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为什么要强调“碳达峰”与“碳中和”?一文读懂其中缘由

来源:中国数字科技馆 阅读:437 发布时间:2021-08-10

2021年3月15日习近平总书记在中央财经委员会第九次会议中提出我国力争2030年前实现“碳达峰”,2060年前实现“碳中和”,构建以新能源为主体的新型电力系统,并强调这是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策,事关中华民族永续发展和人类命运共同体构建。

当“碳达峰”与“碳中和”的观点被提出后,引发了公众的普遍关注,同时大家也产生了很多疑问,如:什么是“碳达峰”与“碳中和”?为什么要强调“碳达峰”与“碳中和”呢?关于这些问题,今天我们就通过这篇文章来了解一下。

一、什么是“碳达峰”与“碳中和”?

“碳中和”是指国家和地区通过产业结构调整和能源体系优化,调控二氧化碳排放总量,最终实现二氧化碳在人类社会与自然环境内的产销平衡,一般来说是通过坚持节能减排战略、发展绿色低碳经济、增强森林碳汇等途径将人类社会产生的二氧化碳全部抵消掉,构建一个“零碳社会”。

为什么要强调“碳达峰”与“碳中和”?一文读懂其中缘由

实现“碳中和”目标并不能一蹴而就,而“碳达峰”则是实现“碳中和”这个远景目标的关键性节点,于中国而言,作为全球第二大经济体和最大的发展中国家,中国经济和社会各行各业正呈现蒸蒸日上的发展态势,而这背后需要庞大的资源和能源支撑,大量资源和能源消耗的同时也会带来二氧化碳排放的进一步增加。但是随着中国社会主义现代化建设的逐步完善,以及绿色低碳等创新技术的广泛应用,二氧化碳排放总量终将迎来下降的拐点,这就是我们的“碳达峰”目标。

二、为什么要强调“碳达峰”与“碳中和”呢?

这首先需要回到“气候变化”这一具有时代特点的问题上来。目前气候变化在全球范围内造成了规模空前的影响,极端天气为我们的日常生产生活带来了诸多不便,天气模式的改变导致粮食生产面临威胁,海平面上升造成发生灾难性洪灾的风险不断增加,临海城市和国家面临巨大生存危机,全球生态平衡时刻遭到破坏。

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(这是2016年4月19日在西藏林芝市波密县境内的米堆冰川缩退后遗留下的冰碛湖。新华社记者 刘东君摄)

而这些是人类活动所造成的温室气体导致的严重后果,温室气体本来可以阻挡部分太阳光反射回太空,使地球保持在一个适合生物居住的温度下,这对人类以及其他数以百万计的物种生存至关重要。但是在经历了150多年的工业化发展、大规模砍伐森林以及规模化农业生产之后,大气中的温室气体的含量增长到了300万年以来前所未有的水平,随着人口的增长、经济的发展和人类生活水平的提高,人类活动所造成的温室气体排放总量也不断增加。目前根据全球范围内学者的研究得到一些基本科学关联,比如:

●地球大气中温室气体的浓度直接影响全球平均气温;

●自工业革命以来,温室气体浓度持续上升,全球平均气温也随之增加;

●大气中含量最多的温室气体是由焚烧化石燃料得到的二氧化碳,约占总量的三分之二;

因此,控制二氧化碳排放总量,增加碳汇能力,实现碳循环平衡,提出和实现“碳达峰”和“碳中和”目标对于应对全球气候变化具有重要意义,这也是中国作为负责任大国应尽的国际义务。

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工业化进程以来全球气温变化以及1.5℃温升控制目标下排放路径(来源:《IPCC全球升温1.5℃特别报告》)

“碳中和”是系统性、战略性和全局性工作,覆盖能源、工业、交通、建筑等高耗能高排放部门,涉及生产与消费、基础设施建设和社会福利等各方面。

“碳达峰”和“碳中和”发展目标顺应我国可持续发展的内在要求,有利于构建绿色低碳可持续的循环经济发展,助推绿色生产方式和生活方式,实现社会高质量发展。在“碳中和”目标倒逼下,为各部门绿色低碳发展带来了压力与机遇,未来在低碳领域将提供众多就业机会和新的经济增长点,助力我国经济保持稳健增长。据有关机构预测,实现碳中和目标将带来超过百万亿元投资规模以及超过4000万工作岗位。“碳中和”将引领生产方式革新,以传统钢铁行业为例,绿氢替代焦炭是钢铁工业已知的最佳减排技术。“碳中和”会影响我们的生活消费模式,深入树立节能减排观念是实现减排目标的重要途径。此外,终端电气化和氢能利用体系是降低二氧化碳排放的必由之路,以电动汽车和氢燃料电池汽车为代表的绿色出行方式将成为人们的首选。

