作者:曹成,侯正猛,熊鷹,羅佳順,方琰藜,孫偉,廖建興
基金項目:四川省國際科技創新合作項目(2021YFH0010);四川省科技項目(22MZGC0040)。
版權所有:《工程科學與技術》(原《四川大學學報(工程科學版)》)
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摘要
為解決碳達峰碳中和技術路線和行動方案不明確、不清晰的問題,以雲南省為研究對象,分析梳理了雲南省的能源結構、碳排放現狀、碳排放重點行業、林業碳匯情況等,歸納總結出雲南省碳中和目標導向下的技術路線和行動方案。研究結果表明:雲南省可再生資源豐富,應充分發揮綠色能源優勢,大力發展水能、風能及太陽能等可再生能源。充分利用廢棄礦山、鹽穴、枯竭油氣藏等地下空間進行儲能,結合二氧化碳生化反應合成甲烷及礦井抽水蓄能等技術,實現二氧化碳資源化利用與能源大規模儲存。雲南省應加快推動氫能產業發展,開展氫能製備、儲存、運輸、利用等相關設備和技術的研發、推廣和標準化生產,並推動能源產、儲、運、用一體化建設。雲南省應充分利用資源優勢條件,推進碳中和行動方案落實,若採用地質封存技術將六大主要碳排放領域的二氧化碳封存30%,則有望在2037年實現碳中和。研究成果對於碳減排和減緩氣候變化具有理論意義,也對雲南省實現碳達峰和碳中和目標具有重要實踐指導意義。
關鍵詞
碳中和 雲南省 能源轉型 碳排放
碳排放是導致全球氣候變暖的主要原因[1-2]。為了減緩碳排放對氣候的影響,全球共有超過170個國家於2016年簽署了《巴黎協定》。該協定的長期目標是將全球平均氣溫比前工業化時期平均氣溫的上升幅度控制在2 ℃以內,並努力將溫度上升幅度儘量限制在1.5 ℃以內。中國不僅簽署了《巴黎協定》,還在發展中國家中率先提出了具體的碳達峰和碳中和時間表。2020年9月22日,中國國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會上鄭重提出中國二氧化碳減排兩階段目標:力爭於2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現碳中和,體現了中國應對全球氣候變化的責任擔當。中國目前是世界上年碳排放量最多的國家,因此碳中和目標的實現困難重重。考慮到歐美等世界主要發達國家從碳達峰到實現碳中和往往需要60~80年,而中國計劃僅用30年實現該目標,因此更是面臨着巨大挑戰。
自碳達峰碳中和目標提出以來,李孥等[3]研究了碳中和目標下天然氣產業的發展路徑,鄒才能等[4]研究了世界能源轉型對中國碳中和的意義,Zou等[5]研究了新能源在實現碳中和目標過程中的作用;此外,一些學者從WEF[6]、碳交易制度[7]、CCUS(二氧化碳捕獲、利用與封存)[8]等不同行業領域提出了行業發展意見和政策建議,為各行業實現碳達峰和碳中和目標提供了參考。但是,已有研究往往是從行業角度分析,並未提出總體的碳中和路線和行動方案,存在一定的局限性。為此,本文擬考察碳中和技術路線和行動方案,為中國實現碳中和目標提供借鑑。考慮到中國幅員遼闊,不同省份的資源稟賦及產業結構等基礎條件差異顯著,因此不同省份實現碳達峰碳中和的技術路線必定有所差異。本文以中等省份雲南省為例,詳細分析其能源結構和碳排放現狀,並對其林業碳匯潛力進行分析,從而歸納總結出雲南省碳中和技術路線與行動方案,為雲南省碳中和政策制定提供參考依據,並為中國其他省份的碳中和目標實現提供借鑑。
1 雲南省能源結構
1.1 能源生產情況
雲南省2020年發電裝機及發電情況如表1所示。雲南省水電資源豐富,在發電裝機中占據主導。截至2020年底, 雲南省全口徑發電裝機容量達到了1.03×108 kW。以水電為主的清潔能源裝機容量為8.83×107 kW,清潔能源裝機占比達到85.4%。其中,水電裝機容量約為7.56×107 kW,風電裝機容量約為8.81×106 kW,光伏裝機容量約為3.93×106 kW,火電裝機容量約為1.51×107 kW。
