是一種區(qū)域性補(bǔ)充性可再生能源。

第三個(gè)誤區(qū)是林木碳匯的提升占比過大。從各個(gè)城市的雙碳方案路線圖、未來規(guī)劃藍(lán)圖來研判,許多城市錯(cuò)誤地認(rèn)為,碳匯的提升能夠?qū)?ldquo;碳中和”貢獻(xiàn)20%,甚至30%的份額,這顯然是錯(cuò)誤的。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷,一個(gè)縣甚至一個(gè)省,一個(gè)城市的林木碳匯再提高,也僅能貢獻(xiàn)3%-5%的減碳份額。

為什么會(huì)產(chǎn)生這么巨大的誤區(qū)?因?yàn)槭鞘艿搅艘恍╁e(cuò)誤的文章的引導(dǎo),例如,國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》曾發(fā)表所謂的多國科學(xué)家最新研究成果顯示,2010-2016年中國陸地生態(tài)系統(tǒng)年均吸收約 11.1 億噸碳,吸收了同時(shí)期人為碳排放的45%。文章指出:該研究成果表明,此前中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力被嚴(yán)重低估。

這個(gè)結(jié)論有兩個(gè)錯(cuò)誤,一是我國的陸地系統(tǒng),根據(jù)現(xiàn)在所作的模型,也沒有那么高的碳可以吸收。如果吸收了,到了年終即冬季大部分植物自然枯萎,原來固碳量肯定是又要排回去了。二是我國2010年-2016年,每年的碳排放已經(jīng)接近100億噸,就是吸收了11億噸的碳排放,怎么可能達(dá)到45%?最多是11%,所以這種算法明顯存在錯(cuò)誤。

而根據(jù)中共中央、國務(wù)院文件,我國近些年碳匯任務(wù)是“森林蓄積量從2025年180億立方米增加到2030年190億立方米。(相當(dāng)于每年可增碳匯3.6億噸)”。這與國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》的數(shù)據(jù)是明顯矛盾的。實(shí)際上,我國近些年每年排放的二氧化碳超過了100億噸,如果真如同《自然》所說的“吸收了同時(shí)期人為碳排放的45%”,那么我國每年林木碳匯的量應(yīng)該在50億噸左右。這些具有明顯錯(cuò)誤的文章被大量引用,才會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生這些誤區(qū)。

但是,我們不能忽略自然界具有巨大的潛在的碳調(diào)節(jié)能力,碳調(diào)節(jié)能力最大的還是海洋,從單位面積來看,每一平方公里的碳吸收能力,海洋是森林的10-20倍,而森林是草原的10-20倍。完成減碳社會(huì)責(zé)任是一個(gè)偉大的事業(yè),但要在科學(xué)研究上下工夫。

第四個(gè)誤區(qū)是過分的依賴碳封存,即CCUS。根據(jù)研究測(cè)算,國際國內(nèi)一致的意見是不包括運(yùn)輸和封存成本,國外捕集CO2的成本約為11-57美元/噸,而我國煤發(fā)電廠工藝流程中的低濃度CO2捕集成本為300-900元/噸。煤化工工藝流程中的高濃度的二氧化碳捕獲比較容易,但成本仍達(dá)200-600人民幣一噸,而且這還不包括運(yùn)輸與封存過程發(fā)生的成本。

在2020年,據(jù)E&ENews網(wǎng)站報(bào)道,由于油價(jià)偏低,由美國NRG能源公司(NRGEnergy Inc.)支持的Petra Nova碳捕集設(shè)施已經(jīng)停止捕集二氧化碳。也就是說,曾被視為碳捕捉的一盞明燈,也是美國唯一的一家大型商業(yè)碳捕集發(fā)電廠自2017年1月投入運(yùn)行以來首次停運(yùn)。

