“双碳”目标再解析：概念、挑战和机遇.pdf

第 24 卷 第 3 期2024 年 5 月北 京 工 业 大 学 学 报(社会科学版)JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY(SOCIAL SCIENCES EDITION)Vol.24No.3May 2024DOI:10.12120/bjutskxb202403001“双碳冶目标再解析:概念、挑战和机遇潘家华1,2(1.北京工业大学 生态文明研究院,北京摇 100124;2.中国社会科学院 可持续发展研究中心,北京摇 100732)摘摇 要:碳达峰是一个多峰突起、波动下降的阶段性特征,并非必然是碳中和的表征。中国实现碳中和只能是高碳化石能源的有序减退和零碳可再生能源的持续快速攀升,使得以可再生能源为主体的非化石能源在能源消费结构中占比超过 80%;零碳能源的革命性突破和生产革命,可推动就业增长、安全环境等可持续发展目标的实现,而且零碳能源的消费革命,可提升民生福祉,促使区域协同和发展范式的升级;同时,碳移除的净零碳路径所带来的经济社会发展动能较弱,潜在风险较大,只可起到辅助作用。中国实现“双碳冶目标需要摒弃碳思维,充分释放零碳转型的增长动能,多路径优化集成,才能行稳致远,迈向碳中和。关键词:碳达峰;碳中和;净零碳转型;零碳能源;碳移除中图分类号:F124郾 3文献标志码:A文章编号:1671-0398(2024)03-0001-13收稿日期:2023鄄10鄄29基金项目:国家自然科学基金专项项目(72140001)作者简介:潘家华(1957),男,中国社会科学院学部委员,北京工业大学生态文明研究院院长,教授,博士生导师。摇 摇 2020 年 9 月,习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论会上的发言提出了“双碳冶目标,即中国力争 2030 年前碳达峰,努力争取 2060 年前实现碳中和1。2020 年 12 月 12 日,在联合国气候雄心峰会上,习近平主席向国际社会明确地提出了中国的实施方案,到 2030 年,中国风电、太阳能发电总装机容量达到 12 亿千瓦,非化石能源在一次能源消费总量占比从 2015 年提出的20%左右到 2030 年提升至 25%左右2。2021 年 9 月 22 日,中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见3出台,要求在 2060 年非化石能源占比达到 80%以上。中国政府的担当与务实,有力回应了国际社会对中国实现“双碳冶目标的误判和质疑。2020 年,美国作为世界第一大经济体,其所有的电力装机容量只有 12 亿千瓦,且 2013 年之前的风光累积装机,总容量也只有 0郾 95 亿千瓦。2019 年以来,中国每年的风光发电装机容量均超过1 亿千瓦,从 2019 年的 3郾 6 亿千瓦增加到 2022 年的 7郾 57 亿千瓦,至 2023 年 8 月,风光发电装机已经突破 9 亿千瓦4。2022 年,中国光伏发电装机占世界总量的 37郾 32%,是美国的 3郾 48 倍;中国风电装机占全球总量的 40郾 72%,是美国的 2郾 60 倍5。预测到 2030 年,中国风电、太阳能的装机容量将在 18 亿千瓦以上,可望超过 21 亿千瓦。因而,中国能源转型进程以零碳可再生能源发展为标志,并且在规模上远超包括美国在内的其他国家,在全世界处于第一的位置。中国实现碳中和目标,并不仅仅是为了碳中和,也并不仅仅是为了“零碳冶而“零碳冶,零碳是发12024 年北 京 工 业 大 学 学 报(社会科学版)展、机遇,更是未来。恰如人类社会的工业文明是对农耕文明是碾压式的替代,“零碳冶对“高碳冶的替代也将是碾压式的。中国实现净零碳最有效的方式不是“弯道超车冶,而是要“切换赛道冶 从高碳的化石能源转换到零碳的可再生能源赛道6。中国要推动净零碳变革,从而为经济社会能源系统发展提供多赢动能7。因此,本文对“双碳冶相关的概念、挑战和机遇等问题尝试进行再解读,以期深化和拓展对“双碳冶问题的了解和认知。一、化石能源的有序减退是实现“双碳冶的关键“双碳冶,即碳达峰和碳中和。中国要实现碳达峰,国内部分学者认为中国现在需要发展,不能增加碳排放,否则经济增长就会受到制约。但是,碳达峰只是一个阶段性的标志,是自然或人为干预碳排放而展现的排放轨迹的一个表征,最后还是要实现碳中和。