鲁宗相

清华四川能源互联网研究院常务副院长

清华大学电机系长聘副教授

这几年来，能源领域一直很热门，能源革命加双碳，把这个领域炒得很火热，成为大家的关注焦点。正如这个班的主题“科创未来，不负山海”一样，未来的路径该怎么走，是大家关心的问题。选对了路，走得快与慢，都是奔着这个方向。如果选错了路，再回头的话，浪费就很大了。

2022年3月22日国家发布《“十四五”能源发展规划》；6月1日，九部委联合又下发了《“十四五”可再生能源发展规划》，提出“5个并举”措施，预期实现2025年可再生能源消费总量达到10亿吨标煤，而且在“十四五”期间的消费增量，一半以上是可再生能源。这也是能源增长的一个主力，甚至是唯一主力。

在人类活动主导气候变化的现实状态中，二氧化碳排放成为气候变暖的最关键因素，从而将控制气候变化与碳减排问题耦合在一起。

而要解决气候变化，无外乎两点。

第一点，减缓。也就是减少排放量，控制温室气体排放，进行植树造林。也有一些人工固碳的技术，CCUS（指碳捕获、利用与封存）也是非常热的产业，主要做的就是二氧化碳的回收和固定。

第二，适应。对于农业而言，谈得更多的是适应性。气温升高后，农作物会减产，要想办法培育更抗旱、更耐高温或更抗洪涝的新品种，比如中国的杂交水稻之父袁隆平先生研究的海水水稻。所有的农业新技术的研究，就是对气候新变化的适应过程。这种适应性好吗？我们只能且行且看。

全球燃料二氧化碳排放情况

最新的2021年数据，全球二氧化碳总排放量是364亿吨，中国的二氧化碳排放量是111亿吨。把这个数据放在一个长时间维度来看，全球二氧化碳排放增长速度从2000年开始大幅增长，中国的碳排放量在2000年之后急剧增长，两者有比较强的关联性。而美国、欧盟27国的碳排放量在下降，这让中国在国际气候谈判当中，处于一个非常不利的位置。这也是我们为什么在不断找新指标的原因。

从能源品种来讲，煤炭的排放占到了全球最高位，之后是油、天然气。中国的主要用能形式是煤炭，而西欧、美国主要是油和天然气，这个结构决定了我们的二氧化碳排放量在同等用能水平下也比别人要高。

碳达峰与碳中和的概念

中国从2006年的“十一五”开始谈节能减排，先提的是能源强度，要把单位GDP生产耗能量减下来。在“十二五”期间进一步控制二氧化碳排放强度指标，就是每1元GDP排放了多少二氧化碳。到了“十三五”期间，提出了能耗总量和能源强度双控目标，就有了一个天花板概念：要控制消费的总量。到了“十四五”，明确提出了碳达峰、碳中和的目标，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和，这是一个量化的绝对指标。

关于中国的碳排放，我总结了三个特点：第一，总量很大，中国碳排放量世界第一；第二，行业差异大，排名前三是燃煤电厂、工业里的钢铁行业和水泥行业，这三个行业的排放量加起来，过了全国的60%，电力排放占比35%。所以节能减排，能源是主战场，电力是主力军；第三，地区差异大，中国的碳排放也是集中于若干省份，这种情况下，很难有一个政策能够对全国各个地方都适用。

为什么中国一定要做碳中和？有两个观点。

观点一：全球变暖与碳中和的关系。全球变暖是地球人共有的责任。但只说人类有责任，没有约束力。观点二：碳中和是巨大的经济博弈。对中国而言，碳中和是一个巨大的经济博弈。中国要想超过美国，成为世界最大的经济体，这是一个绕不过去的话题。

发展中国家更愿意持有第二个观点，从历史和人均排放量来讲，我们并不高。中国的人均排放量是每年7.1吨，只是美国的44%，不到韩国的60%。而印度更低，只有中国排放量的26%。从这个角度来讲，发展中国家更愿意讲历史排放量或人均排放量。碳减排需要全球合作，而达成如何分担责任的共识很困难，发达国家和发展中国家是有核心矛盾，这是一个艰难的博弈过程。

第一，尚未完成城市化，依然处于排放高速增长期。我们国家的城市化率是60%，按户籍人口算，只有40%。很多城市开始鼓励农村人口进城市。而发达国家的经验表明，城镇化率达到75%之后才会自然碳达峰。从历史规律来看，城镇化率每提升1个百分点，仅公共交通的能耗就要增加800万吨。

第二，仍于工业化后期，消费耗能处于增长阶段。工业化后期的一大特点是形成了一个中等收入阶层，开始慢慢追求高品质的生活。这个时候带来的食品、衣物、日用品、能源消费以及旅游支出等会大幅增加。发达国家的经验表明，只有当经济增速降到3%以内，才能进入碳达峰状态。

第三，中国除了满足本国消费，还同时为全球提供工业制成品，需要担负由此而增加的额外减排任务。

第四，能源结构导致二氧化碳排放更高。燃煤的碳排放量比石油高30%，比天然气高70%。中国以煤为主的能源结构，决定了相同能耗水平下二氧化碳排放量比别的国家更高。

第五，碳中和投资巨大。如果未来30年想走碳中和之路，需要70万亿到140亿元投到可再生能源利用、能效提升、终端消费电气化、零碳发电技术、储能、氢能和数字化这七大领域。