當(dāng)然,目前也有人提出,能不能把這個(gè)二氧化碳運(yùn)到油田,替換水,把其作為增加開采石油的填料,可“一舉多得”進(jìn)行碳封存。但事實(shí)是,從生產(chǎn)總量上看我國2020年產(chǎn)油量?jī)H為2億噸,全部等量注入二氧化碳也僅為我國每年碳排放量的零頭。從單位成本看,通過注水增加石油開采量與注二氧化碳成本相差百倍,而且通過收集、濃縮、運(yùn)輸和注入封存二氧化碳也需要很高的能源消耗。從全球范圍來看,通過傳統(tǒng)的碳封存技術(shù)(CCUS或CCS)幾乎沒有成功的商業(yè)案例。但大自然早就存在許多“低成本”的碳封存模式值得人類去借鑒:例如海洋中的貝類與珊瑚蟲等生物能將水中的二氧化碳與鈣相結(jié)合形成碳酸鈣類物質(zhì),后者作為碳封存的中介質(zhì)至少能將碳封存千年以上,而且在這一過程中幾乎不消耗能源,這非常值得科學(xué)家們進(jìn)行探索。

第五個(gè)誤區(qū)是沒有區(qū)分灰氫和綠氫。許多企業(yè)家、許多地方政府都把發(fā)展氫能源作為自己減碳的主要手段,但他們不知道我們現(xiàn)在的氫能源方案走的是純氫的方案,實(shí)際上是充滿著陷阱的。

第一個(gè)陷阱,例如我們推行的氫能源汽車,作為燃料的氫如果來自于化工燃料,當(dāng)前我國97%純氫來自于天然氣或煤炭,如果純氫是天然氣轉(zhuǎn)化過來的,成本最低,但這樣的氫氣是“灰氫”,將這類“灰氫”作為燃料汽車的燃料的話,從全生命周期算,它產(chǎn)生的碳排放比直接燒柴油汽油還要高20%以上。如果氫氣是來自于生物質(zhì),或通過太陽能和風(fēng)能轉(zhuǎn)化的氫氣,就被稱之為“綠氫”,碳排放就降低了20倍。

由此可見,同樣是氫,綠氫與灰氫是明顯不同的。我們需要意識(shí)到,人類能源利用進(jìn)入了這么一個(gè)新歷史階段,針對(duì)同樣種類的交通燃料而言,其來源是非常重要的一個(gè)減碳大問題。

第二,氫能源最大的危險(xiǎn)在于它極易爆炸的特性,即在密度4%-70%之間都是非常容易點(diǎn)燃爆炸的。為什么也有很多專家說氫能源、氫氣泄露不容易爆炸,那是因?yàn)橛捎跉錃獗容^輕,所以在空曠的原野中逃逸快,但我國各個(gè)城市都是密集型住宅區(qū),80%的汽車如果都要停在大樓的地下庫,地下車庫是密封的空間,一旦發(fā)生氫氣泄露,就會(huì)引起連鎖爆炸,這是非常危險(xiǎn)的。所以許多方案在國外人口密度稀少的郊區(qū)行得通,在我國密集的大城區(qū)則行不通。

第三,因?yàn)闅錃馓右萘糠浅4螅\(yùn)輸成本非常高。所有的純氫如果運(yùn)輸?shù)木嚯x超過200公里,運(yùn)輸費(fèi)比運(yùn)輸氫的價(jià)值還要高,所以不適宜長(zhǎng)途運(yùn)輸;加上氫氣可以與鋼鐵相互作用產(chǎn)生“氫脆”,使鋼鐵的結(jié)構(gòu)遭到破壞,必須要用昂貴的特殊材料,因此長(zhǎng)距離運(yùn)輸氫很難得到解決。