2015 年,联合国气候变化框架公约缔约方会议所达成的巴黎协定第四条第一款提到碳中和,即人为温室气体的排放跟人为的温室气体的移除达到平衡淤。这种平衡表明了两层涵义,一是净的零排放,就是没有额外排放;二是借用化学概念,酸碱中和以后生成盐和水,没有任何酸和碱性,从而使排放和移除达到平衡,大气二氧化碳浓度可望达到稳定。碳中和也可以表述为碳中性,即没有额外增加,也没有额外减少,处于中性的地位。学界对于温室气体的界定、统计和检测上尚有相对不确定性或数据缺乏精准性。1992 年,在巴西里约热内卢召开的联合国环境与发展会议上,国际社会达成联合国气候变化框架公约于,仅讲二氧化碳或温室气体,并未对温室气体给出明确的界定类别。1997 年,京都议定书对温室气体的界定明确有 6 种温室气体8,其中最主要的是二氧化碳,大概占温室气体总量的 80%左右;其他是甲烷,如煤矿的瓦斯煤层气是甲烷,还包括沼气,生物质腐败生成的沼气,也是甲烷,大概占17%;另外,还有氧化亚氮和含氟气体,即空调用的氟利昂,还有发泡剂和灭火剂,大概占温室气体的 2%3%左右。2012 年,在卡塔尔多哈召开的联合国气候变化框架公约第 18 次缔约方会议上,温室气体又增列了含氟气体9。因而,温室气体主要是二氧化碳和甲烷等 7 种,其它温室气体占比仅有 3%左右。(一)碳中和必须聚焦化石能源中国要实现碳中和,要控制温室气体,就必须聚焦化石能源。化石能源是温室气体二氧化碳和甲烷的主要来源,我们如果把化石能源控制住,人为额外排放的温室气体 90%95%得到了管控。温室气体从来源上看主要包括两大类:一是化石能源,是地质年代形成的石油、煤炭、天然气,这部分二氧化碳深埋在地下,排放后增加到大气中;二是碳水化合物,是自然界,包括绿色植物通过光合作用形成的各种干物质。人类食用的粮食也是碳水化合物,木材、枯枝、落叶等都具有相同的属性,自然形成的碳水化合物,如果固定在土壤和木材中间,则称为“碳汇冶。森林如果发生火灾或者动植物腐烂,会将甲烷和二氧化碳又释放回到大气中,所以生物是自然的碳循环。在1750 年的工业革命初期,大气中二氧化碳浓度是百万分之二百八十,即 0郾 028%,2021 年达到百万分之四百一十四,即 0郾 041 4%的水平。20 世纪以来,人类经济社会发展消耗大量化石能源,导致温室气体二氧化碳的浓度水平快速升高,全球地表增温加剧了温室气体控制和减排的需求被提上了日程。因而,无论是碳达峰,还是碳中和,我们都必须要管控好化石能源燃烧排放而产生的温室气体。2淤于UNFCCC,The Paris Agreement,https:椅unfccc.int/process鄄and鄄meetings/the鄄paris鄄agreement。联合国气候变化框架公约,https:椅www.un.org/zh/node/181981。潘家华:“双碳冶目标再解析:概念、挑战和机遇第 3 期2021 年9 月22 日,中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见3发布,提出在 2060 年,中国的非化石能源(包括风、光、水、生物质和核能,以及地热能海洋潮汐能等)要达到 80%以上。2022 年,中国的化石能源(包括煤炭、石油、天然气等)占比82郾 7%,但到2060 年,我们要用37 年时间,把非化石能源的占比提升到80%以上,化石能源占比降到 20%以内。由此,中国实现碳中和目标即是化石能源退出的过程。中国化石能源燃烧产生的二氧化碳排放,高居世界第一,大约每年有 115 亿吨的二氧化碳排放量。实际上,自然界生物源产生的碳排放并不构成温室气体控制的主要方向(或者主要内容),例如喂养牛、猪需要的是碳水化合物,碳水化合物是通过光合作用把大气中的二氧化碳固定以后形成碳水化合物,最后作为能量的来源为人和动物所食用,食用以后将这部分的碳释放到大气,是一个自然循环的过程。化石能源经过数百万乃至于亿万年的地质作用,只有人为挖掘出来燃烧并释放,才是额外排放的二氧化碳。煤炭、石油、天然气尽管都是化石能源,且释放二氧化碳,但释放的二氧化碳比重是不一样的。一吨标准煤的热值(1 000 公斤 伊7 000 大卡),煤炭燃烧以后释放的二氧化碳是 2郾 6 吨(煤的品种不一样,燃烧氧化率不一样,大约是 1 吨标准煤热值燃烧以后排放 2郾 6 吨二氧化碳),1 吨标准煤热值的石油(也有各种原油的差异),大概排放 2郾 1 吨二氧化碳,1 吨标准煤热值的天然气燃烧以后释放的二氧化碳是 1郾 6 吨。