云南省如何于2050年前率先实现碳中和

侯正猛1、2、3 侯克鹏1、3 熊彬2 孙伟1、3

(1.昆明理工大学; 2.德国克劳斯塔尔工业大学; 3.云南省中-德蓝色矿山与特殊地下空间开发利用重点实验室)

2020年9月22日,我国郑重提出中国二氧化碳减排两阶段目标:力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和(碳排放-碳汇-碳利用和碳封存=0)。欧美等主要发达国家从碳达峰到实现碳中和需要50至80年,而中国计划只用30年实现这个目标,因此面临着巨大挑战。在2021年2月19日召开的中央全面深化改革委员会第十八次会议上,习近平更明确提出:要围绕推动全面绿色转型深化改革,建立健全绿色低碳循环发展的经济体系,统筹制定2030年前碳排放达峰行动方案,使发展建立在高效利用资源、严格保护生态环境、有效控制温室气体排放的基础上,推动我国绿色发展迈上新台阶。这将进一步加快各地制定碳达峰、碳中和与绿色发展的战略、技术路线图和行动方案。对此,德国克劳斯塔尔工业大学侯正猛教授于2020年9月成立了中德2050碳中和科研团队,并针对中国碳中和与绿色发展的战略、技术路线和行动方案提出了22条建议(其中4条战略、7条技术路线、11条行动方案)。限于篇幅,本文以中等规模省份云南省为例,针对云南省委省政府的绿色能源牌和如何于2050年前率先实现碳中和,对部分建议作简要介绍。

(一)能源供给再生化。加大可再生能源的开发与利用,大力提高水、风、光和生物能以及地热在能源结构中的占比。一是充分利用云南丰富的太阳能资源,开展“居民屋顶光伏计划”计划,实施光伏造富工程。政府以电价补贴的方式鼓励居民安装人均1000瓦的分布式光伏热电联产智能系统。二是水电增绿能,进一步发挥好以水电为主的绿色能源资源优势。三是强绿质,打造稳定质优的绿色能源体系。研究开发金沙江中游龙头水库,彻底解决电力汛枯期结构问题。四是因地制宜发展生物质能,加快推进城镇生活垃圾焚烧发电设施建设,实现生活垃圾的减量化、资源化和无害化。

(二)能源利用电气化。结合新型城镇化、农业现代化建设,不断拓宽电力使用领域,优先使用绿色电力,同步推进电气化和数智能源建设。一是不断提高终端电气化水平。实施终端用能清洁电能替代,大力推进城镇以电代煤、以电代油,不断加快制造设备电气化改造,提高产业电气化水平。加快建设电动汽车充电设施,加快全社会普及应用。二是全面建设新农村新能源新生活。切实提升农村电力服务水平,加快转变农业发展方式,推进农业生产电气化。

(三)减碳增氢产业化。一是2040年退煤电:充分利用煤电企业30年生命周期,通过矿井抽水蓄能发电站逐步替代现有11个仅仅用于调峰的火电厂(1997-2010年分期投产,2027-2040年相应退役)实现减碳和2040年底彻底退煤电。二是利用氢能攻克“难以减排领域”。利用可再生能源电解制氢并作为还原剂逐步替代在炼钢炼铁、有色冶金和化工领域广泛使用的焦炭,最终实现难以减排领域的深度脱碳。三是在城乡根据实际情况大力推进以电代煤、以气代煤、以地热代煤、以电代油。四是煤矿气体化绿色开采,实现井下开采、制氢或制天然气、管道运气和昆明安宁盐穴储气一体化。五是大力推广绿色低碳建筑包括被动房和负碳负能房。六是绿电多元转化,实现电能、交通(电动和燃料电池等新能源汽车)和冷热(电转热与热电联产)三大能源利用板块的智慧耦合,降低交通和制冷制热领域碳的碳排放。比如电解水制氢,除燃料电池和氢还原剂直接利用外,氢还可合成氨、甲醇、二甲醚或者汽油等化工和能源产品。七是利用中缅天然气管道的过境优势,开展天然气掺氢(20%)低成本高效利用。八是开展氢能制备、储存(特别是安宁多功能盐穴大型储氢库)、运输、加注、移动式加氢站和上述直接间接利用等相关设备的研发、示范、推广、(特别是与德国和欧洲)国际合作和标准化生产,带动云南省绿氢替代焦炭还原剂,氢燃料电池电堆关键材料与部件、检测与认证及其他多个领域的产业发展,打造集生产、储存、运输和利用为一体的世界一流氢能产业链。

