碳中和技术概论 课件 第一章 碳中和概述

第1章

碳中和概述CONTENTS目录碳中和概念PART

01碳中和愿景PART

02PART

03碳中和概念Part.01碳中和概念01中国作为全球第一大碳排放主体，积极履行并承担了碳减排和气候变化的义务及责任。2020年9月22日，在第75届联合国大会一般性辩论上，国家主席习近平向全世界宣布，将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，CO2排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。2021年，为了扎实推进碳达峰碳中和战略，国务院先后发布了《2030年前碳达峰行动方案》和《中国应对气候变化的政策与行动》白皮书。碳中和概念01碳中和基本含义碳中和，一般是指国家、企业、产品、活动或个人在一定时间内直接或间接产生的二氧化碳或温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳或温室气体排放量，实现正负抵消，达到相对“零排放”。碳中和应从碳排放（碳源）和碳固定（碳汇）这两个侧面来理解。碳排放既可以由人为过程产生，又可以由自然过程产生。人为过程主要来自两大块，一是化石燃料的燃烧形成CO2向大气圈释放，二是土地利用变化（最典型者是森林砍伐后土壤中的碳被氧化成二氧化碳释放到大气中）；自然界也有多种过程可向大气中释放二氧化碳，比如火山喷发、煤炭的地下自燃等。碳中和概念01碳中和基本含义碳固定也有自然固定和人为固定两大类，并且以自然固定为主。最主要的自然固碳过程来自陆地生态系统。陆地生态系统的诸多类型中，又以森林生态系统占大头。所谓的人为固定二氧化碳，一种方式是把二氧化碳收集起来后，通过生物或化学过程，把它转化成其他化学品，另一种方式则是把二氧化碳封存到地下深处和海洋深处。只有当排放的量相等于固定的量之后，才算实现了碳中和。由此可见，碳中和同碳的零排放是两个不同的概念，它是以大气二氧化碳浓度不再增加为标志。碳中和概念01碳中和政策内涵2021年2月02日，《国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》，意见指出：要深入贯彻党的十九大和十九届二中、三中、四中、五中全会精神，全面贯彻生态文明思想，认真落实党中央、国务院决策部署，坚定不移贯彻新发展理念，全方位全过程推行绿色规划、绿色设计、绿色投资、绿色建设、绿色生产、绿色流通、绿色生活、绿色消费，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，统筹推进高质量发展和高水平保护，建立健全绿色低碳循环发展的经济体系，确保实现碳达峰、碳中和目标，推动我国绿色发展迈上新台阶。我国的碳中和政策是为了应对全球气候变化和达成巴黎协议目标而制定的。碳中和的概念是指通过减少温室气体排放到大气中的量，来使二氧化碳排放量达到零，并在某种程度上平衡全球二氧化碳排放量和吸收量之间的差异。碳中和概念01碳中和政策内涵我国碳中和政策主要包括以下方面：（1）环保、节能、低碳等政策措施的推进。（2）大力发展清洁能源，如太阳能、风能、水能、地热能、焚烧垃圾发能等。（3）加快新能源汽车的产业化和推广，推广节能环保、低污染的交通工具，鼓励绿色出行和公共交通。（4）提高工业节能降耗，妥善处理污染及废弃物，鼓励清洁生产。（5）研发高效节能的技术和设备，提高资源利用率，促进绿色发展。总之，我国碳中和政策是一项重要的环保举措，旨在推动能源转型和产业升级，实现资源循环利用和可持续发展。碳中和概念01碳中和内在逻辑我国当前二氧化碳年排放量大数在100亿吨左右，约为全球总排放量的四分之一。这样较大数量的排放主要由我国的能源消费总量和能源消费结构所决定。我国目前的能源消费总量约为50亿吨标准煤，其中煤炭、石油和天然气三者合起来占比接近85%，其他非碳能源的占比只有15%多一点。