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2021年8月9日,政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布了第一小组最新的第六次评估报告,基本上强调了三点:一是大气中的温室气体含量在持续上升,二是全球平均温度上升趋势愈发明显,三是人类活动是全球变暖的主因。在过去的近一百年中,欧洲、美国和日本都已经完成工业化阶段,高耗能产业已退出或转移,经济增长与能源需求基本脱钩,分别在1987年、2007年和2008年实现碳达峰。中国仍处于工业化和城镇化进程中,一次能源消费和碳排放处于增长趋势。中国面临从碳达峰到碳中和只有30年时间,需要付出更加艰苦的努力。
二氧化碳排放不仅造成显著气候变化,也造成了巨大的全球社会经济损失。根据Ricke(2018)的计算结果,中国的每额外排放1吨CO2造成的损失(SCC)在24美元左右,印度的SCC最高(86美元),其次是美国和沙特阿拉伯(SSC分别为48美元和47美元)。
美国达特矛斯大学研究团队在2022年发布研究报告,计算了主要国家碳累计排放对别国造成的经济损失情况。报告显示,1990-2014年,全球累计温室气体排放量约1万亿吨,造成全球GDP损失超13万亿美元。其中,美国温室气体排放对其他国家造成的损失接近2万亿美元。
碳中和投资:全球和中国
从全球碳中和投资成本的角度来看,目前有IPCC、IIASA、IEA这些机构在做预测。1985年至2019年,全球人类活动造成的碳排放达到43Gt。其中,化石能源开采、使用造成的碳排放量超过总排放量的80%。
零碳能源和低碳技术是实现碳中和目标的核心措施。根据IPCC预测,到2030年,单位减排成本低于100美元/tCO2-eq的技术,能够降低至少一半的二氧化碳排放(相当于达到2019年碳排放水平)。根据奥地利IIASA的研究,2010-2050年全球实现2度温控目标的总投资在150亿元左右,而实现1.5度温控目标则需要投资168亿美元左右。
从全球的投资情况来看,2021年全球能源投资总额为2.2万亿美元,预计2022年达到2.4万元。清洁能源及其占比在不断增长,主要涉及领域包括能效提升、可再生能源发电、电网及储能、电动汽车及低碳化石燃料等。根据IEA的预测,在净零排放情景下,全球能源投资将从近五年的年均2万亿美元扩大到2030年的年均近5万亿美元,以及2050年前的年均4.5万元投资。基于这样的计算,为实现净零排放,全球能源领域总投资大致在130万亿美元左右。根据预测,未来光伏、风能发电在内的清洁能源技术成本将逐步下降。
当前,中国在清洁能源技术方面发挥了主导作用。2020年,中国电动车数量占全球的一半,占全球太阳能热力装机的70%。生态环境部环境规划院开发的CAEP模型预测,实现2030年前碳达峰目标的整体投入在20万亿元左右,重点投入成本分布在电力、工业、交通和建筑行业中。清华大学气候变化可持续发展研究院的研究预测,实现碳达峰碳中和的投资成本在140万亿元左右。IEA预测,中国在2060年实现碳中和时,能源领域的累计投资大约219万亿元。
除碳达峰碳中和之外,碳锁定以及碳资产搁浅也需要引起关注。所谓碳锁定,是指能源、煤电、水泥、化工等生产基础设施设备在其回报周期内必须要排放的二氧化碳。换言之,未来的20年至40年内,碳排放在设施设备建成时即被锁定。根据CAEP的测算,中国2020年重点行业碳锁定1960亿吨,是全球碳锁定效应最高的国家。相对应的,碳资产搁浅是指在碳中和目标下需要被淘汰的行业固定资产。山东、河北等地的碳资产搁浅成本相对最高。
中国碳中和技术和产业的展望
2020年到2021年,中国工程院提出了我国实现碳中和的重大技术领域和技术需求,主要涉及到工业、能源、交通、碳移除等重大领域,包括气候模式和碳循环模拟预测技术、清洁能源和智慧储能关键技术、现代农业与粮食减碳关键 技术等。到2060年,可再生能源使用、电气化、CCUS和氢能等技术措施将成为重点发展方向,并形成显著的碳减排潜力。发电转型、电网扩张和现代化等电气化措施投资额将增加到5600亿美元,对氢能的投资将达到700亿美元以上,对CCUS的投资也将超过250亿美元。
在碳减排技术成本方面,电力行业具有最低的单位减排成本,平均每吨二氧化碳213元,工业部门的碳减排成本约为423元/吨,CCUS等负碳技术的单位减排成本在500元左右。
就电力行业而言,截至2060年,中国电力需求量将超过15万kwh,可再生能源发电量将增长6倍,仅光伏发电占比将超过45%。根据IREA预测,2019-2050年,亚洲年度平均光伏投资成本将达到1130亿美元,中国投资总量将达到644亿美元。
就氢能产业而言,根据中国氢能联盟及IEA发布的报告,预计到2030年,中国氢气需求量将达到3500万吨,2050年达到6000万吨,在中国能源消费体系中占比达到10%。从目前来看中国煤制氢、工业副产物制氢、电解水制氢的成本分别为8.85元/千克、10-16元/千克,30-40元/千克。西部风力、光照条件较好的地区,可再生能源制氢成本将低于其他的地区。
就工业零碳技术而言,它包括燃料零碳化、原料低碳化、工艺负碳化、产品绿色化等方面。工业零碳技术是工业部门实现碳中和的重要支撑,需要发挥国家战略科技力量,集中优势科技资源,加快部署科技攻关。
就CCUS技术而言,它是目前实现化石能源低碳化利用的唯一技术选择,是碳中和目标下保持电力系统灵活性的主要技术手段,也是钢铁、水泥等缺少颠覆性低碳转型技术的减排行业的可行选择。CCUS的成本主要取决于捕集、运输、封存三个方面。预计到2030年,我国全流程CCUS(按照250公里运输计算)的技术成本在300-700元/tCO2,到2060年可以降低到140-400元/tCO2,从而发挥出CCUS技术的市场潜力。
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