鄒才能院士：碳中和目標(biāo)下中國新能源使命

 

碳中和應(yīng)對全球氣候變化問題已經(jīng)成為全球共識，但各個(gè)國家在實(shí)施過程中必然會面臨環(huán)境、政治、資源、技術(shù)、市場、能源結(jié)構(gòu)等多方面挑戰(zhàn)。

 

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環(huán)境層面

 

美國夏威夷的冒納羅亞太陽天文臺（MLSO）作為全世界?CO2?濃度連續(xù)觀測站，2021?年?4?月檢測值高達(dá)?421.21×10−6 ，成為全球有記錄以來的極值，且較工業(yè)化前水平高出?50%。全球大氣中?CO2?含量的持續(xù)增加，對海洋生態(tài)系統(tǒng)中非鈣化自養(yǎng)生物具有一定促進(jìn)作用，從而可在一定程度上提升水體初級生產(chǎn)力，并有效增加海洋生物固碳能力。但是，海洋中?CO2?含量的持續(xù)高水平必然會對水體酸化程度及生物種群分布帶來巨大的負(fù)面影響。在陸地生態(tài)系統(tǒng)方面，盡管高?CO2?濃度促進(jìn)陸地碳匯，但陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能將隨著各國碳中和戰(zhàn)略的持續(xù)發(fā)力，由持續(xù)上升轉(zhuǎn)為持續(xù)下降并最終趨于零。因此，全球?CO2?濃度的持續(xù)增加對海洋生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響是極其復(fù)雜的，仍有大量未知有待解決。

 

 

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政治層面

 

截至?2021?年?10?月，全球?137?個(gè)國家對實(shí)現(xiàn)碳中和的時(shí)間作出明確承諾；其中已立法國家只包括德國、日本、丹麥、法國、愛爾蘭、西班牙等在內(nèi)的?18?個(gè)國家，占比僅?13%。在碳中和立法國家中，丹麥議會在?2019?年通過了首部《氣候法案》，制定了?2050?年實(shí)現(xiàn)凈零排放的明確目標(biāo)；但?2022?年哥本哈根市阿邁厄島資源中心（Amager Resource Centre）的碳捕集和封存計(jì)劃未能如期推進(jìn)，該市市長索菲?·?安諾生在同年?8?月宣布哥本哈根暫時(shí)放棄?2025?年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。德國在?2021?年通過了《聯(lián)邦氣候保護(hù)法》修訂案，不僅將該國碳中和時(shí)間提前到?2045?年，還明確了不同行業(yè)的減排目標(biāo)；但在國際地緣沖突和歐洲能源形勢等多因素影響下，2022年?7?月德國聯(lián)邦議院（下議院）通過了《可再生能源法》修訂案——燃煤和燃油發(fā)電機(jī)組可能重返電力市場，進(jìn)而推遲了原計(jì)劃?2035?年前實(shí)現(xiàn)?100%?可再生能源發(fā)電的目標(biāo)。

 

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能源結(jié)構(gòu)層面

 

在世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，新能源增長速度雖已超過整體能源增長速度，但全球能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)仍以化石能源為主。但是，煤炭、石油、天然氣、新能源“四分天下”格局短時(shí)間內(nèi)難以打破，其中?17%?的新能源占比仍處于較低水平，新能源占比的提升為能源轉(zhuǎn)型帶來巨大的挑戰(zhàn)。

 

 

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資源層面

 

由于全球近地層風(fēng)速和地表太陽輻射存在顯著的年代際變化和區(qū)域差異，且全球氣候變化也會相應(yīng)影響太陽能和風(fēng)能資源的分布：隨著全球變暖的加劇，南半球和熱帶地區(qū)的平均近地風(fēng)能將有所增大，而北半球中緯度地區(qū)則與之相反；隨著全球變暖的加劇，以歐洲地表太陽輻射變化趨勢為例，其中部和南部的太陽輻射整體增幅?5%—10%，而東部和北部最大下降可達(dá)?15%。因此，全球陸地太陽能、風(fēng)能等新能源分布極不均勻，具有間歇性，同時(shí)這些間歇性能源還具有時(shí)空互補(bǔ)性差異較大的特點(diǎn)?，這給新能源的規(guī)?；l(fā)展帶來了極大的挑戰(zhàn)。

 

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技術(shù)層面

 

電氣結(jié)構(gòu)、支架結(jié)構(gòu)及人工成本的變化空間較大使得光伏太陽能發(fā)電成本具有較高單價(jià)跨度；風(fēng)力發(fā)電初始投資成本構(gòu)成中的風(fēng)機(jī)購置、工程安裝及建筑工程等費(fèi)用仍處于較高水平。因此，以太陽能和風(fēng)能為代表的新能源發(fā)電總體的價(jià)格整體仍然高于煤發(fā)電，其峰谷穩(wěn)定性和調(diào)峰技術(shù)均需要進(jìn)一步改革、創(chuàng)新。氫燃料電池是長途運(yùn)輸和重工業(yè)等領(lǐng)域電氣化的最佳選擇，但膜電極組件（質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴(kuò)散膜等）、雙極板和氫燃料電池系統(tǒng)的技術(shù)成熟度仍需要重點(diǎn)攻關(guān)。碳捕集、利用和封存/碳捕集和封存（CCUS/CCS）技術(shù)的推廣和普及會受到應(yīng)用場景和地質(zhì)條件等情況的約束，加之?CCUS/CCS?技術(shù)目前表現(xiàn)出的高成本、高能耗特點(diǎn)，其技術(shù)研發(fā)仍需加強(qiáng)，成本能耗亟須降低。儲能技術(shù)無論從規(guī)模、成本還是壽命上都不能充分滿足應(yīng)用的需要，其產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)體系也亟待完善，其部分核心技術(shù)還處于原型階段——液流電池儲能、本質(zhì)安全水系鋅離子電池等新型儲能技術(shù)并未完全實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。氫能、CCUS/CCS?和儲能等技術(shù)規(guī)模商業(yè)化的推廣應(yīng)用還存在各式各樣的挑戰(zhàn)。

 

6

 

市場層面

 

新能源市場逐漸由起步萌芽期向快速發(fā)展期轉(zhuǎn)變，這與新能源的成本連年降低及應(yīng)用便利程度不斷增加密切相關(guān)。雖然，目前新能源的技術(shù)成本與化石能源相比缺乏顯著競爭力，這與新能源的配套設(shè)備不足且使用不便，以及化石能源的成本優(yōu)勢具有密切關(guān)系；但是，伴隨著新能源新興產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善，全球市場機(jī)遇的增加與突破性技術(shù)創(chuàng)新的涌現(xiàn)將不斷凸顯新能源成本優(yōu)勢。 本`文@內(nèi)-容-來-自；中^國_碳0排0放^交-易=網(wǎng) ta n pa i fa ng . co m