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将碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局

人类的经济活动和能源消费是二氧化碳排放的主要来源。人类经济社会发展史,也是一部能源发展史。

自第一次工业革命以来,碳基能源(煤、油、气)的发现和利用,极大提高了劳动生产率。以传统化石能源为主的碳基能源推动人类进步的同时,也产生了严重的环境问题和气候变化问题。


地球温室气体效应使大气变暖,导致了地球平均气温上升。据世界气象组织最新发布信息显示,2018年全球平均温度比1981年到2010年平均值偏高0.38℃,较工业化前水平高出约1℃,2014年到2018年是有完整气象观测记录以来最暖的五个年份。气候变化会对自然生态环境产生重大影响(如极端天气、自然灾害、生态平衡等),也会对人类生存构成重大威胁。


而为解决这一关乎人类长续生存发展的难题,全球已开始付诸实践行动,中国亦不例外。我国现已着手制定碳达峰总体的时间表、路线图、施工图,各省市也正积极响应落实。

全球碳中和,中国有态度

2020年9月22日,国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上郑重宣布:中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,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。

2021年3月15日,习近平主席在中央财经委员会第九次会议上发表重要讲话强调,构建以新能源为主体的新型电力系统。实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革,要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局,拿出抓铁有痕的劲头,如期实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标。

2021年4月22日,习近平主席在“领导人气候峰会”上的讲话中强调:中国力争在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的“双碳”目标,是中国基于推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的内在要求做出的重大战略决策。

中国承诺实现从碳达峰到碳中和的时间,远远短于发达国家所用时间,需要中方付出艰苦努力。

可以说,达成碳中和已成为全球共识。全球已有127个国家和地区承诺了碳中和。其中,大部分计划在2050年实现,如欧盟、英国、加拿大、日本、新西兰、南非等。美国已承诺在2050年实现碳中和。一些国家计划实现碳中和的时间更早,如乌拉圭提出2030年实现碳中和,芬兰是2035年,冰岛和奥地利是2040年,瑞典是2045年。

苏里南和不丹已经分别于2014年和2018年实现了碳中和目标,进入负排放时代。而全球十大煤电国家中,已有五个做出了相应的承诺和对策 (中国、日本、韩国、南非和德国) ,这不仅仅是我们一个国家,而是一场全球性的行动。

如何实现“双碳”目标

碳达峰与碳中和国家目标将对我国经济社会产生极其深远和深刻的影响。实现2030年和2060年的“双碳”目标需要全社会的共同努力。

总的说来,在2030年前,受工业化和城镇化进程以及经济较快发展的影响,能源需求仍然在增长,应大力改善能源结构,使得新增长的能源需求主要由新增的非化石能源供应来满足,保证煤炭、石油等化石能源基本不再增加;通过替代、回收和分解等技术控制工业过程的二氧化碳排放,控制非二氧化碳温室气体的排放。

2030年后,能源系统要建成以新能源为主体的近零排放的能源体系,煤炭、石油、天然气等化石能源的消费量要控制在极低水平;通过替代、回收和分解等技术持续降低工业过程的二氧化碳排放,同时持续降低非二氧化碳温室气体的排放。

我国的碳中和目标与净零排放技术路径,将遵循从煤炭消费达峰、二氧化碳排放达峰、能源消费达峰,到建成绿色低碳、安全、可持续的现代化能源体系,再到实现完全碳中和的基本路线。

能源是否安全、稳定、可负担,必然是影响碳中和进程的现实问题。“碳达峰、碳中和”背景下的能源转型形式,供给侧将从煤炭、石油、天然气、核能等向光伏、风电等电力零碳化,与氢气、合成燃料等燃料零碳化转变;需求侧则向高效化、智慧化、再电气化转变。以此为指引,可以说,阳光将为我们提供取之不尽、用之不竭的热、电、可再生燃料。人类社会将迎来从碳基向硅基能源转型的时代。

