金之钧

 近日，bat365在线平台网站光华管理学院在线举行“光华思想力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光华教授等，一同围绕“能源革命与碳中和下的产业发展变革”“医疗科技与大健康产业”“人工智能与数字化转型”三个主题进行深入探讨。中国科学院院士、bat365在线平台网站能源研究院金之钧院长发表主题演讲并参加主题对话，以下根据发言内容整理。

 观点概览

l能源转型呈现多元化、低碳化、分散化、再电气化、数字化、智能化和全球化的“七化”特征。

l能源产业的变革发展趋势为“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主要方向，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因素。

l保障能源安全并同时实现经济增长，要“先立后破”，先满足社会需求，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障我国能源需求。

主题演讲

首先感谢光华管理学院邀请我来分享我们在碳中和背景下能源转型的一些思考。这些思考的主要观点是我个人的，很多资料是团队共同来完成的。我向大家分享三个问题：能源与碳中和的相关背景、能源转型的基本特征、能源产业变革趋势。

一、能源与碳中和的相关背景

关于能源的背景，我想从习近平总书记的几次讲话说起。2014年6月13日，他在中央财经领导小组第六次会议上强调，“谁掌握了能源，谁就可能掌握发展空间、掌握创造财富的重要源泉。”今年1月24日，在中央政治局第36次集体学习中，他又进一步讲到，“要坚持统筹谋划，在降碳的同时确保能源安全、产业链供应链安全、粮食安全，确保群众正常生活。”5月16日，他在《求是》杂志上发表文章，再次强调在碳达峰、碳中和的时代，要考虑以煤为主的国情。

（一）全球能源现状与发展趋势

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，其中原油和天然气分别占比33%和24%；煤炭占比27%；非化石能源占比16%。所以，现在我们进入了石油的时代。在这样的背景下，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，能源消费总量下降了4.5%，这是第二次世界大战以来降幅最大的一年，其中化石能源占比仍然达到83.1%，碳排放下降了6.3%。2021年，全球发生了能源危机，石油、天然气和煤炭大涨价，与2020年相比，石油价格增长了2.1倍，现在每天的价格都在100美元以上，天然气价格增加了7.5倍，煤炭价格增加了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，是最主要的碳排放来源。根据近十年的统计结果，从化石能源燃烧当中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%排到大气当中，所以大气中的二氧化碳浓度在持续增加。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）中国能源现状

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。其中石油和天然气分别占比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主要来自于化石能源，占比超过90%，另外水泥的制造占了一点点。

自工业革命以来，温度平均上升了1℃（0.8-1.2℃）。科学家预测，按照这样的速度，到2050年大概率可以增长1.5℃，到本世纪末增长2℃，甚至更高，这会带来两极冰川的融化、海平面的上升、恶劣气候，例如最近的高温气候等，对人类是很重要的一个威胁。

现在全球达成了共识，要控制二氧化碳的排放，同时人为地增加二氧化碳的消纳和碳汇，在某一个时间达到中和并不再向大气更多地排放二氧化碳，甚至可以从大气中回收二氧化碳再埋到地下，这就是碳中和的概念。现在我们认为减碳是最主要的手段，减碳有五大领域：能源领域、交通领域、建筑领域、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。另外，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（通过加氢反应形成甲醇或乙烯等）。

二、能源转型的基本特征

能源转型呈现多元化、低碳化、分散化、再电气化、数字化、智能化和全球化的“七化”特征。下面我对这七个特征进行逐一简单介绍。

（一）多元化

根据多家机构的预测，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天下的局面。在碳中和背景下，这一天一定会到来，还可能提前到来。可再生能源本来就是多元的，即便是在传统的石油领域，将来也是多元的：有常规的石油，有非常规的石油（如页岩油、油页岩油、煤制油等）。天然气也是多元的，有常规的天然气，有致密气，有页岩气，还有无机的甲烷气、煤制气或地下转化的天然气等。

（二）低碳化

现在能源转型的基本特征就是向低碳化转型，这是主流方向。不同的机构对未来能源增长领域的预测主要在两个方面：天然气和可再生能源将成为满足未来能源需求增长的主力，这个大趋势非常明显。下图左侧是按照现行政策到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。根据国际能源署预测，未来增长最快的是光伏，其次是风能，再次是天然气。

 

全球不同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，能源系统必然从过去的集中化转向分散化。电能输送以后有一些工业的应用，形成微网结构。工业园当中有当地的风电、太阳能发电、地热发电等，既消耗电力又同时发电的系统构成了完整的微网系统。未来居民既是消费端，也是单个的发电厂，我们开的电动汽车还是一个储能的装备，房顶的太阳能发电既可以满足自己的用电，也可以向微网输送。总之，现代能源电力系统比传统的要复杂得多。

（四）再电气化

化石能源的减少以及电动汽车对燃油汽车的迅速替代必然带来再电气化的过程。国电投的研究认为，到2050年，工业领域的电气化率从目前的30%可以提高到50%；交通领域的电气化率从5%迅速增长到50%，是增长最快的；建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，下面又分各种各样的子系统，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，各个子系统构成大的能源网络。在这个过程中，数字化将为能源提质增效带来革命性的变化，数字化技术可以将能效提升20%左右，这是非常有潜力的领域。

（六）智能化

随着计算机技术，特别是深度学习的发展，智能化在未来能源领域也是非常重要的，主要建立在物联网、大数据和云计算基础之上。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未来是非常重要的应用领域，这些都可以智能化。有人说数字化和智能化是一样的，实际上是不一样的，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