表1 雲南省2020年發電裝機及發電情況(數據來源文獻[9])
Tab. 1 Installed power generation capacity and power generation situation in Yunnan Province in 2020 (data from reference [9])
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雲南省和全國近5年清潔能源發電情況如表2所示。由表2可以看到,雲南省清潔能源發電量占比連續5年均保持90%左右,比全國平均占比約高出63%。雲南省清潔能源交易電量占比高達97%,清潔能源發電占比等指標全國領先,並達到了世界一流水平,因此雲南省具有很好的碳中和實現條件。
表2 近5年雲南省和全國平均清潔能源發電對比
Tab. 2 Clean energy generation in Yunnan Province and China between 2016 and 2020
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2020年雲南省全社會用電量達到2.03×1011 kW·h時,其中,第一產業、第二產業、第三產業及城鄉居民生活用電量分別為1.87×109 kW·h、1.49×1011 kW·h、2.53×1010 kW·h、2.68×1010 kW·h。全年外送電量1.66×1011 kW·h,與前一年同期持平。近年來,雲南省用電需求快速增長,到2025年雲南省全社會用電量將達到3.115×1011 kW·h。根據在建電源投產時序測算,2022年雲南省電力供需基本平衡,2023年電量供給開始出現明顯缺額,2023—2025年出現8.5×109~2.8×1010 kW·h電量缺額,主要為冬季枯水季結構性枯期缺電。
1.2 能源消費情況
雲南省油氣資源並不豐富,化石能源消費以煤炭為主。2019年,世界產煤8.129×109 t;中國產煤3.846×109 t,同比增長4%。近年來,雲南省產煤量逐漸升高,2019年產煤4.78×107 t。根據《雲南省煤炭產業高質量發展三年行動計劃(2019—2021年)》:2020年原煤產量控制在5.8×107 t以內,實現工業總產值500億元;2021年原煤產量控制在8×107 t以內,力爭實現工業總產值1 000億元,利稅總額180億元。
雲南省煤炭生產和消耗情況如圖1所示。由圖1可以看出,2019年雲南省耗煤8.8×107 t,人均年耗煤1.9 t,比中國的人均耗煤低30%。由此可見,雲南省具有較好的碳中和實現條件。根據云南省能源局預測,2025年雲南省耗煤將達到1.01×108 t,其中電力耗煤將從2019年的1.434×107 t增加至4.5×107 t。
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圖1 雲南省煤炭生產和消耗情況(數據來源於文獻[9])
Fig. 1 Coal production and consumption in Yunnan province (data from reference [9])
2 雲南省碳排放現狀
2.1 碳排放總量與來源
據《中國碳核算數據庫》發布的碳排放數據[10],雲南省碳排放總量如圖2所示。由圖2可以看出,近年來雲南省年碳排放總量約2×108 t,雲南省人均碳排放量約4 t,僅為中國人均碳排放量的51.3%(約7.8 t),進一步說明雲南省具有實現碳中和較好的基礎條件。
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圖2 雲南省碳排放總量(數據來源於文獻[10])
Fig. 2 Total carbon emissions in Yunnan Province (data from reference [10])
