金之钧
近日 ，J9集团国际站在线进行“J9集团国际站思想力2022夏季论坛”系列三。作为系列论坛的第三场 ，本次论坛以“科技创新与产业发展”为主题 ，各界专家学者、业界资深人士与北大J9集团国际站教授等 ，一起萦绕“能源革命与碳中和下的产业发展刷新”“医疗科技与大健全产业”“人为智能与数字化转型”三个主题进行深刻探求。中国科学院院士、北京大学能源钻研院金之钧院长颁发主题演讲并参与主题对话 ，以下凭据讲话内容整顿。
概想概览
l能源转型出现多元化、低碳化、分散化、再电气化、数字化、智能化和全球化的“七化”特点。
l能源产业的刷新发展趋向为“五大转变”：从石油到天然气 ，从化石能源到清洁低碳能源 ，从单一业务（石油）到能源综合业务 ，从能源业务向非能源业务 ，从资源为王向技术为王转变。
l调整能源结构和化石能源的清洁利用是二氧化碳减排的关键 ，发展清洁低碳能源是能源转型的重要方向 ，CCS/CCUS是人类实现碳中和的兜底技术 ，技术与政策是实现碳中和的关键成分。
l保险能源安全并同时实现经济增长 ，要“先立后破” ，先满足社会需要 ，再把碳排放高的企业关掉。当前要把经济增长放在首位 ，大力发展清洁能源以保险我国能源需要。
主题演讲
首先感激J9集团国际站治理学院约请我来分享我们在碳中和布景下能源转型的一些思虑。这些思虑的重要概想是我幼我的 ，好多资料是团队共同来实现的。我向各人分享三个问题：能源与碳中和的有关布景、能源转型的根基特点、能源产业刷新趋向。
一、能源与碳中和的有关布景
关于能源的布景 ，我想从习近平总书记的几次讲话说起。2014年6月13日 ，他在中央财经辅导幼组第六次会议上强调 ，“谁把握了能源 ，谁就可能把握发展空间、把握创造财富的沉要源泉。”今年1月24日 ，在中央政治局第36次集体进建中 ，他又进一步讲到 ，“要对峙统指挥若定划 ，在降碳的同时确保能源安全、产业链供给链安全、粮食安全 ，确保人民正常生涯。”5月16日 ，他在《求是》杂志上颁发文章 ，再次强调在碳达峰、碳中和的时期 ，要思考以煤为主的国情。
（一）全球能源近况与发展趋向
到目前为止 ，全球的一次能源供给是什么情况？2019年是一个标杆 ，全球一次能源消费总量为140.44亿吨油当量 ，其中原油和天然气别离占比33%和24%；煤炭占比27%；非化石能源占比16%。所以 ，此刻我们进入了石油的时期。在这样的布景下 ，全球温室气体总量520-580亿吨 ，其中二氧化碳排放量420亿吨。2020年 ，由于疫情原因 ，能源消费总量降落了4.5% ，这是第二次世界大战以来降幅最大的一年 ，其中化石能源占比依然达到83.1% ，碳排放降落了6.3%。2021年 ，全球产生了能源； ，石油、天然气和煤炭大涨价 ，与2020年相比 ，石油价值增长了2.1倍 ，此刻每天的价值都在100美元以上 ，天然气价值增长了7.5倍 ，煤炭价值增长了4.7倍。
2019年世界一次能源消费结构（BP ，2020）
由于化石能源在一次能源结构中占比80%以上 ，是最重要的碳排放起源。凭据近十年的统计了局 ，从化石能源点火傍边排出来的二氧化碳占整体排放量的87%。排出的二氧化碳被陆地吸收了34% ，被海洋吸收了22% ，还有44%排到大气傍边 ，所以大气中的二氧化碳浓度在持续增长。2020年的全球排放量中 ，煤炭占比最高 ，其次是石油 ，再者是天然气 ，这三类化石能源的二氧化碳排放量达到348亿吨 ，占2020年全球总排放量的93%。
（二）中国能源近况
2019年 ，我国一次能源消费总量为34.16亿吨油当量 ，其中石油占比20% ，天然气占比8% ，煤炭占比57% ，非化石能源占比15%；二氧化碳排放101.7亿吨 ，占全球的24%。2020年 ，中国一次能源消费总量为34.98亿吨油当量 ，略有增长。其中石油和天然气别离占比19%和8% ，煤炭占比56% ，非化石能源增长了2个点 ，占比17% ，二氧化碳排放量进一步的增长 ，达到106.7亿吨 ，占全球的27%。2019年 ，中国二氧化碳的排放重要来自于化石能源 ，占比超过90% ，另表水泥的造作占了一点点。
