丁仲礼：中国碳中和路线框架.pdf-solarbe文库

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丁仲礼张涛高鸿钧中国碳中和框架路线图研究学部咨询项目简介应对气候变暖的国际行动 ➢ 欧盟一些国家首倡， 2050年达到碳中和 ➢ 我国于去年 9月承诺 2030年碳达峰， 2060年碳中和 ➢ 美国 2021年 2月 19日，重新加入巴黎协定 ⚫ 目标 2035年无碳发电， 2050年碳中和（但对美国，还得 “ 走着瞧 ” ） ➢ 全球大部分国家正在制定 “ 碳中和 ” 目标雄心勃勃但又极其艰难的战略目标 2 不同大国碳排放现状 ➢ 由于没有 “ 天花板 ” ，我国 2030年达峰不太难，但有两种选择一是把峰调高，二是尽量压低峰高。出于空气质量考虑，无疑要追求 “ 选择二 ” 。因此， “ 达峰 ” 不需太多研究，关键是研究如何 “ 中和 ” 。 ➢ 四大类 ⚫ 达峰后的下降阶段（美英法） ⚫ 排放增长阶段（印度） ⚫ 进入 “ 平台期 ” （中国） ⚫ 尚未 “ 启动 ” （农业国） 3 美国中国英国法国印度主要国家人均二氧化碳排放比较人均累计碳排放（ 1900-2019）单位吨 CO2/人消费端人均碳排放（ 2019）单位吨 CO2/人生产端人均碳排放（ 2019）单位吨 CO2/人 7.28 4.83 5.53 16.10 4.75 0 10 20 中国法国英国美国全球 6.41 6.59 8.08 17.57 4.75 0 10 20 中国法国英国美国全球 157.39 516.92 920.33 1218.71 209.62 0 500 1000 1500 中国法国英国美国全球注一个国家的发展程度同人均累计碳排放有密切关系中国的人均碳排放量虽已超过全球平均，但人均累计排放远不及，意味着我国的 “碳中和” 更为困难。 4 碳中和的概念简言之，人为排放量（化石燃料利用和土地利用）被人为努力（木材蓄积量、土壤有机碳、工程封存等）和自然过程（海洋吸收、侵蚀 - 沉积过程的碳埋藏、碱性土壤的固碳等）所吸收，即净零排放。碳源 401亿吨 CO2/年 14 化石燃料利用土地利用 86 碳汇 3146 23 大气海洋陆地 5 碳固定过程举例 ➢ 碱性土壤（分布在干旱半干旱区）固碳主要是其富含钙离子，在 CO2分压高的土壤中，钙离子溶解于土壤水，向下迁移到分压低的下部时，形成 CaCO3沉淀，我国干旱半干旱区中常见的钙板、钙结核（料姜石）即由此过程形成。与土壤有机碳固定有个 “ 平衡 ” 问题不同，此为永久固定。 6 大气 CO2分压 400 ppm 硅酸盐风化产生的 Ca2 CO2 H2O HCO3− H CO2分压下降， Ca2 2HCO3− CaCO3 CO2 H2O 土壤内部 CO2分压高降水钙板钙结核（料姜石）未来碳中和的主要途径 ➢ 预计在人为排放逐渐下降背景下，海洋碳吸收亦会相应降低。碱性土壤固碳和沉积固碳会继续起作用。 “ 不得不排放的 CO2” 需通过生态建设、工程封存等去除，以达中和。 7碳中和排放量自然过程吸收生态碳汇（木材、土壤有机质、碳屑等）工程封存可理解为基数，不归哪家之功劳，但此基数有多大尚难预计此为 “人为努力” 部分不得不排放的 CO2 自然过程木材蓄积土壤固碳工程封存等学部咨询项目 ➢ 目标是设计初步路线图，可供研讨、修订、完善，同时在如何落实 “ 路线图 ” 上，提出操作层面的建议。 ➢ 设立九个专题。下面重点介绍各专题研究的主要问题，以及已有的初步认识。 8 排放端政策和法规推动能源需求预测非碳能源发电占比消费端的电、氢等替代生态建设与保护固碳端 CCUS 技术与工程技术需求清单负责人江亿魏一鸣主要参加人杨旭东付林夏建军胡姗张洋廖华唐葆君梁巧梅余碧莹专题 1未来能源消费总量预测 9 拟解决的核心问题 ➢不同时间节点（面向 2060），我国居民生活、工业、建筑、交通等重点领域的能源需求以及全社会能源总需求。 ➢主要边界条件 2035年 GDP翻番， 2060年再翻番；生活水准与相应发展阶段相当；产业结构逐渐向中高端发展；人口变动（少子、老龄化）等。 ➢建立预测模型。 ➢预测常常不准，希望提供 “ 高、中、低 ” 三种可供参考的预测。 10 负责人孔力王一波主要参加人庞中和吕雪峰申彦波胡书举裴玮唐西胜饶建业陈伟伟詹晶等专题 2非碳能源占比阶段性提高途径 11 拟解决的核心问题 ➢根据碳中和要求以及能源需求预测（分行业及总量），主要在市场机制作用下，未来不同阶段应构建一个什么样的新型能源供应系统即如何逐步增加非碳能源（风、光、水、地热、核等）占比 ➢重点要回答，西部丰富的风、光资源，如何从发电、储能、转化、输电、消纳等环节协调发力，得到有效充分利用如何解决风、光资源时空分布不平衡而保证稳定输出问题有哪些基础设施建设需求 ➢为构建 “ 新型电力系统或能源供应系统 ” 列出技术需求清单。 12 目前我国一次能源比例 ➢2019年我国能源总消费 48.6亿吨标准煤； ➢2019年我国能源利用总排放 98.26 亿吨 CO2。 ➢假如我们设定 2060年能源利用排放不超过 20到 25亿吨 CO2，就需要以能源需求为依据，绘制出不同阶段能源结构调整路线图，以及实现这个路线图的技术组合和基础设施组合。一次能源消费 13 一些初步认识 ➢非碳能源占比提升不会是线性的，并且主要由技术进步所驱动。 ➢煤炭作为主力能源，还会存在较长一段时期，因此煤炭清洁利用技术的进步仍需十分重视。 ➢先进裂变能如能解决乏燃料、安全、内陆建厂及群众心理问题，可以在碳中和上发挥重要作用，我国不该追随某些 “ 弃核国家 ” 的脚步。 ➢我国丰富的风、光、地热资源，尤其是西部的风、光资源，是我们实现碳中和的最大底气，关键在 “ 稳定输出 ” 。 14 负责人张锁江主要参加人谢在库何鸣元孙丽丽韩布兴徐春明刘中民王建国郭占成许光文胡迁林华炜齐涛李会泉魏伟张香平薛忠民胡鸿飞李鑫钢程嘉猷田志坚俞红梅等专题 3不可替代化石能源预测 15 拟解决的核心问题碳中和的最重要途径是用非碳能源替代化石能源发电、制氢，再用电力、氢气替代化石能源应用于居民生活、交通、工业过程、建筑、农业等领域，从而达到大幅度 CO2减排之目的。由此带来问题 ➢“ 电力替代、氢气替代 ” 由易到难，能否排个队 ➢面向 2060年， “ 难以替代 ” 的领域有哪些这些领域需要多少化石能源消耗将排放多少 CO2 （作为固碳之最大目标） 16 一些初步看法 ➢居民生活（烧饭、冷暖气等），易用电力、地热、太阳能等替代，难处在投入与推动。 ➢交通大部分可电力替代，大概只是时间问题。 ➢农业领域大部分可替代。 ➢许多工业过程，如冶金、化工、建材、矿山等用能大户，电力替代的潜力很大，但需要研发新的技术体系，同时，其市场竞争力尚无法预测。 ➢估计为克服风、光能源不稳定问题，如核能调峰能力较弱，那还得有一定数量火电或创新 “稳定输出体系 ”，同时需解决储能和转化问题。 ➢一些发达国家对氢能寄予了很大希望，但怀疑声音也不小，故需要深入研究氢能应用体系问题，以建议我国该搞什么样的 “ 氢能战略 ” 。 17 一些初步看法 18 目前 CO2 排放 98.26 亿吨发电端 47 消费端 53 电力替代氢能替代地热替代等增加非碳发电占比到接近无碳发电构建“两端同时发力”体系负责人刘中民蔡睿咨询专家包信和李建刚詹文龙李灿衣宝廉韩布兴徐春明金红光陈海生编写专家化石能源燃烧与转化王建国吕清刚化工领域丁云杰田志坚叶茂刘应春储能李先锋李泓氢能邵志刚俞红梅非化石能源王建强（核能）吕雪峰王峰（生物能）支撑体系陈伟（技术情报）吕正（能源模型）专题 4非碳能源技术研发迭代需求 19 拟解决的核心问题（为技术研发进步列出清单和路线图） ➢“ 新型发电系统 ” 、 “ 电力替代、氢气替代 ” 的技术体系是什么如何实现和工艺再造研发此类技术的可能路线图 ➢在碳中和进程中，化石能源的清洁高效利用仍将在较长时期内处于核心地位，如何在推动其技术进步上持续发力 ➢按 “ 三条主线 ” ，描绘国家低碳化能源新体系 ⚫ 化石能源清洁高效利用与耦合替代 ⚫ 可再生能源多能互补与规模应用 ⚫ 低碳化、智能化多能融合 20 同第二专题一起“收口” 排放端专题分布及关系专题一未来能源消费总量预测专题二非碳能源占比阶段性提高途径专题三不可替代化石能源预测专题四非碳能源技术研发迭代需求能源需求约束技术研发需求技术研发方案 21 负责人于贵瑞主要参加人陈镜明王绍强袁文平刘毅居为民何洪林王秋凤陈智牛书丽张扬建何念鹏高扬朱剑兴逯非等注本项目仅考虑陆地和近海，没考虑大洋（其固碳过程难以人为调控）专题 5陆地生态系统固碳现状测算 22 拟解决的核心问题 ➢陆地生态系统各类碳库的现存储量格局 ⚫ 林、草、湿、农、内陆水体及河岸带生态系统的碳储量及稳定性；地上植被、地下植被、土壤、凋落物碳库组分及其关系；生态系统碳库容量及成因分析。 ➢陆地生态系统碳汇功能及速率格局 ⚫ 各类生态系统固碳功能的时空格局；生态系统固碳速率估算的不确定性；碳汇功能、稳定性以及可持续性。 ➢不同有机碳库的平衡点 ➢碱性土壤的碳酸钙累积速率及人为固碳可能性（此问题过去很少研究） 23 已有初步认识（基于中科院 “ 碳收支 ” 项目） ➢中国陆地表层系统碳储量约为 95.15± 5.71 PgC（约 363.3亿吨 CO2），碳储量及空间格局已经基本弄清，但是对部分生态系统的碳库储量评估仍然存在较大不确定性，如湿地、内陆水体以及海岸带生态系统。 ➢汇总不同评估方法的结果发现，中国陆地固碳速率约为 1040亿吨 CO2 /年。 ➢主要森林固碳的峰值有可能在 2060年前达到。 ➢干旱 -半干旱区土壤将有机碳转化为无机碳的速率尚难估计。 24 0 20 40 60 80 100 120 Piao, et al. Nature 遥感评估 Wang, et al. Nature Ju, et al Chen, et al, NC 1980-2000 清查 2010 遥感 2010-2016卫星及碳同化系统 2010-2019 卫星及碳同化系统 2010-2019 模型中国陆地生态系统固碳速率（亿吨 CO2/年）当前我国陆地生态系统碳汇抵消人为碳源 1040 25 ✓中国陆地的碳储量 95.15± 5.71 PgC ✓森林生态系统碳储量占 38.9 陆地碳储量空间分布六个生态工程区的固碳速率 ✓六大生态工程区年固碳速率 132 Tg C ✓占全国总量的 56 中科院碳专项中有关陆地碳汇研究成果 26 负责人方精云朱教君主要参加人杨元合唐志尧王襄平赵霞孙文娟逯非王绪高胡会峰郭兆迪黄玫朱剑霄专题 6陆地生态系统未来固碳潜力分析 27 拟解决的核心问题 ➢未来中国陆地及近海不同生态系统固碳潜力及气候变化的影响 ➢国家生态恢复、建设工程的未来固碳潜力（面状分布区） ➢新增造林的固碳潜力（如城镇种树等点状分布区） ➢其他人为措施情景下的生态固碳潜力（比如南水北调等） ➢未来陆地生态系统增加碳汇的措施（比如秸秆闷烧成碳屑等） 28 均需证明固碳作用的长期性负责人李小春邹才能主要参加人潘松忻魏伟孙楠楠高林李胜魏宁刘桂臻刘胜男专题 7碳捕集利用封存技术评估 29 负排放技术路径碳移除 /碳捕捉途径形成的可利用产品碳移除 /碳利用潜力（亿吨 CO 2/年）成本（美元，负值表示盈利）二氧化碳制化学品烟道气等来源 CO2 → 化学产品甲醇、尿素和塑料等 0.1～ 0.3 / 3～ 6 -80 ～ 320 二氧化碳制燃料烟道气等来源 CO2 → 燃料，催化氢化甲醇、甲烷等 0 / 10～ 42 0 ～ 670 微藻的生产 CO2 → 微藻生物水产养殖饲料等生物制品 0 / 2～ 9 230 ～ 920 混凝土碳捕集烟道气等来源 CO2 → 水泥建筑物、混凝土碳化的水泥、混凝土 1～ 14 -30 ～ 70 提高原油采收率烟道气等来源 CO2 → 储油池石油 1～ 18 -60 ～ 45 生物能源的碳捕捉和储存植物的生长农作物、植物等 5～ 50 60 ～ 160 矿物碳化 CO2 → 粉状硅酸盐岩石农作物利用形成生物质 20～ 40 少于 200 植树造林森林的光合作用森林、木材等 5～ 36 / 0.7～ 11 -40 ～ 10 土壤碳封存技术 CO2 → 土壤有机碳农作物利用形成生物质 23～ 53 / 9～ 19 -90 ～ -20 生物炭 CO2 → 木炭农作物利用形成生物质 3～ 20 / 1.7～ 10 -70 ～ -60 CCUS负排放技术全球实现碳中和的主要技术（国际上称 “ 负排放技术 ” ）根据 Hepburn et al., Nature 2019 30