编者按：2023年9月12-14日，以“绿色 持续 共生 向新”为主题的“第五届未来能源大会”在江苏常州武进召开，本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上，中国科学院院士、北京大学能源研究院院长金之钧发表了《中国实现碳中和一挑战与路径分析》的主旨演讲。
以下内容根据论坛演讲实录进行整理。
尊敬的史会长、周院士、赵院士，各位专家、各位来宾：大家早上好！
很高兴有机会向大家分享北京大学能源研究院一个非常年轻的团队，近年来在中国实现碳中和路径方面的一些分析的非常粗浅的一些认识。北京大学能源研究院成立只有三年的时间，我们也是赶热闹，对碳达峰、碳中和这个热门的话题做了一些思考，很肤浅，供大家批判。
这张片子大家已经很熟悉了，我们在某一个点上要实现近零排放，也就是排出来的二氧化碳和自然界和人工碳汇这个量能对等，这个过程我们把它叫做碳中和，中国是2060年。前期我们的路径探索上最主要的还是集中在减碳的几大领域，这个无疑是对的，这是一个正确的思考。但是，我们的这个团队感到在自然碳汇和人工技术移除方面，我们应该更好的发挥主观能动性。以留出来更大的空间保障我们的能源安全，保障我们高效低成本的实现碳中和。
所以今天这个场合有这么三个问题跟大家一起来讨论，一个是面临哪些挑战，为什么我们有这样的思考。第二个是有哪些基本的路径，这些路径还有没有可能优化。
这是一张各个国家人均GDP和人均能耗的变化曲线。大家可以看德国的这条曲线是比较典型的，当人均GDP达到1万美元以上，他有一个解耦的过程，随着人均GDP的增长，能耗不但不上升反而是下降的，这是一个先进的社会工业结构所带来的一个能耗的情况。所以像这样一种曲线是各个国家所追求的，每个国家走的路子是不太一样的。
中国现在处在一个随着人均GDP的增长能耗也在持续增长的过程，而这个拐点的到来至少要到2030年以后，2030年到2035年之间我们才能实现。所以今后这一个过程，保供是硬条件，因为国家也规定2035年我们的GDP要再翻一番，2060年在2035年的基础上再翻一番，这是硬性的。
第二个挑战是以煤为主的能源结构不能忽视，大家知道目前的碳排放主要是化石能源来自于石油和煤炭的二氧化碳的排放，天然气被全球认为是清洁能源。煤炭和石油这两者相加，占一次性能源的比例可以反映它当前的排放强度，中国是77%，美国是48%，德国是51%，英国是38%，这样一个基本国情我们不能忽略。
第三个是碳达峰的时间和碳中和的间隔时间，我用了一个80年对30年。欧洲国家在上个世纪七十年代已经碳达峰，到2050年碳中和是用80年的时间，美国是用43年，中国只有30年的时间，这个时间是相当短的。大家可以看，在同等比例尺的比例下，中国碳达峰和其他国家碳达峰的强度是相当大的。在这个过程当中，如何保障我们的能源安全将是我们必须思考的严肃问题。
中国实现碳中和有哪些基本路径？这两年来，这方面的文章发表的很多，路径也是有千万条，我们这个团队为了便于记忆总结了三句话：一是两个轮子驱动，二是两大领域发力，三是一个核心抓手。两个轮子驱动很容易理解，就是政府作用和市场作用，从长远来讲必须发挥市场作用，光靠行政手段是搞不赢的，或者说你的代价是惨重的。初级阶段、启动阶段政府作用、政策导向极其重要，但是政府作用是一个双刃剑。2021年4月30日，开完了政治局的理论学习会议，提出来抓铁有痕，制定路线图，五一开始轰轰烈烈的减碳的政治运动到来，但是7月30日再开政治局会议来了一个急刹车。即便是这样，我们的煤炭市场已经出现了大幅的波动，大家可以看这条曲线，远离了前几年市场的价位，煤炭价格猛窜到120以上，甚至达到140，这就是政府带来的负面作用影响。接下来就是从南到北的限电。能源是一个大系统，来不得半点的马虎，所以安全是第一要务。
两大领域发力很容易理解，一个是减碳，一个是消纳。减碳领域总体来讲也是多方面的，但是两个结构的调整是至关重要的。一个是调整一次能源结构，大力发展清洁能源降低化石能源结构比例。2060年化石能源的比例从现在的84%调整到20%，这是国务院发布的方案所描述的场景。二是调整钢铁、交通、建筑等领域结构，改造工业流程，实现电气化，电气从消费端从现在的24%调整到2060年的80%，这也是公布的数字。我们这个团队就对这两个80%提出了质疑，提供一种新的思路和路径供大家来批判，供大家来参考，供大家来讨论。这是我在优化当中要讲的。也就是说这两个80%是不是最优解，是不是实现碳中和的最优方案，我们的结论是不是，我们还有多种优化的方案。
减碳的能源领域可以分成五大领域，能源、交通、建筑、工业和农业，每一个领域这些年来我们都做了长足的进展，因为时间关系我就不具体的去念这些数字了。