雲南省碳排放來源分布如圖3所示。由圖3可以看出:煤炭行業仍然是最主要的碳排放來源,近年來占比高達76%;其次是水泥行業,碳排放占比為17%;原油和天然氣的碳排放相對較低,分別僅占碳排放總量的6%和1%。由此可見,降低煤炭使用量是雲南省減少碳排放最為重要的途徑。
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圖3 雲南省碳排放來源(數據來源於文獻[10])
Fig. 3 Total carbon emissions in Yunnan Province (data from reference [10])
2.2 重點排放行業
雲南省主要碳排放行業的排放量及其占比如表3所示。
表3 雲南省二氧化碳排放超過0.2×107 t的行業(數據來源於文獻[10])
Tab. 3 Industries with more than 0.2×107 t of CO2 emissions in Yunnan Province (data from reference [10])
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由表3可知:礦業領域是碳排放最多的行業,其中:非金屬礦物製品業碳排放量最高為4.358×107 t,占雲南省碳排放總量的21.99%;其次為黑色金屬冶金業,其碳排放量為3.285×107 t,占比16.57%。電力、蒸汽、熱水生產供應相關行業碳排放也高達2.928×107 t,占比14.77%。除此之外,運輸、倉儲、郵電服務相關行業和煤炭開採產生的碳排放也接近2×107 t。總體來看,雲南省碳排放量超過1×107 t的有六大領域,分別為非金屬礦物製品業、黑色金屬冶金業、電力/蒸汽/熱水生產供應業、運輸/倉儲/郵電服務業、煤炭開採業,以及化工原料及化工產品業。這六大領域的碳排放之和占雲南全省碳排放總量的81.47%,因此推動這些產業的技術升級和產業轉型是雲南省碳減排戰略的重中之重。
2.3 碳匯潛力
自然碳匯是固碳減排的重要環節,其實現途徑是利用植物的光合作用,將二氧化碳轉化為碳水化合物,並以有機碳的形式固定在植物體內或者土壤之中[11]。雲南省作為中國林業大省,其林地面積、森林面積、森林蓄積量3項指標均居全國第2位,自然條件優越。因此,雲南省森林碳匯功能將為雲南省實現碳中和目標作出巨大貢獻。根據2020年雲南省環境狀況公報顯示[12],雲南省林地面積為 2.83×107 hm2,森林面積為 2.49×107 hm2,森林蓄積量為2.07×109 m3,森林覆蓋率65.04%,各項指標與2010年代相比均有小幅增長[13]。並且,雲南省湖泊(1 037 km2)和濕地(3 983 km2)資源豐富,也具有一定的碳匯能力[14]。根據《中華人民共和國氣候變化第三次國家信息通報》,2014年中國林業的碳匯為吸收二氧化碳1.115×1010 t [15]。由於雲南省的森林蓄積量占中國的比例約為11%[16],因此可以得到雲南省林業的年均碳匯吸收二氧化碳約為1.23×108 t。需要指出的是,本文估算的雲南省年均碳匯(吸收二氧化碳1.23×108 t)是一個非常保守的評估數據。Wang等[17]基於林業面積和大氣中監測的二氧化碳濃度數據計算得到,中國陸地生態系統年均吸收碳約為1.11×109 t,相當於吸收二氧化碳4.074×109 t,雲南省森林年均吸收二氧化碳約為4.48×108 t。作者從文獻[16]的通信作者之一、中國科學院大氣物理研究所劉毅研究員處了解到其團隊對該數據做了進一步修正,根據高分辨率模式和更多補充數據計算得到修正後的碳匯大約降低了20%左右,即中國年均二氧化碳碳匯約為3.259×109 t。由此可見,不同機構計算得到的碳匯存在較大差異,同一機構提出的碳匯計算也需要進行修正,碳匯的計算和核實尚存在較大爭議。但是,由於林業資源豐富,雲南省的碳匯能力在全國排名前列是公認的事實。
3 雲南省碳中和技術路線與行動方案
