金之钧
近日 ，伟易博在线举行“伟易博头脑力2022夏日论坛”系列三。作为系列论坛的第三场 ，本次论坛以“科技立异与工业生长”为主题 ，各界专家学者、业界资深人士与北大伟易博教授等 ，一同围绕“能源革命与碳中和下的工业生长厘革”“医疗科技与大康健工业”“人工智能与数字化转型”三个主题举行深入探讨。中国科学院院士、北京大学能源研究院金之钧院长揭晓主题演讲并加入主题对话 ，以下凭证讲话内容整理。
看法概览
l能源转型泛起多元化、低碳化、疏散化、再电气化、数字化、智能化和全球化的“七化”特征。
l能源工业的厘革生长趋势为“五大转变”：从石油到自然气 ，从化石能源到清洁低碳能源 ，从简单营业（石油）到能源综合营业 ，从能源营业向非能源营业 ，从资源为王向手艺为王转变。
l调解能源结构和化石能源的清洁使用是二氧化碳减排的要害 ，生长清洁低碳能源是能源转型的主要偏向 ，CCS/CCUS是人类实现碳中和的兜底手艺 ，手艺与政策是实现碳中和的要害因素。
l包管能源清静并同时实现经济增添 ，要“先立后破” ，先知足社会需求 ，再把碳排放高的企业关掉。目今要把经济增添放在首位 ，鼎力大举生长清洁能源以包管我国能源需求。
主题演讲
首先谢谢伟易博治理学院约请我来分享我们在碳中和配景下能源转型的一些思索。这些思索的主要看法是我小我私家的 ，许多资料是团队配合来完成的。我向各人分享三个问题：能源与碳中和的相关配景、能源转型的基本特征、能源工业厘革趋势。
一、能源与碳中和的相关配景
关于能源的配景 ，我想从习近平总书记的一再讲话提及。2014年6月13日 ，他在中央财经向导小组第六次聚会上强调 ，“谁掌握了能源 ，谁就可能掌握生长空间、掌握创立财产的主要源泉。”今年1月24日 ，在中央政治局第36次整体学习中 ，他又进一步讲到 ，“要坚持统策划划 ，在降碳的同时确保能源清静、工业链供应链清静、粮食清静 ，确保群众正常生涯。”5月16日 ，他在《求是》杂志上揭晓文章 ，再次强调在碳达峰、碳中和的时代 ，要思量以煤为主的国情。
（一）全球能源现状与生长趋势
到现在为止 ，全球的一次能源供应是什么情形？2019年是一个标杆 ，全球一次能源消耗总量为140.44亿吨油当量 ，其中原油和自然气划分占比33%和24%；煤炭占比27%；非化石能源占比16%。以是 ，现在我们进入了石油的时代。在这样的配景下 ，全球温室气体总量520-580亿吨 ，其中二氧化碳排放量420亿吨。2020年 ，由于疫情缘故原由 ，能源消耗总量下降了4.5% ，这是第二次天下大战以来降幅最大的一年 ，其中化石能源占比仍然抵达83.1% ，碳排放下降了6.3%。2021年 ，全球爆发了能源�；� ，石油、自然气和煤炭大涨价 ，与2020年相比 ，石油价钱增添了2.1倍 ，现在天天的价钱都在100美元以上 ，自然气价钱增添了7.5倍 ，煤炭价钱增添了4.7倍。
2019年天下一次能源消耗结构（BP ，2020）
由于化石能源在一次能源结构中占比80%以上 ，是最主要的碳排放泉源。凭证近十年的统计效果 ，从化石能源燃烧当中倾轧来的二氧化碳占整体排放量的87%。倾轧的二氧化碳被陆地吸收了34% ，被海洋吸收了22% ，尚有44%排到大气当中 ，以是大气中的二氧化碳浓度在一连增添。2020年的全球排放量中 ，煤炭占比最高 ，其次是石油 ，再者是自然气 ，这三类化石能源的二氧化碳排放量抵达348亿吨 ，占2020年全球总排放量的93%。
（二）中国能源现状
2019年 ，我国一次能源消耗总量为34.16亿吨油当量 ，其中石油占比20% ，自然气占比8% ，煤炭占比57% ，非化石能源占比15%；二氧化碳排放101.7亿吨 ，占全球的24%。2020年 ，中国一次能源消耗总量为34.98亿吨油当量 ，略有增添。其中石油和自然气划分占比19%和8% ，煤炭占比56% ，非化石能源增添了2个点 ，占比17% ，二氧化碳排放量进一步的增添 ，抵达106.7亿吨 ，占全球的27%。2019年 ，中国二氧化碳的排放主要来自于化石能源 ，占比凌驾90% ，另外水泥的制造占了一点点。