中国必须要做碳中和，做能源转型之路。那到底该怎么做？从碳中和的基本思路来讲，可以排，可以汇，所以碳汇（碳汇：指通过植树造林等手段，减少的温室气体的量）的账是多少，首先要算清楚。中国森林碳汇一年只有4.34亿吨，对超过百亿吨的化石能源碳是“杯水车薪”。中国的森林碳汇潜力相对较小，陆地碳汇、海洋碳汇、人工碳汇这几块的潜力也不大。碳汇技术的用武之地非常有限，我们需要换一条思路。对中国而言，只能选减碳的路，各行各业都要积极采取措施减少二氧化碳的排放。

燃煤电厂、钢铁、水泥行业的碳排放占比60%以上。把这几个行业的碳排放控制住，是一种有效路径。

从供给端的发电侧看，2021年中国总发电量83765亿千瓦小时，其中：火电（化石能源）占比67.4%；清洁能源（水电、核电、光伏、风电等）发电量占比32.6%，水电16%，核电4.9%，风电7.8%，光伏电3.9%。

所以清洁能源是我国的发展重点，但由于水力资源的限制，水电增长没有太大的潜力；核电由于中国老百姓担心核安全问题，导致我国没有突破内陆核电厂，而中国沿海核电的厂址非常有限，目前已开发殆尽。

能做的就是风电和光伏。但是这条路也不是康庄大道，而是一条充满荆棘的道路。中国有很大的地域可以做风电开发，并且风电、光伏在发电端的成本已经很低，可以跟化石能源去竞争。但不足是综合利用成本过高。人少的地方才好发展风电和光伏，这些地方没有人，一定处于电网的末梢，要把电送回来，电网的配套成本非常高。此外，还面临着整个行业不同环节链条之间利益重新分配的问题。

从消费端来看，交通方面，发展新能源车已经达成了共识；工业方面，电力、石化、化工、建材、钢铁、有色、造纸、航空这八大行业的碳排放占比超过 70%；居民碳排放领域，要建造优质建筑、推广绿色建筑、发展木质房屋。未来的能源节能和绿色化技术，是一种百花齐放的状态。对于在座的各位而言，也有新的机会。

一，建筑交通和工业的可持续消费发展，也就是努力减少消费量。

二，用电清洁化。包括可再生能源、核能、CCS，核能也是清洁能源。可再生能源是风加光加水，清洁能源是加核能。

三，电气化。以前不用电，现在改成用电，因为用电的方式更灵活，范围更广。

电力有什么好处？任何能源都可以转成电。转成电以后，几乎所有类型的终端消费都可以电气化，它是一个非常好的枢纽转换平台。从这个角度来讲，它是未来所有能源的平台和载体。

从未来的趋势来看，到2050年，电力低碳化的90%是由可再生能源贡献的，这就带来了一个问题，如何让可再生能源快速发展，这也是我们国家提出了跃升式发展或阶跃式发展的理论依据。

新能源可分为传统新能源，如沼气等；现代新能源，主要指风电和光伏。我们现在讲的新能源，主要指现代新能源。新能源怎么做？看看别人怎么做，对我们有指导性。

先看美国，美国刚开始在能源电力领域并没有选择直接做新能源。2001年提的概念是智能电网，聚焦电力系统现代化改造；2012年开始提“高比例可再生能源电网”，重点发展四个大领域：光伏、风电、电力与其他能源体系互补或融合、储能。这条路径更加明确，可操作性更强。

欧盟从2005年讲智能电网；2010年转向了可再生能源，它对可再生能源目标更高，要构建100%的可再生能源系统。欧盟有一个“超级智能电网”计划，核心就是打造北非的太阳能和北海的海上风电两大电源基地，再通过高压直流送电技术送到欧洲。这个计划在2012年就被纳入到欧洲的能源2050路线图；2020年进一步强化变成了2050年蓝图。

2021年全球可再生能源发展的KPIs

实现高比例的可再生能源，基本已经是国际共识。2021年可再生能源发电占全球总发电量的12.8%，投资金额达到366亿美元，在投资领域中一枝独秀。截至2021年，丹麦可再生能源发电占比已经超过了60%，爱尔兰、德国、乌拉圭是30%，我们国家是11.7%，在这个数据上还有很大的提升空间。

中国可再生能源将怎么发展？在“双碳”目标导向下，到2025 年，非化石能源消费比重达到20% 左右；到2030 年，非化石能源消费比重达到25% 左右；到2060 年，非化石能源消费比重达到80% 以上，碳中和目标才能顺利实现。按现在的路径来讲，要实现这个目标，还是有很大的压力。

未来能源行业会怎么走？第一，多能互补。第二，引进芯片、新材料，以后电力能源行业的产业链，会往材料领域去延伸。第三，电力系统变成能源的基础载体。

未来的电网发展趋势，可总结为三点：第一，未来的电网会更加广泛互联和深度耦合；第二，中观尺度往宏观、微观纵深发展；第三，呈现“双高”新形态特征，一个是高比例可再生能源电力，一个是高比例电力电子设备。

未来电力系统的新特征和技术趋势

最后的总结：

一，能源的发展从现阶段来看，外因大于内因，发展主要源于外驱力。

二，目前的技术路线选择，走高比例可再生能源电力系统，是一个可行的路径。

三，新能源想担当主体能源，从电量主体到电力主体，再到责任主体，还需要一个发展过程。从现在的研究预测，至少需要15年到20年的时间，才能实现这样的过渡。