清华专家谈：碳中和、能源转型的实现策略

在2023 年9 月北京IC WORLD 大会上，举办了“集成电路下的绿水青山”专题论坛，清华大学能源与动力工程系副教授、博士生导师、党委副书记、清华- 力拓资源、能源与可持续发展联合研究中心主任麻林巍教授做了《碳中和与能源转型》的报告，介绍了为何要进行碳中和，实现碳中和的中国能源情景，如何实现碳中和等。

1 碳中和、可持续发展的重要性

目前我国对碳中和的决心非常大。但是还没有什么经验，做起来相当不容易。

1.1 为什么要做碳中和？

因为碳中和背后的基本信念是可持续发展：我们不仅要考虑当下，还要为子孙后代留下足够的资源、环境和技术，这是一切的根本。

这几年，多位气候经济学家获得了诺贝尔经济学奖或物理学奖，因为他们从经济学和物理学上证明了可做应对气候变化这件事情。虽然我们目前会付出很多成本，但是如果现在不做，将来蒙受的损失将更加巨大。

1.2 可持续发展需要全世界一起去实现

可持续发展是全人类的大事，而不仅仅是我们中国。所以我们不能独善其身，要与世界各国共同去实现。1987年，世界环境和发展委员会《我们共同的未来》指出，可持续发展是满足当代人需要，同时不损害后代人、满足他们需要的能力的发展。可持续发展包括使用廉价和清洁能源、气候行动等。

但是气候变化最大的挑战是几十年平均天气的变化，除了少数极端气候灾害外，人们很难感受到其危害，像温水煮青蛙一样。所以在做这项工作时，经常面临一些质疑。因此必须大力宣传，不断地提高人们的重视程度。

IPCC( 联合国政府间气候变化专门委员会) 定义的气候变化是可被测量到的、持续时间较长（几十年或更久）的气候状态的改变。可能是自然因素导致，也可能是人类活动导致。

据统计，1880—2012 年，全球平均地表温度上升了0.85℃。1979—2012 年， 北极海冰范围每十年缩小3.5%~4.1%。1901—2010 年，全球海平面每年上升1.7 mm( 共18.5 cm)。

可见，全球地表温度上升1℃ 花了一百多年的时间。如果现在我们停止碳排放了，温度也很难降回来——真正回来要花一两个世纪。

气候变化导致的结果将是无法计算的，而且之所以这是很难逆转的，因为海洋起了巨大的作用，它的升温惯性非常大。因此，如果不加以控制，结果就会灾难性地4℃、5℃、6℃ 度地去升温。

很多人认为未来几十年内由气候变化导致灾害的发生概率非常微小。但我们不能等危险真正来了再做。气候问题就像过马路是否看车一样：不看，似乎也行；但是万一被车撞了，就受不了。因此这件事一旦发生，我们很难承受后果，所以一定要积极地去应对。

达成应对气候变化的共识来之不易。实际上，早在19世纪初，科学家们已提出预警，但一直到1979年才召开第一次世界气候大会。但因为争吵不休，又成立了IPCC，组织了全世界最优秀的科学家进行综合评估，一直到1992 年，联合国大会通过了《联合国气候变化框架公约》，1997 年通过了《京都议定书》，一直到2015 年《巴黎协定》，可见已经走过了一百多年的艰辛曲折之路。因此今天我们应该好好珍惜这来之不易的决议。

实际上，《巴黎协定》也不是国际上压给我们的，而是中国积极作为的结果。因为《巴黎协定》的国家自主贡献框架是中美在《巴黎协定》出台之前自己宣布出来的。中国在气候问题上做出了巨大贡献，与欧美等国家和地区在过去终于也达成了一致。

