中国中长期碳减排战略目标初探(Ⅳ)——天然气能源在中国的应用前景和碳减排分析

中国目前天然气在能源消费结构中的比例不到4%。与欧美发达国家相比,中国在商业和居住方面的年人均天然气消费量要低30多倍;按照EIA的中长期预测,中国天然气仅占家庭用能的21%～28%、商业用能的14%～20%,与发达国家大约相差1倍。中国用于发电的天然气使用量不到2%,由于风电比例的提高,非常有必要争取2050年将天然气调峰发电的比率提高到5%以上。如果2030年中国天然气产量达到3000×108m3并加大从国外的进口量,使消费量达到5000×108m3,天然气在能源消费结构中的比率有可能提高到14%。制约中国天然气消费量提高的因素包括国内天然气产量、国外进口量、基础设施建设和天然气价格等。提出2050年中国实现天然气消费量达到6000×108m3和8000×108m3的两个情景,其基础是确保常规天然气产量为2500×108m3,页岩气产量达到1000×108~1500×108m3,煤层气和煤制替代天然气产量达到1000×108~1500×108m3,进口量为1500×108~2500×108m3,这是一个非常艰巨但却有可能实现的目标。如果2050年中国天然气消费量达到8000×108m3的高消费量情景,按照发改委能源研究所设定的节能情景的能源消费总量测算,天然气在一次能源消费结构中的比例可上升到14%;按低碳情景测算,天然气的比例可上升到18%;按强化低碳情景测算,天然气的比例可上升到20%,达到目前世界的平均水平。两个天然气消费情景的二氧化碳排放量分别为7.4×108t和9.6×108t。从各方面而言,增加天然气消费量都是正效应而非负效应。     

中国中长期碳减排战略目标初探(Ⅶ)——中国能源需求暨碳排放情景分析讨论

预测世界二氧化碳排放量峰值40Gt/a出现在2025年,此后年均下降4.1%,2050年才能达到IEA Blue Map情景要求的14Gt/a,届时人均排放量为1.5t,由于总降幅未达到80%,仍需努力减排,争取2070年世界二氧化碳排放量达到10Gt/a。中国2005~2025年累积二氧化碳排放量约160Gt,2025~2050年间约194Gt,2050~2070年间约75Gt,2005～2070年间合计约472Gt,约占当时世界份额的27%。希望中国碳排放峰值出现在2025年而不是2030年,即使能控制当年二氧化碳排放量达到10.5Gt/a的水平,此后年均下降2.9%,2050年达到5Gt/a的较高水平,年人均排放量降低到3.4t,仍高于世界均值。为了与世界总降幅同步,还需要进一步减排,争取2070年二氧化碳排放量达到2.5Gt/a。为了在2050年达到期望的碳减排目标,必须优化中国的产业结构和能源结构,发电、钢铁、水泥是中国节能减排的重点。受生物质资源不足、煤化工生产油品只能适度发展、氢燃料替代目前尚无确切时间推广节点的制约,预计2050年中国替代石油燃料的比率在20%左右,低于欧美地区50%～70%的比率。但通过提倡绿色出行、提高发动机燃油效率、乘用车过渡到以纯电动汽车和混合动力汽车为主、石油替代步伐加快且替代方式多样化、提高石油加工轻质化程度、加大天然气在CHP或DES/CCHP的高效利用等措施,将2050年的原油消费量控制在6.0×108t仍然有可能。加工6×108t原油可生产1.08×108t化工轻油,CBTL生产的油品总量中还包含1200×104t石脑油,合计化工轻油量为1.20×108t,加之还可由煤化工MTO/MTP生产一定量的烯烃,可满足基本有机化工原料的需求。只有通过各部门的综合努力,低碳排放的A或B情景才有可能实现,任何部门的牵制都将影响全国碳减排目标的实现。     

中国中长期碳减排战略目标初探(Ⅴ)——非化石能源的需求与碳排放

随着技术的进步,非化石能源将成为重要的一次能源,其对化石能源的替代将对碳减排起到举足轻重的作用。核能属于不排碳的新能源,生物质能具有零排碳甚至负排碳的特点,其他可再生能源包括水能、风能和太阳能等均属清洁的超低排碳能源。先进的核能压水堆技术成熟,型式已发展到第三代,安全性不断提高。尽管发生了日本福岛核危机,但不应责怪核能本身,仍需要在高度重视安全的前提下大力发展核电。我国核电规模不宜过分压缩,2050年核电规模为300GW,发电量2100TW.h,占总用电量份额20%的目标比较恰当。用生物质秸秆制造燃料乙醇、用林业废弃物制造合成柴油和用废食用油脂制造生物柴油能显著降低运输业的排碳,7×108t干生物质可替代1×108t进口原油,在高油价时代其意义不言而喻。我国曾推广秸秆发电,但经济效益和社会效益有限,建议在生物质秸秆制造燃料乙醇达到产业化后不再扩大秸秆发电规模,以保证燃料乙醇产业的原料来源。水能、风能和太阳能发电量占总电量的比率是衡量绿色电力的重要指标,中国2050年这三种可再生能源发电量约3600TW.h,仅占总用电量的36%。非化石能源发电量占总发电量的份额是一项重要衡量指标,IEA在Blue Map等情景中将2050年该百分比定为61%～75%;中国工程院预测的我国2050年该百分比为70%。但如果2050年的核电装机容量为400GW时可提供总发电量的28%,加上水电、风电、太阳能三种可再生能源发电提供的36%,合计为64%,仍然存在6%的缺口;若核电装机容量只能达到300GW,缺口将达13%。如靠化石能源来弥补发电量的不足,将带来增加碳排放的后果。     

