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重塑能源:中国为中国制定清洁能源路径

“重塑能源:中国”项目由中国国家发改委下属能源研究所、落基山研究所、劳伦斯伯克利国家实验室以及能源基金会(中国)联合研究。该项目旨在帮助中国详细规划路径,使中国在通往2050的道路上,实现具成本效益的能源效率和可再生能源供应占比最大化,满足能源需求,改善能源安全和环境质量。

中国领导层迈向低碳未来

中国近几十年的经济高速发展以及城镇化进程已经让数亿人摆脱了贫困,但同时也带来了严峻的能源挑战。目前,中国是世界上最大的石油和煤炭进口国,呈现出能源安全风险。中国的燃煤量几乎相当于世界上其他所有国家燃煤量之和,所以中国也是世界上最大的二氧化碳排放国,这为中国带来尤为巨大的风险。此外,微粒排放问题也正在侵蚀公众健康,甚至有时正摧毁整个城市。

中美两国能源消耗占世界总消耗的2/5,两国共同发挥领导力,创建一条路径并引导世界其他国家的追随,至关重要。2014年11月,在历史性的中美双边协议里,美国宣布计划到2025年温室气体排放较2005年整体下降26%-28%,并承诺尽最大努力实现减排28%。实现这一目标需要将现在至2020年的1.2%的年度减排率翻倍,直至2020到2025年实现2.3%-2.8%的年度减排率目标。美国将以此路径实现其2050年减排80%的目标。

同时,中国也承诺在2030年左右实现二氧化碳排放达到峰值,并争取尽早达峰,使世界上最大碳排放国的排放增长量封顶。随后,在2015年9月签署的声明里,中国承诺将采取进一步举措降低排放,包括将建立全国碳排放交易市场,以及在电力系统引入”绿色调度”机制。中美两国的联合领导力为世界上其他发展中和发达国家在2015年12月达成的巴黎协议中做出大胆承诺树立了信心。

落基山研究所一直以来坚持认为气候保护无需很高代价,在很多案例中甚至可以实现盈利,这对于参加巴黎协议的196个国家来讲是利好消息。这些国家承诺将携手把全球平均气温较前工业化水平升高控制在不超过2摄氏度的水平,并为把温升控制在1.5摄氏度之内的挑战性目标而努力。

中国以及其他发展中国家实现并超越他们的能源相关目标所需的解决方案,不是因循许多西方国家已经公开宣布的常用路径,而是跳过能源安全威胁、碳以及污染等陷阱,开辟新的路径,并将已经验证的成熟低碳解决方案规模化。

应对气候变化综合解决方案

渐进式改进是远远不够的。中国能够制定出革命性的解决方案,使经济增长与能源使用脱钩,并能够利用新能源,淘汰旧的化石燃料。落基山研究所创造出“重塑能源”这一术语,来勾勒从化石燃料迈向能源效率和可再生能源供应的全球性转变如何创造新型燃料,实现全球的可持续繁荣、安全、安定和健康。

重塑能源要求经济和社会创新,广泛使用最先进的现有技术(支持采用最有前途的新技术),重组21世纪的中国经济以重拾领导地位。幸运的是,目前现有的多数建筑模块,取代了造价越来越高的、有污染的替代品。来自发达和发展中国家的最佳实践,一旦大规模应用,将会是革命性的解决方案。汇聚并规模化新能源各要素将是一个不容易实现的挑战,但是中国有着有目共睹的巨大实力,值得一试。

我们的分析表明,综合性低碳能源计划能带来丰厚效益。落基山研究所此前两年的研究成果《重塑能源》表明,美国在2050年能够实现1.58倍的经济增长,在2000年基础上降低80%的二氧化碳排放,节省5万亿美元净现值成本。而且,这些变化可以由地方盈利性企业来驱动,无需修改国家立法或管理条例。