现在全球有了共同的目标——控制温升2℃/1.5℃目标，2070/2050 年左右要实现净零排放（碳中和）。但是最终目标不是碳中和，而是要把我们从工业革命以来排放的所有温室气体的总量控制在一个值（2.9 万亿吨）以下，而现在我们已经把大部分的余额用完了（到2011 年已排放了约1.9 万亿吨），剩下的已很少了（余下的89 年每年平均可排放112 亿吨）。按此推算，如果我们不及早地实现碳中和，就会超标。所以我们行动得越晚，后面的工作就会愈加艰难。即现在减排得越慢，后面需要做的功课就越多。

2 实现碳中和的我国能源情景

能源系统非常复杂，是一个庞大的网络，具有动态性。但是基本原理很简单（如图1），因为人口、经济在持续发展，会驱动温室气体排放的增加，我们应该怎么去减少，就要采用图1蓝色字的方法。

图1 减碳公式

●   节能：降低碳排放，从各个方面去提高能效，以尽量少的能耗产出所需要的产品服务，这是基本的。

●   替代：改变能源结构，尽可能多地提高非化石的能源。

●   碳汇：用农林业增汇、碳捕获与埋存（CCS）、负碳排放技术（BECCS 等）。

现在方法很多，但是基本的结论大致相同：

节能：单位GDP碳排放持续下降，一次能源消费总量于2040 年达峰。

替代：从目前80% 以上的化石能源，变为80% 以上非化石能源。

碳汇：农林业增汇、碳捕获与埋存（CCS）、负碳排放技术（BECCS 等）。

总之，未来为了实现碳中和，碳减排大概一小半要靠节能，节能是基础的基础，少用、少浪费/ 高效率是基本功课；余下的1/3 用替代能源；最后剩下的约1/6用碳汇/BECCS 等方法。

几年前，清华大学曾组织了全国几百名专家做了相关的情景分析，把已经具备或将来可能具备的技术和管理措施全都用上，算出来我国有可能在2050 年通过工业、建筑、交通、电力等诸多部门的共同努力，把我国的碳排放压到一个较低的水平。而通过碳的抵消，希望实现二氧化碳清零。由此给国家提出了减碳建议。所以我国后来宣布的减碳目标是计算出来的，例如宣布到2060年二氧化碳的排放会抵消，甚至中和。

3 实现碳中和的三方面

当然这是需要巨大付出的。首先需要控制我们的能源总需求，大概需要在2030 年把能源需求总量达峰（碳达峰），之后不再增加，在此过程中需要大量地提高我们的能效。

碳中和指人为二氧化碳（或温室气体）排放正好被人造碳汇所抵消。

图2是未来能源系统的一个基本途径。可以看到目前我们能源来源有80% 以上是靠化石，主要是煤炭，但是未来如果要实现碳中和，如果按目前的发电能耗，我们2050年的非化石的比重要达到80%以上。

图5 2050年中国低碳能源系统的能-碳耦合流向图

在终端要大量地使用电力，现在终端燃料的比重高于电力，未来是电力的比重高于燃料。我们的电力系统中现在煤炭占比最大，占70%，预计未来要变成以风光为主。

最后还有一些碳排放必须通过CCS、BECCS进行抵消。

我们还要积极发展非化石燃料和原料，把化石能源控制到尽量低的水平。这就是我们为什么要发展氢能以及生物燃料，是为了寻求政策的支持，把最后很难减的那部分也给减掉。

总体原理就是节能。节能提效是最基本的。

其次就是高比例的风光。众所周知，风光的波动性意味着我们要做大量的工作，才能把系统稳定下来。就目前的水平，这种能源系统应用还不是很广，所以我们要研发很多新技术和管理的措施，来管理如此庞大的系统及其波动性。之后是高度的电气化，低碳的能量应用会比较大。图2 中有一些内容一眼看不出来，例如我们要积极地发展分布式的能源系统，让分布式和集中式相互配合，以及如何把煤炭等化石燃料详细布局等。