自工业革命以来 ，温度平均上升了1℃（0.8-1.2℃）�？蒲Ъ艺雇� ，凭证这样的速率 ，到2050年或许率可以增添1.5℃ ，到本世纪末增添2℃ ，甚至更高 ，这会带来南北极冰川的融化、海平面的上升、卑劣天气 ，例如最近的高温天气等 ，对人类是很主要的一个威胁。
现在全球告竣了共识 ，要控制二氧化碳的排放 ，同时人为地增添二氧化碳的消纳和碳汇 ，在某一个时间抵达中和并不再向大气更多地排放二氧化碳 ，甚至可以从大气中接纳二氧化碳再埋到地下 ，这就是碳中和的看法。现在我们以为减碳是最主要的手段 ，减碳有五大领域：能源领域、交通领域、修建领域、工业领域和农业领域 ，其中能源领域是牛鼻子 ，要从化石能源向非化石能源（风、光、核电、水电等清洁能源）转型生长 ，这也是今天强调的主题。另外 ，碳汇涉及四大领域：陆地生态系统碳汇、海洋生态系统碳汇、CCS/CCUS（碳捕集和埋存手艺）、二氧化碳直接使用手艺（通过加氢反应形成甲醇或乙烯等）。
二、能源转型的基本特征
能源转型泛起多元化、低碳化、疏散化、再电气化、数字化、智能化和全球化的“七化”特征。下面我对这七个特征举行逐一简朴先容。
（一）多元化
凭证多家机构的展望 ，2040年前后 ，全球一次能源消耗将泛起石油、自然气、煤炭和可再生能源四分天下的时势。在碳中和配景下 ，这一天一定会到来 ，还可能提前到来�？稍偕茉丛淳褪嵌嘣� ，即即是在古板的石油领域 ，未来也是多元的：有通例的石油 ，有非通例的石油（如页岩油、油页岩油、煤制油等）。自然气也是多元的 ，有通例的自然气 ，有致密气 ，有页岩气 ，尚有无机的甲烷气、煤制气或地下转化的自然气等。
（二）低碳化
现在能源转型的基本特征就是向低碳化转型 ，这是主流偏向。差别的机构对未来能源增添领域的展望主要在两个方面：自然气和可再生能源将成为知足未来能源需求增添的主力 ，这个大趋势很是显着。下图左侧是凭证现行政策到2040年的能源增添模子 ，下图右侧是在碳达峰、碳中和、可一连生长的情形下能源增添的模子。凭证国际能源署展望 ，未来增添最快的是光伏 ，其次是风能 ，再次是自然气。
全球差别类型电力装机总量展望（据IEA 2020）
（三）疏散化
由于太阳能、风能、地热能的生长 ，能源系统必定从已往的集中化转向疏散化。电能运送以后有一些工业的应用 ，形成微网结构。工业园当中有外地的风电、太阳能发电、地热发电等 ，既消耗电力又同时发电的系统组成了完整的微网系统。未来住民既是消耗端 ，也是单个的发电厂 ，我们开的电动汽车照旧一个储能的装备 ，房顶的太阳能发电既可以知足自己的用电 ，也可以向微网运送。总之 ，现代能源电力系统比古板的要重大得多。
（四）再电气化
化石能源的镌汰以及电动汽车对燃油汽车的迅速替换必定带来再电气化的历程。国电投的研究以为 ，到2050年 ，工业领域的电气化率从现在的30%可以提高到50%；交通领域的电气化率从5%迅速增添到50% ，是增添最快的；修建领域的电气化率从30%提高到60%。总体来讲 ，全社会的电能消耗总量将从2020年的7.5万亿千瓦时提升到2060年的15-18万亿千瓦时 ，电能消耗从占整个能源消耗的24%要增添到60%左右 ，以是再电气化在中国是势在必行的。
（五）数字化
能源系统的数字化也是势在必行的。整个能源是一个大系统 ，下面又分种种各样的子系统 ，如煤炭子系统、油气子系统、清洁能源子系统、电力电网子系统等等 ，各个子系统组成大的能源网络。在这个历程中 ，数字化将为能源提质增效带来革命性的转变 ，数字化手艺可以将能效提升20%左右 ，这是很是有潜力的领域。
（六）智能化