中国的能源结构主要是以煤为主,其中煤炭在 10 多年前的能源占比为 72%,2012 年以来不断下降,但到 2022 年,还是占比 56郾 2%10。但是,西方发达国家,美国煤炭在能源占比为 12%,德国煤炭占比只有 7%左右,英国已经“脱煤冶。这些国家煤炭在能源结构中占比不仅较低,而且还在不断去煤。2021 年,在格拉斯哥联合国气候变化框架公约第 26 次缔约方大会上,欧美等西方发达国家缔约“退煤联盟冶11。2021 年,中国消费的化石能源排放量中,煤炭占比 73%,基本上是 3/4的占比,而石油占比不到 1/5,天然气占比也不多。因而,中国若把煤炭、石油、天然气用量降下来,就等于降低了 90%以上的化石能源燃烧排放的二氧化碳排放量。(二)碳达峰进程具有自然和人为双重机制西方发达国家实现碳达峰经验表明,这是一个自然的过程。英国在 1970 年就已经碳达峰,德国则在 1979 年碳达峰。此时,国际社会还没有开始气候变化谈判,而美国是在气候变化谈判之后的 2005 年实现碳达峰。1990 年,联合国成立政府间气候变化谈判委员会,经过 2 年谈判才达成联合国气候变化框架公约淤。碳达峰虽然是一个自然的过程,与人为的主动管控因素关系不紧密,但是如果碳达峰自然的过程太过缓慢,则需要人为的努力来加速这一进程。因此,对于后发的发展中国家而言,中国需要加大力度,将峰值压低并提前达到高点,让碳中和目标能够得以早些实现,这就是碳达峰的机制。西方发达国家能够实现碳达峰主要有两个原因。一是能源结构的变化。1970 年,英国实现碳达峰,是因为其作为工业革命的发源地和蒸汽机的出现地,煤炭经过 200 年的开采,开采成本越来越高,量越来越少,但是此时发现了北海油田,油田里有大量的天然气,以天然气取代了煤炭。虽然煤炭和天然气具有同样大卡的热值,例如,每公斤 7 000 大卡的热值,每吨标煤热值煤炭的二氧化碳排放量是 2郾 6 吨,而同等热值的天然气只有 1郾 6 吨,能源结构并没有转向非化石能源,但化石能源内部进行了调整,排放量就减少 40%。二是发展阶段的演进。人类社会在高速发展阶段,各种钢铁、水泥、建筑材料等都属于高耗能的行业,这些行业发展需要大量的能源,并且基本上都是化石能源,且化石能源燃烧和二氧化碳排放成正比。全球经济发展进入到相对饱和阶段后,如日本经过3淤联合国气候变化框架公约,https:椅www.un.org/zh/node/181981。2024 年北 京 工 业 大 学 学 报(社会科学版)第二次世界大战后的经济高速发展,到 1980 年代中后期,整体上经济趋近于饱和状态,而经济社会发展进入饱和状态,外延扩张增长的空间就不存在或没有必要。可见,日本是一个饱和经济体,人口不再增加,高速铁路、高速公路和房屋已经建好,并没有高耗能产品额外增加的需要,也没有新增高速铁路和房屋建筑等需求,不需要额外增加能源消费,达到饱和之后,碳排放量就自然而然下降。美国是一个扩张型的经济体,其 930 万平方公里的国土面积,最高海拔是落基山脉,仅有 3 000 米,东海岸、西海岸南北每一寸土地都可以开发利用。1950 年,美国有 1郾 5 亿人口,现在有 3郾 3 亿人口,并且每年人口都在增加,而欧洲、日本人口规模稳定甚至每年都在下降。美国既有国土空间,人口又在不断增长。因而,2000 年,时任美国总统布什拒绝批准京都议定书;2017 年,时任美国总统特朗普提出要退出巴黎协定。美国政府认为经济要发展,人口在增长、需求在增大、发展有空间。欧洲和美国同样是发达经济体,但是欧洲的碳达峰时间要比美国早 20 多年,并不需要新建更多的高速公路和铁路。中国实现“双碳冶目标,从能源结构调整看,减煤已有成效,但按 56郾 2%的比例,按照每年一个百分点减少也需要减 50 年,两个百分点也需要减 25 年至 30 年,这是非常艰巨的过程。学界和社会普遍认为,碳达峰是一个单一的峰值,然后不能再增加,但峰值有一个高位平台期,在高位平台期是波动、多峰突起、波动下降的。因而,我们理解碳达峰,不可以机械地理解其就只是一个点,然后不会再增加了,而是一个多峰突起、波动下降的过程。1997 年,京都议定书给发达国家规定的减限排,是 2010 年排放总量相对于 1990 年的水平整体下降 5郾 2%,其中欧盟降 8%,美国降 7%,日本降 6%,澳大利亚等国家由于人口在增加、空间又很大,所以增加 10%。可见,西方发达国家内部也并不是各自平均分配,也是有差距的。