【能源人都在看，點選右上角加'關注'】
北極星售電網訊:（本文系由深圳創新發展研究院、博研商學院、深圳企聯等共同主辦的“科技創新院士報告廳”第四期內容，7月15日上午，劉科院士圍繞“碳中和誤區及其現實路徑”做了演講。以下內容根據劉科院士的演講錄音整理，經劉科本人審訂。）
（來源：微信公眾號“鄂電價格”ID：edianjiage 作者：劉科）
劉科院士曾在海外工作過二十多年，之前在GE、UTC（聯合技術公司）、埃克森-美孚等單位工作，2009年回國。回來以後第一份工作就是參與籌建北京低碳清潔能源研究所（現國家能源集團北京低碳清潔能源研究院），並且擔任副所長和首席技術官。目前,劉科院士擔任南方科技大學創新創業學院院長和清潔能源研究院院長。
劉科院士一直致力於研究低碳和能源的事情，現將他本人7月15日上午在“科技創新院士報告廳”第四期上“碳中和誤區及其現實路徑”部分演講內容與大家分享一下。
關於碳中和的誤區
當前大眾對碳中和的挑戰及認知有一定侷限，認為單一的技術路線或者技術突破能夠解決碳中和問題，因此常存在幾個誤區：
第一個誤區是認為風能和太陽能比火電都便宜了，因此太陽能和風能完全可以取代火電實現碳中和。這句話只對了1/5到1/6。因為一年有8760小時，而中國的太陽能每年發電小時數因地而異，在1300小時到2000小時之間不等，很少有超過2000小時的區域，平均在1700小時左右；也就是說太陽能大約在1/5–1/6的時間段比火電便宜；而在其他4/5-5/6的時間段，如果要儲電，其成本會遠遠高於火電。風能每年發電的時間比太陽能略微長一點，是2000小時左右，但電是需要24小時供的，不能說一個電廠一年只供一兩千小時，因為我們用電不能說有太陽有風的時候用電，沒太陽、沒風的時候就停電。太陽能和風能是便宜了，但最大的問題是非穩定供電。
不可否認，中國的風能和太陽能發展了將近四十年，取得非常大的成績，我們給這個領域做出貢獻的科學家們以崇高的致敬。但直到今天，風能、太陽能與煤電相比仍然是杯水車薪。以2019年為例，全國的風能和太陽能加起來發電總量相當於1.92億噸標準煤的發電量，而中國年發電耗煤大約是22億噸煤，相當於18-19億噸標準煤，也就是說，風能和太陽能只能佔煤電的10%左右。
而且，電網靠電池儲電的概念是非常危險的。據估算，目前全世界5年的電池產能僅能滿足東京全市停電3天的電能。如果說我們有4/5的時間或者5/6的時間要靠電池儲電，這是不可想象的。況且，這個世界也沒有那麼多的鈷和鋰，沒法讓我們造那麼多的電池。在這種情況下，棄光棄風的問題非常嚴重，因為電網只能容納15%的非穩定電源。風能、太陽能發出來的電，電網沒法全部承受。如果繼續增加風能、太陽能，同時大規模儲能問題解決不了，只能廢棄更多。
棄光棄風在中國有兩方面的原因，一是技術因素，就是因為太陽能、風能是沒辦法預測的，電網小於15%可以容納，多於15%容納不了，這是一個很大的技術難題，到現在還不好解決；二是機制因素，地方保護主義的存在可能會讓地方出於各種原因不用風電、光電、水電。機制問題在中央大力推動“碳中和”的背景下是可以解決的，但技術問題，不容易解決。
因此，太陽能和風能需要大力發展，但在儲電成本仍然很高的當前，在可見的未來仍然無法全部取代化石能源發電。
第二個誤區是人們以為有個魔術般的大規模儲電技術，認為如果儲能技術進步，風能和太陽能就能徹底取代火電。這個假設太大了，因為自鉛酸電池發明至今一百多年來，人類花了數千億美元的研發經費研究儲能，可從鉛酸電池的90千瓦時/立方米增加到今天特斯拉的260千瓦時/立方米，電池的能量密度並沒有得到革命性的根本改變。要知道，汽油是8600千瓦時/立方米。同時，迄今大規模GW（十億瓦特發電裝機容量）級的儲電最便宜的還是100多年前就被髮明的抽水蓄能技術。
科學技術的突破不是沒有可能，但是隻有發現了才能知道發現了。今天無法預測明天的發現。我經常舉一個例子，火藥發明之後近一千年才有槍的發明。槍的機械原理其實很簡單，但是你要說火藥發明後就可以預測肯定會發明槍，那就錯得離譜了。這就提醒我們，在制定任何戰略時，都千萬不要假設未來這塊有突破就可以做什麼事。我們制定戰略一定是以已有的、證明的、現實的技術路線為基礎。
