碳中和误区及其现实路径(碳中和误区及其现实路径 视频)

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（本文系由深圳创新发展研究院、博研商学院、深圳企联等共同主办的“科技创新院士报告厅”第四期内容，7月15日上午，刘科院士围绕“碳中和误区及其现实路径”做了演讲。

以下内容根据刘科院士的演讲录音整理，经刘科本人审订。

）我自己曾在海外工作过二十多年，之前在GE、UTC（联合技术公司）、埃克森-美孚等单位工作，2009年回国。

回来以后第一份工作就是参与筹建北京低碳清洁能源研究所（现国家能源集团北京低碳清洁能源研究院），并且担任副所长和首席技术官。

再后来，我决定出来做一些自己的事情。

当时,南方科技大学前校长陈十一院士邀请我去南方科技大学，就这样几年前我就来到了深圳。

来到南科大后我担任了创新创业学院院长和清洁能源研究院院长，因为我一直在研究低碳和能源的事情，今天与大家分享一下碳中和的一些内容。

碳中和很热，大家都在谈，但真正做这一方面研究的人不多。

有一次我碰到一个朋友，他说我们现在专门在研究将来怎么去计量各个单位、各家公司的二氧化碳排放，这是一个大产业。

我说他是劳民伤财。

其实一方面，碳中和是一个宏观的问题:另一方面，看一个城市的碳排放，可以系统地看，比如深圳市一年耗多少万吨煤炭，耗多少万吨天然气，耗多少万吨油，每一个乘一个系数，这个二氧化碳的排放就出来了，这样算出来的碳排放量基本上占实际排放量的92%。

我先讲一些数据和事实据统计，2020年，中国二氧化碳排放大约103亿吨（大约是102亿吨到108亿吨，我选了103这个中间的数字），其中，煤炭、石油、天然气排放达到95亿吨，另外一部分是各种小的，比如沼气、生物质，还有一些其他的排放。

所以，约92%的排放是以上这三个产生的。

衡量任何一家公司、任何一家单位、任何一个系统，把这三个算准就可以了。

国家对这三个都有统计数据，不需要额外计量。

2020年，中国的总煤耗量大约36亿吨，折算成标准煤大约28亿吨，每吨标准煤再乘以一个系数就可以得出，煤炭一年大约排放73.5亿吨二氧化碳。

2020年，中国的石油消耗量折成标准煤是9亿吨，排放二氧化碳15.4亿吨:天然气消耗量折成标煤是4亿吨，排放二氧化碳6亿吨:三个加起来是95亿吨。

103亿吨除以14亿人口，人均大概7.4吨，一个三口之家平均每年排放22吨二氧化碳，这是一个天量的数字。

怎么说呢？如果把二氧化碳转化成一种产品，22吨原料就要生产22吨产品，哪家一年能消耗掉这22吨的东西呢？大家都说碳中和容易，比如每天用空调、开车等等都与碳有关系，每一个人、每一小步都是可以为碳中和做出贡献的，但完成碳中和这个任务还是非常艰巨的，而且是一个漫长的过程。

因为可见的未来，我们缺不了这三种化石能源。

尽管风能、太阳能，二氧化碳转化为化学品，CCS（carbon capture and storage，碳捕获与封存）、CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage，碳捕获、利用与封存），提高能效都会或多或少地对减碳有些贡献，都值得去鼓励探索和实施，但对天量排放的二氧化碳减低的比例是相当有限的。

在这种情况下我们怎么才能实现碳中和？这是我希望跟大家进一步探讨的。

关于碳中和的误区当前大众对碳中和的挑战及认知有一定局限，认为单一的技术路线或者技术突破能够解决碳中和问题，因此常存在几个误区：第一个误区是认为风能和太阳能比火电都便宜了，因此太阳能和风能完全可以取代火电实现碳中和。

这句话只对了1/5到1/6。

因为一年有8760小时，而中国的太阳能每年发电小时数因地而异，在1300小时到2000小时之间不等，很少有超过2000小时的区域，平均在1700小时左右:也就是说太阳能大约在1/5–1/6的时间段比火电便宜:而在其他4/5-5/6的时间段，如果要储电，其成本会远远高于火电。

风能每年发电的时间比太阳能略微长一点，是2000小时左右，但电是需要24小时供的，不能说一个电厂一年只供一两千小时，因为我们用电不能说有太阳有风的时候用电，没太阳、没风的时候就停电。

太阳能和风能是便宜了，但最大的问题是非稳定供电。

不可否认，中国的风能和太阳能发展了将近四十年，取得非常大的成绩，我们给这个领域做出贡献的科学家们以崇高的致敬。

但直到今天，风能、太阳能与煤电相比仍然是杯水车薪。

以2019年为例，全国的风能和太阳能加起来发电总量相当于1.92亿吨标准煤的发电量，而中国年发电耗煤大约是22亿吨煤，相当于18-19亿吨标准煤，也就是说，风能和太阳能只能占煤电的10%左右。

而且，电网靠电池储电的概念是非常危险的。

据估算，目前全世界5年的电池产能仅能满足东京全市停电3天的电能。

如果说我们有4/5的时间或者5/6的时间要靠电池储电，这是不可想象的。

况且，这个世界也没有那么多的钴和锂，没法让我们造那么多的电池。

在这种情况下，弃光弃风的问题非常严重，因为电网只能容纳15%的非稳定电源。

风能、太阳能发出来的电，电网没法全部承受。

如果继续增加风能、太阳能，同时大规模储能问题解决不了，只能废弃更多。

弃光弃风在中国有两方面的原因，一是技术因素，就是因为太阳能、风能是没办法预测的，电网小于15%可以容纳，多于15%容纳不了，这是一个很大的技术难题，到现在还不好解决:二是机制因素，地方保护主义的存在可能会让地方出于各种原因不用风电、光电、水电。

机制问题在中央大力推动“碳中和”的背景下是可以解决的，但技术问题，不容易解决。

因此，太阳能和风能需要大力发展，但在储电成本仍然很高的当前，在可见的未来仍然无法全部取代化石能源发电。

第二个误区是人们以为有个魔术般的大规模储电技术，认为如果储能技术进步，风能和太阳能就能彻底取代火电。

这个假设太大了，因为自铅酸电池发明至今一百多年来，人类花了数千亿美元的研发经费研究储能，可从铅酸电池的90千瓦时/立方米增加到今天特斯拉的260千瓦时/立方米，电池的能量密度并没有得到革命性的根本改变。

要知道，汽油是8600千瓦时/立方米。

同时，迄今大规模GW（十亿瓦特发电装机容量）级的储电最便宜的还是100多年前就被发明的抽水蓄能技术。