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为什么中国一定要做碳中和?

2021-08-06 09:52:01 mana 175

内容来源:  国际能源研究中心



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4月19日,世界气象组织发布《2020年全球气候状况》报告。
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世界气象组织发布《2020年全球气候状况》报告

《2020年全球气候状况》报告指出,尽管出现了具有降温作用的拉尼娜事件,但2020年仍是有记录以来三个最暖的年份之一,全球平均温度比工业化前(1850年至1900年)水平约高1.2 ± 0.1℃;2015年以来的六年是有记录以来最暖的,2011年至2020年是有记录以来最暖的十年。

气候变化导致极端气候事件频发,影响日渐深重。海洋生态系统破坏严重,海洋酸化、海平面上升、冰川退缩等。高温热浪、极端强降水等气象灾害不仅造成经济损失,更导致全球百万人死亡。气候变化还影响到生态系统,如非洲等地的蝗灾严重威胁粮食安全。

我国升温幅度高于全球平均水平,由气候变化造成的直接经济损失是全球平均水平的7倍多。

在当日举行的新闻发布会上,联合国秘书长古特雷斯表示:“这份报告表明,我们没有时间可以浪费了。气候正在变化,其影响已给人类和地球带来了太大的代价。今年是行动之年。各国都需要承诺到2050年实现净零排放,需要在2021年联合国气候变化大会之前提交其有雄心的国家气候计划,到2030年共同将全球排放比2010年水平减少45%。各国需要立即采取行动,保护人类免受气候变化的灾难性影响。”

01


  • 全球变暖问题与碳中和


工业革命以来的人类活动产生的温室气体排放,导致地球气温快速上升,这已经是主流科学界的共识。

根据NASA的数据,目前全球地表平均气温相比1880年高出约1.2℃,远超出此前一万年地球平均气温的正常波动区间。

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全球变暖会带来严重的后果:极端天气事件发生的频率和强度增大、降水模式、冰川融化、变化海平面上升和海洋酸化等。

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例如根据联合国一份报告显示,2000年至2019年全球记录了6681起气候灾害,相比之前20年的统计数据增加了83%。

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放任全球变暖的潜在经济损失也是惊人的

据耶鲁大学教授、气候经济学家William D. Nordhaus的测算,如果按本世纪末的全球升温为3°C、4°C和5°C的情境测算,届时对应的全球年度经济损失分别为GDP的2.3%、4%和6.5%

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美联储全球化研究所的研究则表明,若不采取气候行动,到2100年全球气温将上升3.7°C,届时全球年度人均GDP可能会损失7.2%

和现在困扰世界的疫情比较一下:新冠疫情对2020年全球GDP的负面影响约为6%,也就是说因为全球变暖的影响,本世纪末的人类每年都要面对新冠疫情级别的经济损失。

全球变暖是因为工业革命以来人类对化石能源的大量使用、大规模的制造业、房屋基建等行为排放了大量的温室气体(以二氧化碳为主,还包括甲烷、一氧化二氮和氯氟碳化合物等),或者用现在大家常说的词:碳排放。

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不考虑疫情对经济活动影响的话,现在每年人类的碳排放还是持续增长的,而要限制全球变暖的危害,必须快速降低全球的碳排放。

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据IPCC测算,至本世纪末全球升温控制在1.5℃的可能性已极小,为了守住2℃的升温红线,需要全球在将来的30年内快速达到碳中和:即通过“收支相抵”的方式做到大气中二氧化碳不增长了。


02


  • 为什么碳中和是巨大的经济博弈?
达成碳中和的挑战非常巨大
首先能源的使用是碳排放最重要的来源,而人类的经济发展、生活水平的提高和对能源的利用是紧密相关的。
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用历史数据来测算,GDP增速与能源用量增速的相关系数高达90%。说服人们减少能源使用、降低生活水平来减排会是极为困难的。
发展碳排放少的新能源,并且新能源的成本还要不能比化石能源高才能既减排又能让经济、生活水平继续往前发展。
其次,碳减排是需要全球合作的,而达成如何分担责任的共识很困难,不同的国家看待这个问题的角度可以很不一样。
以现在的碳排放量来看,中国是目前最大的碳排放国,2019年排放量占全球27.9%(美国占14.5%),其它发展中国家的碳排放也在持续增长。

