云南省碳中和技術(shù)路線與行動方案

曹 成，侯正猛，熊 鷹，羅佳順，方琰藜，孫 偉，廖建興

(1.西南石油大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500；2.克勞斯塔爾工業(yè)大學(xué) 地下能源系統(tǒng)研究所，德國克勞斯塔爾-采勒費(fèi)爾德 38678；3.云南省中-德藍(lán)色礦山與特殊地下空間開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 云南 昆明 650093；4.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；5.貴州大學(xué) 土木工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

碳排放是導(dǎo)致全球氣候變暖的主要原因[1-2]。為了減緩碳排放對氣候的影響，全球共有超過170個國家于2016年簽署了《巴黎協(xié)定》。該協(xié)定的長期目標(biāo)是將全球平均氣溫比前工業(yè)化時期平均氣溫的上升幅度控制在2 ℃以內(nèi)，并努力將溫度上升幅度盡量限制在1.5 ℃以內(nèi)。中國不僅簽署了《巴黎協(xié)定》，還在發(fā)展中國家中率先提出了具體的碳達(dá)峰和碳中和時間表。2020年9月22日，中國國家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國大會上鄭重提出中國二氧化碳減排兩階段目標(biāo)：力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，體現(xiàn)了中國應(yīng)對全球氣候變化的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。中國目前是世界上年碳排放量最多的國家，因此碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)困難重重?？紤]到歐美等世界主要發(fā)達(dá)國家從碳達(dá)峰到實(shí)現(xiàn)碳中和往往需要60～80年，而中國計(jì)劃僅用30年實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，因此更是面臨著巨大挑戰(zhàn)。

自碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)提出以來，李孥等[3]研究了碳中和目標(biāo)下天然氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑，鄒才能等[4]研究了世界能源轉(zhuǎn)型對中國碳中和的意義，Zou等[5]研究了新能源在實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)過程中的作用；此外，一些學(xué)者從WEF[6]、碳交易制度[7]、CCUS（二氧化碳捕獲、利用與封存）[8]等不同行業(yè)領(lǐng)域提出了行業(yè)發(fā)展意見和政策建議，為各行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)提供了參考。但是，已有研究往往是從行業(yè)角度分析，并未提出總體的碳中和路線和行動方案，存在一定的局限性。為此，本文擬考察碳中和技術(shù)路線和行動方案，為中國實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)提供借鑒?？紤]到中國幅員遼闊，不同省份的資源稟賦及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)條件差異顯著，因此不同省份實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的技術(shù)路線必定有所差異。本文以中等省份云南省為例，詳細(xì)分析其能源結(jié)構(gòu)和碳排放現(xiàn)狀，并對其林業(yè)碳匯潛力進(jìn)行分析，從而歸納總結(jié)出云南省碳中和技術(shù)路線與行動方案，為云南省碳中和政策制定提供參考依據(jù)，并為中國其他省份的碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供借鑒。

1 云南省能源結(jié)構(gòu)

1.1 能源生產(chǎn)情況

云南省2020年發(fā)電裝機(jī)及發(fā)電情況如表1所示。云南省水電資源豐富，在發(fā)電裝機(jī)中占據(jù)主導(dǎo)。截至2020年底,云南省全口徑發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到了1.03×108kW。以水電為主的清潔能源裝機(jī)容量為8.83×107kW，清潔能源裝機(jī)占比達(dá)到85.4%。其中，水電裝機(jī)容量約為7.56×107kW，風(fēng)電裝機(jī)容量約為8.81×106kW，光伏裝機(jī)容量約為3.93×106kW，火電裝機(jī)容量約為1.51×107kW。

表1 云南省2020年發(fā)電裝機(jī)及發(fā)電情況（數(shù)據(jù)來源文獻(xiàn)[9]）Tab.1 Installed power generation capacity and power generation situation in Yunnan Province in 2020(data from reference [9])

云南省和全國近5年清潔能源發(fā)電情況如表2所示。由表2可以看到，云南省清潔能源發(fā)電量占比連續(xù)5年均保持90%左右，比全國平均占比約高出63%。云南省清潔能源交易電量占比高達(dá)97%，清潔能源發(fā)電占比等指標(biāo)全國領(lǐng)先，并達(dá)到了世界一流水平，因此云南省具有很好的碳中和實(shí)現(xiàn)條件。

表2 近5年云南省和全國平均清潔能源發(fā)電對比Tab.2 Clean energy generation in Yunnan Province and China between 2016 and 2020