第四個(gè)問題是加氫站投資太大,往往是一般加油站的50倍以上,這些問題都是目前沒法得到解決的。

正是由于以上諸多問題,我們需要換個(gè)思路來完成氫能源的發(fā)展,即人類要學(xué)習(xí)大自然把氫轉(zhuǎn)化成綠色甲醇或者綠氨等穩(wěn)定的氫化合物載體。只要將氫轉(zhuǎn)化成綠色甲醇和綠氨就能輕易的儲(chǔ)存、運(yùn)輸,同時(shí)也能低成本與煤摻雜進(jìn)行混燒來大幅降低煤發(fā)電的碳排放。

第六個(gè)誤區(qū),過去數(shù)百年工業(yè)文明的成就,使得我們推崇建造大而集中的化學(xué)儲(chǔ)能。眾所周知,可再生能源有波動(dòng)性,需要進(jìn)行調(diào)峰儲(chǔ)存進(jìn)行平衡,這是一個(gè)基本常理——發(fā)展100萬千瓦的可再生能源,至少需要30千瓦,就是三分之一的容量用來儲(chǔ)能。但如果我們延用工業(yè)文明,建設(shè)大型的、集中的、中心控制式的儲(chǔ)能站則肯定是錯(cuò)誤的。

有一個(gè)非常慘痛的教訓(xùn),在去年4月16日,北京市豐臺(tái)區(qū)一個(gè)25MWh直流光儲(chǔ)充一體化電站發(fā)生起火,在對(duì)電站南區(qū)進(jìn)行處置過程中,電站北區(qū)在毫無征兆的情況下突發(fā)爆炸,導(dǎo)致2名消防員犧牲。從此北京市下了一個(gè)命令,所有大型化學(xué)儲(chǔ)電站一律停止投資建設(shè),這是血的教訓(xùn)。因?yàn)樵酱笮汀⒃郊械幕瘜W(xué)儲(chǔ)能越具爆炸性危險(xiǎn),有專家認(rèn)為這與將大規(guī)模殺傷性武器安置在城區(qū)無本質(zhì)差別。

從全國來看,如果電力系統(tǒng)整個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)型,還需要大量的儲(chǔ)能設(shè)備。儲(chǔ)能方面首先要考慮到安全,其次考慮到成本。

未來有兩個(gè)方向值得科學(xué)家和企業(yè)家作出努力:第一個(gè)方向,建筑脫碳和儲(chǔ)能的潛力在于社區(qū)“微能源”。從目前的趨勢(shì)來看,在2030年時(shí)我國將會(huì)有1億輛電動(dòng)車,目前每輛電動(dòng)車的儲(chǔ)電能力平均是70度電,按每年每輛電動(dòng)車充放電100次計(jì)算,全年儲(chǔ)能調(diào)節(jié)能力為7000億kwh,相當(dāng)于將7個(gè)三峽電站改為抽水蓄能電站。這樣巨量的儲(chǔ)電能力若合理調(diào)配就能使未來電網(wǎng)得到穩(wěn)定運(yùn)行。例如通過利用社區(qū)的分布式能源微電網(wǎng)以及電動(dòng)車儲(chǔ)能組成“微能源系統(tǒng)”,在電網(wǎng)處于用電峰谷的時(shí)候,使所有社區(qū)停放的電動(dòng)汽車進(jìn)行自動(dòng)低價(jià)充電;當(dāng)電網(wǎng)處于用電峰頂時(shí),可以借用電動(dòng)車所儲(chǔ)的電按峰谷差價(jià)出售給電網(wǎng)一部分電力,這既能對(duì)電網(wǎng)用峰谷能進(jìn)行調(diào)節(jié),又能為電動(dòng)車主帶來利潤(rùn)。如果外部突發(fā)停電,社區(qū)也可以借助各家各戶的電動(dòng)車電能作為社區(qū)的臨時(shí)能源供應(yīng)。如此一來,這樣的居民小區(qū)實(shí)際上就是一個(gè)發(fā)電單位,也是一個(gè)韌性很強(qiáng)的虛擬電廠。更重要的是,比起傳統(tǒng)的大型化學(xué)電池蓄能,這種分布式的社區(qū)微電網(wǎng)在儲(chǔ)能成本、韌性安全保障能力等方面都有顯著的優(yōu)勢(shì)。

