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

2021-07-23 15:26:27 中国能源网

编者按:2021年7月8日,以“碳中和与未来能源”为主题的“第三届未来能源大会”在北京召开,本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上,美国弗吉尼亚理工大学高级研究所所长、IEEE PES主席Saifur Rahman发表了“Challenges & Opportunities for Carbon-neutrality in the Global Electric Power Sector”的主旨演讲。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

Saifur Rahman:大家好,我是弗吉尼亚理工大学的赛义夫·拉曼教授。我是弗吉尼亚理工大学高级研究所的主任,也曾于2018和2019年担任IEEE电力与能源协会的主席。

在长篇大论之前,我们必须先谈谈能源被用在了哪里?发电来自哪一部分?什么来源?请看屏幕上方的图表,电力来自石油、煤炭、天然气、核能、水力、风能和太阳能,石油所占比例很小,发电量仅占3.1%,主要是在偏远地区,煤炭较为重要,占36.7%,其次是天然气23.5%,核能10.4%,水力15.8%,风能大约是5%,太阳能不到3%等等。这仅是用来发电的,如果大家想知道所有的能源使用分布情况,你们会发现情况是不同的,石油仅占电力来源的3.1%,而总体则为33.1%。为什么差距这么大?因为运输部门包括公路运输、海运、空运,这一切都是以石油为燃料的。煤炭占四分之一27%,天然气占24%,核能占4.2%,现在绝大部分的核能都用于发电。水力6.4%,风力2.2%,太阳能1.3%。

现在,情况发生了什么样的变化?在1985年至2019年的35年中,2019年是可获得的最新的数据。如果回到1985年,可以看到全球总产量约为10010太瓦时。这是35年前,今天大约是28000太瓦时,是过去的三倍。煤炭过去占比很大,现在仍然很大,1985年煤炭约占总量的45%,现在仍然大约是40%。天然气增长显著,因为随着整体产能的增加,煤的使用量没有以前那么多了。天然气填补了缺口,当然石油也减少了很多,核能也差不多,水力有所增长。最大的增长来自风能和太阳能。

大家可以在这张图里看到,我们看到如何利用可再生燃料解决未来的脱碳问题,让我们看看二氧化碳排放量。最高的20个国家,请看左边的表格。中国是目前二氧化碳排放量最高的国家高达90亿吨,其次是美国、印度、俄罗斯等等。屏幕右侧是一个饼状图,这里显示中国2019年排放量约占29%。接下来是美国,然后是印度,然后是俄罗斯等等。这些都是二氧化碳的排放大国。而争议在于屏幕的左侧,大家可以看到前20个国家,这是国家的二氧化碳排放总量。然而各国情况并不相同,中国的人口约为美国的三倍,所以如果我用另一种方式来计算,按照人口人均的方式来计算,各国排放情况又是什么样?看看,现在中国第一,美国第二,印度第三,沙特阿拉伯第10,澳大利亚第15。

看看这张按人均人口计算的图表,澳大利亚之前是第15,现在是第二。沙特阿拉伯之前是第10,现在是第一。美国是第三之前是第二,中国则一路降到第12。印度之前是第三,现在是第20。

这就取决于你计算的方法,按国家总量或按人均量,这场辩论我们现在无法解决,但它应该以这样的方式讨论。那么问题是排放从哪里来?我们看,从2000年20年前的数据,我给大家看这个是想说明情况并没有太大变化。在接下来几张幻灯片中你会明白,三分之一来自发电厂,三分之一来自运输业,20%来自直接工业使用,居住和商业则占12%,这是20年前的分类数据。

现在的情况,看屏幕右边,如果只看美国,美国的二氧化碳排放主要来自运输部门,而不再是发电厂,其次是工业和商业使用。以国家为单位的变化,在过去40年间,从1982年至今,中国过去排在美国和欧盟之后的第三位,而现在中国排名第一,是目前最大的,过去排放量不到20亿吨,现在则是每年100亿吨。从这一点上我们可以看出情况的变化,问题是在一些大量发电,也大量排放二氧化碳的国家,情况发生了怎样的变化?