2020年云南省全社會用電量達(dá)到2.03×1011kW·h時，其中，第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)及城鄉(xiāng)居民生活用電量分別為1.87×109kW·h、1.49×1011kW·h、2.53×1010kW·h、2.68×1010kW·h。全年外送電量1.66×1011kW·h，與前一年同期持平。近年來，云南省用電需求快速增長，到2025年云南省全社會用電量將達(dá)到3.115×1011kW·h。根據(jù)在建電源投產(chǎn)時序測算，2022年云南省電力供需基本平衡，2023年電量供給開始出現(xiàn)明顯缺額，2023—2025年出現(xiàn)8.5×109～2.8×1010kW·h電量缺額，主要為冬季枯水季結(jié)構(gòu)性枯期缺電。

1.2 能源消費(fèi)情況

云南省油氣資源并不豐富，化石能源消費(fèi)以煤炭為主。2019年，世界產(chǎn)煤8.129×109t；中國產(chǎn)煤3.846×109t，同比增長4%。近年來，云南省產(chǎn)煤量逐漸升高，2019年產(chǎn)煤4.78×107t。根據(jù)《云南省煤炭產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展三年行動計(jì)劃（2019—2021年）》：2020年原煤產(chǎn)量控制在5.8×107t以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值500億元；2021年原煤產(chǎn)量控制在8×107t以內(nèi)，力爭實(shí)現(xiàn)工業(yè)總產(chǎn)值1 000億元，利稅總額180億元。

云南省煤炭生產(chǎn)和消耗情況如圖1所示。由圖1可以看出，2019年云南省耗煤8.8×107t，人均年耗煤1.9 t，比中國的人均耗煤低30%。由此可見，云南省具有較好的碳中和實(shí)現(xiàn)條件。根據(jù)云南省能源局預(yù)測，2025年云南省耗煤將達(dá)到1.01×108t，其中電力耗煤將從2019年的1.434×107t增加至4.5×107t。

圖1 云南省煤炭生產(chǎn)和消耗情況（數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[9]）Fig.1 Coal production and consumption in Yunnan province (data from reference [9])

2 云南省碳排放現(xiàn)狀

2.1 碳排放總量與來源

據(jù)《中國碳核算數(shù)據(jù)庫》發(fā)布的碳排放數(shù)據(jù)[10]，云南省碳排放總量如圖2所示。由圖2可以看出，近年來云南省年碳排放總量約2×108t，云南省人均碳排放量約4 t，僅為中國人均碳排放量的51.3%（約7.8 t），進(jìn)一步說明云南省具有實(shí)現(xiàn)碳中和較好的基礎(chǔ)條件。

圖2 云南省碳排放總量（數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[10]）Fig.2 Total carbon emissions in Yunnan Province (data from reference [10])

云南省碳排放來源分布如圖3所示。由圖3可以看出：煤炭行業(yè)仍然是最主要的碳排放來源，近年來占比高達(dá)76%；其次是水泥行業(yè)，碳排放占比為17%；原油和天然氣的碳排放相對較低，分別僅占碳排放總量的6%和1%。由此可見，降低煤炭使用量是云南省減少碳排放最為重要的途徑。

圖3 云南省碳排放來源（數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[10]）Fig.3 Total carbon emissions in Yunnan Province (data from reference [10])

2.2 重點(diǎn)排放行業(yè)

云南省主要碳排放行業(yè)的排放量及其占比如表3所示。

由表3可知：礦業(yè)領(lǐng)域是碳排放最多的行業(yè)，其中：非金屬礦物制品業(yè)碳排放量最高為4.358×107t，占云南省碳排放總量的21.99%；其次為黑色金屬冶金業(yè)，其碳排放量為3.285×107t，占比16.57%。電力、蒸汽、熱水生產(chǎn)供應(yīng)相關(guān)行業(yè)碳排放也高達(dá)2.928×107t，占比14.77%。除此之外，運(yùn)輸、倉儲、郵電服務(wù)相關(guān)行業(yè)和煤炭開采產(chǎn)生的碳排放也接近2×107t?？傮w來看，云南省碳排放量超過1×107t的有六大領(lǐng)域，分別為非金屬礦物制品業(yè)、黑色金屬冶金業(yè)、電力/蒸汽/熱水生產(chǎn)供應(yīng)業(yè)、運(yùn)輸/倉儲/郵電服務(wù)業(yè)、煤炭開采業(yè)，以及化工原料及化工產(chǎn)品業(yè)。這六大領(lǐng)域的碳排放之和占云南全省碳排放總量的81.47%，因此推動這些產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型是云南省碳減排戰(zhàn)略的重中之重。