不同行業的進步不一樣，計算機行業有摩爾定律，這麼多年確實發展得很快，但是能源行業目前還沒找到類似摩爾定律一樣的規律，“碳中和”必須選擇現實可行的路線來推進。
有一個笑話是，比爾·蓋茨跟波音公司總裁講，假如飛機行業的技術進步跟計算機一樣快，那現在人人都可以不用開車，可以改為開飛機了。波音公司的總裁說，假如我的技術跟你一樣的話，這個世界就沒人敢坐飛機了，因為那個年代計算機動不動就宕機。所以說，大家不要認為某一個行業發展很快，其他的行業就都一樣。能源行業就是一個不斷地砸錢但技術進步緩慢的行業。未來儲能技術肯定會有新發明，我們鼓勵儲能技術的創新與發展，但是在制定戰略目標的時候一定要謹慎，沒發明的時候就不要先假設這個事情存在。
第三個誤區，有些人認為我們可以把二氧化碳轉化成各種各樣的化學品，比如保鮮膜、化妝品等等。這些要能轉化、能賺錢，可以去幹，但是這些解決不了二氧化碳的問題。粗略估算，一個三口之家一年平均排放碳22噸，但什麼產品一個家庭一年也消耗不了20多噸。
另一方面，全世界只有大約13%的石油就生產了我們所有的石化產品，剩下的大約87%的石油都是被燒掉的。如果把全世界的化學品都用二氧化碳來造，也只是解決13%的碳中和問題。所以說，從規模上二氧化碳製成化學品並不具備減碳價值。二氧化碳轉化為其他化學品對減碳的貢獻是相當有限的。
所以說，把二氧化碳轉化成任何化學品，如果能賺錢那可以去幹，但掙不了錢就別打著“碳中和”的概念來拿國家的補貼。講這個話我可能會得罪很多人，特別是企業界的人。但我們科學家要講事實，拿數字說話。我也參加過很多關於碳中和的論壇，很多時候甚至有些經濟學家在講的時候，沒有數字的概念，只有一個粗概，說這樣可以減碳、那樣可以減碳，但是對減多少沒有概念。這個也不能怪他們，隔行如隔山。
第四個誤區，是說可以大量地捕集和利用二氧化碳。利用CCUS技術，把生產過程排放的二氧化碳進行捕獲提純，再投入到新的生產過程中進行迴圈再利用或封存。理論上能夠實現二氧化碳的大規模捕集。現在大家說在電廠把二氧化碳分離，分離完以後打到地下可以做驅油和埋藏等等其他的作用。那麼我們看看，未來十年，中國整個二氧化碳驅油消耗量大概是600多萬噸，我們一年的排放是103億噸。而且驅油這個階段是一部分二氧化碳進到地裡，還有一部分會跟著油出來，它不是一個完全的埋藏。
把碳打到地下埋藏，我回國前在GE曾經做過這個事情。把煤和水、氧轉成氫氣和二氧化碳，氫氣燃燒發電產生水蒸氣，二氧化碳就打到地底下。我們做了示範工程，前後花了28億美元，有上百名博士參與，用了7年的時間，這個示範具有環境方面的意義，並且工廠在美國執行至今，但是不具備經濟性。我們做完這個專案以後，發現這是GE創立以來最複雜的一套工業系統。別看全GE可以生產的包括飛機發動機、醫療器械、核磁共振、CT等等這些，包括三峽水利工程的裝置和青藏線的火車頭等等，但是GE成立以來最複雜的一套系統就是我們當時做的“零汙染火電廠”，不過這個成本太高了。
我回國之前和當時的GE總經理交流，他在一次演講中也提到今後透過煤炭零汙染的火電廠解決二氧化碳的問題，但是講完就下來跟我說，別看我在會上那麼講，真正要去做還不如干核能，核能比零汙染火電廠便宜多了。當然，那會兒福島核電站事故還沒有發生，核能可以做。法國現在將近70%都是核能，做了幾十年了。但是福島核電站洩漏事故之後，全世界都在提高核能的安全係數，這個安全係數到後期每提高一點，成本就增加很多。
碳中和不光是一個技術問題，更是經濟和社會平衡發展的綜合性問題。現在在電廠把二氧化碳分離，分離完以後打到地下可以做驅油和埋藏這條路，在可以驅油的地方可以改，還有一點經濟效益，我國新疆等地已經有類似的二氧化碳驅油工程。這塊的成本是把二氧化碳分離出來的成本，我們算過，假設打下去的成本為30美元一噸，其中20美元是把二氧化碳從整個尾氣裡面分離出來成為純二氧化碳，5美元是輸送，另外5美元是把它壓縮到地底下。分離是核心，成本也最大。在目前的技術手段下，靠CCUS利用來處理的成本很高，作用也是有限的，當然這也可能是實現碳中和的保底技術。