另外一個(gè)方向是利用抽水蓄能進(jìn)行可再生能源的儲(chǔ)能調(diào)峰。因?yàn)槌樗钅懿粌H效率很高,可以達(dá)到80%,更重要的是一旦建成可以使用百年以上,這個(gè)過程中間損耗很小,屬最綠色的儲(chǔ)能模式。但是建設(shè)成本很高,周期長(zhǎng)達(dá)15年,這就是為什么我國在兩個(gè)五年規(guī)劃中都沒有完成任務(wù)的原因。解決之道在于充分利用我國現(xiàn)有的9萬多個(gè)已建成的水庫中適合的一部分水庫進(jìn)行抽水儲(chǔ)能。

按我國《抽水蓄能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2021-2035)》,2035年需要達(dá)到3億千瓦抽水儲(chǔ)能總?cè)萘俊?jù)國家電網(wǎng)總工程師陳國平介紹:“2030年我國要想實(shí)現(xiàn)12億千瓦新能源裝機(jī)容量,至少需要匹配2億千瓦的儲(chǔ)能。但我國現(xiàn)有的抽水蓄能裝機(jī)僅為4000萬千瓦左右,受制于建設(shè)周期,到2030年我國抽水蓄能裝機(jī)最多只能達(dá)到1億千瓦。”由于新建抽水蓄能電站面臨選址難、征地拆遷難和開山修公路生態(tài)環(huán)保審批難等障礙,已經(jīng)連續(xù)兩個(gè)五年計(jì)劃未完成預(yù)定建設(shè)任務(wù)。我國實(shí)際在建抽水蓄能電站總規(guī)模5513萬千瓦,全部投產(chǎn)也僅滿足需求量的30%左右。從裝機(jī)總量來看,我國抽水蓄能占電力裝機(jī)總量的1.4%,遠(yuǎn)低于日本的8%以及意大利、德國等國家的3%-6%,發(fā)展空間巨大,且需求緊迫。

因此利用現(xiàn)有具備抽水蓄能條件的中小型水庫改裝成多功能抽水儲(chǔ)能電站,可以解決新增可再生能源的儲(chǔ)能比問題,同時(shí)也能利用水庫改建機(jī)會(huì)解決病險(xiǎn)水庫維修資金缺口難題,實(shí)現(xiàn)對(duì)病險(xiǎn)水庫進(jìn)行大規(guī)模加固,而且利用抽水蓄能電站穩(wěn)定的儲(chǔ)能性,也能快速解決我國“棄風(fēng)、棄光”問題。

總之,首先,雙碳路線圖的設(shè)計(jì)和制訂需要科學(xué)的態(tài)度,需要跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)艱苦持續(xù)的創(chuàng)新研究,沒有捷徑可走;第二,“雙創(chuàng)”是唯一引領(lǐng)“雙碳”的途徑,90%以上的“雙碳”科技與政策工具都將在未來涌現(xiàn);第三,“雙碳”需要對(duì)固有的知識(shí)更新,把固有的利益格局打破,同時(shí)突破傳統(tǒng)的思維框框;第四,雙碳戰(zhàn)略需要更多市場(chǎng)主體和社會(huì)主體的參與,參與主體越多,主動(dòng)性越強(qiáng),雙碳藍(lán)圖實(shí)施的成功率越高;第五,城市再次成為雙碳和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主體和創(chuàng)新的平臺(tái),抓住這一機(jī)會(huì),不僅能夠?qū)崿F(xiàn)城市經(jīng)濟(jì)“二次騰飛”,更能使我國雙碳戰(zhàn)略從上而下“構(gòu)成”能與從下而上“生成”相互協(xié)同,形成堅(jiān)韌靈活的碳中和能源新體系。


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