(四)地下空间能源化。充分利用云南省15亿立方矿井废弃空间,将可再生能源产生的过剩电能多元转化并大规模储存于地下,此举还能同时有效解决废弃矿井空间的必要维护、综合利用、不占土地和生态保护问题。一是可将大红山铜矿等可利用矿井空间逐步改建成矿山抽水蓄能发电站替代退役的火电站用于调峰,在电力供大于求时抽水蓄电,在电力供不应求时放水发电。二是将安宁的盐穴设计建成为大量的多功能大规模地下储能库,可用来储存石油、天然气、压缩空气或者氢气等能源。三是利用盐矿、枯竭油气藏和深部咸水层进行CO2利用和封存(CCUS)。比如利用枯竭油气藏作为大型生化反应器制甲烷和储存可再生天然气,以实现非纯氢的零(负)排放经济利用、CO2循环利用和最终封存、同时建成天然气地下储库的多重目的。

(五)产储运用耦合化。通过电网、油气管网、交通运输网和物流网等实体网络和信息网、监控网和物联网等虚拟网络,智慧耦合能源的生产、储运和利用三大版块,构建基于侯正猛教授于2018年提出的能源多板块智能耦合技术的ENSYSCO数智绿色能源系统(即Green ﻪEnergy Systems based on Smart Sector ﻪCoupling,见图1)应对可再生能源的占比增加甚至超过100%(该状况2020年在德国已经出现了几十天)。一是依托人工智能、大数据和区块链技术对能源网络进行实时监控、预测和决算,实现水、光、风、生物、地热等可再生新能源与化石传统能源的生产、储运和利用数智互补(图2)。二是利用地下矿山抽水蓄能、安宁盐穴储能实现分布式能源地下大规模储存。三是充分利用数智能源网络的信息交换和监控功能,根据需求实现工业、商业和居民分布式能源按需供给,形成稳定安全的能源供给系统。

图2、能源系统的检测、调整和核算网络示意图(侯正猛,2018)

(六)能源利用数智化。基于人工智能、大数据和区块链等高新技术的数字化能源网络是实现清洁能源生产、储运、利用高效协同运转的重要前提。一是坚定不移推进数字能源数据信息资源整合,打造面向政府数字化监管应用平台和面向企业及公众服务一体化平台。二是统一规范确保不同业务系统数据可用可协同,指导和约束各类信息系统的建设及工作的高效开展,确保不同系统之间标准一致、数据可用、业务协同。

(七)研发双创基金化。建议由省财政统筹安排,在昆明国家高新区设立碳中和与绿色发展基金作为云南省政府的滚动投资基金(图3),十四五期间分期投入20亿元,通过立法从2022年开始云南省每年新增绿色GDP的5%自动投入该基金,为碳中和与绿色发展提供滚动式资金保障。基金委托云南省能投集团进行管理,通过发起设立系列子基金,引导投资机构、地方平台、产业龙头、民营和国际资本等参与,重点承担孵化器功能,通过配套相关政策,孵化大量与绿色能源相关的高新技术企业。基金重点鼓励“居民屋顶光伏计划”,可再生能源开发、多元转化和地下储存,减碳增氢产业发展,绿氢制-储-运-用一体化产业等重点领域的技术创新研发和双创孵化,引导和带动社会资本更好地支持碳中和与绿色能源科技创新创业和产业转型升级。

(八)示范推广园区化。对标世界一流水平,在安宁建设集绿色、低碳、循环为一体的云南省碳中和与绿色发展高新技术示范、推广、标准化国际合作产业园(图3),打造在国内和国际上具有较强影响力、碳中和技术先进、产业链完整的绿色能源创新示范基地,助力国家清洁能源基地建设。

图3、云南省碳中和与绿色发展基金推动的绿色能源系统研发与产业化(侯正猛,2021)

(九)欧洲合作引领化。首先充分利用中欧投资协议完成谈判契机,推动云南与德国等能源转型先行国家的能源国际合作,研发或引进先进能源技术并实现标准化和产业化,在使人民生活品质不断提高的同时降低能源的总消耗量,打好做大云南省绿色能源牌,实现绿色GDP可持续增长。其次充分利用RCEP协议签署契机,对标南亚东南亚国家能源发展需求,发挥协议国家资源和技术互补优势,促进协议国家能源核心技术合作,关注能源、工业、交通、运输和农业等减排重点行业的相关货物贸易商品减税和服务准入标准变化,开展包括商品、技术、服务等多个领域的国际能源合作,共同实现减排目标,推动云南建设成为区域性国际绿色能源枢纽。

(十)技术推广标准化。开展矿井抽水蓄能、地下大型储气库、地下二氧化碳地下利用和封存、地下大型生化反应制甲烷、以及氢气的制备储运和利用等成套技术体系的基础理论和关键技术引进、研发和示范,实现碳中和与绿色发展高新技术研发、双创园区技术转化、示范、推广、标准化和工业化。

云南省采用本文提出的相关建议,出台明确的碳达峰和碳中和战略、技术路线与行动方案,充分利用全省各方面有利条件和资源,大力发展可再生能源、地下空间能源化产业、减碳退煤产业和氢能全链条产业,结合使用碳捕集、利用与封存(CCUS)技术,则可望于2025年前碳达峰和2050年前在中国率先实现碳中和。