经济是波动的,自然气候也有波动。因此,在之后的气候变化谈判中,西方发达国家非常明确地把 2010 年变成了 20082012 年这 5 年的平均数。(三)碳中和关键在于转轨零碳可再生能源西方发达国家从碳达峰到碳中和,大都用时六七十年。美国是 45 年时间,在 2005 年达到了碳达峰,2050 年实现碳中和;英国在 1970 年达到了碳达峰,2050 年实现碳中和;德国在 1979 年达到了碳达峰,2045 年实现碳中和。中国目标是 2030 年碳达峰,2060 年实现碳中和,仅仅只有 30 年时间。目前,中国的零碳转轨动能发展的态势比发达国家在减排过程中间所做出的努力和效果要好。巴黎协定在 2015 年签署,但西方发达国家从 1990 年到 2020 年,在前 25 年(19902015 年),比如美国、日本、德国、加拿大等国家不仅没有任何减排,而且还在增加。西方发达国家尽管有先进的技术,但是排放也有增加,只有德国、英国这种超饱和的经济体才能有所下降,其原因就在于仅仅提高能效是远远不够的。例如,火电能效,如果是亚临界技术发电,每发 1 度电要 450 克煤,现在超超临界技术270 克甚至只有260 克煤就能发1 度电,能效上有很大提升,但随着经济扩张用电量上升,规模效益能够把提升的能效抵消。所以,西方发达国家前 25 年基本没有减排或减排近乎滞缓,但在 20162020 年的 5 年时间中,各个国家都在减排,而且减排的幅度很大很快,原因就在于能源结构的根本调整,即尽管水电已经饱和,但是零碳可再生能源发展规模逐步扩大,风光是额外添加的。从此意义上讲,中国碳达峰的后 30 年,应以发展零碳的可再生能源为主,非简单的提高能效,并且所做出的努力、效果自然要大于发达国家 30 年的增速,有可能在 30 年时间所做出的零碳能源转型超越西方国家。因而,中国在较短的时间实现碳达峰到碳中和,与西方发达国家碳达峰到碳中和的时间并不具可比性。4潘家华:“双碳冶目标再解析:概念、挑战和机遇第 3 期二、零碳能源生产的增长动能中国应对气候变化不是别人要做,而是我们自己要做12。风光水、生物质能如果不具备市场竞争力,不能保障中国经济发展和居民生活的需要,是不可能实现碳中和的。我们要彻底颠覆化石能源,必须要有零碳能源革命的出现 零碳能源革命已然发生,市场动能强劲。(一)零碳风光电力竞争力日渐凸显1992 年,联合国气候变化框架公约提出的目标是,“要把大气中温室气体浓度控制在人类社会和自然生态系统可以适应的水平。冶淤2015 年,零碳的风光电力生产的竞争力因为得到了革命性突破,才出现碳中和、净零碳。以光伏发电看,2005 年,中国投资引进规模化太阳光伏组件生产,当地政府当时出台的发电补贴政策是 1 度电补贴 4 元人民币,而煤电发电成本才 0郾 15 元,从经济角度看大力发展光伏存在困难。但是,至 2010 年,中国光伏发电经过不到 5 年时间,其成本从 4 元降到 1郾 91 元,2015 年光伏发电成本降到 0郾 91 元,目前光伏发电成本已经大幅下降。2018 年,中国企业在中东报价 1 度电 1郾 06 美分,即 7、8 分钱 1 度电13。目前,中国发展光伏在光源比较好的地方,如四川的藏区、西北及华北地区,1 度电的成本 0郾 15 元左右。这表明,中国用 10 年时间光伏发电成本下降 90%,风电的成本下降 70%,但煤电成本没有什么变化,核电成本还在增加。因此,中国零碳的风光电力的竞争力在不断增强。2010 年前,中国强调低碳发展,主要途径是提高能效,但是如果仅仅依靠化石能源,能效提升只能走向低碳,不可能迈向零碳。化石能源如果退出,发展风光电力必须具有较大的潜力、空间和竞争力。四川省甘孜州海拔 4 000 米高度,不仅缺氧,而且也不适宜人类居住生存,但投资发展光伏,核算下来的电价仅是0郾 147 6 元,不到0郾 15 元,其中还包括每亩地给200 元/亩1 年的租金以及每度电 3 分钱的生态修复费。目前,中国煤电的标杆电价,北方地区是 0郾 38 元,南方地区是 0郾 43元。相较而言,中国光伏发电比煤电更具有竞争力,且产业链较长,从光伏组件的晶硅、硅片组件,到运输安装维护,整个产业链提供了大量的就业岗位。(二)储能技术的创新发展至关重要风光电力对风力和光照的依赖性比较强,发电不稳定,具有间隙性,但是风光电力有内在的互补性,白天有太阳光照,可以使用光伏发电,且白天风力较小,晚上风比较大,可以协同互补。