實際上，我剛剛講的每一件事，比如風能、太陽能都對碳中和有貢獻，我們每一個都應該去做，但是今天的技術你再怎麼做，對碳中和的貢獻是有限的。當然，這不是說讓大家不去做，我們每一個人能夠努力的都去努力，畢竟積少成多。
第五個誤區是認為透過提高能效可以顯著降低工業流程、產品使用中的碳排放，就可以實現碳中和。能效永遠要提高，提高能效也很對，也是世界上成本最低的減碳路線。但是我經常問一句話，加入WTO這二十年來，我們國家的能效提高了還是降低了？我們能效提高了很多，但是碳排放的總量是增加了還是減少了？增加得更多。我記得2000年中國的石油消耗大概是2點幾億噸，2010年大概是4億噸，到去年是7.5億噸。
我是做能源的，從能源的資料變化可以看到整個社會的變化。我們加入WTO之前有一個很重要的數字，中國的煤產量大概是12億噸，基本上自產自銷，出口有一點，但很少。結果到2012年短短12年的時間，從12億噸飆升到36億噸，這是一個天量，當然也伴隨著碳排放。這該怎麼解讀？唯一的解讀是加入WTO，世界的市場向中國開放了。當然，這一期間我們大量的房地產建設也是一個因素。煤的耗量表示電的耗量，電的耗量表示工業化的程度。這期間能效肯定提高了很多，但是單憑能效也難以解決碳中和的問題。因此，提高能效是減碳的重要手段，但只要仍然在使用化石能源，提高能效對碳中和的貢獻也是非常有限的，提高能效確實是成本最低的減低碳排放的方式，也是最應該優先做的，但是有一個現實的考量就是不能光靠能效提高就能夠達到碳中和。
第六個誤區是認為電動車可以降低碳排放。前段時間，我在網易公開課上講《電動車和氫能的歷史與未來》，全國大概有十幾萬人觀看，很多領導看完以後跟我討論這個問題：為什麼我們要發展電動車？很簡單，主要是因為中國的石油不夠，我們石油73%靠進口；還有就是霧霾的問題。
我們石油不夠，寄望於我們的多餘的發電能力，這樣發展電動車是有好處的。因為電廠正常一年8760小時，但我們實際使用不到4千小時，這是資產的巨大浪費。而且畢竟電動車可以讓區域性的汙染降下來，比如東部地區的用電很多是在西部新疆等地發的，汙染在西部新疆等地排放，不在東部地區排放。但是，在全生命週期的碳排放分析看來，對全球氣候變化並沒有什麼影響。
為什麼靠電動車不能完全解決碳中和的問題？只有中國的能源結構徹底改變以後，電動車才能算得上清潔能源，也才有可能做到碳中和。如果能源結構不改變，電網67%的還是煤電，那電動車的盲目擴張是在增加碳排放，而不是減少碳排放，這個你們去算一下就知道了。只有能源結構和電網裡大部分是可再生能源構成的時候，電動車才能算得上清潔能源。
大家老在談一個問題，說假設馬六甲海峽封了以後我們能源安全的問題怎麼解決？但是這個東西你要仔細考慮，靠電網是解決不了的。因為電網在現代戰爭中是最脆弱的東西。石油可以到處分佈，可以分一萬個點去藏，炸了一個油庫，其他的還可以用。但一個城市的電網只有一個配電中心站，電網的安全也非常重要。
有的時候，能源政策和碳排放的政策不能因為假設戰爭發生，別人打我，就不顧成本幹一些高成本東西。第一，打仗是小機率事件，第二，真正到那會兒是靠一個國家的制海權、制空權等綜合能力，而不是說靠一個電動車就能夠解決問題的。
活動推薦：
國家人力資源和社會保障部教育培訓中心聯合廣碳所開展碳交易員培訓（線上學習取證），助力全國碳市場及大灣區綠色低碳發展建設，併為國家早日實現“零碳”目標和碳排放達峰提供人才支援。線上培訓時間：2021年8月，培訓費2800元/人（含培訓費、電子版教材、證書費）。
聯絡人：喬老師13383650417（新增微信備註碳交易員）
免責宣告：以上內容轉載自北極星電力新聞網，所發內容不代表本平臺立場。
全國能源資訊平臺聯絡電話：010-65367702，郵箱：[email protected]，地址：北京市朝陽區金臺西路2號人民日報社