3.1 碳中和技術路線
在2021年2月19日召開的中央全面深化改革委員會第十八次會議上,習近平總書記明確提出:要圍繞推動全面綠色轉型深化改革,建立健全綠色低碳循環發展的經濟體系,統籌制定2030年前碳排放達峰行動方案,使發展建立在高效利用資源、嚴格保護生態環境、有效控制溫室氣體排放的基礎上,推動中國綠色發展邁上新台階。由於中國幅員遼闊,各省市資源稟賦和產業結構等存在差異,因此各省市實現碳達峰和碳中和的途徑必定有所差異。
2021年全國各省市相繼發布了政府工作報告及「十四五」規劃,並明確了碳達峰任務。雲南省也明確指出要「為國家碳達峰、碳中和作貢獻」。目前,雖然各省市均提出將以實現碳達峰、碳中和作為短中期的主要政策目標,但是對於具體的碳中和技術路線和行動方案仍不明確。侯正猛教授針對雲南省碳中和與綠色發展的戰略、技術路線和行動方案提出了22條建議[17],具體包括:政策落實本地化、循環經濟綠色化、排放碳匯中和化、消費行為革命化、提效節能大眾化、能源供給再生化、能源利用電氣化、減碳增氫產業化、產儲運用耦合化、地下空間能源化、能源利用數智化、政產學研互動化、科技創新人本化、減排增匯定量化、總量排放市場化、電力交易期貨化、研發雙創基金化、政府基金滾動化、示範推廣園區化、技術推廣標準化、歐洲合作引領化、南亞東盟重點化。基於雲南省的產業結構和資源稟賦,雲南省應着力加大可再生資源開發利用,推動氫能產業發展,並充分利用礦山等地下空間,實現氫能製備、運輸、儲存、利用產業化。採用礦山抽水蓄能及二氧化碳生化反應合成甲烷等技術,實現能源高效儲存與二氧化碳資源化利用,並建設穩定、安全、高效的能源供給系統。
3.2 碳中和行動方案
3.2.1 大力發展可再生能源
2020年12月12日,中國國家主席習近平在氣候雄心峰會上提出:到2030年,中國非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右,風電、光伏裝機容量將達到1.2×109 kW以上。根據國家能源局統計數據,截至2020年9月底,中國風電裝機容量為2.23×108 kW、光伏發電裝機容量為2.23×108 kW,二者合計4.46×108 kW。因此,全國未來10年將要新增風電、光伏裝機7×108 kW以上,雲南省能為此作出巨大貢獻。由於雲南省2023—2025年可能存在8.5×109~2.8×1010 kW·h的結構性電量缺額,因此雲南省也應大力發展可再生能源來解決該問題。加大可再生能源的開發與利用,大力提高水、風、光和生物能及地熱在能源結構中的占比。
雲南可再生資源開發潛能如表4所示。由表4可以看出雲南省具有較好的可再生資源條件。全年太陽總輻射量高達3 620~6 682 MJ/m2,並且大多數地區的年平均太陽總輻射量為4 500~6 000 MJ/m2,大部分地區年日照時間超過2 000 h,年滿發小時數可以達到1 300 h左右[18]。雲南省可以充分利用豐富的太陽能資源,以電價補貼的方式鼓勵居民安裝人均約1 kW的分布式光伏熱電聯產智能系統,以實現光伏鄉村振興。雲南省風電儲量達1.23×108 kW、可開發達潛能為2.82×107 kW。雲南水能蘊藏量超過1×108 kW,占全國總量的21%,居全國第3位,經濟可開發量達9.795×107 kW,全省目前尚有待開發的水電潛力近3.8×107 kW,因此,雲南省應研究開發金沙江中游龍頭水庫,進一步發揮好以水電為主的綠色能源資源優勢。
表4 雲南可再生資源開發潛能(數據來源於文獻[9,19])
Tab. 4 Development potential of renewable resources in Yunnan Province (data from reference [9,19])
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3.2.2 推動氫能產業發展
