​2060年中国“碳中和”目标的路径、机遇与挑战

2020-11-20 16:20 来源: 第一财经

2060年能源供给体系与技术


“可再生能源+储能”的能源供给体系。2060年随着电力技术的发展、电网设施的完善、电动汽车的普及,中国大部分的能源消耗都来自于电力,而非化石能源。而煤炭、石油、天然气等矿产的主要去向从燃烧提供电力和动力,变为了原材料,提供给橡胶、塑料等化工品,而这一部分的能源使用在较长的时间范围内只会造成很少的碳排放

由于未来的能源供给体系是以电力为主,因此,电源结构的清洁与否变得至关重要。储能技术与可再生能源发电的结合应用,可能是实现未来可再生能源大规模应用的重要手段。将储能与可再生能源发电技术相结合成为一个联合系统,可以减少波动和增强电力系统的灵活性。由于风电、光伏出力的不可控性,当可再生能源大规模并网以后,对电网的调度会有较大的影响,可能造成电网电压、电流和频率的波动,直接影响电网的电能质量,导致用电设施寿命折损等问题。此时,能够对电力需求峰谷进行适时调节的储能放能设备尤为重要,储能设施是首位的。

因此,2060年的能源供给体系将会以“可再生能源+储能”的方式存在。这套供给体系既能有效降低碳排放,达到中国“碳中和”目标,又能提供安全稳定的电力能源。

根据《能源生产和消费革命战略(2016~2030)》,到2030年和2050年,非化石能源占能源消费总量的比例分别要达到20%和50%。因此,在完成“碳中和”目标的过程中,我们必须关注清洁能源技术的发展与变革、优势与劣势。对于非化石能源而言,目前光伏和风能无疑是两个新能源中的翘楚,核能一定程度上受到了安全性的挑战,因此难以大规模利用,而氢能作为一个储备技术,也将受到一定的关注。

随着光伏发电在商民两用的领域成本持续下降,其大规模应用的前景光明。近年来,中国不仅成了最大的太阳能光伏发电系统的主要供给国家,同时也是光伏装机最大的市场。有相关研究表明,光伏发电一定程度上达到了平价上网,其蕴含的规模经济效应不言而喻。

无论是储能、光伏发电、电动汽车还是智能手机等都对电池寿命以及电池生产的环保型与高效性提出了更高的要求。如果新能源发电项目与储能项目在全寿命周期上仍然存在较高的碳排放或环境问题,那未来的“可再生能源+储能”的供给体系将不是真正的环境友好的能源供给体系。因此,新型的电池技术可能是未来能源供给体系的一个瓶颈,需要突破。目前,各类电子产品的电源大都依靠锂电池提供持续的电力。而且,锂是一种比较昂贵的金属物质,在自然界中的储量有限,大规模使用锂电池可能会导致锂价格飙升。因此,高效、安全、可充电电池的大规模应用需要考虑那些储量丰富、价格低廉的材料,用以替代目前常用的锂电池。

2060年中国将“碳中和”和基本上替代火力发电、工业能源消费、燃油汽车,并且基本完成建筑零排放。但是仍有部分能源消费及碳排放是无法替代的,因此,可以预测2060年中国的“碳中和”目标下的碳排放来源与碳汇项目。碳排放包含无法用其他能源替代的能源消费,例如航空和航海过程中的碳排放、作为工业原料的能源导致的碳排放、少量畜牧业带来的碳排放。碳汇包含基于自然的碳汇(植树造林,退耕还林等)以及碳捕获与封存。

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