抽水蓄能和水电技术能够做到随时发电,随时可控,跟化石能源没有区别14。光热发电通过采用反光镜将融盐温度加热到 500 度,利用蒸汽发电,和煤电原理一样,即白天利用太阳光把温度加热到500 度,晚上也可以实现随用随发,同时还有压缩空气储能。抽水蓄能仅需耗费 1 度电把水抽上去,能够放出来大概 0郾 75 度到 0郾 8 度电,而压缩空气储能,耗费 1 度电压缩空气然后释放出来大概0郾 7 度电。因此,储能技术发展远远比想象中快得多。例如,电动汽车 20 年前续航里程不到100 公里,后来发展到 150 公里、300 公里,现在一般都在 500 公里以上,并且充电时间也有很大的压缩。目前,中国储能发展非常快,电化学储能空间非常大,从而可以解决风光电力消纳的问题。我们可以结合水库蓄水的原理,解决风光电力消纳这一难题。例如,水库蓄水,并不是每天都能出现下雨天气,一旦有降水,把水放在水库储起来,可以实现随时用随时取;同样,有风有光的时候,把电力用电池储存起来,然后在没有风光的时候再使用。风光发电虽然可以储存在电池中给汽车充电,可以作为家庭生活用电,但电池储能也会存在一些问题。中国锂电池的能源密度比较高,爆炸风险5淤联合国气候变化框架公约,https:椅www.un.org/zh/node/181981。2024 年北 京 工 业 大 学 学 报(社会科学版)大,容易出现爆炸性事故,随着技术进步,这种爆炸性的风险也一定会解决。电动自行车使用的铅碳电池,能源密度比锂电池低,但没有任何爆炸的危险,不仅特别稳定,而且成本比较低。中国可以实现一家一户、一个村子或者一个学校、一个医院利用光伏风电储能,形成一个自发自用的系统,从而构成一个零碳微单元能源综合解决方案。新兴可再生能源除了风、光、水等外,生物质能源是比较重要的非化石能源,属于地球生命共同体中间生命最重要的起源和保障,并且与化石能源具有可比性。一方面,生物质的形态可以是固体的,如燃烧的碳是固体的,生物质颗粒跟煤球一样是固体的;另一方面,生物质的形态也可以是液体的,如生物质酒精,生物质能源也可以是气体的,如沼气。风光组合起来以后,加上生物质,有风光的时候可以用风光发电,没有风光的时候生物质也可以作为发电材料。氢是二次能源,制氢有很多种方式,有化石能源制氢,即灰氢,原材料来源于化石能源,还是存在有碳排放。电解水制氢,可以把水电解成为氢气、氧气,如果是零碳电力则属于绿氢,并没有碳排放。煤转变成电,中间要损失相当大一部分的热值,按照 300 克煤发 1 度电来计算,煤的热值大约是 2 250 大卡,1 度电的热值是861 大卡,从煤转化成电浪费和损失了 2/3 的热值,并没有起到任何作用。电解水制氢转化效率只有 25%,就是存在 75%的热值浪费。故而,人类用电解水制氢来发动汽车、发展氢燃料电池,是最不可取的方案。汽车直接使用电力,能够实现 100 公里低至 12 度电,而转化为氢,需要损失 75%的热值,但是若用生物质沼气、生物质气化,生物质甲烷来制氢,成本可以实现大幅下降,作为储能显然是非常有效的手段。(三)新动能的发展带动就业零碳能源如风光竞争力已经高于化石能源,其产业链的市场拉动效应非常强。例如,风力发电机,产业链条是从铁矿石到炼铁、炼钢、轧钢形成钢板,制造风机,最后安装发电,产业链发展能够拉动更多就业岗位,而化石能源就是开采出来、加工,最后消费,产业链比较短。相比之下,零碳能源的产业链更长,提供的就业岗位更多,而且在储能问题得到快速解决的情况下,风光显然比化石能源有优势。目前,我国陆上风电的成本大约 0郾 15 元/度,海上风电可以低至 0郾 3 元/度。在发展风光电力领域方面,中国处在世界上稳居第一的地位。2021 年,全球海洋风电 80%的新增装机来自于中国,并且能带来较大的就业和增长,竞争力非常大。中国不仅在风电领域,在电池和电动汽车产销方面优势也十分突出。在电池组件和电动汽车方面,中国在全球占比都是独领风骚。以石油安全为例,中国每年进口石油 7 亿吨,石油对外依存度超过 70%,存在安全隐患。为了保障石油安全,中国和缅甸合作投资建造中缅石油管道,中缅石油管道共 1 500 公里,缅甸境内 770 公里,需要投入大量的外交资源、国防资源以及经济成本。中缅油气管道的过路费每吨原油 1 美元,按照 1 500 万吨来计算,每年需要花费 1 500 万美元,再加上还有运营和维护成本,需要花费较高的成本。