氫能因其具有來源豐富、綠色環保、能量密度大、轉化效率高等優點,被廣泛認為是人類社會發展的理想能源,並且是繼化石燃料之後最具競爭力的能量載體。根據國際氫能委員會(Hydrogen Council)預測,到2050年,氫能將在全球範圍內創造3 000萬個工作崗位,減少二氧化碳排放6×109 t,創造2.5萬億美元產值,在全球能源中所占比重有望達到18%[19]。根據中國氫能聯盟預計,到2030年中國氫氣需求量將高達3.5×108 t。到2050年,氫能將在中國終端能源體系中占比達到10%以上,產業鏈年產值高達12萬億元,屆時氫能產業將成為引領中國經濟高質量發展的新增長極。目前,德國、韓國、日本、荷蘭等國家已經出台了國家級氫能戰略,中國尚未出台全國性的氫能發展規劃。不過《關於2019年國民經濟和社會發展計劃執行情況與2020年國民經濟和社會發展計劃草案的報告》指出「制定國家氫能產業發展戰略規劃」,山東省和四川省已於2020年先後發布了省級氫能發展規劃。因此,雲南省應該搶抓氫能發展機遇,率先布局氫能產業。
考慮到雲南省的水電、風電、光電等可再生資源較為豐富,應着力發展電解水制氫產業。在氫能利用領域,首先,推動氫燃料電池和氫能汽車的運用;然後,利用氫作為還原劑逐步代替焦炭在煉鋼煉鐵及有色冶金和化工領域的使用,從而實現難以減排領域的深度脫碳。雲南省還應充分利用中緬天然氣管道過境的優勢,開展天然氣摻氫的低成本高效利用,在不改變天然氣管道的條件下天然氣摻氫濃度可達20%。除此之外,氫還可以通過化學反應合成甲醇、氨及二甲醚等化工產品,減少化工領域對化石原料的依賴。總之,雲南省應開展氫能製備、儲存、運輸、利用等相關設備和技術的研發、示範、推廣國際合作和標準化生產,帶動雲南省氫燃料電池等產業關鍵材料與部件等多個領域的產業發展,建設集生產、儲存、運輸和利用為一體的一流綠色氫能產業鏈。
3.2.3 充分利用地下空間儲能
地下空間儲存容量高,是重要的儲能場所,儲能形式包括抽水蓄能、壓縮空氣、天然氣、氫氣等[20-24]。將水能、風能、太陽能等可再生能源產生的過剩電能進行轉化,可以實現地下大規模儲存。雲南省廢棄礦山採空區高達1.5×109 m3,具有巨大的儲能潛力。利用廢棄礦山採空區儲能不占用土地,同時還能有效解決廢棄礦山空間的必要維護和生態保護問題。雲南省可將大紅山銅礦等可利用礦井空間逐步改造建成礦山抽水蓄能發電站,以起到調峰的作用,即在電力供大於求時抽水蓄電,在電力供不應求時放水發電。根據礦山空間可利用率8%和平均高差600 m的保守估算,則雲南省利用礦井抽水蓄能潛力高達3.29×1010 (kW·h)/a。
鹽岩因其極低的滲透特性、良好的蠕變及損傷恢復特性,也是理想的能源地下儲存介質。中國已有在層狀鹽岩中建造鹽穴儲庫儲存天然氣及壓縮空氣的工程先例,而儲氫庫尚未建設。目前,世界上有3座正在運行的鹽穴儲氫庫,英國1座,美國2座,均已成功運營30多年。昆明以西的安寧盆地具有發育較好的安寧鹽岩礦床,含鹽系分布約80 km2,其中保存較好的鹽層地段有60 km2,因此,雲南省可以充分利用安寧的地下鹽穴,將其建成為多功能大規模地下儲能庫。根據安資2井測井資料,鹽岩累計厚度335 m,單層厚度最高135 m,在豎直方向從上到下共有3處鹽層可用於建造大規模多功能鹽穴儲庫[25]。
雲南省可以利用鹽礦、枯竭油氣藏和深部鹹水層,結合CCUS技術進行儲能。儘管雲南省缺油少氣,但鄰近的四川省是天然氣大省卻沒有條件好的鹽礦(如雲南安寧)建造大型鹽穴儲能庫群,通過合作,雲南省可利用四川大量枯竭氣藏作為大型生化反應器,採用產甲烷菌將二氧化碳和氫氣轉化為甲烷,並將生成的甲烷儲存於地下空間,從而實現非純氫的零(負)排放經濟利用,以及二氧化碳的資源化利用,同時還可以建成天然氣地下儲氣庫。
3.2.4 推動能源產儲運用一體化
由於雲南省水能、風能、太陽能等可再生資源豐富,隨着可再生資源的大力開發,可再生能源在能源消費結構中的占比可達到100%。為了促進資源的有效利用,侯正猛教授於2018年提出了基於能源多板塊智能耦合的綠色能源系統(ENSYSCO)[26],見圖4。通過交通運輸網、油氣管網及電網等實體網絡與信息網、監控網和物聯網等虛擬網絡,實現能源的生產、儲運及利用三大版塊的智慧耦合。