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但从历史累计来看,西方国家从工业革命开始就在不断排放,自1751年以来,美国的碳排放量约4000亿吨,占历史排放量的25%,居世界首位,欧盟28国贡献22%,中国排放占比为13%。
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那么应该以历史累计碳排放量还是以现在的碳排放量来分担责任就成了巨大的争议。
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另外,从人均排放的角度来看,中国的人均碳排量为7.1吨/年,仅为美国的44%,韩国的59%,而印度人均碳排量甚至仅为中国的26%。美国人住着郊区的大房子(平均住房面积65平方米),在住宅领域的人均能耗(取暖、降温、照明等)是中国的3.2倍,是印度的5.4倍;在交通领域的人均能耗更是中国的8.7倍,印度的27.4倍。
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中国或其他发展中国家人民有没有人权去追求美国人民的这种生活?
从这个意义上来讲,发达国家和发展中国家是有核心矛盾的。
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发达国家说全球50多亿人口在发展中国家,现在总排量最大,发展中国家应该承担责任;而发展中国家则可以辩驳,我们有平等的发展权,从历史和人均来说,与发达国家相比,我们还可以排放更多。
这是两层巨大的博弈。


03


  • 碳中和的技术方法
要想达到碳中和,需要三个办法的配合

一是能源供给端用新能源代替碳基能源。

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二是在能源使用端去碳。

能源使用端的电气化是一个方向,通过能源使用端的电气化来和供给端的清洁化互相配合,形成良性循环互促发展,如果燃油车将来还是主流,就无法和能源供给端的清洁化匹配,也无法促进供给端的清洁化转变。

除了电气化,在能源使用端还有很多碳排放的场景需要去找出合理的减排方案。

比如工业领域中炼钢等场景用氢气来代替煤的经济方案;交通领域中飞机、轮船的清洁动力解决方案;农业领域中养牛产业甲烷(甲烷的温室效应是二氧化碳的25倍,养牛对温室气体的排放占畜牧业的65%)减排的解决方案等。

三是固碳。

供给端和使用端的方法实施之后,也不可能做到完全不排放碳了,这时候就需要用固碳的方式来“中和”掉剩余的碳排放。

目前有两种方法:

第一个方法是植树造林,中国在这方面的举措全球瞩目,森林覆盖面积在过去几十年里面大幅度提高,对固碳的贡献十分显著;

第二个方法是用工业化的方式进行碳捕捉。

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在去碳的过程中,供给端和使用端的同步协调非常重要。

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美国阿贡国家实验室一项研究表明能源供给端的类型对新能源汽车相比燃油车的减排优势影响很大:

其对丰田卡罗拉(燃油,7.13L/100km)和特斯拉的Model 3(电动,54kWh)在不同能源供给情况下的排放表现做了测算:如果能源供给是纯火电,汽车里程达到12.6万公里以后,Model 3才会比卡罗拉更有碳排放优势;但如果全部使用清洁能源,则行驶超过1.35万公里以后,Model 3就具有了排放优势。

可见,电力供给的清洁化才能使能源消费的电力化更有意义,能源的供给端的清洁化和使用端的电气化必须同步协调发展,才能做到有效地控制碳排放。

当然从历史发展来看,能源使用的电气化本身也是大势所趋,如中国用于发电的一次能源消耗量由1985年的17%上升到了2017年的47%。

而现在的碳中和使命显然会强化这一趋势的未来发展,同时这一使命也要求电力的构成要更清洁化。

根据Ecofys的测算,煤炭发电和天然气发电的气候变化成本分别超过40美元/兆瓦时和20美元/兆瓦时;光伏发电的该成本则只有1.5美元/兆瓦时,风电和水电则低于0.1美元/兆瓦时