依据中华人民共和国公安部交通管理局公布的数据15,对比国际参数中的每千人汽车拥有量,美国每千人 780 辆,欧洲与日本每千人 600 辆。目前,中国有 4郾 3 亿辆汽车,每千人 230 辆,如果达到欧洲日本水平,每千人五六百辆,翻了一倍的量,但国际上并没有这么多油可以进口,并且油价无法控制。2018 年以来,中国每年要花 2 万亿人民币进口石油,巨量的资本投入,并没有带来很多就业岗位,并且石油进口并经过炼化、燃烧等程序,不可循环再生,从而终结了产业链。2022 年,中国进口石油花费达到 3 万亿人民币,占当年国内生产总值的 2郾 51%。中国如果将 3 万亿人民币用于投资风光动力电池电动汽车,必将增加大量的就业岗位,带动国民经济增长。(四)经济社会的变革提升民生福祉中国大力发展零碳可再生能源能够大幅提升民生福祉。燃油汽车行驶 100 公里至少需要消耗8 升油,按照 8 元 1 升油来计算,需要花费 64 元;同时,电动汽车每行驶 100 公里大概需要消耗6潘家华:“双碳冶目标再解析:概念、挑战和机遇第 3 期12 度电,一般不会超过 15 度电,12 度电按照民用电价来计算,大概 0郾 5 元/度,总计花费 6 元就可以行驶 100 公里;相对于燃油汽车行驶 100 公里花费超过 60 元,电动汽车行驶 100 公里的成本大概不到燃油汽车的 1/10。华北地区,如北京,8 个平方米的屋顶可以装 1 千瓦的装机,80 个平方米的屋顶可以装 10 千瓦的太阳光伏发电,1 个千瓦装机 1 年至少可以发电 1 300 度,装机 10 个千瓦相当于 1 年发 1郾 3 万度电。中国广袤的农村拥有房屋屋顶,1 年发 1郾 3 万度电,可以实现自己发电、自己储能和自己消费余额上网,若按 1 个月家庭 300 度电计,即使用 500 度电,1 年只用 6 000度电,汽车每行驶100 公里需要12 度电,10 000 公里1 200 度电,行驶 30 000 公里只有3 600 度电,还可以剩余 3 000 4 000 度出售给电网。目前,中国光伏发电的成本,一般也只有 0郾 2 元/度,甚至低到 0郾 15 元/度。电动汽车行驶100 公里即使 0郾 2 元/度,也仅需要 2郾 4 元。国家倡导电动汽车下乡,农民可以在屋顶上安装光伏,自己发电自己充电,汽车电池也可以储能,完全可以承担电动汽车运行费用。笔者通过对浙江省嘉兴市调研发现,许多工厂的屋顶全部都装上光伏,据估计,该地区每年的发电小时数在 1 000 小时内,每千瓦装机年发电量不到 1 000 度,实际发电可以到 1 200 度电;贵州省每千瓦的装机发电也可以达到 900 1 000 度电,1 年有 8 000 10 000 度电。因此,中国推动电动汽车下乡,如贵州省有小水电和风电,会凸显出巨大的零碳潜力。碳中和对我国带来的影响是广泛而深刻的,是系统性的变革,经济社会全方位的变革。三、零碳能源的消费革命及区域协同发展2020 年,国务院办公厅印发了新能源汽车产业规划 20212035(简称规划),根据规划指标,到 2025 年,中国汽车每百公里行驶耗电在 12 度电以内;2025 年,新能源电动汽车在新车市场占比在20%左右;到2035 年,新能源电动汽车在新车市场成为主流16。西方发达国家提出在 2035 年之前禁止燃油汽车上市。2022 年,中国新能源电动汽车在新车市场占比已经到 27%,汽车产能大概为 3 000 万辆,产量大概在 2 700 万辆,每年上市汽车量在 2 500 到 2 800 万辆之间。随着中国电动汽车的迅猛发展,出现了大量的新兴产业。供热和供暖占据能源消费较大的比重。中国大部分地区夏天使用空调需要消耗电力,冬天需要供暖,且大多使用化石能源,例如,燃煤的热电联供、天然气供暖,但实际上,供暖也可以用电。2022 年,俄乌战争爆发后,欧洲出现能源短缺的问题。欧洲从中国进口热泵,空调即热泵,原理是把外面的冷空气汇集起来送到室内,就属于空调制冷;空调是双向的,把空气中的热气加以汇集也可以供热,称为气源热泵;还有水源热泵,将水中间热、水中间冷加以利用。化石能源的供热效率只有百分之七八十,供热烧煤、天然气转化率必然有损耗热值,因为燃烧、供热管道损失;但热泵 1 度电至少可以产生 3 5 度电的热值,效率高并且成本低。从区域协同发展的角度上看,中国西部大开发能够把西北无限的“风光冶利用起来,将会带来很大的空间和经济增长的源泉,而沿海地区人口密度高,城市化水平高,会导致光伏装机空间小,但沿海有 300 万平方公里的蓝色国土,东海、黄海,大陆架的延伸,光伏发电和海洋风电的发展空间具有很大的潜力。