表3 云南省二氧化碳排放超過0.2×107 t的行業(yè)（數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[10]）Tab.3 Industries with more than 0.2×107 t of CO2 emissions in Yunnan Province (data from reference [10])

2.3 碳匯潛力

自然碳匯是固碳減排的重要環(huán)節(jié)，其實(shí)現(xiàn)途徑是利用植物的光合作用，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物，并以有機(jī)碳的形式固定在植物體內(nèi)或者土壤之中[11]。云南省作為中國林業(yè)大省，其林地面積、森林面積、森林蓄積量3項(xiàng)指標(biāo)均居全國第2位，自然條件優(yōu)越。因此，云南省森林碳匯功能將為云南省實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)作出巨大貢獻(xiàn)。根據(jù)2020年云南省環(huán)境狀況公報(bào)顯示[12]，云南省林地面積為 2.83×107hm2，森林面積為 2.49×107hm2，森林蓄積量為2.07×109m3，森林覆蓋率65.04%，各項(xiàng)指標(biāo)與2010年代相比均有小幅增長[13]。并且，云南省湖泊（1 037 km2）和濕地（3 983 km2）資源豐富，也具有一定的碳匯能力[14]。根據(jù)《中華人民共和國氣候變化第三次國家信息通報(bào)》，2014年中國林業(yè)的碳匯為吸收二氧化碳1.115×1010t[15]。由于云南省的森林蓄積量占中國的比例約為11%[16]，因此可以得到云南省林業(yè)的年均碳匯吸收二氧化碳約為1.23×108t。需要指出的是，本文估算的云南省年均碳匯（吸收二氧化碳1.23×108t）是一個非常保守的評估數(shù)據(jù)。Wang等[17]基于林業(yè)面積和大氣中監(jiān)測的二氧化碳濃度數(shù)據(jù)計(jì)算得到，中國陸地生態(tài)系統(tǒng)年均吸收碳約為1.11×109t，相當(dāng)于吸收二氧化碳4.074×109t，云南省森林年均吸收二氧化碳約為4.48×108t。作者從文獻(xiàn)[16]的通信作者之一、中國科學(xué)院大氣物理研究所劉毅研究員處了解到其團(tuán)隊(duì)對該數(shù)據(jù)做了進(jìn)一步修正，根據(jù)高分辨率模式和更多補(bǔ)充數(shù)據(jù)計(jì)算得到修正后的碳匯大約降低了20%左右，即中國年均二氧化碳碳匯約為3.259×109t。由此可見，不同機(jī)構(gòu)計(jì)算得到的碳匯存在較大差異，同一機(jī)構(gòu)提出的碳匯計(jì)算也需要進(jìn)行修正，碳匯的計(jì)算和核實(shí)尚存在較大爭議。但是，由于林業(yè)資源豐富，云南省的碳匯能力在全國排名前列是公認(rèn)的事實(shí)。

3 云南省碳中和技術(shù)路線與行動方案

3.1 碳中和技術(shù)路線

在2021年2月19日召開的中央全面深化改革委員會第十八次會議上，習(xí)近平總書記明確提出：要圍繞推動全面綠色轉(zhuǎn)型深化改革，建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)體系，統(tǒng)籌制定2030年前碳排放達(dá)峰行動方案，使發(fā)展建立在高效利用資源、嚴(yán)格保護(hù)生態(tài)環(huán)境、有效控制溫室氣體排放的基礎(chǔ)上，推動中國綠色發(fā)展邁上新臺階。由于中國幅員遼闊，各省市資源稟賦和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等存在差異，因此各省市實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和的途徑必定有所差異。