4 实现碳中和是我们的大国担当

我国在2015 年宣布了碳达峰目标，2020 宣布了碳中和的目标，这是我国积极承担责任的定位，双碳目标是郑重的决定。

总有人质疑双碳目标会不会后退？答案是否定的，我们绝对会按照目标承诺实现。而且研究显示到2050年中国势必会宣布更积极的政策。所以我国在气候问题上会一步一步地前进，基本不会后退，这也符合我国的全球化战略：因为中国的崛起势必要和全球共命运，就必须站在道义的制高点之上。因此在减碳目标上不能后退，就算别人退了，我们也不能退，因为我们将来要成为强国，要去引领世界发展新潮流。

为此，我国已经做了很多工作，包括我们的双碳目标及很多政策文件在逐步完善。但是问题是到了我们产业界和现实之中，实现难度还是非常大的，因为毕竟我们现有的能源系统和未来构想的能源系统之间还有巨大的差距。

5 智慧能源的挑战与机遇

5.1 能源的未来不仅是供能企业的事

目前我们是以煤炭为主的能源来源，我们的终端能源利用是以工业高耗能工业为主的，而我们的经济很大程度上是由投资（巨大的结构性材料消耗）所拉动的，所以目前到未来有两大挑战。

①我们如何去建设新的能源、技术、基础设施；就目前存量巨大的煤炭/ 高耗能工业投资等产业而言，如何使之逐步退出，并且在退出之前仍能发挥作用。

②很多专家提到低碳不仅是供能企业的事，要去做协同，不能像以前一样：用户只管消耗，把碳达峰的责任都推给前端电网，实际上，双方都得承担责任。例如做高比例风光是全社会的共同责任，除了风光基地应该多采用储能等手段，保证输出稳定可控之外；客户端也要让需求相对可调，为此，我们也要依法建设很多分布式能源系统，满足灵活可调和刚性的需求。只有这样，电网承担的责任可能相对小一些，所以1/3 的碳达峰责任是全社会的。这意味着打破很多行业的边界，需要合作。

5.2 低碳将催生两个新兴产业

未来，双碳将至少催生两个新兴产业。

①智库行业，怎样把阳春白雪的顶层想法传递下去是非常重要的，让人人都具备可持续发展和能源消费的基本素质，非常清醒地做好自己的工作。

②智能/AI 行业，怎样把先进的智能系统进一步提升到大设施层面，诸如工厂、建筑、大的交通系统，以及再往上提升——能不能管控好整个产业链，甚至整个气候经济，把人们现有的工作量极大地节约下来，把一些城市化的工作交给机器去做，这样人才会有闲暇的时间去做创造，而不是去做重复性的工作。低碳首先会有一些示范工程，像部偏远地区如何把能源发展起来，成为重要的能源基地；城镇地区如何进一步提高能效，以及发展分布式能源、储能等，使能效极大提高；尽可能地产生更多的可再生能源；工矿园区等聚集区实现生态经济，之间有高速、快捷的网络连接；而且这不仅是电网的事业，还要实现电网、燃料网和热网的三网合一。这些需要各项事业配合好。这些都意味着巨大的机遇，也会带来巨量的经济发展。

当然这不仅是技术上的事，还需要考虑整个地区从能源上如何规划，与整个社会的需求相结合。还要把这件事传达到各个利益相关方，促进他们形成配合关系，从而实现更高的能效和可再生能源的利用，以及在这其中会充分发挥ICT 技术的应用。

5.3 对企业低碳发展的建议

这些事情看起来很难，很多方面超出了我们现有的能力，但是原理非常简单，就像我们每个人的成长一样，我们一定先要有一个适度超高的目标，然后再去好好学习、进步，不断把所学造福社会。

首先是有没有雄心。在碳中和已经成为国内外潮流的情况下，企业有没有雄心在应对气候变化上做到优秀。

树立雄心是头等重要的事，找好自己在碳中和整个事业中的一个恰当的角色。

第二，建设和发挥能力。有些事情肯定超出我们现有的能力，肯定得花时间去学习和建立。

最后，促进有效的实现。切实的效果可促进减排的正循环。

只要这个循环——从去树立雄心到能力建设到实现这个循环，它能够走起来，它就会一步一步变成现实。

（本文来源于《EEPW》2024.3）