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圖4 ENSYSCO數智綠色能源系統示意圖[26]
Fig. 4 Schematic diagram of ENSYSCO digital intelligence green energy system [26]
雲南省在利用ENSYSCO數智綠色能源系統時應着重注意以下3點。
一是,構建能源系統的實時監測、調整和核算網絡,如圖5所示。利用人工智能、大數據及區塊鏈等技術對能源網絡進行實時監測、預測和控制,根據各種能源的實時供需狀況,實現水、光、風、地熱等可再生能源與傳統化石能源在生產、儲運和利用等各個板塊的互補。二是,雲南省可以利用安寧鹽穴儲能及礦井抽水蓄能實現地下大規模儲存分布式能源。三是,雲南省還可以利用數字化智能化能源網絡的信息交換和監控功能,根據能源需求實現工業和居民分布式能源按需供給,從而建成穩定、安全、高效的能源供給系統,實現能源產–儲–運–用一體化。
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圖5 能源系統的實時監測、調整和核算網絡示意圖[26]
Fig. 5 Schematic diagram of the detection, adjustment and accounting network of the energy system[26]
4 雲南省碳中和目標下的碳排放預測
4.1 重點行業碳排放預測
由第2.2節可知,雲南省六大領域的碳排放之和占比超過雲南全省碳排放總量的80%。因此,實現碳中和的關鍵在於推動這些領域的碳減排。根據已公開的2010—2017年雲南省六大行業二氧化碳排放數據的趨勢線,結合已知政策的約束,以及假設條件比如氫能在冶金行業中到2060年完全取代原煤供能,按照比例估算出雲南省六大領域二氧化碳排放預測結果,如圖6所示。
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圖6 雲南省主要碳排放行業二氧化碳排放預測
Fig. 6 Carbon dioxide emission forecast of major industries in Yunnan Province
1)雲南省近年來非金屬礦物製品業穩定增長,二氧化碳排放量逐步增加,預計按此增加趨勢在2025年達到二氧化碳排放量峰值,約4.938×107 t,其中原煤來源的二氧化碳排放量約占23.9%。假設到2060年氫能完全取代原煤供能,同時根據中金公司研究部估算[27],到2060年產業總體能耗下降20%~35%,據此估算雲南省非金屬礦物製品業整體碳減排約51%。
2)雲南省冶金產業2017年二氧化碳排放量約3.3×107 t,約占全省總排放量的17%~21%。隨着可再生能源電解水制氫產業的發展,氫氣可逐步取代煤炭作為還原劑和供能使用,雲南省冶金產業氫能利用有望走在全國前列。雲南省可借鑑奧地利的鋼鐵工業氫能利用規劃實施碳減排,即2030年氫能替代率和碳減排達到30%,到2050年實現鋼鐵工業近零碳排放。
3)雲南省的電力/蒸汽/熱水生產供應業的碳排放主要來自煤電。根據云南省能源局預測,近幾年火電發電量會進一步上升,2025年發電耗煤將達到4.5×107 t,發電約9.64×1010 kW·h。但隨着水力發電、光伏發電、風力發電的進一步增加,雲南省對火電的需求會逐步降低。根據1噸標煤發電3×103 kW·h排放二氧化碳2.7 t,預測到2060年雲南省電力/蒸汽/熱水生產供應業可實現近零碳排放。