碳汇领域，陆地生态碳汇系统，海洋生态碳汇系统，CCS/CCUS、二氧化碳的直接利用，四大系统，我们还应该更好的发挥作用，特别是人工碳汇我们的潜力还非常的巨大。随着科技的进步，这将是人类也是中国实现碳中和的兜底技术。
一个核心抓手就是碳定价、碳交易和碳税，这一块儿中国才刚刚起步，欧洲做的相对超前，有一些经验值得我们参考。这是中国目前为止我们实现的碳交易的一些基本情况，占的比例还很低，还远远达不到我们预期的目标，金融在这个里面发挥的作用才刚刚显现。这个为什么叫核心抓手？他是连接市场和政府政策的一个有效地枢纽和纽带，所以这一块儿的发力，对我们实现碳中和是至关重要的。
我重点想说一下这个路径如何优化。两个80%的比例是不是就是最合理的方案？我们的回答是不是，我们还有更好的或者说更多的思考空间、更多的方案。
第一个是到2000年的化石比例20%是不是最优的，为什么不是30%、40%？这个需要认真的思考。根据我们了解的实际情况，是倒逼机制逼出来的，我们设立一个底线，也就是说到2060年，我们二氧化碳的排放的天花板是15亿吨，不能超过这个数，所以我们推出来一个倒逼出来化石能源到2060年只能占20%，并且这个里面煤炭占的比例是非常低的。电力系统为什么到那个时候是80%？80%我们的能源系统安全不安全？为什么不是70%、60%？甚至是50%？这些问题还需要我们认真的去思考。
我们先说化石能源占比的问题，如果说我们这个天花板，二氧化碳的排放量15亿吨推到20%，那么二氧化碳为什么不能设30亿吨或者40亿吨的天花板，我们提高碳汇的移除能力，或者说CCS/CCUS的能力，我们完全可以实现碳中和，我想这个逻辑关系是通的，我们的团队就是按照这样一个逻辑关系来假设往前走的。我们如果说把化石能源放到40%的比例，二氧化碳的最大排放量大数是32亿吨，我们跟中国石化经研院也做了多种场景的分析判断和预测，计算出来的二氧化碳的排放量大致是32亿吨。那么我们看看32亿吨的二氧化碳到2060年我们是如何消纳的，这个问题我想能回答清楚就可以了。
我们做了这样一个假设以后，碳达峰的时候，我们的总能耗是60亿吨标煤，人均才4.27吨，远远没有达到现在美国、加拿大的消费水平，到2060年我们可以保持在54亿吨标煤这样的范围内，我们认为这个回旋余地是大的，这个能源的安全性是可靠的。
我们看一看美国不同情况下的比例情况。在这张片子上的最左侧，是美国当前的能源结构，化石能源大概占84%，但是他是以石油和天然气为主，如果说按照特朗普的政策不实行碳中和的方针，到2050年，它的化石能源还占80%以上，这是美国经济发展最低成本的一条路线。如果按照现在拜登的路线走2050年碳中和的路子，是下列的四个方向和设立了快速电气化、慢速电气化，可再生能源受限和100%的可再生能源，四种情况下的化石能源的占比。可再生能源100%，化石能源全部取消，可再生能源受限化石能源占26%，美国的情况到2050年，最快的电气化的情况下，化石能源仍然占比25%。
在这种情况下，它的投资情况是个什么情况呢？大家可以看到，最右侧是100%的化石能源投资比例是最高的，代价是最大的，化石能源占比是36%的情况下，它的投资比相对是低的，当然最低的是特朗普路线，就是最左侧的那条线。在这四种情境下，就是实现2050年碳中和的情况下，化石能源占36%的情况下投资比例是最低的，占100%清洁能源的60%左右。这就是说我们实现碳中和不得不考虑经济因素，不能理想的去喊碳中和，我们的经济成本能不能承受得住，投资规模可不可实现。当然我讲的这个例子是美国五大体系之一，也是经过论证的，《纽约时报》也是刊登了的。
那么我们回过头来看，我们32亿二氧化碳到2060年我们是如何消纳的。我们的路径应该说是这样的，通过自然的碳汇，用于院士的研究成果，他们这个团队做了多年的自然碳汇的研究，他认为在2060年中国各个方面的努力，像扩容认定、生态封存等等，可以实现20到30亿吨的封存，乐观一点是30到45亿吨，我这里偏保守，用了20亿吨的数字，就是自然碳汇、陆地+海洋，2060年可以达到20亿吨的碳汇水平，这个数过不过分呢？不过分，我还有证据来证明我为什么用这个数据。另外就是加上人工封存，人工封存是多少呢？大数说是15亿吨左右，加起来35亿吨，完全可以满足2060年碳中和的需要。
海洋碳汇现在还有很大的不确定因素，现在海洋专家还不能把我们这个问题回答清楚，但是这张片子是全球科学家认可的，就是在2009年到2018年所有的排放的二氧化碳当中，化石能源的来源占87%，其他森林的伐木和农业占13%。这些二氧化碳34%被陆地吸收了，22%被海洋吸收了，44%排到了大气。这张图这个比例关系全球认可。按照这样一个比例关系，陆地生态系统和海洋生态系统这样一个比例推算下来，余院士的20亿吨陆地+海洋这个是有把握的，到2060年能实现。