2021年全國各省市相繼發(fā)布了政府工作報(bào)告及“十四五”規(guī)劃，并明確了碳達(dá)峰任務(wù)。云南省也明確指出要“為國家碳達(dá)峰、碳中和作貢獻(xiàn)”。目前，雖然各省市均提出將以實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和作為短中期的主要政策目標(biāo)，但是對于具體的碳中和技術(shù)路線和行動方案仍不明確。侯正猛教授針對云南省碳中和與綠色發(fā)展的戰(zhàn)略、技術(shù)路線和行動方案提出了22條建議[17]，具體包括：政策落實(shí)本地化、循環(huán)經(jīng)濟(jì)綠色化、排放碳匯中和化、消費(fèi)行為革命化、提效節(jié)能大眾化、能源供給再生化、能源利用電氣化、減碳增氫產(chǎn)業(yè)化、產(chǎn)儲運(yùn)用耦合化、地下空間能源化、能源利用數(shù)智化、政產(chǎn)學(xué)研互動化、科技創(chuàng)新人本化、減排增匯定量化、總量排放市場化、電力交易期貨化、研發(fā)雙創(chuàng)基金化、政府基金滾動化、示范推廣園區(qū)化、技術(shù)推廣標(biāo)準(zhǔn)化、歐洲合作引領(lǐng)化、南亞東盟重點(diǎn)化?；谠颇鲜〉漠a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和資源稟賦，云南省應(yīng)著力加大可再生資源開發(fā)利用，推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并充分利用礦山等地下空間，實(shí)現(xiàn)氫能制備、運(yùn)輸、儲存、利用產(chǎn)業(yè)化。采用礦山抽水蓄能及二氧化碳生化反應(yīng)合成甲烷等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源高效儲存與二氧化碳資源化利用，并建設(shè)穩(wěn)定、安全、高效的能源供給系統(tǒng)。

3.2 碳中和行動方案

3.2.1 大力發(fā)展可再生能源

2020年12月12日，中國國家主席習(xí)近平在氣候雄心峰會上提出：到2030年，中國非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右，風(fēng)電、光伏裝機(jī)容量將達(dá)到1.2×109kW以上。根據(jù)國家能源局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2020年9月底，中國風(fēng)電裝機(jī)容量為2.23×108kW、光伏發(fā)電裝機(jī)容量為2.23×108kW，二者合計(jì)4.46×108kW。因此，全國未來10年將要新增風(fēng)電、光伏裝機(jī)7×108kW以上，云南省能為此作出巨大貢獻(xiàn)。由于云南省2023—2025年可能存在8.5×109～2.8×1010kW·h的結(jié)構(gòu)性電量缺額，因此云南省也應(yīng)大力發(fā)展可再生能源來解決該問題。加大可再生能源的開發(fā)與利用，大力提高水、風(fēng)、光和生物能及地?zé)嵩谀茉唇Y(jié)構(gòu)中的占比。

云南可再生資源開發(fā)潛能如表4所示。由表4可以看出云南省具有較好的可再生資源條件。全年太陽總輻射量高達(dá)3 620～6 682 MJ/m2，并且大多數(shù)地區(qū)的年平均太陽總輻射量為4 500～6 000 MJ/m2，大部分地區(qū)年日照時間超過2 000 h，年滿發(fā)小時數(shù)可以達(dá)到1 300 h左右[18]。云南省可以充分利用豐富的太陽能資源，以電價(jià)補(bǔ)貼的方式鼓勵居民安裝人均約1 kW的分布式光伏熱電聯(lián)產(chǎn)智能系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)光伏鄉(xiāng)村振興。云南省風(fēng)電儲量達(dá)1.23×108kW、可開發(fā)達(dá)潛能為2.82×107kW。云南水能蘊(yùn)藏量超過1×108kW，占全國總量的21%，居全國第3位，經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量達(dá)9.795×107kW，全省目前尚有待開發(fā)的水電潛力近3.8×107kW，因此，云南省應(yīng)研究開發(fā)金沙江中游龍頭水庫，進(jìn)一步發(fā)揮好以水電為主的綠色能源資源優(yōu)勢。

表4 云南可再生資源開發(fā)潛能（數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[9,19]）Tab.4 Development potential of renewable resources in Yunnan Province (data from reference [9,19])

3.2.2 推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展

氫能因其具有來源豐富、綠色環(huán)保、能量密度大、轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛認(rèn)為是人類社會發(fā)展的理想能源，并且是繼化石燃料之后最具競爭力的能量載體。根據(jù)國際氫能委員會（Hydrogen Council）預(yù)測，到2050年，氫能將在全球范圍內(nèi)創(chuàng)造3 000萬個工作崗位，減少二氧化碳排放6×109t，創(chuàng)造2.5萬億美元產(chǎn)值，在全球能源中所占比重有望達(dá)到18%[19]。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì)，到2030年中國氫氣需求量將高達(dá)3.5×108t。到2050年，氫能將在中國終端能源體系中占比達(dá)到10%以上，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值高達(dá)12萬億元，屆時氫能產(chǎn)業(yè)將成為引領(lǐng)中國經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的新增長極。目前，德國、韓國、日本、荷蘭等國家已經(jīng)出臺了國家級氫能戰(zhàn)略，中國尚未出臺全國性的氫能發(fā)展規(guī)劃。不過《關(guān)于2019年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展計(jì)劃執(zhí)行情況與2020年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展計(jì)劃草案的報(bào)告》指出“制定國家氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃”，山東省和四川省已于2020年先后發(fā)布了省級氫能發(fā)展規(guī)劃。因此，云南省應(yīng)該搶抓氫能發(fā)展機(jī)遇，率先布局氫能產(chǎn)業(yè)。