在煤、油、气三类化石能源中，碳排放因子最高的煤炭占比接近70%。约100亿吨二氧化碳的年总排放中，发电和供热约占45亿吨，建筑物建成后的运行（主要是用煤和用气）约占5亿吨，交通排放约占10亿吨，工业排放约占39亿吨。工业排放的四大领域是建材、钢铁、化工和有色，而建材排放的大头是水泥生产（水泥以石灰石（CaCO3）为原料，煅烧成氧化钙（CaO）后，势必形成二氧化碳排放）。电力/热力生产过程产生的二氧化碳排放，其“账”应该记到电力消费领域头上。根据进一步研究，发现这45亿吨二氧化碳中，约29亿吨最终也应记入工业领域排放，约12.6亿吨应记入建筑物建成后的运行排放。我国工业排放约占总排放量的68%，这是我国作为“世界工厂”、处在城镇化快速发展阶段、经济社会出现压缩式发展等因素所决定的。碳中和概念01碳中和内在逻辑根据我国二氧化碳的排放现状，中国的碳中和需要构建一个“三端共同发力体系”：第一端是电力端，即电力/热力供应端的以煤为主应该改造发展为以风、光、水、核、地热等可再生能源和非碳能源为主。第二端是能源消费端，即建材、钢铁、化工、有色等原材料生产过程中的用能以绿电、绿氢等替代煤、油、气，水泥生产过程把石灰石作为原料的使用量降到最低，交通用能、建筑用能以绿电、绿氢、地热等替代煤、油、气。能源消费端要实现这样的替代，一个重要的前提是全国绿电供应能力几乎处在“有求必应”的状态。第三端是固碳端，可以想象，不管前面两端如何发展，在技术上要达到零碳排放是不太可能的。比如煤、油、气化工生产过程中的“减碳”所产生的二氧化碳，又比如水泥生产过程中总会产生的那部分二氧化碳，还有电力生产本身，真正要做到“零碳电力”也只能寄希望于遥远的将来。因此，我们还得把“不得不排放的二氧化碳”用各种人为措施将其固定下来，其中最为重要的措施是生态建设，此外还有碳捕集之后的工业化利用，以及封存到地层和深海中。碳中和概念01碳中和战略意义推进碳达峰碳中和是深入贯彻习近平生态文明思想、推动经济社会高质量发展的内在要求。党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央高度重视生态文明建设，提出一系列新理念新思想新战略新要求，形成习近平生态文明思想，指导我国生态环境保护发生历史性、转折性、全局性变化。“十四五”时期，我国生态文明建设进入了以降碳为重点战略方向、推动减污降碳协同增效、促进经济社会发展全面绿色转型、实现生态环境质量改善由量变到质变的关键时期。推进碳达峰碳中和，坚定不移走生态优先、绿色低碳的高质量发展道路，加快形成节约资源和保护环境的产业结构、生产方式、生活方式、空间格局，将为我国在2035年基本实现社会主义现代化、本世纪中叶建成富强民主文明和谐美丽的社会主义现代化强国奠定坚实基础。碳中和概念01碳中和战略意义推进碳达峰碳中和是认真落实“四个革命、一个合作”能源安全新战略、统筹发展和安全的重要举措。能源安全是关系国家经济社会发展的全局性、战略性问题，对国家繁荣发展、人民生活改善、社会长治久安至关重要。面对能源供需格局新变化、国际能源发展新趋势，习近平总书记强调要推动能源消费革命、能源供给革命、能源技术革命、能源体制革命、全方位加强国际合作，为我国能源发展提供了根本遵循。在“四个革命、一个合作”能源安全新战略科学指引下，能源行业积极应对内外部环境变化带来的新挑战，加快构建清洁低碳安全高效的能源体系，为我国建设现代化经济体系提供了坚强的能源支撑。我国是世界上最大的发展中国家，经济社会发展、人民生活水平提高使能源消费需求保持刚性增长。推进碳达峰碳中和，有助于协调推进经济建设、社会建设和生态文明建设，全面提高气候安全保障水平，既有效应对气候变化挑战，切实保障国家能源安全，又加快推动绿色低碳发展，增强发展的协调性和可持续性。碳中和概念01碳中和战略意义推进碳达峰碳中和是能源央企顺应能源发展大势、加快建设世界一流企业的重要机遇。