随着盘算机手艺 ，特殊是深度学习的生长 ，智能化在未来能源领域也是很是主要的 ，主要建设在物联网、大数据和云盘算基础之上。电网的智能调配 ，自然气的运送 ，自然气管网、油网的智能调配 ，入口油轮的调理等在未来是很是主要的应用领域 ，这些都可以智能化。有人说数字化和智能化是一样的 ，现实上是纷歧样的 ，数字化是智能化的基础 ，智能化是数字化的高级阶段。
（七）全球化
美国学者杰里米·里夫金在《第三次工业革命》一书中首先提出了能源互联网的愿景。2015年9月26日 ，国家主席习近平在联合国生长峰会上揭晓主要讲话 ，建议探讨构建全球能源互联网 ，推动以清洁和绿色的方法知足全球电力需求。这个建议发出以后 ，中国于2016年建设了全球能源互联网组织 ，到现在为止已有60多个国家响应。
三、能源工业厘革趋势
能源工业的厘革生长有种种各样的趋势 ，我在已有事情的基础上将其凝练为“五大转变”：从石油到自然气的转变 ，从化石能源到清洁低碳能源的转变 ，从简单营业（石油）到能源综合营业的转变 ，从能源营业向非能源营业的转变 ，从资源为王向手艺为王的转变。
伍德麦肯兹做了一张图 ，形貌了人类经由木炭时代、煤炭时代 ，上个世纪50-60年月进入了石油时代 ，现在我们正处于石油和自然气的交替阶段。从化石能源到可再生能源的转变是目今的主旋律 ，像光伏发电 ，风能发电 ，核能发电的增添都是很是迅速的。石油公司也有一些转型 ，在全球也有多个新能源项目的安排 ，通过并购、增添手艺研发和投资介入到新能源当中去。另外一个转变 ，是从石油和能源公司向非油营业混淆型公司生长。
我要重点讲一下从资源为王向手艺为王的转变。油气资源和煤炭资源在全球规模内的漫衍是高度不匀称的。现在我们转向的太阳能和风能在全球漫衍也有不匀称性 ，可是这个资源是普惠的。而手艺 ，特殊是低本钱的手艺将在这场转变中施展要害性的作用。因此 ，从资源为王向手艺为王的转变是一个很主要的特征。从碳中和的角度 ，风电光伏、储能、电网刷新等构建新型电力系统的手艺 ，漫衍式能源等数字手艺 ，碳封存使用手艺 ，尚有地热、光伏修建一体化手艺 ，氢能等工业领域手艺很是主要。
新型电力系统手艺。在新型电力系统中 ，对波动性较量大的风能和太阳能的消纳能力是一个要害审核指标。现在中国电力系统的消纳能力约莫10%左右 ，处在第二方队 ，现在有的国家最高可以抵达50% ，例如丹麦。我们要迈上这几个台阶尚有很长的一段路要走。
储能手艺。储能手艺是焦点手艺 ，贮存能量涉及很主要的手艺蹊径的选择。现在全球90%运用的是物理储能 ，例如将水抽到高处 ，到了用电岑岭时再放出来发电 ，用电波谷时抽水发电 ，填补岑岭期的用量。电化学储能是一个牛鼻子 ，其中90%是使用锂电池储能。有人做过研究 ，若是人类大部分电动汽车以锂电池作为燃料 ，锂的资源量只能知足人类需求的一半。现在科学家又把眼光瞄向镍 ，用以取代锂的电池开发。在储能方面 ，中国的情形和全球是差未几的 ，抽水储能占89.3% ，在电化学储能中 ，锂电池占88.8%。未来开发高性能、低本钱的化学电池是一个主要偏向。
二氧化碳使用手艺。主要是加氢制甲醇和烯烃 ，可是现在不赚钱 ，制甲醇的投入是108元 ，产出是80元 ，这个赔本的生意谁都不会做；制烯烃的投入是216元 ，产出是205元 ，靠近本钱了 ，要想步伐开发高效率的催化剂 ，让手艺历程至少抵达收支平衡 ，这个事就可以做了。以是 ，二氧化碳使用手艺是一件很是有前途、有意义的手艺。
CCS/CCUS碳捕集和使用手艺。这是人类实现碳中和的兜底手艺。阻止2020年底 ，全球已经有65个大型项目实验二氧化碳封存 ，或许封存量是4000万吨 ，77.8%的项目用于二氧化碳驱提高采收率项目。中国二氧化碳封存主要是用来提高采收率 ，以两大石油公司为主 ，虽然也有国家能源公司等做的咸水层等方面的埋藏先导试验等。国际能源署做过展望 ，到2060年 ，CCS/CCUS对二氧化碳净零排放的孝顺率抵达17.4%。2019年中国做了一个展望 ，或许到2050年捕集埋藏的二氧化碳抵达8亿吨 ，能够拉动3000-3500亿的经济增添 ，效益非�？晒�。若是CCS/CCUS手艺搞得好 ，我们在实现碳中和的历程中 ，基荷电力方面 ，有超临界煤发电+CCS ，自然气发电+CCS ，以及核三代、核四代、核聚变（若是2060年能够商业化）；可调理电力方面 ，有地热 ，生物质能+CCS ，水力发电和光热+储热；再去吸纳大规模的风能和光伏等不可调理的电力 ，可以说我们整个电力系统将是很是稳固的。