4)對於運輸/倉儲/郵電服務業,近10年來,雲南省交通運輸領域二氧化碳排放量增長趨勢穩定,預計到2025年達到排放峰值,約2.671×107 t。之後,隨着新能源產業的發展和普及,交通運輸領域碳排放可得到顯著控制。根據中金公司研究部預測[27],到2060年中國公路和鐵路運輸業有望完成100%電氣化率,航空運輸業(能源消費比重約10%)單位能耗下降35%~60%,據此估算雲南省交通運輸行業整體碳減排可達約95%。
5)根據《雲南省煤炭產業高質量發展三年行動計劃(2019—2021年)》[28],近年雲南省的煤炭產量會逐漸升高。2025年之後,隨着火電耗煤需求的降低,煤炭開採將有所降低。隨着綠氫在化工領域對煤的代替,煤炭需求會進一步降低。根據2020年雲南煤炭開採量5.332×107 t,碳排放量2.390×107 t,估算到2060年煤炭開採業整體碳減排約25%。
6)2017年雲南省化工產業二氧化碳排放量約1.45×107 t,占全省總排放量的7%,其中原煤來源二氧化碳排放量為7.27×106 t,占化工行業的50%。預計在2030年達到二氧化碳排放峰值,約1.867×107 t。假設到2060年原煤供能被氫能完全取代,同時根據中金公司研究部估算[27],到2060年化工產業單位能耗約下降20%,據此估算化工產業整體碳減排約60%。
4.2 多情景構想下的碳中和實現途徑
基於雲南省各行業的碳排放數據,分別採用較為保守的雲南省林業碳匯(吸收二氧化碳1.23×108 t)、考慮不採用二氧化碳封存(CCS)技術,以及採用CCS技術對主要六大碳排放領域封存二氧化碳10%、20%、30%等情景進行預測,結果如圖7所示。
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圖7 雲南省碳中和預測
Fig. 7 Forecast of carbon neutral in Henan Province
由圖7可知:雲南省可在2025年左右實現碳排放達峰,相應的二氧化碳排放量約為2.7×108 t。隨後,二氧化碳排放量將逐漸降低,且不同情景下的減排路徑存在差異。如果不採用CCS技術,雲南省將在2045年實現碳中和;如果採用CCS技術將六大碳排放領域的二氧化碳封存10%、20%、30%,則對應的碳中和目標實現時間分別為2042年、2040年、2037年。總之,雲南省即使不採用CCS技術,也可以在2060年之前實現碳中和目標,但採用CCS技術可以進一步加速碳中和進程。
5 結 論
以雲南省為例,在分析其能源結構、碳排放現狀、碳排放重點行業、林業碳匯等情況的基礎上,歸納總結出雲南省碳中和目標導向下的技術路線和四大行動方案,不僅對雲南省實現碳中和具有指導意義,也對其他省份實現碳中和目標具有借鑑意義。研究得到的具體成果如下。
1)雲南省清潔能源裝機容量占比達到85.4%,清潔能源發電量占比連續5年保持約90%,高出全國平均水平約63%。雲南省人均年耗煤1.9 t,比中國的人均耗煤低30%,因此具有很好的資源稟賦。
2)雲南省年碳排放總量約2×108 t,人均碳排放約4 t,僅為中國人均碳排放水平的51.3%,進一步說明雲南省具有實現碳中和較好的基礎條件。從碳排放來源來看,煤炭是雲南省最主要的碳排放源,近年來占比高達76%,其次是水泥行業,碳排放占比為17%。
3)雲南省應充分利用全省各方麵條件和資源,大力發展可再生能源和氫能產業,充分利用廢棄礦山以及鹽穴的地下空間進行儲能,並利用礦山抽水蓄能以及二氧化碳生化反應合成甲烷等技術,實現能源高效儲存與二氧化碳資源化利用。
4)採用較為保守的碳匯數據對雲南省碳中和實現途徑進行了預測,發現:若不採用CCS技術,雲南省可以在2045年實現碳中和;如果採用CCS技術對六大主要碳排放領域的二氧化碳分別封存10%、20%、30%,則分別可以在2042年、2040年、2037年實現碳中和。
研究過程中發現,不同機構計算得到的碳匯存在較大差異,可見碳匯的計算和核實尚存在較大爭議,後續應對此展開深入研究,建立碳匯核算方法的標準,為碳中和規劃及路線制定提供可靠基礎數據。
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