所以这样我们就看15亿吨的人工二氧化碳。这是全球目前CCS/ CCUS的情况，现在全球大概说埋藏量不到1亿吨，准确的说是4000万吨左右，主要是石油公司用来提高油气的采收率。这是全球目前应用的分布情况，4000万吨。这是中国各个油田，特别是中石油、中石化说提高采收率的一个应用情况。中国石化100万吨的普及已经实现了，中国石油到2025年的量是达到500万吨，加上中国石化加上其他的公司，我们说到2025年在中国实现二氧化碳封存大概是800到1000万吨左右。
这是中国石化原来我们在工作的研究院，我们从2000年前后就开始做这项工作，一直干到现在，整个的二氧化碳的利用，提高采收率到后期普及的一个过程。
这是清华大学张教授做的一个预测，到2060年，人工普气的二氧化碳是7.1亿吨，我们团队在这里有一个基本的预测，就是二氧化碳的价格，要大大超出我们当前的价格。这是国际机构所预测的到2030年、2060年，大家可以看在1.5度温度和2度控制下它的价格。也就是说我们团队预测到2030年在国内平和温和发展的情况下，二氧化碳的价格将超过200块钱一吨，现在北欧二氧化碳的价格每吨在90到100美元，按照这个价格，我们国内的这个普存技术就可以赚钱了，到2030年的时候这个技术就可以大规模的推广。所以我们判断CCS/CCUS技术在未来十年将会全面铺开，将会实现商业化。
除此之外，二氧化碳的转化利用技术也在快速的发展，二氧化碳制乙烯，这个技术现在已经是平衡价，就是输入和输出的价格差别已经不大了，它的催化剂稍微再延长一点寿命就可以核算了，甲醇还有一定的差距。这是我讲的二氧化碳32亿吨如何来消纳，这样给我们的能源体系留出更多的空间，不是那么紧逼的一个方案，供大家参考和批判。
电力系统是不是80%就是最优的？我们认为也不见得。这个数出来以后多家企业和个人都做了预测，有人预测是70%，我们团队认为50%到60%是一个合理的区间。美国普利司通大学做数字模拟分析的时候，他始终把美国一次能源消费的电力系统占比控制在50%，他们认为这种能源结构相对是更加安全可靠的。德国是60%，也就是三分之二，这是国电投做的一个预测，60%到70%。
这是目前我们电网能源消纳新能源占比的情况，中国现在10%到20%，应该说有很大的进步，所以电网的新能源的消纳稳定技术的进展，目前还是蛮受制约的。所以我们分析到2060年一个稳定可靠的电网，首先他必须有集合电力系统之称，这就是超超临界，超临界，加上CCS/CCUS，少部分还有核三代、核四代，还有核聚变，还有可调度的地热发电、水力发电和光热、储热等等，还有一个是风电和光伏，这样一个电力系统才是安全的，而且这样的系统当中煤电还要占一定的比例。
我们梳理了和这些发展方向密切相关的技术和进步，在未来多年当中，这几项技术是值得关注的，特别是储能技术，其次是氢能，氢能现在从制造、储运到应用还有很大的不确定因素。比如说我们在讨论高压储氢的同时，我们现在出现了合成氨的技术，我们认为目前比较廉价、安全可靠的，未来还有固体储能技术。第三个是CCS/CCUS这是人类实现碳中和的兜底技术，第四个是数字化技术在能源领域里面前景广阔，第五核聚变是人类能源的终极能源。
未来有几个判断，一是发展是主旋律，2035年翻番，2060年再翻番，经济发展和社会稳定是首要目标，而不是碳中和。
二是经济发展的驱动力从资源驱动向资源与技术共同驱动发展，资源从一煤独大向天然气、风、光电、地热等多资源共同驱动发展，能源多元化，2050年前后中国实现能源独立。
三是从当前能源结构和工业结构看，GDP增长和碳排放将在2030年前实现正增长关系，全国碳排放达峰时间不应过早，建议国家放开能耗总量控制，在中西部地区鼓励高能耗低排放的项目，比如说电解铝制氢，这个建议已经被国家采纳了。
四是能源转型过程中应遵循先立后破，循序渐进的原则，先发展清洁能源发电，再逐步退出煤电，储能技术和储能能力建设是关键瓶颈。
五是能源公司正在进行从资源威望到技术为王的转换中，清洁能源的发展将受到金属资源的严重制约。
最后是正确把握好五大关系，一是正确处理好社会发展、能源安全和碳中和的关系。二是处理好国家层面减碳目标与各省市、企业减碳目标及其路线图的关系，积极做好国家层面的统筹协调。三是处理好传统化石能源和新能源公司之间的关系。四是处理好近期与长远的关系，积极培育颠覆性技术，技术改变能源格局、技术创造未来能源。五是处理好中国与全球的关系，既要顺应与引领时代潮流，又要防止被国外制约我们的发展，争取我们应该争取到的发展权、排放权。
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