中国中长期碳减排战略目标初探(Ⅶ)——中国能源需求暨碳排放情景分析讨论

预测世界二氧化碳排放量峰值40Gt/a出现在2025年,此后年均下降4.1%,2050年才能达到IEA Blue Map情景要求的14Gt/a,届时人均排放量为1.5t,由于总降幅未达到80%,仍需努力减排,争取2070年世界二氧化碳排放量达到10Gt/a。中国2005~2025年累积二氧化碳排放量约160Gt,2025~2050年间约194Gt,2050~2070年间约75Gt,2005～2070年间合计约472Gt,约占当时世界份额的27%。希望中国碳排放峰值出现在2025年而不是2030年,即使能控制当年二氧化碳排放量达到10.5Gt/a的水平,此后年均下降2.9%,2050年达到5Gt/a的较高水平,年人均排放量降低到3.4t,仍高于世界均值。为了与世界总降幅同步,还需要进一步减排,争取2070年二氧化碳排放量达到2.5Gt/a。为了在2050年达到期望的碳减排目标,必须优化中国的产业结构和能源结构,发电、钢铁、水泥是中国节能减排的重点。受生物质资源不足、煤化工生产油品只能适度发展、氢燃料替代目前尚无确切时间推广节点的制约,预计2050年中国替代石油燃料的比率在20%左右,低于欧美地区50%～70%的...     

东京都及周边区域煤炭消费沿革镜鉴

控煤是实现碳排放达峰的重要举措之一。以现价人均GDP达到2万美元为起点,分析了东京都及其周边区域上世纪80年代末至今制造业用煤与发电用煤的历史沿革,总结相关经验,为上海市后续的煤炭高效利用及控煤工作提供借鉴。     

中国中长期碳减排战略目标初探(Ⅲ)——石油能源产品在交通运输等行业中的应用和碳减排

在我国中长期的终端能源需求中石油将占约15%的份额,其中55%～60%将被用于交通运输行业。逐步减少交通运输领域石油能源产品的使用量,对减少能源消费总量和二氧化碳排放量十分重要。目前国内外研究机构预测的中国2050年货运周转总量(8×104～9×104Gt.km)及公路货运周转量均明显偏高,造成预测的运输燃料消耗量太高,这也反映出调整中国经济产业结构和进出口贸易结构的紧迫性。减少私人乘用车的拥有量和出行量也是节能减排的关键,采用西方发达国家私人乘用车的比例,预测中国2050年将拥有5×108～6×108辆乘用车不符合中国人口众多、城市中心区人口密度的特点,将乘用车数量控制在3.0×108辆的水平比较恰当。目前全球运输领域二氧化碳排放量约占总排放量的20%～25%,中国运输领域的二氧化碳排放量将逐步上升,占总排放量的份额将从目前的7%提高到2050年的30%以上。应努力采取各种措施,使2050年乘用车的二氧化碳排放强度降低到40g/km的水平。除了减少化石能源石油产品使用量、使用生物质燃料、推广纯电动汽车和开发燃料电池汽车外,改变出行方式、发展方便快捷的公共交通显得十分重要。预计我国2050年燃料电池汽车将占到小汽车保有量的20%左右,纯电动汽车占30%左右,各种混合动力汽车将占50%左右。为了使中国2050年二氧化碳排放总量控制在40×108～50×108t的水平,有可能也有必要将石油的使用量控制在6.0×108t,交通运输领域石油能源产品使用量控制在4.0×108t以下。     