随着绿色发展步伐的不断加快，发展清洁能源、降低碳排放，促进经济社会发展全面绿色转型，已经成为国际社会的普遍共识。党的十八大以来，我国能源电力结构持续优化，非化石能源消费比重从9.7%提高到16.6%，增幅是世界同期平均水平的2.1倍；电能占终端能源消费比重从22.5%提高到27%，超过经济合作与发展组织（OECD）国家平均水平5个百分点。清洁能源装机超过11亿千瓦，水电、风电、太阳能发电装机稳居世界首位，核电在建规模全球第一，为实现碳达峰碳中和目标打下了坚实基础。“十四五”期间，我国将持续推进工业化进程，能源消费总量特别是用电量还将保持稳定增长，随着电能替代加速推进，电力将承接工业、建筑、交通等领域转移的能源消耗和碳排放，服务全社会降碳脱碳。推进碳达峰碳中和，将极大促进绿色低碳循环发展的产业体系和清洁低碳安全高效的能源体系建设，大幅提升能源利用效率，推动绿色低碳技术研发和推广应用，实现能源央企更高质量、更有效率、更可持续、更为安全的发展。碳中和愿景Part.02碳中和愿景022030年前碳达峰、2060年前碳中和的“双碳”目标愿景，是以习近平同志为核心的党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策，既是实现中华民族永续发展的必然选择，也是构建人类命运共同体的庄严承诺。立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局，推进“双碳”战略要充分认识做好碳达峰碳中和工作的重大意义。碳中和愿景02碳中和愿景基本概述作为全球温室气体排放量最大的发展中国家，碳达峰碳中和承诺彰显了中国应对气候变化的大国担当，也是开启全面建设社会主义现代化国家新征程的应有之举。当前，全国上下已形成积极落实“双碳”目标的良好氛围，为确保工作有序开展，中共中央和国务院先后印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》《2030年前碳达峰行动方案》等政策文件，着力构建碳达峰碳中和的“1+N”政策体系。碳达峰碳中和以创新绿色低碳技术为基础，以降低绿色溢价为充分条件，以提升社会治理效能为必要条件。新能源和新技术突破是实现碳中和的前提，但不能走向“技术经济决定论”，将碳达峰碳中和简化成一个能源替代问题或技术创新问题。由于经济发展的内在机制，仅靠技术进步和能源转型并不足以实现全球可持续发展。对于中国来说，更为根本的是依靠生产生活方式的深刻转变，将碳达峰碳中和纳入生态文明建设整体布局，构建生态文明发展新范式。碳中和愿景02碳中和基本要求为确保碳达峰碳中和目标如期实现，要把握好以下原则：一是要坚持全国统筹。碳达峰碳中和是一个整体概念，不可能由一个地区、一个单位“单打独斗”，必须坚持“全国一盘棋”，需要地方、行业、企业和社会公众的共同参与和努力，必须加强党的领导，做到统筹协调、分类施策、重点突破、有序推进。要压实地方责任，组织地方从实际出发制定落实举措。要鼓励有条件的行业、企业积极探索，形成一批可复制、可推广的经验模式。二是要坚持节约优先。我国是人口大国，与发达国家相比，能源资源约束问题还比较突出。做好碳达峰碳中和工作，必须把节约放在首要位置，不断降低单位产出能源资源消耗和碳排放。要大力倡导勤俭节约，坚决反对奢侈浪费，推行简约适度、绿色低碳、文明健康的生活方式，从源头和入口形成有效的碳排放控制阀门。碳中和愿景02碳中和基本要求三是要坚持双轮驱动。坚持政府和市场两手发力，是实现碳达峰碳中和的重要保障。一方面，要充分发挥市场配置资源的决定性作用，引导各类资源、要素向绿色低碳发展集聚，用好碳交易、绿色金融等市场机制，激发各类市场主体绿色低碳转型的内生动力和创新活力。另一方面，要切实发挥政府作用，深化能源和相关领域改革，敢于打破利益藩篱，大力破除制约绿色低碳发展的体制机制障碍；要构建新型举国体制，强化科技和制度创新，加快绿色低碳科技革命。四是要坚持内外畅通。