当然,中国与美国的起点非常不同。鉴于中国目前所处的独特发展阶段和发展规模,重塑能源方法在中国甚至能够获得比在美国更令人瞩目的成果。原因有三:中国仍需要大幅提高能源效率;中国目前仍在建设更多基础设施,而从零开始的建设成本的确要比后期的改造成本要低;事实证明,中国比其他任何国家都能更快地实现这些巨变。譬如,仅2013年,中国市场新增太阳能装机容量比美国过去60年来所有的太阳能装机容量总和都多。

重塑能源愿景在中国

“重塑能源:中国”项目旨在通过严谨的技术分析,使中国在通往2050的道路上,实现能源效率和可再生能源占比最大化,满足能源需求,改善能源安全和环境质量。

解决方案包括下列四个基本步骤,用以推动重塑能源变革:

1. 切实可行地降低需求

2. 尽可能高效的满足剩余需求

3. 在资源允许情况下,将需求电气化

4. 转而使用可再生或低碳能源

采用以上四个步骤,重塑能源分析发现,至2050年中国经济将增长6倍,能源消费需求仅比2010年水平略增13%,其中一半以上的能源来自非化石能源。这也意味着,届时中国的二氧化碳排放水平将比2010年降低36%,并实现22万亿元人民币的净收益。能源需求的降低使得转向清洁能源供应变得更容易。能源供应组合会由参考情景中化石燃料占比67%转为重塑能源情景中占比仅为44%。至2050年,煤炭占比几乎减半,总使用量锐减75%。

重塑能源方法也将大幅降低非碳排放,甚至在不应用其他控制技术的情况下,至2050年硫化物和氮氧化物排放也将各自下降95%,能源排放和污染状况重回20世纪80年代以前的水平。这一战略会降低对石油的依存度,并遏制天然气使用率的增长,使这两种燃料的需求在2030年及2045年分别达峰。

推进重塑能源将刺激全国和地方经济显著增长。实施该战略需要前期投资46万亿元人民币,节省能源总成本68万亿人民币,为中国经济带来净收益达22万亿人民币。这相当于每年约投资国内生产总值的1%-2%,即可实现丰厚的财务回报。在我们不计入碳定价或考虑其他健康和环保协同效益的情况下,回报已颇具吸引力。

这些转变会增强中国的能源生产力,至2050年,将中国的能源生产力大幅提高7倍。同期,中国的碳生产力也将提高12倍。从另外一个角度解析一下这些数字,工业革命在过去120年内将劳动生产力提高了10倍。“重塑能源:中国”项目分析表明,中国能够仅用工业革命三分之一的时间,实现更大的碳生产力转变。这就是能源革命!

在各行业规模化已经验证的解决方案

要实现这一结果,需要工业、建筑、交通和转化领域这四大能源部门的一致行动和整合。

工业生产是中国能源消费和排放的最大驱动因素。重塑能源研究发现使用更高质量材料的生产机会巨大 – 尤其是水泥和钢材,因为中国是全球最大的水泥和钢材生产国。例如,在建造纽约世界贸易中心1号大厦时,通过改进化学材料使得墙体更坚固,混凝土抗压强度几乎翻倍,节省了40%的水泥使用量。如果中国在目前的城镇化进程中使用类似的创新材料,未来20年里中国节省的水泥(以及相关能源)相当于德国和英国这两个欧洲最大国家的水泥使用总量!当然,生产流程和设备也可以进行改进,甚至在高科技行业也可以改进。例如,美国德克萨斯州一家芯片制造厂采用一体化设计,突破传统设计障碍,优化原材料和能源流,与全球最佳实践相比,节省能源成本50%以上。

如果将中国的建筑业比喻成一个国家的话,它将是仅次于中国和美国的第三大能源消费国。中国正朝着到 2050 年商业建筑翻倍的道路前进。通过结合中国古代建筑设计实践和现代技术将产生可观的回报,并且让人们生活更健康、更舒适和更高效,从而减弱商业建筑快速增长带来的负面影响。例如,河北省秦皇岛市9座公寓大楼按照德国被动式住宅标准建造,采暖能耗降低62%,雾霾天室内PM2.5浓度比附近建筑低10倍。深圳市建筑科学研究院的办公楼使用几乎一样,甚至更低的建设成本,比常规建筑节省了59%的能源。印度气候炎热潮湿,Infosys公司的新办公楼能源使用减少70%-80%,资本成本降低10%-20%,提供了更舒适的办公环境。在各个气候地区存在的具有成本效益的解决方案将扩大中国的低碳建筑群。