光伏是实现“双碳”目标的有效途径

面对化石能源日益短缺,气候变化与环境问题日益严峻,新能源不仅关系我国未来经济社会发展的重大战略问题,也是目前世界各国共同关注的科技前沿问题。

新能源涉及领域跨度大,比如光伏、氢能、电池、风电都属于新能源范畴。其中,光伏产业发展是解决碳达峰、碳中和的有效途径之一。

太阳能是可再生能源,光伏发电是零碳电力,在世界大部分国家其发电成本比火电发电的成本还低。

目前,全球光伏产业年产值超过5000亿元人民币,而光伏产业打造了中国工业史上的奇迹:中国光伏装机量连续4年全球第一,中国光伏组件产量连续12年全球第一,全球70%以上的光伏产品由中国制造,全球前十光伏企业中9家为中国企业,国内已经形成完备的光伏全产业链。


光伏的各种应用场景

在即将到来的硅基能源时代,光伏应用场景不胜枚举:地面、屋顶、高速路道棚、墙体以及各类车辆。除了大型地面集中式光伏电站之外,还要在城市中做到“电从身边来”,让城市用户成为能源的“产消者”。

将城市变成“绿色能源发电厂”,首先要实现光伏最大化的安装与利用。而城市人口密度大、用电需求量多、土地资源紧张,要解决光伏安装的土地资源问题,“光伏+”的应用场景就蕴含着无限潜力。

以家庭、小区、工厂、公共建筑为单位作为分布式光伏电站,既可解决城市土地、资源紧缺等问题,也能满足人类的绿色能源需求。且分布式光伏与电动汽车等储能装置相结合,实现“自发自用”,可提高分布式光伏的经济性。

传统光伏如要在建筑领域加以利用,现下的工艺和外形则必须改变,以适应建筑的特点。以轻质光伏为代表的新型光伏组件,在轻、柔、薄、美方面能与建筑更好结合,甚至可直接将光伏组件做成建筑材料,既防水又隔热,还能发电产生能源。轻质光伏组件的创新极大地拓展了光伏应用场景,使“光伏+”的应用“无处不在”。

如光伏屋面、光伏折叠式车棚、光伏户外家具、光伏充电桩、光伏幕墙、光伏声屏障、车载移动光伏能源、光伏货车等,将为城市和用户带来了无限价值。

可以说,轻质光伏代表了未来产业方向


我国东部城市已经开始了“光伏+”的探索,就在江苏省扬中市零碳园示范项目——滨江公园,百米长的廊桥由光伏板搭建成镂空“天花板”,年发电量可达11. 7万度,廊桥一侧则是光伏板制作的50盏“太阳花”以及支持手机无线充电的“光伏座椅”,别致、实用的造型设计成为当地的一大旅游景观,吸引了大量当地居民和外地游客参观。

另外,城市能源消费量巨大,分布式光伏并不足以满足城市能源全部需求。而采用可再生电力大规模制氢作为储能,即让城市100%可再生能源替代成为可能。由于氢能来自光伏发电,也属于“硅基能源”的重要组成部分。


江苏省扬中市绿色能源岛

随着技术快速进步,可再生能源未来使用成本将更低廉。当硅基能源与储能技术、绿色建筑和物流交通等相结合,可使未来电力像Wi-Fi一样免费且便利。

未来智能城市的特征之一就是光伏与储能的结合,组成虚拟微网。有了电池,每个安装光伏的建筑或家庭都能成为独立的能源生产者,并且多余的能源可以存储或者提供给电网。

未来可再生能源与互联网技术相融合的智能电网,能够实现能源生产、存储、传输和共享智能化,并以其泛在的路由设施,与社会经济紧密联系,助力智能交通、智能社区、智慧城市等未来发展。电力公司也应从大规模发电向分布式、储能、电力信息管理和传输并举转型,为新能源小型电厂和个人用户提供能源管理,向产业链高端发展。

阳光是地球上几乎所有生命的主要能源,可为我们提供取之不尽、用之不竭的能量来源。想象一下这个场景:人类将在家中、办公室和工厂里就可以通过光伏电站生产可再生能源,并通过“能源互联网”实现绿色能源共享,就如同在网上获取和分享信息一样便捷。

光伏正在打开一个全新的世界,是实现双碳目标和生态文明建设的中坚力量!

·本文选自《世界科学》杂志2021年第8期“大家·科技前沿”栏目·,若有侵权,联系删改