中国中长期碳减排战略目标初探(Ⅰ)——中国分阶段温室气体减排目标的提出及其依据

减少温室气体排放已刻不容缓,一系列研究显示,温升2℃是人类生活不受气候变化干扰的上限,大致550μL/L二氧化碳当量的温室气体浓度或约450～500μL/L的二氧化碳浓度对应2℃的温升。达到稳定浓度时的2005年以后的累积排放量和2005年的排碳数据一起才可以计算出最终的减排量化指标,而拐点年代和逐年排放量是可调控的动态指标。核实本世纪上半叶的累积排放量,并将排放额度分解到各个国家和地区是一项十分艰巨且很迫切的任务。我国的碳减排可分为2005～2020年的前期、2021～2035年的中期和2036～2050年的后期。权威部门曾推算了一系列数据,但与当前掌握的实际数据对比,对2010年的碳排放预测数据均偏低。有学者提出我国2005～2050年间的排碳额度为370Gt,约为全世界的28%,比例基本合理。如果2050年二氧化碳排放总量确定为140×108t,则中国为40×108t,人均2.6t,形势非常严峻。把我国2020年二氧化碳排放量控制在100×108t以内十分必要;我国碳减排中期处于拐点过渡期,我国的拐点将直接影响世界的拐点,应争取拐点出现在2025年,过渡期为2020～2030年;我国2050年与2035年的二氧化碳排放量差值应为45×108t,只要依靠非化石能源替代化石能源、采用CCS技术、最大限度地采用零碳排放甚至负碳排放的替代燃料就能得到控制,但仍然存在许多不确定因素,有待深入研究。     

中国中长期碳减排战略目标初探(Ⅵ)——碳捕集与封存排放目标讨论

乐观地估计,如果2050年允许中国排放二氧化碳80×108t,其中50×108t可排入大气层,剩余30×108t需要地质封存,碳捕集与封存(CCS)任务十分艰巨。预计可物理或化学利用的二氧化碳总量微乎其微,不会超过1×108t。从增产原油角度看,EOR将起到重大作用,但所占比率太小,从减排的宏观层面还应优先考虑"封存"。中国圈闭卤水层分布很广,潜在容量很大,选址相对容易,需加大适合二氧化碳地质封存的卤水层的地质选址研究。中国土壤有机碳储量仅50~100Gt碳,平均单位面积储碳量仅48.8t碳/ha,如果及时采取有效措施增加中国土壤的有机碳,今后40年应该可争取增储37Gt二氧化碳,相当于这期间累积二氧化碳排放量的1/10,可缓解碳排放的压力。岩溶对回收大气、附近地区土壤和水中的二氧化碳有明显作用,中国是名副其实的岩溶大国,宣传岩溶碳汇的作用,保护岩溶地区的地质、地貌和森林植被应该得到足够的重视。中国工业(制造业)部门排碳量太大,现在已超过欧盟。外贸输出了大量高耗能产品,净出口产品的二氧化碳排放量已占到国内二氧化碳排放量的13%～15%,这种高排碳量的外贸出口结构极不合理,调整产业结构、加大服务业的比重和增加外贸产品的科技含量有利于减少中国的二氧化碳排放量。中国目前关于CCS的文件和法规略显深度不够,执行力度不足,仍然是条块分割,划分为多个部门,各自为战,不利于CCS目标的实现。CCS工程所需资金额巨大,涉及社会、法律、教育、安全、金融等多方面工作,迫切需要政府集中力量,统筹安排,编制今后40年的CCS路线图和不同预案,纳入各时期的五年国民经济发展规划。     

中国实现低碳经济的关键——煤炭的清洁利用

中国是煤炭消费大国——75%的发电装机来自火力发电,80%的电量来自火电,80%以上的二氧化碳排放来自煤炭燃烧。作为一种高碳能源,煤的含碳量达到80%以上。未来二三十年之内,中国对煤的依赖度很难降到50%以下。     

中国低碳经济前景刍议(下)——中国减少碳排放的措施

为了减少二氧化碳排放量,根据中国能源消费量大和人口众多的国情,需要控制2050年个人乘用车保有量不超过3×108辆;石油消费量控制在6.0×108t;将城市商业和居住领域人均天然气消费量提高到200~250m3,天然气发电消费量提高到3000×108~3500×108m3,消费总量达到9000×108m3;将煤炭消费量控制在一次能源需求量的36%左右;人均电力消费量提高到8000k W·h。应从2030年起规模化、商业化地实施二氧化碳捕集与封存(CCS)措施。根据IPCC第五次评估报告(AR5)第一工作组报告第11章和第12章的评估数据,分析碳排放量对远期(至2100年)及未来更长时期(至2300年)气候变化的影响。按照比较符合实际的RCP4.5情景数据,根据预估的中远期的碳排放量,预测21世纪下半叶大气气温将逐渐升高,23世纪全球平均温升可达2.5℃±0.6℃。IPCC预测2050年全球温室气体排放量将到达峰值(约50Gt二氧化碳当量),然后逐步降低,到2080年后稳定在约25Gt二氧化碳当量的水平。21世纪末世界人均二氧化碳排放量将达到2t的水平,对发展中国家而言碳减排压力仍然相当大,需采取严格而有效的碳减排措施。欧盟新近向联合国提出的全球2050年减排目标,与中国2030年达到碳排放峰值的承诺不一致,值得关注。