为什么要强调“碳达峰”与“碳中和”?一文读懂其中缘由

(这是换乘处停车场停放的清洁能源环保客车 新华社记者 罗博 摄)

实现“碳中和”目标有利于推动污染源头治理,在降碳的同时减少污染物排放,进而与环境质量改善产生显著的协同增效作用。当下大气污染格局正在发生深刻变化,由从对二氧化硫、氮氧化物的总量控制转变为降低PM2.5浓度。而在“碳中和”目标下,产业结构优化、能源结构调整、交通运输方式革新都为大气污染防治创造了条件。以能源结构调整为例,目前我国以煤炭为主体的能源结构决定了能源领域是二氧化碳排放的主力,2019年我国碳排放量占全球的比重达到29%,其中能源相关的二氧化碳排放量为98亿吨,占全社会总量的87%。通过能源转型,构建以可再生能源为主体的电力系统,以及以电力和氢能为双核的能源供应体系,将大幅降低传统火电以及化石能源利用造成的粉尘、二氧化硫、氮氧化物以及其他气体污染物的排放。

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(松树岗村实施水环境综合治理后的池塘。新华网卓越/摄)

此外“碳中和”目标对水污染防治领域至少有两方面的重要影响:

第一,污染治理过程本身也是耗能过程,甚至于能源消耗造成的影响远超污染治理过程,例如污水处理厂曝气、以及垃圾焚烧、药剂投放等高耗能技术。实现“碳中和”目标有利于在污染治理领域诱发技术革新,进而发展新工艺、新产品。

第二,促进再生水循环利用,促进城市污泥综合利用。我国水资源匮乏,再生水循环利用能够提供稳定的水源,并且能够减少污染源排放,降低水处理过程中的能耗以及碳排放。

此外实现“碳中和”目标也有助于提升生态服务功能,保护生物多样性。

三、中国“碳达峰”与“碳中和”目标

早在2020年9月22日,习近平总书记在第75届联合国大会上就曾庄严宣告:“2030年前中国要碳达峰,2060年实现碳中和”,提出了中国作为负责任大国应对全球气候变化的“30·60”目标。中国2030年碳排放的峰值大约是140亿吨,单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费的比重将达到25%左右,森林的蓄积量将比2005年增加60亿立方米,风电、太阳能发电装机容量将达到12亿千瓦以上。这与《巴黎协定》签订时中国宣布的国家自主贡献(NDC)目标相比,单位国内生产总值二氧化碳排放量由“下降60%~65%”调整为“下降65%以上”,非化石能源占比从20%调整到25%,森林蓄积增加量由45亿立方米提高到60亿立方米。

“碳达峰”的主要措施是大幅提高非化石能源的比例,提高能源利用效率和效益,构建以可再生能源为主体的电力系统,推动终端电气化水平,引入碳市场交易机制,加大以氢能为代表的低碳能源的开发力度。

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2020年10月12日,清华大学气候变化与可持续发展研究院《中国低碳发展战略与转型路径》项目成果介绍中,分别以“政策情景”(落实并延续2030年NDC目标的政策情景)、“强化减排情景”(自上而下强化2030年前NDC情景,不断加强减排力度)、“2℃情景”(2050年实现与全球温升2℃目标相契合的减排情景,人均CO2排放不超过1.5t)、“1.5℃情景”(2050年实现CO2净零碳排放,其他温室气体深度减排),以长期目标导向下“倒逼”研究我国实现低碳转型的减排路径。研究结果表明:

●政策情景下,一次能源消费到2050年趋于稳定,约62亿吨标准煤当量(tce),二氧化碳排放约90亿吨;

●强化政策情境下,一次能源总消费2050年约56亿tce,二氧化碳排放约62亿吨;