考慮到云南省的水電、風(fēng)電、光電等可再生資源較為豐富，應(yīng)著力發(fā)展電解水制氫產(chǎn)業(yè)。在氫能利用領(lǐng)域，首先，推動氫燃料電池和氫能汽車的運(yùn)用；然后，利用氫作為還原劑逐步代替焦炭在煉鋼煉鐵及有色冶金和化工領(lǐng)域的使用，從而實(shí)現(xiàn)難以減排領(lǐng)域的深度脫碳。云南省還應(yīng)充分利用中緬天然氣管道過境的優(yōu)勢，開展天然氣摻氫的低成本高效利用，在不改變天然氣管道的條件下天然氣摻氫濃度可達(dá)20%。除此之外，氫還可以通過化學(xué)反應(yīng)合成甲醇、氨及二甲醚等化工產(chǎn)品，減少化工領(lǐng)域?qū)系囊蕾?。總之，云南省?yīng)開展氫能制備、儲存、運(yùn)輸、利用等相關(guān)設(shè)備和技術(shù)的研發(fā)、示范、推廣國際合作和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，帶動云南省氫燃料電池等產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵材料與部件等多個領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，建設(shè)集生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸和利用為一體的一流綠色氫能產(chǎn)業(yè)鏈。

3.2.3 充分利用地下空間儲能

地下空間儲存容量高，是重要的儲能場所，儲能形式包括抽水蓄能、壓縮空氣、天然氣、氫氣等[20-24]。將水能、風(fēng)能、太陽能等可再生能源產(chǎn)生的過剩電能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，可以實(shí)現(xiàn)地下大規(guī)模儲存。云南省廢棄礦山采空區(qū)高達(dá)1.5×109m3，具有巨大的儲能潛力。利用廢棄礦山采空區(qū)儲能不占用土地，同時還能有效解決廢棄礦山空間的必要維護(hù)和生態(tài)保護(hù)問題。云南省可將大紅山銅礦等可利用礦井空間逐步改造建成礦山抽水蓄能發(fā)電站，以起到調(diào)峰的作用，即在電力供大于求時抽水蓄電，在電力供不應(yīng)求時放水發(fā)電。根據(jù)礦山空間可利用率8%和平均高差600 m的保守估算，則云南省利用礦井抽水蓄能潛力高達(dá)3.29×1010(kW·h)/a。

鹽巖因其極低的滲透特性、良好的蠕變及損傷恢復(fù)特性，也是理想的能源地下儲存介質(zhì)。中國已有在層狀鹽巖中建造鹽穴儲庫儲存天然氣及壓縮空氣的工程先例，而儲氫庫尚未建設(shè)。目前，世界上有3座正在運(yùn)行的鹽穴儲氫庫，英國1座，美國2座，均已成功運(yùn)營30多年。昆明以西的安寧盆地具有發(fā)育較好的安寧鹽巖礦床，含鹽系分布約80 km2，其中保存較好的鹽層地段有60 km2，因此，云南省可以充分利用安寧的地下鹽穴，將其建成為多功能大規(guī)模地下儲能庫。根據(jù)安資2井測井資料，鹽巖累計(jì)厚度335 m，單層厚度最高135 m，在豎直方向從上到下共有3處鹽層可用于建造大規(guī)模多功能鹽穴儲庫[25]。

云南省可以利用鹽礦、枯竭油氣藏和深部咸水層，結(jié)合CCUS技術(shù)進(jìn)行儲能。盡管云南省缺油少氣，但鄰近的四川省是天然氣大省卻沒有條件好的鹽礦（如云南安寧）建造大型鹽穴儲能庫群，通過合作，云南省可利用四川大量枯竭氣藏作為大型生化反應(yīng)器，采用產(chǎn)甲烷菌將二氧化碳和氫氣轉(zhuǎn)化為甲烷，并將生成的甲烷儲存于地下空間，從而實(shí)現(xiàn)非純氫的零（負(fù)）排放經(jīng)濟(jì)利用，以及二氧化碳的資源化利用，同時還可以建成天然氣地下儲氣庫。