美国学者杰里米·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，国家主席习近平在联合国发展峰会上发表重要讲话，倡议探讨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求。这个倡议发出以后，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多个国家响应。

三、能源产业变革趋势

能源产业的变革发展有各种各样的趋势，我在已有工作的基础上将其凝练为“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代、煤炭时代，上个世纪50-60年代进入了石油时代，现在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非常迅速的。石油公司也有一些转型，在全球也有多个新能源项目的部署，通过并购、增加技术研发和投资介入到新能源当中去。另外一个转变，是从石油和能源公司向非油业务混合型公司发展。

我要重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范围内的分布是高度不均匀的。现在我们转向的太阳能和风能在全球分布也有不均匀性，但是这个资源是普惠的。而技术，特别是低成本的技术将在这场转变中发挥关键性的作用。因此，从资源为王向技术为王的转变是一个很重要的特征。从碳中和的角度，风电光伏、储能、电网改造等构建新型电力系统的技术，分布式能源等数字技术，碳封存利用技术，还有地热、光伏建筑一体化技术，氢能等工业领域技术非常重要。

新型电力系统技术。在新型电力系统中，对波动性比较大的风能和太阳能的消纳能力是一个关键考核指标。现在中国电力系统的消纳能力大约10%左右，处在第二方队，现在有的国家最高可以达到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。储能技术是核心技术，储存能量涉及很重要的技术路线的选择。现在全球90%运用的是物理储能，例如将水抽到高处，到了用电高峰时再放出来发电，用电波谷时抽水发电，弥补高峰期的用量。电化学储能是一个牛鼻子，其中90%是利用锂电池储能。有人做过研究，如果人类大部分电动汽车以锂电池作为燃料，锂的资源量只能满足人类需求的一半。现在科学家又把目光瞄向镍，用以代替锂的电池开发。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%。未来开发高性能、低成本的化学电池是一个主要方向。

二氧化碳利用技术。主要是加氢制甲醇和烯烃，但是现在不赚钱，制甲醇的投入是108元，产出是80元，这个亏本的买卖谁都不会做；制烯烃的投入是216元，产出是205元，接近成本了，要想办法开发高效率的催化剂，让技术过程至少达到收支平衡，这个事就可以做了。所以，二氧化碳利用技术是一件非常有前途、有意义的技术。

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个大型项目实行二氧化碳封存，大概封存量是4000万吨，77.8%的项目用于二氧化碳驱提高采收率项目。中国二氧化碳封存主要是用来提高采收率，以两大石油公司为主，当然也有国家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，大概到2050年捕集埋藏的二氧化碳达到8亿吨，能够拉动3000-3500亿的经济增长，效益非常可观。如果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（如果2060年能够商业化）；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可调度的电力，可以说我们整个电力系统将是非常稳定的。

氢能技术。氢能技术主要是制氢、储氢和氢的应用三部分。在制氢方面，目前比较看好电解水制氢，光催化制氢效率太低，而真正便宜的是煤制氢和天然气制氢。国外走的技术路线是天然气制氢+CCS，国际能源署估计，到2050年，氢气当中来自于天然气制氢的将占40%。中国选择的路线是电解水制氢，路径是不一样的。我个人以为煤制氢+CCS应该是我们未来的路径。储氢方面，有吸附、液态和固态，现在研究已经证明固态的效率是最高的。氢的利用主要是氢汽车，特别是代替柴油的重卡车，未来还有氢气加到二氧化碳化学反应当中。氢从哪里来？这是非常关键的。我个人有一个梦想，要在自然界中寻找氢气田。地球深部有大量的氢存在，岩石相互反应也能释放氢气，所以我们有可能找到自然界当中的氢气。

核聚变技术。一旦核聚变技术取得突破将成为人类的“终极能源”。首先它不再具有对人类健康产生威胁的放射性，或变得很小，而且主要原料在海水当中就可以提炼，可以供人类使用100亿年，取之不尽、用之不竭。从这个角度讲，技术创造未来的能源，技术改造未来的能源格局，技术也是具有最大不确定性的因素，颠覆性技术决定着我们未来碳中和的质量、速度和成本。

四、总结

最后小结一下今天的报告，控制二氧化碳排放从而控制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主要方向；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因素。

主题对话

主持人：金院长，在我国以煤炭能源为主的国情下，如何在碳减排的同时保障能源安全并实现经济增长？

金之钧：在一次能源消费当中，煤炭和石油是化石能源二氧化碳的主要排放源，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体系是中国的基本国情，决定了实现碳中和的艰巨性。如何处理好这个关系，确保我国能源供应安全将是我们科学家、政治家和企业家要联手回答的一个重要问题、面对的一个严峻挑战。这个挑战可以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下降，如果搞不好可能会翻车。

 

重点国家与地区碳排放总量历史变化（单位：百万吨）

2020年首次提出碳中和之后，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，特别是带来了煤炭供应的紧缺，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生产，影响了GDP的增长。这个问题稍有不慎就会出现这种情况。

那如何来处理呢？这个路径应该也是清楚的。中央政治局会议也明确指出，碳达峰碳中和一定要“先立后破”，先满足社会需求，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，以保障我们的能源电力需求。只有清洁能源先发展起来，一部分落后的煤电发电才能关掉。所以，我们当前要把安全和经济增长放在首位。经济增长是我们的生存权，当前中国的主旋律仍然是发展，通过发展解决所有的问题，特别是改革开放带来的系列问题，不发展是死路一条的。

谢谢各位！

（本文在演讲、对话全文基础上略有修订）

作者单位：bat365在线平台网站能源研究院

 

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