从能源安全角度来看,石油、天然气都是点状分布的,加以控制形成垄断,具有地缘政治属性,而风力发电和光伏发电都是散状分布,不可能集中摧毁,因而更加安全,自主可控,能源安全问题能够得到保障。中国光伏发电装机的数据表明17,分布式光伏、户用式光伏都在快速发展,2022 年,分布式光伏新增装机达到 5 111郾 4 万千瓦。2021 年 11 月 16 日,国务院机关事务管理局、财政部、生态环境部和国家发改委联合发布深入开展公共机构绿色低碳引领行动促进碳达峰实施方案18提出,在政府新建办公楼屋顶,安装光伏至少 50%的面积。国家能源部门倡导的“整72024 年北 京 工 业 大 学 学 报(社会科学版)县光伏冶计划,潜力巨大,可以给地方提供非常大的经济发展动能。四、碳移除的净零碳路径及潜在风险中国可以通过碳移除的方式实现碳中和,但投资高碳化石能源然后,碳移除存在一些风险,主要体现为两个方面。一是高碳锁定风险。我们现在投资化石能源少则三五十亿,多则 1 000 多亿,投资巨大并且回报周期长,一般回报周期最短30 年。以目前开始计算,如果回报周期为30 年,即2053 年,40 年,即2063 年。我国碳中和目标要求,在 2060 年,非化石能源占比在 80%以上,化石能源占比在 20%以内。在 2060 年,中国非化石能源占比 80%以上,其中化石能源占比大约 15%左右。因为天然气是碳排放最低的,而且属于热值灵活性最好的。如果天然气占比多一些,占比达到 7%,石油占 5%,煤炭仅占 3%,那么按照 3%的煤炭占比计算,届时能源消费总量大约 60 亿吨,煤炭需求或消费总量不到 2 亿吨。目前,如果非化石能源占比是一个碳中和的刚性约束,则这些高碳投资到 2060 年显然会存在高碳锁定的风险。二是市场风险。目前,中国风光发电的成本已经低至 0郾 15 元左右,煤电标杆电价北方地区是0郾 38 元,南方地区是 0郾 43 元,相比之下,风光发电的成本远低于煤电。手电筒的电池有效期是5 年,电池使用寿命也应该是 5 年或更长,充放电 3 000 到 5 000 次,1 天充放电 1 次,1 年 365 次,10 年 3 650 次,若电池充电3000 次大概10 年,如果充放电达到5000 次可以到15 年。零碳的风光电力加储能的成本在当前就几乎可与煤电持平的情况下,未来的竞争力仍将持续提升,而煤电由于需要增加碳的捕集与埋存费用,成本还要增加一倍。因此,化石能源电力的竞争劣势不断增加,将加速被零碳可再生能源替代,而被挤出市场。煤炭行业提出要发展现代煤化工,发展煤制油把煤变成油,看似是为了石油安全,实则更具有战略意义。但是,中国随着电动汽车发展的突飞猛进,电动汽车正在加速取代燃油汽车。国际社会许多国家和地方已经明确了燃油汽车在 2035 年前后退出的时间表。由于燃油多用以路面汽车交通,按照电动汽车的替代和发展速度,汽车多转为电动而无需燃油,将来石油都没有市场竞争力,煤制油也就更没有市场需求空间。(一)CCS 技术不可或缺,但发展空间有限化石能源人为碳移除的工程手段是 CCS(Carbon Capture and Storage),即碳的捕集与埋存,通过采用工业技术手段来进行处理。在常规的大气污染防控中,化石能源燃烧有二氧化硫的排放,通过终端治理手段脱硫,有氮氧化合物的排放可以脱硝,有粉尘的排放可以除尘。在理论上和工程技术上,我们也可以将二氧化碳捕集起来,既可以使用,也可以埋到地底下。该技术路线是可以的,但是风险比较大,主要有三个方面的原因。一是成本。碳的捕集与封存技术,其由来最早可以追溯到 20 世纪 90 年代。石油开采的一次采油,即钻井钻下去以后石油的压力大,油往外溢出,称为一次采油。如果石油无法溢出,就采用游梁式抽油机往外抽送,这是二次采油。倘若抽不出来,就将水蒸气、各种高温液体泵输送到地底下把油挤压出来。在开采过程中发现二氧化碳就收集起来加以浓缩、液化到地底下把油挤压出来,这就是所谓 CCS 捕集利用的由来。到目前为止,碳捕集的成本和氢能一样很难降下来,并且降成本的成效不显著,在过去 10 年间,光能、风能成本都已经下降 70%90%,但是,氢能到目前为止下降幅度非常有限,爆炸危险的风险依旧存在。我们如果要使用 CCS 技术,煤电价格需要增加一倍,市场竞争力就会进一步下降。因而,CCS 技术可以作为备用的保障应急,但是大规模的应用还是不可取的。