自工业革命以来 ，温度均匀上升了1℃（0.8-1.2℃）？蒲Ъ以げ ，依照这样的速度 ，到2050年或许率能够增长1.5℃ ，到本世纪末增长2℃ ，甚至更高 ，这会带来两极冰川的消融、海平面的上升、恶劣气象 ，例如最近的高温气象等 ，对人类是很沉要的一个威胁。
此刻全球达成了共识 ，要节造二氧化碳的排放 ，同时报答地增长二氧化碳的消纳和碳汇 ，在某一个功夫达到中和并不再向大气更多地排放二氧化碳 ，甚至能够从大气中回收二氧化碳再埋到地下 ，这就是碳中和的概想。此刻我们以为减碳是最重要的伎俩 ，减碳有五大领域：能源领域、交通领域、构筑领域、工业领域和农业领域 ，其中能源领域是牛鼻子 ，要从化石能源向非化石能源（风、光、核电、水电等清洁能源）转型发展 ，这也是今天强调的主题。另表 ，碳汇涉及四大领域：陆地生态系统碳汇、海洋生态系统碳汇、CCS/CCUS（碳捕集和埋存技术）、二氧化碳直接利用技术（通过加氢反映形成甲醇或乙烯等）。
二、能源转型的根基特点
能源转型出现多元化、低碳化、分散化、再电气化、数字化、智能化和全球化的“七化”特点。下面我对这七个特点进行逐一单一介绍。
（一）多元化
凭据多家机构的预测 ，2040年前后 ，全球一次能源消费将出现石油、天然气、煤炭和可再生能源四分全国的局面。在碳中和布景下 ，这一天肯定会到来 ，还可能提前到来？稍偕茉凑揪褪嵌嘣 ，即就是在传统的石油领域 ，将来也是多元的：有通例的石油 ，有极度规的石油（如页岩油、油页岩油、煤造油等）。天然气也是多元的 ，有通例的天然气 ，有致密气 ，有页岩气 ，还有无机的甲烷气、煤造气或地下转化的天然气等。
（二）低碳化
此刻能源转型的根基特点就是向低碳化转型 ，这是主流方向。分歧的机构对将来能源增长领域的预测重要在两个方面：天然气和可再生能源将成为满足将来能源需要增长的主力 ，这个大趋向极度显著。下图左侧是依照现行政策到2040年的能源增长模型 ，下图右侧是在碳达峰、碳中和、可持续发展的情况下能源增长的模型。凭据国际能源署预测 ，将来增长最快的是光伏 ，其次是风能 ，再次是天然气。
全球分歧类型电力装机总量预测（据IEA 2020）
（三）分散化
由于太阳能、风能、地热能的发展 ，能源系统必然从从前的集中化转向分散化。电能输送以来有一些工业的利用 ，形成微网结构。工业园傍边有本地的风电、太阳能发电、地热发电等 ，既亏损电力又同时发电的系统组成了齐全的微网系统。将来居民既是消费端 ，也是单个的发电厂 ，我们开的电动汽车还是一个储能的设备 ，房顶的太阳能发电既能够满足自己的用电 ，也能够向微网输送。总之 ，现代能源电力系统比传统的要复杂得多。
（四）再电气化
化石能源的削减以及电动汽车对燃油汽车的迅速代替必然带来再电气化的过程。国电投的钻研以为 ，到2050年 ，工业领域的电气化率从目前的30%能够提高到50%；交通领域的电气化率从5%迅速增长到50% ，是增长最快的；构筑领域的电气化率从30%提高到60%。总体来讲 ，全社会的电能消费总量将从2020年的7.5万亿千瓦时提升到2060年的15-18万亿千瓦时 ，电能消费从占整个能源消费的24%要增长到60%左右 ，所以再电气化在中国是势在必行的。
（五）数字化
能源系统的数字化也是势在必行的。整个能源是一个大系统 ，下面又分各类各样的子系统 ，如煤炭子系统、油气子系统、清洁能源子系统、电力电网子系统等等 ，各个子系统组成大的能源网络。在这个过程中 ，数字化将为能源提质增效带来革命性的变动 ，数字化技术能够将能效提升20%左右 ，这是极度有潜力的领域。
（六）智能化