●2℃情境下,一次能源总消费2050年约52亿tce,能源消费二氧化碳排放约29亿吨,考虑工业过程排放和CCS以及农林业碳汇吸收,二氧化碳排放约20亿吨;

●1.5℃情境下,一次能源总消费2050年约50亿tce,能源消费二氧化碳排放约14亿吨,考虑工业过程排放和CCS以及农林业碳汇吸收,基本实现二氧化碳净零排放。

2050年实现全社会二氧化碳净零排放,电力系统实现负排放,全部温室气体比峰值减排90%,非二氧化碳其他温室气体排放仍超过10亿吨二氧化碳当量。到2050年,不计CCS和碳汇,能源相关二氧化碳排放仍有14.7亿吨,工业和电力各占31%和49%。

2021年3月18日,全球能源互联网发展合作组织在北京举办中国“碳达峰”“碳中和”成果发布暨研讨会,会议发布了中国2030年前“碳达峰”、2060年前“碳中和”、2030年能源电力发展规划及2060年展望等成果,首次提出通过建设中国能源互联网实现碳减排目标的系统方案。以特高压引领中国能源互联网建设,推动我国碳减排总体分为3个阶段:

●尽早达峰阶段:2030年前尽早达峰,2025年电力率先实现“碳达峰”,峰值为45亿吨二氧化碳,2028年能源和全社会实现“碳达峰”,峰值分别为102亿、109亿吨二氧化碳,2030年碳强度相比2005年下降70%,提前完成及超额兑现自主减排承诺;

●快速减排阶段:2030~2050年加速脱碳,2050年电力实现近零排放,能源和全社会碳排放分别降至18亿、14亿吨二氧化碳;相比峰值下降80%、90%;

●全面中和阶段:2050~2060年全面中和,以深度脱碳和碳捕集、增加林业碳汇为重点,能源和电力生产进入负碳阶段,力争2055年左右全社会碳排放净零,实现2060年前“碳中和”目标。

为什么要强调“碳达峰”与“碳中和”?一文读懂其中缘由

2060年实现“碳中和”目标,需要统筹考虑不同领域,包括能源活动、工业生产过程、土地利用变化和林业、废弃物处置等。能源活动碳排放(不含碳移除)通过能源生产清洁替代和终端能源使用电能替代减排87亿吨,占比超过80%;工业生产通过发展原料和燃料替代技术,实现减排7.4亿吨;土地利用和林业碳汇将增加4.6亿吨,到2060年达到10.5亿吨;以碳捕集利用存储(CCS)、生物能源与碳捕获与存储(BECCS)和直接空气捕获(DAC)为代表的碳移除技术将减排8.7亿吨。

四、实现“碳达峰”与“碳中和”目标,全领域的碳减排技术创新与实践

实现“碳达峰”、“碳中和”目标,需要坚持系统观念,积极探索科学的路径。华北电力大学杨勇平校长提出需要从构建绿色低碳生产方式、倡导简约生活、加大科技创新力度、高度重视创新人才培养、强化机制体制创新等五个方面探索“碳达峰”、“碳中和”的科学路径。

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  • 能源领域

鉴于我国以煤炭为主的能源供应体系,决定了我国的碳排放主要来自于能源活动,实现“碳达峰”和“碳中和”目标,能源领域减排首当其冲。未来能源领域实现“碳中和”目标的途径主要集中在以下几点:

(1)清洁替代技术。能源生产清洁化是能源转型的必然趋势,主要涵盖了以清洁能源替代传统化石能源发电和终端清洁能源直接利用两种方式,21世纪以来,以太阳能、风能为代表的可再生能源发电技术成本不断下降,未来与化石能源相比具有强大的竞争力,为构建以可再生能源为主体的新型电力系统提供了条件。另一方面,以太阳能热水器、太阳灶、生物质利用、地热采暖等终端清洁能源利用技术可以广泛应用。

(2)电能替代技术。电能将成为最主要的能源利用形式,未来主要包括工业领域电热替代与机械动力电源替代,交通领域电动汽车与氢燃料电池汽车技术,建筑领域电采暖与热泵技术等,以及电制氢/甲烷/甲醇/氨/二甲醚/尿素等电制燃料与原料技术。