如果把1990年作为100来参考,情况发生了什么变化?在过去的30年左右,英国已经从100变成了60,因为他们把所有的煤电厂都转变成了核能或天然气厂。德国已经从100大幅下降到68,法国从100降到80,日本仍然保持基本不变,美国也总体保持不变,澳大利亚排名上升了,因为澳大利亚现在更多用煤炭来发电,从而产生二氧化碳。这很有趣!

全球煤炭的使用情况如何?全球煤炭需求的75%以上来自亚洲国家,中国占了一半左右,每年消耗超过40亿吨左右煤炭,中国消耗了一半,印度排第二,五分之一,然后是其他亚太地区,如泰国、越南、马来西亚、印度尼西亚等等。然后是世界其他地方,世界其他地区的消耗量还不到10亿吨。好消息是在屏幕右侧,新建火力发电厂的进展如何?这张图表示火力发电厂获得最终投资批准的情况,获得批准之后开始施工。回到2010年,产能是100千兆瓦,也就是2010年获得批准的新产能。中国占了一半以上,再回到2018年,这个数字从100+降到20+跌幅很大。这意味着随着发展世界的煤炭用量越来越低,二氧化碳产量从而也越来越少。

现在看看中国,总体形势向好。2001年中国约1/4的电力来自水力、太阳能、风能,剩下的3/4来自热力,主要以煤炭为基础,2016年增长到了33.8%,2018年水力、太阳能、风能占37%。2030年是52%,也就是说到2030年,中国将有一半以上的电力来自可再生能源。很有趣!

因此2030年中国将开始减少二氧化碳的排放,煤炭并不是唯一的排放源,二氧化碳是主要污染气体,其他来源包括一氧化二氮、氢氟碳化物,全氟化碳化合物和六氟化硫,1997年全球排放量为300亿吨,2018年变成410亿吨,那么现在的问题是哪种能源的发电量更多?

左手边是英国,看看1990年到2019年的数据,1990年没有风能和太阳能可言,而现在它们占比巨大,大约25%来自风能和太阳能,煤炭在英国的使用量也很大,石油产量较少,而天然气产量增加了不少。1999年天然气产量几乎为零,现在是40%+,这是英国。

美国的数据类似,回到1990年水力与现在差不多,那时没有风能和太阳能,它们从2010年开始出现,现在已经超过了10%,天然气增加了煤炭减少了。德国也差不多,那么下一步会是什么样呢?这仅仅是美国,2018年美国发电量约为1000千兆瓦,预计到2050年将达到3400千兆瓦,但其中大部分将来自太阳能、风能、水力、核能和天然气,煤炭将会被淘汰,这是美国。

那我们该怎么办?减少发电行业的碳排放,如何做到?减少用电量,毫无疑问,或者减少燃料发电,也就是说更高效或者更多利用可再生能源和核能发电,这就是我们提出的解决方案。

这是今天的市场,在左侧,哪个国家的可再生能源产能更多?中国是最高的。中国的可再生能源发电量超过70万千兆瓦,主要是水力、太阳能和风能,美国第二、巴西第三,在如今全球的分类数据中,一半以上的可再生能源发电来自水力发电,23%来自向岸风、20%来自太阳能,这很好。

那么接下来就是成本,在屏幕的左边,太阳能过去每兆瓦时的成本超过350美元或每千瓦时35美分,现在已经降到4美分左右了,风能也差不多,煤炭一直保持在每千瓦时10美分左右。从2020年到2050年离岸风力发电成本将降到4美分,煤炭保持不变,太阳能将大幅降低,大约每千瓦时2美分。太阳能和向岸风这些都是未来,是我们发展前进的方向。

那么底线是什么?底线是如果我们继续减少电力行业的碳排放,我们只能做这么多,而如果其他行业的排放,主要是运输业不减少,我们就会面临严重的问题。我们将无法实现到2050年降低2℃的全球变暖目标,绝无可能。

那我们该怎么办?大规模推广电动汽车将有所帮助,这样我们就不会消耗那么多汽油,但是我们必须确保汽车所用的电不是来自煤炭。

大家可能知道今年我要竞选IEEE主席,选举将在年底举行,希望能得到你们的支持,谢谢大家!




责任编辑: 李颖

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