交通是能源需求占比最小的行业,但其快速增长已经使中国成为了全球最大的石油进口国。在客运需求的快速增长下,汽车电气化将会成为关键解决方案。除此之外,货运仍在交通行业中占主导地位。幸运的是,卡车效率能够提高数倍,物流效率也是如此。在发达经济体,铁路或水路货运比目前的卡车货运效率高4倍,但成本却低8倍。过去20年间,墨西哥州通过增加一倍铁路货运,将其比例提升至货运总量的1/3,极大促进了经济增长。中国的高速铁路网络让全世界其他国家羡慕,以相同决心发展更强大的综合货运网络,也能够实现类似的结果。而且,通过类似于优步(Uber)的货运市场信息技术解决方案减少卡车“空驶”,每年能够减少100兆吨的二氧化碳排放,同时也能够缓解城市拥堵,减少当地空气污染。

当通过提高效率减少需求时,转化领域– 发电、炼油和采矿– 能够更容易、更快速地转变技术。至2025年,中国大部分区域风能和太阳能将实现可再生能源成本与化石能源成本持平,从而让可再生能源变得更有吸引力。届时,通过坚持不懈地在其他领域提高能源效率,转变市场规则、提高现有煤电厂容量因数并让其更灵活,整合需求侧响应、管理电力负荷峰值,并坚持兑现可再生能源新开发承诺,中国几乎可以避免在除目前已进入建造后期之外的新增煤电厂的建设。 中国还可以利用分布式资源重组电网,从而杜绝级联式重大故障的发生。这将大大提高中国的国家安全和人民的能源安全。转向既有集中式,又有分布式可再生能源的灵活电网是重塑能源转型的标志。

重塑能源的效果与中国在其应对气候变化国家自主贡献文件里承诺的国际达峰和非化石能源占比相一致,并符合中国的能源变革四大原则,即:

1.抑制不合理的能源消费

2.多样化非煤炭能源资源

3.发挥市场更具决定性的作用

4.转变政府角色,加快修改不合时宜的规章制度

重塑能源与中国梦一致,支持中国实现“两个一百年”目标,即2021年国内生产总值比2010年翻一番,2049年建成社会主义现代化国家。

克服障碍,创造长期价值

中国国家领导层已提供清晰方向指引中国发展路径。国内生产总值增长的紧迫感必定依然存在,但同时也要平衡环境和社会效益 。发现投资机会,刺激经济长期增长,是实现重塑能源愿景的重要组成要素。

中国在十一五和十二五规划期间能源效率已取得巨大进步,但即便如此,仍存在着可观机会。通过监管和市场机制进一步驱动效率提升,充分挖掘潜能,让清洁能源供应转型更能负担得起。重塑能源分析显示,中国可用现有技术解决环境挑战。克服部署及集成障碍,致力于更广泛地扩散已知解决方案至关重要。

一体化设计的主题,无论对发动机、电动汽车、工业生态园区还是城市交通网络的一体化设计,均可显著提高变革的可承受性。一体化设计确保通过单一成本实现多重效益,使经济发展更迅速、更具吸引力。

最后,吸引市场参与有助于我们从未想过的全新解决方案更快地涌现。改革机构使其支持市场化创新,包括法规和标准、商业模式以及管理机制的创新,将加快我们把握机会的脚步。总而言之,中国可以实现经济发展目标并有利地解决目前的环境挑战。重塑能源是实现这些宏伟目标的路线图。如果中国坚持不懈地践行重塑能源,那么它将永久性地帮助中国建设对全体人民来说更富裕、更安全、更公平的国家- 和世界。