04


  • 如何解决碳中和的经济问题?
除了技术问题,解决碳排放问题的关键是解决其经济问题。
想要推进减排,达成碳中和的目的,从经济的角度只有两种方法:
一是降低新能源的成本。
比如光伏和风能成本降到现有能源成本以下,不用任何刺激政策,市场也会选择使用新能源。
新能源成本的降低来自技术的进步和规模化应用带来的规模效应,早期一般需要政府用补贴的方式,建立初步的规模效应和促进企业对技术的投入,以带动降低成本的正向循环。
二是增加碳排放的成本。
如果碳排放的成本足够高,即使技术没有发展到完全成熟,企业也会投入到新能源的研究和应用上。
如何增加碳排放的成本,基本的概念是给碳排放“上税”:
一个方法是行政化的方式上税,制定政策规定排放一吨需要交多少税,但是这种行政方法往往会带来各种各样的效率低下。
另一个方法是用市场解决问题,如对中国整体的碳排放数量制定一个限额,一年只能排放一定数量的碳,让企业拥有互相购买碳排放额度的权利,这样碳排放就产生市场的价格,实际上这种价格也是碳税,是社会给碳排放企业上的税。
目前中国的碳税非常低,基本上可以忽略不计。在全球范围内,目前碳税每吨约为2美元。
但是,要想解决气侯变暖的问题(本世纪末升温控制到2度),2美元/吨的碳税还远远不够。
根据IMF测算,要想把升温控制到2度,碳排放的价格需要在2030年达到每吨75美元。据联合国环境署最新数据,2019年全球温室气体排放相当于591亿吨二氧化碳当量,则全球每年的碳税高达4.4万亿美元。这个推算说明全球每年要把GDP大约5%用来加碳税,才有希望解决全球变暖问题。
如此巨大的经济投入显然会挑战民众和决策者减排的决心,但不去减排则是把严峻的全球变暖问题推给我们的子孙。


05


  • 为什么中国一定要做碳中和?


中国领导人承诺在2030年前达到碳达峰,2060年达到碳中和,这体现了中国作为一个大国的担当,没有在历史累积排放量等问题上做纠结。

除了大国担当的气度之外,碳中和的计划符合中国的核心国家利益。

首先,中国碳达峰确实需要时间,不可能一蹴而就。

如中国的工业领域使用了48.3%的能源, 而钢铁行业和化工石化行业又分别占据工业领域24%和21%的能源使用,这些行业的需求依然持续走高,短期内减排的难度很大。

那剩余八年多的时间内我们能达到碳达峰的目标吗?

从两组数据来看还是可以有信心的:

从钢铁制品存量看,日本的人均钢铁存量约为11吨,中国的人均存量约为6吨,按照中国现在的钢铁产量来推算,约10年内中国的钢铁存量就可以达到代表发达国家标准的日本的水平;

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以汽车保有量数据来看,中国最新的数据为每千人199辆(2020年底),韩国每千人拥有汽车434辆(2018年),而现在中国是全球最大的汽车制造国和汽车市场,再有不到10年的时间,中国的汽车保有量也可以达到接近韩国的水平。

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所以从经济发展逻辑上看,到2030年左右,中国的工业规模可能会到达一个稳定的平台。

其次,碳减排对中国的国家安全有利。

2020年,我国石油的对外依存度73%,天然气的对外依存度43%,如果某一天因为战乱或者其他原因,马六甲海峡进口路线不畅,中国的能源供应和经济发展会大受影响。

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但如果中国的能源结构主体从碳基能源变成光伏和风能,那么马六甲海峡就不再是被控制的咽喉要道。

所以控制碳排放、增加新能源在能源结构中的比重,从长期来讲,是国家安全战略上非常重要的考量,是维护我国国家利益的重要措施。

再次,中国在新能源领域的产业发展和技术发展方面都是全球领先的状态。

2019年,我国光伏产业中的硅片、电池片和组件的产量分别约占全球总产量份额的91%、79%和71%,逆变器产量占全球市场的80%以上;风电整机制造占全球总产量的41%;锂电池领域诞生了全球行业巨头、市值超过1万亿元的宁德时代;新能源汽车领域也出现了蔚来、小鹏等很受市场欢迎的自主品牌。

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所以,如果全球都要减排去碳的话,对中国从商业上、产业上都是非常巨大的机会。