氢能手艺。氢能手艺主要是制氢、储氢和氢的应用三部分。在制氢方面 ，现在较量看好电解水制氢 ，光催化制氢效率太低 ，而真正自制的是煤制氢和自然气制氢。外洋走的手艺蹊径是自然气制氢+CCS ，国际能源署预计 ，到2050年 ，氢气当中来自于自然气制氢的将占40%。中国选择的蹊径是电解水制氢 ，路径是纷歧样的。我小我私家以为煤制氢+CCS应该是我们未来的路径。储氢方面 ，有吸附、液态和固态 ，现在研究已经证实固态的效率是最高的。氢的使用主要是氢汽车 ，特殊是取代柴油的重卡车 ，未来尚有氢气加到二氧化碳化学反应当中。氢从那里来？这是很是要害的。我小我私家有一个梦想 ，要在自然界中寻找氢气田。地球深部有大宗的氢保存 ，岩石相互反应也能释放氢气 ，以是我们有可能找到自然界当中的氢气。
核聚变手艺。一旦核聚变手艺取得突破将成为人类的“最终能源”。首先它不再具有对人类康健爆发威胁的放射性 ，或变得很小 ，并且主要质料在海水当中就可以提炼 ，可以供人类使用100亿年 ，取之不尽、用之不竭。从这个角度讲 ，手艺创立未来的能源 ，手艺刷新未来的能源名堂 ，手艺也是具有最大不确定性的因素 ，倾覆性手艺决议着我们未来碳中和的质量、速率和本钱。
四、总结
最后小结一下今天的报告 ，控制二氧化碳排放从而控制温度升高是人类的共识；调解能源结构 ，化石能源的清洁使用是二氧化碳减排的要害；生长清洁低碳能源是能源转型的主要偏向；CCS/CCUS是人类实现碳中和的兜底手艺；手艺与政策是实现碳中和的要害因素。
主题对话
主持人：金院长 ，在我国以煤炭能源为主的国情下 ，怎样在碳减排的同时包管能源清静并实现经济增添？
金之钧：在一次能源消耗当中 ，煤炭和石油是化石能源二氧化碳的主要排放源 ，2019年 ，中国煤炭和石油消耗占比之和是77% ，美国是48% ，德国是51% ，英国是38% ，以是以煤为主的能源系统是中国的基本国情 ，决议了实现碳中和的难题性。如那里置好这个关系 ，确保我国能源供应清静将是我们科学家、政治家和企业家要联手回覆的一个主要问题、面临的一个严肃挑战。这个挑战可以用这样一个曲线来形貌 ，这是从达峰到中和的曲线 ，最底下的是日本的 ，接下来是欧盟的 ，再有是美国的 ，中国是一个陡崖式的下降 ，若是搞欠好可能会翻车。
重点国家与地区碳排放总量历史转变（单位：百万吨）
2020年首次提出碳中和之后 ，有一些不应关的煤矿被关掉了 ，一些耗能高的企业也被硬性关掉了 ，引起了一系列的社会问题 ，特殊是带来了煤炭供应的紧缺 ，从而带来了发电的紧缺 ，从南方到北方泛起了拉闸限电的情形 ，影响了我们正常的工业生产 ，影响了GDP的增添。这个问题稍有失慎就会泛起这种情形。
那怎样来处置惩罚呢？这个路径应该也是清晰的。中央政治局聚会也明确指出 ，碳达峰碳中和一定要“先立后破” ，先知足社会需求 ，再把二氧化碳排放高的企业逐步关掉。我们要先鼎力大举生长太阳能、风能、地热、水电和核电等清洁能源 ，以包管伟易博能源电力需求。只有清洁能源先生长起来 ，一部分落伍的煤电发电才华关掉。以是 ，我们目今要把清静和经济增添放在首位。经济增添是伟易博生涯权 ，目今中国的主旋律仍然是生长 ，通过生长解决所有的问题 ，特殊是刷新开放带来的系列问题 ，不生长是死路一条的。
谢谢列位！
（本文在演讲、对话全文基础上略有修订）
作者单位：北京大学能源研究院
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