什么时间用什么能源可以替代石油?

时间:2021-02-28 22:05 点击:160

实现巴黎协定温升目标

能源转型将何去何从?

从20世纪后期开始,石油成为全球的主要能源。

到2018年,全球石油消费量44.96亿吨标油,占全球能源消费的31.5%,为占比最大能源品种。石油消费主要用于交通、工业、居民消费等,其中交通占比超过75%,石油化工占16%以上。

未来能源转型将主要由温室气体减排目标驱动。

● 2015年,《巴黎协定》提出,到2100年将温升控制在和1850年左右相比的2℃以下,争取做到1.5℃。

●2019年12月份欧盟提出的2050年温室气体中和的目标,2020年9月中国宣布争取2060年前实现碳中和的目标,加速了全球走向巴黎协定低于2℃和1.5℃温升目标的进程。

●之后日本、韩国提出了2050年碳中和目标,美国很可能在明年提出2050年碳中和目标,加上之前已经提出该目标的加拿大、新西兰、南非等,使得占全球近65%的国家在走向实现巴黎协定目标下的路径上。

这些国家占据了零碳技术主导地位,可以展望,国际社会已经开始走向实现巴黎协定温升目标的路上。

根据IPCC 第五次评估报告,以及IPCC1.5℃温升特别报告,如果要实现2℃和1.5℃温升目标,能源系统需要在2070年左右(2℃目标)、2050年左右(1.5℃)实现净零排放。

实现净零排放的主要途径是电力系统首先实现净零排放,终端部门则大规模使用电力,在某些难以减排的部门使用二氧化碳捕获和封存技术。

交通部门是实现净零排放的最为首要的终端部门,也是技术进展最大的部门。

在交通部门,实现净零排放的途径包括道路交通的电动化、氢动力化,以及生物燃油、船舶的电动化和氢动力化,难以电力化的铁路采用氢燃料电池驱动,飞机采用氢动力或者燃料电池以及生物燃料。

我们在2010年进行了我国几项重大零碳技术的路线图研究,包括电动汽车。根据该路线图,电动汽车可以在2025年实现技术翻转,性能超过燃油车,成本低于燃油车。加上政策推动,会出现汽车销售市场的变革。将2020年三大车展的车型与市场上销售的电动车进行对比分析,电动车的发展和路线图的数据一致。

可以展望,在全球走向实现《巴黎协定》目标路上,电动车的发展会很快,加上适当的政策,燃油车会逐渐退出。一些技术领先国家,在2040年到2050年间,汽车就会全面电动化。

氢燃料电池技术在道路交通中,将主要用于重型卡车。近期汽车用燃料电池技术在日本、欧洲、中国等国家发展迅速,成本明显下降。技术人员预计,到2025年氢燃料电池汽车可以具有市场竞争性。

各国能源供应格局不同,使用燃料电池的场景也会不同。由于本地零碳电力资源有限,而且核电发展受阻,日本和欧盟将依赖进口氢作为能源供应的主要部分,因而氢燃料电池技术需要广泛用于各种场景中,包括小汽车、大巴等。而中国、美国等,零碳一次能源供应潜力巨大,直接使用电力会更有效率。

在难以使用电池驱动的场景中,大型船舶以及难以电气化的火车、大型飞机,就需要使用氢燃料电池或者直接燃氢作为动力。目前大量资金已投入燃料电池研发中,未来十年燃料电池技术会进入市场化应用。根据欧盟和美国的研发计划,氢动力飞机将在2035年投入商用。考虑到大型飞机的寿命期,如果2050年实现净零排放的话,还有近一半的大型飞机需要使用生物航空煤油。

石油化工使用的石油,尽管在生产过程中有技术可以实现净零排放,但是产品中的碳在产品废弃处理时,还很有可能以二氧化碳的形式排放出来,因而欧盟的2050年温室气体中和战略中,力推以绿氢为基础的化工。

根据我们的研究,如果零碳电力价格低于0.15元/千瓦时,利用绿氢制造合成氨、苯、乙醇、乙烯等就具有成本竞争性。而我国在河北、甘肃、宁夏、青海、新疆等地区,拥有成本低于0.15元/千瓦时的可利用光伏潜力超过61亿千瓦,可以发电9万亿千瓦时,制氢2亿吨以上,远超需求的6000万吨氢。

总体上可以判断,在实现《巴黎协定》目标的能源转型和经济转型路径中,石油有可能在2050年被完全替代,替代的能源为零碳电力和氢。

来源:中国气象数据


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