减碳可以帮助中国在能源、汽车等领域做到弯道超车,实现产业竞争力上的跨越。

06


  • 光伏和风能正在统治能源世界
现在全球的能源格局中还是化石能源占主导。
以2019年全球一次能源消费结构为例:石油、煤炭和天然气分别占33.1%、 27.0%和24.2%,光伏、风能和水电等可再生能源加总只有11.4%。
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但可再生能源的发展速度很快。
事实上自2013年以来,全球的发电新增装机容量中,清洁能源已经持续超过传统能源;而根据中国政府的计划,2030年非化石能源在一次能源消费比重中将达到25%以上,2060年清洁能源将在能源结构中占主导地位。
能够对清洁能源的未来发展抱有信心,很大程度上来自于光伏、风能的发电成本在过去这些年迅速的降低,已经可以直面传统能源的竞争。
据国际可再生能源署统计:2010至2019年,全球范围内光伏发电成本下降高达82%、陆上风电下降39%、海上风电下降29%。
2019年开始,中国很多地区的光伏、风能已经可以达到平价上网,即无需补贴,以和火电同样的价格并网发电。并且随着技术发展和规模化应用,光伏、风能的成本依然有着相当大的进一步降低的潜力。
信心的另一方面来自于清洁能源的开发潜力很大。
以光伏为例,先不考虑波峰波谷匹配和传输损耗等问题,要满足中国现在的用电量,把0.6%的国土面积铺满光伏板就可以解决,即一个约长和宽各约237公里的正方形区域。
当然,新能源的实际发展还有很多问题需要解决。
比如刚才提到的平价上网,其并不是一个全流程的成本的计算:
电力技术是需求驱动供给,电网为保证发用电的实时平衡,需要发电侧不断调节去拟合需求曲线。光伏与风能发电依赖于自然资源(光照强度、风力强度),其发电是随其资源波动且不可控的,调节、消纳的成本比火电等传统能源要高很多,包括用其他能源辅助的方式或者用新建储能的方式去调频调峰,对电网的设备、线路、智能化改造等。
以英国的经验为例,2010年以前英国平衡电力系统的成本一般占整个发电成本的5%以内,而随着近年来英国能源结构中新能源占比的提高,平衡成本在2020年升到了发电成本的20%左右。
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所以储能有机会成为未来重要的商业机会,因为储能可以帮助解决新能源的消纳问题,很大程度上避免弃风、弃光;也因为平滑了发电曲线,可以降低对电网的压力和改造成本。
2020年储能市场的总规模为152.8GWh,市场规模约为2300亿元。储能的应用领域,51%都是用在风能和光伏的配套,风、光的高增长前景,将给储能市场非常可观的助力;同时,储能18%用在包含工商业及家用的用户侧,由于储能本身是对电力系统的调节,峰谷电价的套利成为用户侧储能的重要应用场景之一。
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以世贸天阶储能站为例,北京全天峰谷价差约1元,低谷电价只有0.3元,峰值电价高达1.4元。储能站在低谷时买入电量储存,到峰值时卖出电量,起到了削峰填谷的作用,让商场每年节约100-200万元的电费。
储能目前最普遍的方式是抽水蓄能(占比90%),但受制于地理条件非常不灵活。随着电池成本的下降,电池储能可能会成为未来储能市场的主要增长来源。
目前电池储能依然受电池成本的制约,以美国国家实验室的光储一体项目测算为例,在储能电池容量和光伏装机量配容比25%的情形下,将使发电系统增加约11%的成本;在配容比50%的情形下,将增加高达27%的发电成本。
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但随着技术进步和规模效应,未来储能电池的价格预计也将下降,储能市场有机会迎来高速发展。

07


  • 总结
气候问题是人类目前面临的最大的敌人,其破坏性是全球性的、文明毁灭性的。
但是,由于碳排放污染的外部性,而且解决问题的成本巨大,如何让全球各国达成共识,面对人类共同的敌人是一件很困难的事情。可以说,没有共识就没有解决方案。而达成全球共识的基础是中美两国,作为世界最大的两个经济体,首先达成两国之间的共识。
所以,从这个意义上讲,全球气候问题是人类的灾难,但从战争与和平的角度上看,反倒能起到促进中美合作的积极作用。
除了新能源科技的进步之外,大幅增加碳排放的成本是解决气候问题的核心要素。
无论是碳税还是碳交易,都是为了增加排放的成本。由于碳排放的普遍性,这种成本的增加将会影响到社会的所有角落,并不局限于工业或是新能源企业。
全球气候问题正在掀起一场碳中和以及新能源的革命,其规模和重要性不亚于我们已经经历了几十年的IT革命。
如何未雨绸缪,走在低碳时代的前沿,是每个国家、每个企业必须仔细思考的问题。


END