Saifur Rahman：Challenges & Opportunities for Carbon-neutrality in the Global Electric Power Sector

編者按：2021年7月8日，以“碳中和與未來(lái)能源”為主題的“第三屆未來(lái)能源大會(huì )”在北京召開(kāi)，本次大會(huì )由中國能源研究會(huì )與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì )上，美國弗吉尼亞理工大學(xué)高級研究所所長(cháng)、IEEE PES主席Saifur Rahman發(fā)表了“Challenges & Opportunities for Carbon-neutrality in the Global Electric Power Sector”的主旨演講。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

Saifur Rahman：大家好，我是弗吉尼亞理工大學(xué)的賽義夫·拉曼教授。我是弗吉尼亞理工大學(xué)高級研究所的主任，也曾于2018和2019年擔任IEEE電力與能源協(xié)會(huì )的主席。

在長(cháng)篇大論之前，我們必須先談?wù)勀茉幢挥迷诹四睦?發(fā)電來(lái)自哪一部分?什么來(lái)源?請看屏幕上方的圖表，電力來(lái)自石油、煤炭、天然氣、核能、水力、風(fēng)能和太陽(yáng)能，石油所占比例很小，發(fā)電量?jì)H占3.1%，主要是在偏遠地區，煤炭較為重要，占36.7%，其次是天然氣23.5%，核能10.4%，水力15.8%，風(fēng)能大約是5%，太陽(yáng)能不到3%等等。這僅是用來(lái)發(fā)電的，如果大家想知道所有的能源使用分布情況，你們會(huì )發(fā)現情況是不同的，石油僅占電力來(lái)源的3.1%，而總體則為33.1%。為什么差距這么大?因為運輸部門(mén)包括公路運輸、海運、空運，這一切都是以石油為燃料的。煤炭占四分之一27%，天然氣占24%，核能占4.2%，現在絕大部分的核能都用于發(fā)電。水力6.4%，風(fēng)力2.2%，太陽(yáng)能1.3%。

現在，情況發(fā)生了什么樣的變化?在1985年至2019年的35年中，2019年是可獲得的最新的數據。如果回到1985年，可以看到全球總產(chǎn)量約為10010太瓦時(shí)。這是35年前，今天大約是28000太瓦時(shí)，是過(guò)去的三倍。煤炭過(guò)去占比很大，現在仍然很大，1985年煤炭約占總量的45%，現在仍然大約是40%。天然氣增長(cháng)顯著(zhù)，因為隨著(zhù)整體產(chǎn)能的增加，煤的使用量沒(méi)有以前那么多了。天然氣填補了缺口，當然石油也減少了很多，核能也差不多，水力有所增長(cháng)。最大的增長(cháng)來(lái)自風(fēng)能和太陽(yáng)能。

大家可以在這張圖里看到，我們看到如何利用可再生燃料解決未來(lái)的脫碳問(wèn)題，讓我們看看二氧化碳排放量。最高的20個(gè)國家，請看左邊的表格。中國是目前二氧化碳排放量最高的國家高達90億噸，其次是美國、印度、俄羅斯等等。屏幕右側是一個(gè)餅狀圖，這里顯示中國2019年排放量約占29%。接下來(lái)是美國，然后是印度，然后是俄羅斯等等。這些都是二氧化碳的排放大國。而爭議在于屏幕的左側，大家可以看到前20個(gè)國家，這是國家的二氧化碳排放總量。然而各國情況并不相同，中國的人口約為美國的三倍，所以如果我用另一種方式來(lái)計算，按照人口人均的方式來(lái)計算，各國排放情況又是什么樣?看看，現在中國第一，美國第二，印度第三，沙特阿拉伯第10，澳大利亞第15。

看看這張按人均人口計算的圖表，澳大利亞之前是第15，現在是第二。沙特阿拉伯之前是第10，現在是第一。美國是第三之前是第二，中國則一路降到第12。印度之前是第三，現在是第20。

這就取決于你計算的方法，按國家總量或按人均量，這場(chǎng)辯論我們現在無(wú)法解決，但它應該以這樣的方式討論。那么問(wèn)題是排放從哪里來(lái)?我們看，從2000年20年前的數據，我給大家看這個(gè)是想說(shuō)明情況并沒(méi)有太大變化。在接下來(lái)幾張幻燈片中你會(huì )明白，三分之一來(lái)自發(fā)電廠(chǎng)，三分之一來(lái)自運輸業(yè)，20%來(lái)自直接工業(yè)使用，居住和商業(yè)則占12%，這是20年前的分類(lèi)數據。

現在的情況，看屏幕右邊，如果只看美國，美國的二氧化碳排放主要來(lái)自運輸部門(mén)，而不再是發(fā)電廠(chǎng)，其次是工業(yè)和商業(yè)使用。以國家為單位的變化，在過(guò)去40年間，從1982年至今，中國過(guò)去排在美國和歐盟之后的第三位，而現在中國排名第一，是目前最大的，過(guò)去排放量不到20億噸，現在則是每年100億噸。從這一點(diǎn)上我們可以看出情況的變化，問(wèn)題是在一些大量發(fā)電，也大量排放二氧化碳的國家，情況發(fā)生了怎樣的變化?