做好碳达峰碳中和工作，要坚持以我为主，扎扎实实办好自己的事，同时也要用好国内国际两方面资源，大力推广先进绿色低碳技术和经验。要积极参与应对气候变化多边进程，承担与我国发展水平相称的国际责任。要讲好中国故事，发出中国声音，贡献中国方案，携手国际社会共同保护好地球家园。碳中和愿景02碳中和基本要求五是要坚持防范风险。当前，我国仍处在工业化、新型城镇化快速发展的历史阶段，产业结构偏重，能源结构偏煤，时间窗口偏紧，技术储备不足，实现碳达峰碳中和的任务相当艰巨。做好碳达峰碳中和工作，必须坚持实事求是、一切从实际出发，尊重规律、把握节奏。要强化底线思维，坚持先立后破，处理好减污降碳和能源安全、产业链供应链安全、粮食安全和群众正常生活的关系，有效应对绿色低碳转型过程中可能伴生的经济、金融、社会风险，防止过度反应，确保安全降碳。碳中和愿景02碳中和推进路径全球能源结构已形成石油、天然气、煤炭和新能源“四位一体”的新格局：以石油和天然气为主，石油开发迈入“稳定期”，天然气发展步入“鼎盛期”，煤炭作为补充能源进入“转型期”，新能源发展渐入“黄金期”。“双碳”目标的实现路径：一是减少“碳源”，即减少以CO2为主的温室气体的排放量；二是增加“碳汇”，利用各种手段技术增加CO2的吸收量。中国的基本国情和巨大的能源消费总量，决定了实现碳中和将是一个漫长的过程，要积极进行能源结构转型和优化调整，减少现有能源使用产生的碳排放量。大力发展可再生能源技术、生态碳汇技术和负排放技术，助力碳中和目标的实现。碳中和愿景02碳中和推进路径1.能源低碳转型将能源系统低碳转型作为实现碳中和的首要路径，我国需从能源供给侧和能源消费端共同推进能源低碳转型。加快推进能源供给体系低碳化，逐步有计划地减少传统化石能源的使用，逐步降低化石能源在能源消费中的占比情况，化石能源结构调整的基本思路是将化石能源结构逐步调整为“减煤、控油、增气”。电气化是能源消费侧低碳转型的关键，应全面推进能源消费侧电气化，国家和企业应加快推进工业领域电气化，加大电能装备替代，加快推进城市交通领域电气化低碳出行。2.可再生能源技术可再生能源被认为是实现碳中和的重要路径之一，因此可再生能源现在备受关注。可再生能源已经成为各国应对能源转型、气候变化以及环境问题的共同选择。我国可再生能源产业较其他国家起步较晚，可借鉴国际发展经验，制定适合本国国情的可再生能源发展道路，积极探索适合中国不同发展阶段的可再生能源政策和战略。碳中和愿景02碳中和推进路径3.增强生态碳汇技术生态系统碳汇是实现“双碳”目标的重要路径之一，我国需要加强理论支撑，加速政策落实行动以及制定合适的行动方案。森林碳汇的增加要依靠改善经营管理水平、科技创新等，通过科学保护和管理来增加森林蓄积量和扩大森林碳汇能力。海洋生态系统需要加强保护和恢复沿海和开放水域生态系统的政策，还需要采取其他科学方法，以增加海洋生态系统中的碳汇。4.碳捕集利用与封存技术CO2捕集利用与封存（CarbonCaptureUtilizationandStorage，CCUS)技术包括CO2捕集、运输、利用与封存4个环节，它是一种将CO2从排放源或空气中捕集分离后，并在适宜的地点加以利用或封存以最终达到CO2减排的技术。CCUS技术被认为是应对全球气候变化最重要的工具之一，是实现化石能源净零排放的必要技术选择，CCUS耦合生物质能（BECCS）等负排放技术更是实现“双碳”目标的深层保障。碳中和愿景02碳中和愿景根本影响实现碳达峰、碳中和目标会带来政府行为、企业行为和个人行为的根本变化，覆盖全社会方方面面，影响范围非常大。这是一场经济社会系统性的变革，涉及到观念重塑、价值重估、产业重构及广泛的社会经济和生活影响，这就是我们的未来之变。1.观念重塑关于能源结构降碳，它的核心是要大幅度地提升可再生能源或者非化石能源的比例。非化石能源最典型的有四个，分别是风能、太阳能、水能、核能。其中风能、太阳能将来占的比例会更高。