8潘家华:“双碳冶目标再解析:概念、挑战和机遇第 3 期二是规模小,捕集效率低。中国每年有 115 亿吨左右的化石能源燃烧排放的二氧化碳。进入2020 年代,中国 CCS 的规模大多为 10 万吨级二氧化碳的,与百亿吨相比相差数多个数量级,并且近年来试验建设的项目已经达到百万吨级捕集,即使能够提升到千万吨级二氧化碳,与亿、十亿、百亿的数量级,也还是杯水车薪,并且捕集的比例比较低,不可能实现 100%捕集。三是储存空间有限。人类社会即使是技术上做到亿吨的捕集去埋存,但地球是实心的,并没有大量的空间可以把二氧化碳封存起来。目前,中国开采石油,每年要达到 2 亿吨的水平,显然也是比较困难的。从此意义上看,采油的空间只有 2 亿吨,而每年排放 115 亿吨,储存空间有限。此外,一旦发生地震等自然灾害,包括采油封存的二氧化碳也跟着排放出来。所以,监测二氧化碳排放是否逸出也需要很多成本。(二)碳汇短期有潜力,只可起辅助作用碳汇虽然很重要,但其空间也有限。国家林草局 2018 年全国森林资源统计数据表明19,目前,中国碳汇每年为 4郾 31 亿吨碳,转换合计约 12 亿 15 亿吨的二氧化碳,而化石能源燃烧年排放100 多亿吨,并且碳汇在二三十年以后又达到平衡,是一个自然循环的过程。但是,碳汇的空间还是需要,每年如果按照 10 亿吨来算,也会是一个很大的市场,同时,也要避免毁坏森林发展光伏,这是得不偿失的。因为森林除了具有碳汇功能以外,还有涵养水土、生物多样性保护等各种功能。五、碳中和的零碳转型增长动能中国发展光伏需要综合全面考虑,使“双碳冶工作能够做到对经济、社会、自然、生态都有益。国际社会认同并努力实现的 1郾 5 度温升目标下,全球二氧化碳排放空间非常有限。化石能源燃烧排放,全球只有 3 800 亿吨二氧化碳的排放空间。目前,中国每年有 115 亿吨化石能源燃烧排放二氧化碳,在 30 年的时间内把全世界所有 1郾 5 度排放空间占完,此做法显然是没有必要的,也没有可能。从国际比较看,化石能源燃烧排放产生的二氧化碳,中国有 115 亿吨,美国不到 50 亿吨,欧盟27 国有28 亿吨;中国是美国的2郾 3 倍,欧盟的4郾 1 倍。从历史累计排放量看,西方发达国家排放位居前列,美国排放占第一,欧盟位居第二,中国第三。但是,中国将在短时间内就可以超过欧盟 27国,并将可以超过美国。一般认为,中国的人均排放比较低。从历史排放上来看,1970 年,中国人均只有 0郾 9 吨二氧化碳,而世界平均 4郾 1 吨二氧化碳;但目前,中国的人均是 8 吨二氧化碳,世界平均 4郾 6 吨,欧盟6郾 3 吨。中国为了维持发展权益,以及维持发展中国家的发展权益,需要碳公平。然而,经济发展不需要碳,需要能源服务,只要有能源并不需要碳。2005 年,笔者参与的有中国、欧美和南非等国家学者共同开展的一项研究认为,不是碳公平,而是公平获取可持续发展。水电、风光电力是零碳的,经济学上讲电是均质产品。客观看,在晶硅、硅片、电池组件的生产总量中,中国占全球比例都在80%以上,硅片占比甚至达到 98%,而且这些产业链可以带来就业,促进地区经济增长。(一)提升电动汽车的市场占有率中国作为后发国家,燃油发动机技术落后,燃油汽车缺乏竞争力。然而,中国纯电动汽车在全世界纯电动的公交车总量中,占比超过 90%,全世界使用的纯电动公交车大多是中国生产的。20世纪 80 年代,改革开放初期,中国缺乏技术,政府扩大开放吸引外资,并试图通过市场换技术。改革开放 40 多年来,中国的汽车市场燃油汽车鲜有国产品牌,但是电动汽车的发展品牌不仅有比亚迪,还有蔚来、小鹏、理想等,而且全部是自主品牌。这些国产电动汽车可以与特斯拉同台竞争,而且带来较大的增长和大量的就业岗位。中国燃油汽车市场已近饱和。中国的收入分配数据表明,大约 6 亿人每月可支配收入 1 000 元92024 年北 京 工 业 大 学 学 报(社会科学版)左右。我们如果能够将此消费者的市场需求调动起来,将会带来巨大的市场空间。电动汽车不仅购置成本可以很低,而且运行耗电,成本低廉。如果按照中国每1 000 人500 辆汽车计算,有3 亿辆的汽车空间,这将会带来巨大的产能和市场投资。(二)放大零碳能源的国际竞争优势长期以来,中国太阳光伏发电,风能装机在全球占比非常高。中国虽然是第一排放大国,但在风光、制造、装机、产能和产量方面都居于世界领先地位。中国的太阳光伏占全球装机的 37%,风电、陆上风电占全球 40%;2020 年,新增