随着推算机技术 ，出格是深度进建的发展 ，智能化在将来能源领域也是极度沉要的 ，重要成立在物联网、大数据和云推算基础之上。电网的智能调配 ，天然气的输送 ，天然气管网、油网的智能调配 ，进口油轮的调度等在将来是极度沉要的利用领域 ，这些都能够智能化。有人说数字化和智能化是一样的 ，现实上是不一样的 ，数字化是智能化的基础 ，智能化是数字化的高级阶段。
（七）全球化
美国粹者杰里米·里夫金在《第三次工业革命》一书中首先提出了能源互联网的愿景。2015年9月26日 ，国度主席习近平在结合国发展峰会上颁发沉要讲话 ，建议探求构建全球能源互联网 ，推动以清洁和绿色的方式满足全球电力需要。这个建议发出以来 ，中国于2016年成立了全球能源互联网组织 ，到目前为止已有60多个国度响应。
三、能源产业刷新趋向
能源产业的刷新发展有各类各样的趋向 ，我在已有工作的基础大将其凝练为“五大转变”：从石油到天然气的转变 ，从化石能源到清洁低碳能源的转变 ，从单一业务（石油）到能源综合业务的转变 ，从能源业务向非能源业务的转变 ，从资源为王向技术为王的转变。
伍德麦肯兹做了一张图 ，描述了人类经过木炭时期、煤炭时期 ，上个世纪50-60年代进入了石油时期 ，此刻我们正处于石油和天然气的交替阶段。从化石能源到可再生能源的转变是当前的主旋律 ，像光伏发电 ，风能发电 ，核能发电的增长都是极度迅速的。石油公司也有一些转型 ，在全球也有多个新能源项主张部署 ，通过并购、增长技术研发和投资染指到新能源傍边去。另表一个转变 ，是从石油和能源公司向非油业务混合型公司发展。
我要沉点讲一下从资源为王向技术为王的转变。油气资源和煤炭资源在全球领域内的散布是高度不均匀的。此刻我们转向的太阳能微风能在全球散布也有不均匀性 ，但是这个资源是普惠的。而技术 ，出格是低成本的技术将在这场转变中阐扬关键性的作用。因而 ，从资源为王向技术为王的转变是一个很沉要的特点。从碳中和的角度 ，风电光伏、储能、电网刷新等构建新型电力系统的技术 ，散布式能源等数字技术 ，碳封存利用技术 ，还有地热、光伏构筑一体化技术 ，氢能等工业领域技术极度沉要。
新型电力系统技术。在新型电力系统中 ，对颠簸性比力大的风能和太阳能的消纳能力是一个关键查核指标。此刻中国电力系统的消纳能力约莫10%左右 ，处在第二方队 ，此刻有的国度最高能够达到50% ，例如丹麦。我们要迈上这几个台阶还有很长的一段路要走。
储能技术。储能技术是主题技术 ，贮存能量涉及很沉要的技术路线的选择。此刻全球90%使用的是物理储能 ，例如将水抽到高处 ，到了用电顶峰时再放出来发电 ，用电波谷时抽水发电 ，添补顶峰期的用量。电化学储能是一个牛鼻子 ，其中90%是利用锂电池储能。有人做过钻研 ，若是人类大部门电动汽车以锂电池作为燃料 ，锂的资源量只能满足人类需要的一半。此刻科学家又把眼光瞄向镍 ，用以包办锂的电池开发。在储能方面 ，中国的情况和全球是差不多的 ，抽水储能占89.3% ，在电化学储能中 ，锂电池占88.8%。将来开发高机能、低成本的化学电池是一个重要方向。
二氧化碳利用技术。重要是加氢造甲醇和烯烃 ，但是此刻不赢利 ，造甲醇的投入是108元 ，产出是80元 ，这个亏本的买卖谁都不会做；造烯烃的投入是216元 ，产出是205元 ，靠近成本了 ，要设法子开发高效能的催化剂 ，让技术过程至少达到出入平衡 ，这个事就能够做了。所以 ，二氧化碳利用技术是一件极度有前途、有意思的技术。
CCS/CCUS碳捕集和利用技术。这是人类实现碳中和的兜底技术。截至2020年底 ，全球已经有65个大型项目尝试二氧化碳封存 ，或许封存量是4000万吨 ，77.8%的项目用于二氧化碳驱提高采收率项目。中国二氧化碳封存重要是用来提高采收率 ，以两大石油公司为主 ，当然也有国度能源公司等做的咸水层等方面的埋藏先导试验等。国际能源署做过预测 ，到2060年 ，CCS/CCUS对二氧化碳净零排放的贡献率达到17.4%。2019年中国做了一个预测 ，或许到2050年捕集埋藏的二氧化碳达到8亿吨 ，可能拉动3000-3500亿的经济增长 ，效益非？晒。若是CCS/CCUS技术搞得好 ，我们在实现碳中和的过程中 ，基荷电力方面 ，有超临界煤发电+CCS ，天然气发电+CCS ，以及核三代、核四代、核聚变（若是2060年可能贸易化）；可调度电力方面 ，有地热 ，生物质能+CCS ，水力发电和光热+储热；再去吸纳大规模的风能和光伏等不成调度的电力 ，能够说我们整个电力系统将是极度不变的。