全球风、光资源分布相对更均匀，谁能够更好地掌握抓取风、光资源，即开发出大规模应用风电、光伏发电的领先技术体系，谁就获得了长期经济发展支撑能力的提升。这是一个资源依赖型走向技术依赖型的过程，未来这个过程会使我们更多地关注关键技术。碳中和愿景02碳中和愿景根本影响2.价值重估先看能源成本，目前风、光发电和火力发电的成本已经相近。但是如果加上并网成本，风电、光伏发电目前和火电来比还比较高。碳市场的建立健全和逐步完善会使碳价在全国或者全世界发挥作用，逐渐使技术的竞争优势发生变化，并网成本随着规模的应用将大大降低，因此风电、光伏发电的价值和竞争力会被重新认识。再看地域价值。我们国家东部是发达地区，中西部是欠发达地区，但是我们看到未来寄予很高希望的风、光资源恰恰比较集中在中西部欠发达地区，这会给这些地域带来新的发展机遇，一些耗能比较高的产业可能在那些供能比较密集的地域会有更多的发展机遇，一定程度上也能带动这些地区的经济发展，使发展不平衡的问题得到一定解决。3.产业重构4.社会生活影响碳中和愿景02碳中和愿景机遇挑战实现碳中和，可以理解为经济社会发展方式的一场大变革，对当今世界的任何一个国家来说，都是一场巨大的挑战。对我们来说，主要的挑战在以下五个方面：一是我国的能源禀赋以煤为主。在煤、油、气这三种化石能源中，释放同样的热量，煤炭排放的二氧化碳量大大高于天然气，也比石油高不少。我国的发电长期以煤为主，这同石油、天然气在火电中占比很高的那些欧美发达国家比，是资源性劣势。二是我国制造业的规模十分庞大。我国接近70%的二氧化碳排放来自工业，这个占比高出欧美发达国家很多，这同我国制造业占比高、“世界工厂”的地位有关。三是我国经济社会还处于压缩式快速发展阶段，城镇化、基础设施建设、人民生活水平提升等方面的需求空间巨大。四是我国的能源需求还在增长，意味着我国的二氧化碳排放无论是总量还是人均都会继续增长。五是我国2030年达峰后到2060年中和，其间只有30年时间，而美国、法国、英国从人均碳排放量考察，在20世纪70年代就达峰了，它们从达峰到2050年中和，中间有80年的调整时间。碳中和愿景02碳中和愿景机遇挑战前面我们谈了碳中和对中国的五方面挑战，下面再谈五点机遇：一是我国光伏发电技术在世界上已是“一骑绝尘”，风力发电技术处在国际第一方阵，核电技术也跨入世界先进行列，建水电站的水平更是无出其右者。二是我国西部有大量的风、光资源，尤其是西部的荒漠、戈壁地区，是建设光伏发电站的理想场所，光伏发电站建设还可带来生态效益；东部我们有大面积平缓的大陆架，可以为海上风电建设提供大量场所。三是我国的森林大都处在幼年期，还有不少可造林面积，加之草地、湿地、农田土壤的碳大都处在不饱和状态，因此生态系统的固碳潜力非常大。碳中和愿景02碳中和愿景机遇挑战四是我们实现碳中和目标的过程，也是环境污染物排放大大减少的过程，这意味着我们将彻底解决大气污染问题，其他污染物排放也将实质性降低。此外，碳中和也意味着我们将实现能源独立，国内自产的原油、天然气将能满足化工原料之需要，进口油气将大为减少，所谓的“马六甲困境”将不再是一个实质性威胁。能源独立从某种程度上还会为粮食安全提供助力。五是我国的举国体制优势将在碳中和历程中发挥重大作用，因为碳中和涉及大量的国家规划、产业政策、金融税收政策等内容，需要真正下好全国一盘棋。这点我们从我国推动光伏产业的历程中就可以看出，并且诸如此类的经验未来还会不断被总结、深化。我们甚至可以预计，即使是坚持自由市场经济的那些国家，它们如想真正实现碳中和，也将在国家产业政策设计上获得助力。碳中和愿景02碳交易碳交易基本原理是，合同的一方通过支付另一方获得温室气体减排额，买方可以将购得的减排额用于减缓温室效应从而实现其减排的目标。在6种被要求排减的温室气体中，二氧化碳为最大宗，所以这种交易以每吨二氧化碳当量（tCO2e）为计算单位，所以通称为“碳交易”。其交易市场称为碳市场（CarbonMarket）。引在碳市场的构成要素中，规则是最初的、也是最重要的核心要素。从经济学的角度看，碳交易遵