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(3)低碳燃料利用。氢能作为清洁能源对构建绿色、低碳、经济、多元化的能源供应体系具有重要意义。预计2050年全球对绿氢的需求将达到5.3亿吨,2060年我国氢能产量将达到6000万吨,在能源供应结构中占比将超过10%。氢能利用在灵活性发电、氢能交通、工业替代、以及建筑采暖等领域具有广泛应用前景。

(4)能源互联技术。能源互联网是清洁能源大规模优化配置的基础,包括特高压交直流、柔性交直流等先进输电技术及大规模储能技术。特高压直流输电技术的电压等级、输送容量、可靠性和适应性水平将不断提高,成本进一步降低,以解决我国东西部能源资源与需求在空间维度不匹配的问题。以抽水蓄能和电化学储能装机规模将大幅度增加,氢储能效率不断提升,以大规模储能技术解决能源资源与需求在时间维度不匹配的问题。

(5)分布式综合能源系统。分布式综合能源系统是集中式能源供应模式的补充,通过整合分布的能源资源,利用高效能源生产转换技术,以及需求侧管理等技术来同时满足终端用户的冷/热/电/气/水/交通等多种能源需求,构建零碳社区/城市。瑞士洛桑联邦理工学院提出的第五代区域能源供应系统以二氧化碳为能源介质,实现未来社区和城市无碳排放的能源自治。

(6)碳捕集、利用与封存技术(CCUS)。通过在能源生产过程中将二氧化碳从排放源中分离后捕集、直接加以利用或封存以实现二氧化碳减排的过程,主要包括碳捕集、输送、封存和利用技术。预计到2060年,CCUS技术二氧化碳移除能力超过5亿吨/年。

  • 建筑领域

建筑业二氧化碳排放量在全球能源和过程相关二氧化碳排放中占比接近40%,根据国际能源署(IEA)和联合国环境规划署(UNEP)公布数据,2017~2018年全球建筑行业排放量增加了2%达到历史最高值。据中国建筑节能协会能耗统计专委会发布的《中国建筑能耗研究报告2020》报告,2018年全国建筑全过程能耗总量为21.47亿tce,占全国能源消费总量46.5%,建筑全过程碳排放总量为49.3亿tce,占全国碳排放总量的51.3%。因此,在“碳中和”进程中,建筑领域节能减排任重道远。

为什么要强调“碳达峰”与“碳中和”?一文读懂其中缘由

(孝昌县生活垃圾焚烧发电项目施工现场。新华网 刘晓丽 摄)

建筑全过程包括建材生产阶段、建筑施工阶段(包括建筑拆除)和建筑运行阶段。2018年建材生产阶段耗能11亿tce,占全国能源消费总量的46.8%;建筑施工阶段能耗0.47tce(占比2.2%),建筑运行阶段能耗10亿tce(占比21.7%)。因此建筑领域碳减排重点在建材生产阶段和建筑运行阶段。转变建造方式、大力发展绿色建筑、创新建筑用能方式等是建筑领域助力实现“30·60”目标的重要途径:

在设计阶段,应从建筑的全生命周期角度考虑低碳环保因素,推动近零能耗建筑规模化发展,鼓励开展零能耗建筑、零碳建筑发展。同时在结构设计上统筹考虑建筑全寿期内多因素影响,提高材料利用率,加强绿色材料的应用,在生产和建造阶段加大绿色建造力度。

在运行阶段,提高建筑电气化水平,通过推广清洁采暖、炊事电气化、电制生活热水等技术,降低建筑领域直接碳排放;另一方面,通过超低能耗技术以及构建光/储/直/柔一体化建筑来促进其与交通工业领域的协同,降低建筑领域间接碳排放。

  • 交通领域

交通领域碳排放占全国终端碳排放的15%,并且在过去的9年时间内,交通领域的碳排放年均增速保持在5%以上。目前我国已经制定了包括调整出行结构、提高运输效率、提倡共享出行、推广新能源汽车在内的一系列交通减排政策。

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(漫画:绿色出行 新华社发 商海春 作)