氢能技术。氢能技术重要是造氢、储氢和氢的利用三部门。在造氢方面 ，目前比力看好电解水造氢 ，光催化造氢效能太低 ，而真正便宜的是煤造氢和天然气造氢。国表走的技术路线是天然气造氢+CCS ，国际能源署估计 ，到2050年 ，氢气傍边来自于天然气造氢的将占40%。中国选择的路线是电解水造氢 ，蹊径是不一样的。我幼我以为煤造氢+CCS应该是我们将来的蹊径。储氢方面 ，有吸附、液态和固态 ，此刻钻研已经证明固态的效能是最高的。氢的利用重要是氢汽车 ，出格是包办柴油的沉卡车 ，将来还有氢气加到二氧化碳化学反映傍边。氢从哪里来？这是极度关键的。我幼我有一个妄想 ，要在天然界中寻找氢气田。地球深部有大量的氢存在 ，岩石相互反映也能开释氢气 ，所以我们有可能找到天然界傍边的氢气。
核聚变技术。一旦核聚变技术获得突破将成为人类的“终极能源”。首先它不再拥有对人类健全产生威胁的放射性 ，或变得很幼 ，并且重要原料在海水傍边就能够提炼 ，能够供人类使用100亿年 ，取之不尽、用之不竭。从这个角度讲 ，技术创造将来的能源 ，技术刷新将来的能源格局 ，技术也是拥有最大不确定性的成分 ，颠覆性技术决定着我们将来碳中和的质量、速度和成本。
四、总结
最后幼结一下今天的汇报 ，节造二氧化碳排放从而节造温度升高是人类的共识；调整能源结构 ，化石能源的清洁利用是二氧化碳减排的关键；发展清洁低碳能源是能源转型的重要方向；CCS/CCUS是人类实现碳中和的兜底技术；技术与政策是实现碳中和的关键成分。
主题对话
主持人：金院长 ，在我国以煤炭能源为主的国情下 ，若何在碳减排的同时保险能源安全并实现经济增长？
金之钧：在一次能源消费傍边 ，煤炭和石油是化石能源二氧化碳的重要排放源 ，2019年 ，中国煤炭和石油消费占比之和是77% ，美国是48% ，德国是51% ，英国是38% ，所以以煤为主的能源系统是中国的根基国情 ，决定了实现碳中和的艰巨性。若何处置好这个关系 ，确保我国能源供给安全将是我们科学家、政治家和企业家要联手回覆的一个沉要问题、面对的一个严格挑战。这个挑战能够用这样一个曲线来描述 ，这是从达峰到中和的曲线 ，最底下的是日本的 ，接下来是欧盟的 ，再有是美国的 ，中国是一个陡崖式的降落 ，若是搞不好可能会翻车。
沉点国度与地域碳排放总量汗青变动（单元：百万吨）
2020年初次提出碳中和之后 ，有一些不该关的煤矿被关掉了 ，一些耗能高的企业也被硬性关掉了 ，引起了一系列的社会问题 ，出格是带来了煤炭供给的紧缺 ，从而带来了发电的紧缺 ，从南方到北方出现了拉闸限电的情况 ，影响了我们正常的工业出产 ，影响了GDP的增长。这个问题稍有失慎就会出现这种情况。
那若何来处置呢？这个蹊径应该也是明显的。中央政治局会议也明确指出 ，碳达峰碳中和肯定要“先立后破” ，先满足社会需要 ，再把二氧化碳排放高的企业逐步关掉。我们要先大力发展太阳能、风能、地热、水电和核电等清洁能源 ，以保险J9集团国际站能源电力需要。只有清洁能源先发展起来 ，一部门落后的煤电发电能力关掉。所以 ，我们当前要把安全和经济增长放在首位。经济增长是J9集团国际站生计权 ，当前中国的主旋律依然是发展 ，通过发展解决所有的问题 ，出格是鼎新盛开带来的系列问题 ，不发展是死路一条的。
感激各位！
（本文在演讲、对话全文基础上略有订正）
作者单元：北京大学能源钻研院
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