如果把1990年作為100來(lái)參考，情況發(fā)生了什么變化?在過(guò)去的30年左右，英國已經(jīng)從100變成了60，因為他們把所有的煤電廠(chǎng)都轉變成了核能或天然氣廠(chǎng)。德國已經(jīng)從100大幅下降到68，法國從100降到80，日本仍然保持基本不變，美國也總體保持不變，澳大利亞排名上升了，因為澳大利亞現在更多用煤炭來(lái)發(fā)電，從而產(chǎn)生二氧化碳。這很有趣!

全球煤炭的使用情況如何?全球煤炭需求的75%以上來(lái)自亞洲國家，中國占了一半左右，每年消耗超過(guò)40億噸左右煤炭，中國消耗了一半，印度排第二，五分之一，然后是其他亞太地區，如泰國、越南、馬來(lái)西亞、印度尼西亞等等。然后是世界其他地方，世界其他地區的消耗量還不到10億噸。好消息是在屏幕右側，新建火力發(fā)電廠(chǎng)的進(jìn)展如何?這張圖表示火力發(fā)電廠(chǎng)獲得最終投資批準的情況，獲得批準之后開(kāi)始施工?；氐?010年，產(chǎn)能是100千兆瓦，也就是2010年獲得批準的新產(chǎn)能。中國占了一半以上，再回到2018年，這個(gè)數字從100+降到20+跌幅很大。這意味著(zhù)隨著(zhù)發(fā)展世界的煤炭用量越來(lái)越低，二氧化碳產(chǎn)量從而也越來(lái)越少。

現在看看中國，總體形勢向好。2001年中國約1/4的電力來(lái)自水力、太陽(yáng)能、風(fēng)能，剩下的3/4來(lái)自熱力，主要以煤炭為基礎，2016年增長(cháng)到了33.8%，2018年水力、太陽(yáng)能、風(fēng)能占37%。2030年是52%，也就是說(shuō)到2030年，中國將有一半以上的電力來(lái)自可再生能源。很有趣!

因此2030年中國將開(kāi)始減少二氧化碳的排放，煤炭并不是唯一的排放源，二氧化碳是主要污染氣體，其他來(lái)源包括一氧化二氮、氫氟碳化物，全氟化碳化合物和六氟化硫，1997年全球排放量為300億噸，2018年變成410億噸，那么現在的問(wèn)題是哪種能源的發(fā)電量更多?

左手邊是英國，看看1990年到2019年的數據，1990年沒(méi)有風(fēng)能和太陽(yáng)能可言，而現在它們占比巨大，大約25%來(lái)自風(fēng)能和太陽(yáng)能，煤炭在英國的使用量也很大，石油產(chǎn)量較少，而天然氣產(chǎn)量增加了不少。1999年天然氣產(chǎn)量幾乎為零，現在是40%+，這是英國。

美國的數據類(lèi)似，回到1990年水力與現在差不多，那時(shí)沒(méi)有風(fēng)能和太陽(yáng)能，它們從2010年開(kāi)始出現，現在已經(jīng)超過(guò)了10%，天然氣增加了煤炭減少了。德國也差不多，那么下一步會(huì )是什么樣呢?這僅僅是美國，2018年美國發(fā)電量約為1000千兆瓦，預計到2050年將達到3400千兆瓦，但其中大部分將來(lái)自太陽(yáng)能、風(fēng)能、水力、核能和天然氣，煤炭將會(huì )被淘汰，這是美國。

那我們該怎么辦?減少發(fā)電行業(yè)的碳排放，如何做到?減少用電量，毫無(wú)疑問(wèn)，或者減少燃料發(fā)電，也就是說(shuō)更高效或者更多利用可再生能源和核能發(fā)電，這就是我們提出的解決方案。

這是今天的市場(chǎng)，在左側，哪個(gè)國家的可再生能源產(chǎn)能更多?中國是最高的。中國的可再生能源發(fā)電量超過(guò)70萬(wàn)千兆瓦，主要是水力、太陽(yáng)能和風(fēng)能，美國第二、巴西第三，在如今全球的分類(lèi)數據中，一半以上的可再生能源發(fā)電來(lái)自水力發(fā)電，23%來(lái)自向岸風(fēng)、20%來(lái)自太陽(yáng)能，這很好。

那么接下來(lái)就是成本，在屏幕的左邊，太陽(yáng)能過(guò)去每兆瓦時(shí)的成本超過(guò)350美元或每千瓦時(shí)35美分，現在已經(jīng)降到4美分左右了，風(fēng)能也差不多，煤炭一直保持在每千瓦時(shí)10美分左右。從2020年到2050年離岸風(fēng)力發(fā)電成本將降到4美分，煤炭保持不變，太陽(yáng)能將大幅降低，大約每千瓦時(shí)2美分。太陽(yáng)能和向岸風(fēng)這些都是未來(lái)，是我們發(fā)展前進(jìn)的方向。

那么底線(xiàn)是什么?底線(xiàn)是如果我們繼續減少電力行業(yè)的碳排放，我們只能做這么多，而如果其他行業(yè)的排放，主要是運輸業(yè)不減少，我們就會(huì )面臨嚴重的問(wèn)題。我們將無(wú)法實(shí)現到2050年降低2℃的全球變暖目標，絕無(wú)可能。

那我們該怎么辦?大規模推廣電動(dòng)汽車(chē)將有所幫助，這樣我們就不會(huì )消耗那么多汽油，但是我們必須確保汽車(chē)所用的電不是來(lái)自煤炭。

大家可能知道今年我要競選IEEE主席，選舉將在年底舉行，希望能得到你們的支持，謝謝大家!