向着“可再生能源时代”转型
汤广福
《范式变更：碳中和的长潮与大浪》 朱民 主编 中国出版集团 中译出版社
2015年11月30日，在巴黎气候大会上，碳中和成为全球的政治共识。在2020年12月12日的气候雄心峰会上，习近平主席宣布了更为具体的能源转型目标：“到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。”为了实现可持续发展目标，中国的能源必须完成从高碳向低碳、从低效向高效、从污染到清洁的三个转型，在能源生产侧实施清洁替代，在能源消费侧实施电能替代。
2021年，世界能源消费197.7亿吨标准煤，其中化石能源约占82%。同年，我国能源生产总量约46.6亿吨标准煤，能源消费总量52.4亿吨标准煤（其中清洁能源占16.6%），成为世界上最大的能源生产国和消费国。早在2017年，我国就超过美国成为全球第一大石油进口国；到2018年，我国超过日本成为世界最大天然气进口国。2021年，我国原油对外依存度达72%，天然气对外依存度达46%。而且我国能源消费的需求还在不断增长，根据中国工程院研究报告预测，2035年我国能源生产总量将达47亿吨标准煤，消费总量达57亿吨标准煤。未来，我国石油和天然气的供需矛盾将日益突出，对外依存度长期以来处于高位且有进一步加剧的趋势。同时，油气进口通道安全强烈依赖地缘政治，受地区政治不稳定因素的影响，油气供应面临着严重威胁。综上所述，我国能源安全供给所面临的局势可谓日益严峻。
我国能源的绿色发展面临着巨大挑战。首先，我国用能结构清洁程度低，温室气体排放量大。排放的二氧化碳中有90%是化石能源燃烧所带来的，而我国能源消费中的84%都来自化石能源。目前，我国已经是全球温室气体排放量最大的国家，2021年二氧化碳排放量为119亿吨，约占世界总量30%，距离2030年达到碳排放峰值的目标，面临的减排压力非常大。考虑到二氧化碳减排的全链条技术可行性，在终端更多地利用电、氢是必然选择，即电能消费的电气化和氢化，因为它们都可以方便地由可再生能源获得。其次，提升用能效率和节能减排潜力巨大。我国能源效率与电能在终端能源消费中的比例远低于发达国家水平，2021年我国电能占终端能源消费比重仅为27%。此外，我国单位GDP能耗虽不断下降，但仍为世界平均水平的1.5倍左右。
在国际上，为应对气候变化的挑战以及在碳中和竞争中占据领先优势，美国、日本等国均制定了相应的能源发展战略。美国自20世纪70年代两次石油危机后，就开始推进能源独立战略。2005年，美国页岩油气革命取得成功，油气产量大幅增长。其中石油对外依存度降低到20%左右，天然气从2017年开始实现净出口，整体能源对外依存度从峰值30.2%下降到2019年的3.6%。美国能源独立战略取得重大突破，引发世界能源版图和政治、经济、军事等格局的变化。欧盟最早且一直坚持能源低碳发展战略。2011年，欧盟公布了《2050年能源路线图》，确定欧盟能源战略的总目标，即“2050年可再生能源达到能源总消费量的50%，在现有基础上降低温室气体排放至少80%”。2018年，在欧盟能源消费中油气占比达61.7%，煤炭占比13.2%。德国、英国等推进“去煤化”“弃核化”，大力发展可再生能源，尤其是海上风电等。日本能源资源匮乏，能源自给率很低，化石能源对外依存度超过97%，因此制定了“节能优先，发展能源新技术”的发展战略。日本“节能优先”计划的目标是到2030年单位GDP能耗降至0.81吨标准油/万美元。2018年日本单位GDP能耗为0.91吨标准油/万美元，仅为世界平均水平的57%。同时，日本大力发展氢能、储能等能源新技术，抢占技术制高点，以提高能源自给能力。
从能源发展的历史来看，人类社会已经完成了两次能源转型：第一次转型是煤炭取代薪柴成为主体能源；第二次转型是石油和天然气取代煤炭成为主体能源。从未来的发展趋势来看，人类将继续从“石油时代”和“天然气时代”向“可再生能源时代”转型。这是世界范围内的能源转型发展趋势，不可逆转，来势凶猛。
（作者为中国工程院院士、怀柔实验室主任）