鉴于目前我国城镇化建设有序推进、机动化快速发展、以公交出行优先为核心的绿色出行模式尚未完善、以及以公路为主的货运模式等发展现状,为了实现“碳达峰”、“碳中和”目标,亟需在交通与城市协调有序发展、交通出行模式转变、货物运输结构优化、能源零碳转型、以及高效低排放技术应用等方面实现重大突破。在3月的两会上,就实现“30·60”目标郭继孚委员在城市交通领域提出以下建议:

促进交通与城市协调发展打造低碳生活模式。优化城镇化空间和城镇规模结构,充分发挥城市群和都市圈吸纳人口和就业的潜力,构建功能混用、公交导向、多组团集约紧凑发展的城市布局。

促进交通出行模式转变。出台充分利用经济杠杆减少小汽车依赖的需求管理政策,调节机动车的空间和时间出行结构,并通过立法明确相关措施的合法性。

持续推动大宗货物“公转铁”。结合城市的发展阶段及货物特点,以适合铁路运输、需求量较大的货类为重点,推动大宗货物从公路转到铁路运输。

加速机动车能源结构零碳转型。出台面向“碳中和”的机动车电动化发展路线图,明确禁售燃油车时间表。建立和完善面向城市机动车电动化的政策体系,在推动新增和更新车辆为新能源汽车的基础上,以运营激励以及设置超低排放区(或零排放区)等路权配置措施为重点,进一步加大存量燃油车替换为新能源车的政策引导力度,为新能源汽车使用创造有利环境。

智能交通助力交通运行效率提升。未来的交通应是在出行预约的前提下实现人、车、路协同发展,建立不堵车的交通系统,实现系统运行效率最优。

  • 工业领域

作为高度工业化国家,中国的碳排放主要集中于发电和工业领域。从工业领域来看,能源加工行业、钢铁行业以及化学原料制造业等相关高耗能行业不仅是煤炭消费的重点行业,也是二氧化碳排放的主要行业。除去电力和热力之外的工业行业贡献了近30%的化石能源排放。工业领域深度减排路径多样。

为什么要强调“碳达峰”与“碳中和”?一文读懂其中缘由

消除产能过剩,优化工业结构,通过技术创新提高工业过程效率;完善环境影响评价和能源技术评价标准,调整高能耗工业投资准入门槛,限制高耗能工业产能无序扩张;优先部署节能技术,控制能源需求总量;通过技术创新提高能效,以及材料替代和循环经济等途径降低能源需求;

建设现代化工业体系,加速工业数字化进程,对制造业进行结构调整,调控工业能源需求的总体规模并逐步降低碳强度;通过数字化转型以及电能替代技术提高工业领域电气化水平,发展电炉炼钢、电窑炉、感应窑炉等电能替代技术;

使用低碳燃料/原料替代技术,突破氢能炼钢技术等未来具有深度脱碳的技术路线,对于难实现电气化的设施,以绿氢或生物质能替代化石燃料;在产生高浓度二氧化碳设施中应用CCUS技术,降低工业领域碳排放。

五、助力“碳达峰”与“碳中和”目标,你我携手共建美好家园

实现“碳达峰”与“碳中和”目标,与我们的日常生活息息相关,我们举手投足之间也可以为这个伟大的世纪目标贡献自己的一份力量。

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比如说:

选择非电动牙刷,少排放近48克二氧化碳;

烤面包机代替烤箱,少排放近170克二氧化碳;

节能灯代替60瓦灯泡,可以将产生的二氧化碳排放降低4倍;

晾晒衣物代替滚筒式干衣机,每天可以少排放2.3公斤的二氧化碳;

下班随手关闭电脑代替待机,可以少排放1/3的二氧化碳;

节水型淋浴头代替普通淋浴头,将洗三分钟热水澡造成的二氧化碳排放量削减至一半…….

为什么要强调“碳达峰”与“碳中和”?一文读懂其中缘由

诸如此类,这些我们生活中的小事情数不胜数,当这些努力汇集到一起时,将会对我们的“碳中和”目标造成巨大的影响。因此,让我们在生活中牢固树立节能减排意识,养成绿色低碳的生活方式,守护“碳中和”目标实现那一刻的美好生活!

作者:李承周

科学性把关:王宁玲 华北电力大学能源动力与机械工程学院副教授、硕士生导师

本文来自:中国数字科技馆