3.2.4 推動能源產(chǎn)儲運(yùn)用一體化

由于云南省水能、風(fēng)能、太陽能等可再生資源豐富，隨著可再生資源的大力開發(fā)，可再生能源在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的占比可達(dá)到100%。為了促進(jìn)資源的有效利用，侯正猛教授于2018年提出了基于能源多板塊智能耦合的綠色能源系統(tǒng)（ENSYSCO）[26]，見圖4。通過交通運(yùn)輸網(wǎng)、油氣管網(wǎng)及電網(wǎng)等實(shí)體網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)、監(jiān)控網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等虛擬網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)能源的生產(chǎn)、儲運(yùn)及利用三大版塊的智慧耦合。

圖4 ENSYSCO數(shù)智綠色能源系統(tǒng)示意圖[26]Fig.4 Schematic diagram of ENSYSCO digital intelligence green energy system [26]

云南省在利用ENSYSCO數(shù)智綠色能源系統(tǒng)時應(yīng)著重注意以下3點(diǎn)。

一是，構(gòu)建能源系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)測、調(diào)整和核算網(wǎng)絡(luò)，如圖5所示。利用人工智能、大數(shù)據(jù)及區(qū)塊鏈等技術(shù)對能源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測、預(yù)測和控制，根據(jù)各種能源的實(shí)時供需狀況，實(shí)現(xiàn)水、光、風(fēng)、地?zé)岬瓤稍偕茉磁c傳統(tǒng)化石能源在生產(chǎn)、儲運(yùn)和利用等各個板塊的互補(bǔ)。二是，云南省可以利用安寧鹽穴儲能及礦井抽水蓄能實(shí)現(xiàn)地下大規(guī)模儲存分布式能源。三是，云南省還可以利用數(shù)字化智能化能源網(wǎng)絡(luò)的信息交換和監(jiān)控功能，根據(jù)能源需求實(shí)現(xiàn)工業(yè)和居民分布式能源按需供給，從而建成穩(wěn)定、安全、高效的能源供給系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源產(chǎn)-儲-運(yùn)-用一體化。

圖5 能源系統(tǒng)的實(shí)時監(jiān)測、調(diào)整和核算網(wǎng)絡(luò)示意圖[26]Fig.5 Schematic diagram of the detection,adjustment and accounting network of the energy system[26]

4 云南省碳中和目標(biāo)下的碳排放預(yù)測

4.1 重點(diǎn)行業(yè)碳排放預(yù)測

由第2.2節(jié)可知，云南省六大領(lǐng)域的碳排放之和占比超過云南全省碳排放總量的80%。因此，實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵在于推動這些領(lǐng)域的碳減排。根據(jù)已公開的2010—2017年云南省六大行業(yè)二氧化碳排放數(shù)據(jù)的趨勢線，結(jié)合已知政策的約束，以及假設(shè)條件比如氫能在冶金行業(yè)中到2060年完全取代原煤供能，按照比例估算出云南省六大領(lǐng)域二氧化碳排放預(yù)測結(jié)果，如圖6所示。

圖6 云南省主要碳排放行業(yè)二氧化碳排放預(yù)測Fig.6 Carbon dioxide emission forecast of major industries in Yunnan Province

1）云南省近年來非金屬礦物制品業(yè)穩(wěn)定增長，二氧化碳排放量逐步增加，預(yù)計(jì)按此增加趨勢在2025年達(dá)到二氧化碳排放量峰值，約4.938×107t，其中原煤來源的二氧化碳排放量約占23.9%。假設(shè)到2060年氫能完全取代原煤供能，同時根據(jù)中金公司研究部估算[27]，到2060年產(chǎn)業(yè)總體能耗下降20%～35%，據(jù)此估算云南省非金屬礦物制品業(yè)整體碳減排約51%。

2）云南省冶金產(chǎn)業(yè)2017年二氧化碳排放量約3.3×107t，約占全省總排放量的17%～21%。隨著可再生能源電解水制氫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，氫氣可逐步取代煤炭作為還原劑和供能使用，云南省冶金產(chǎn)業(yè)氫能利用有望走在全國前列。云南省可借鑒奧地利的鋼鐵工業(yè)氫能利用規(guī)劃實(shí)施碳減排，即2030年氫能替代率和碳減排達(dá)到30%，到2050年實(shí)現(xiàn)鋼鐵工業(yè)近零碳排放。

3）云南省的電力/蒸汽/熱水生產(chǎn)供應(yīng)業(yè)的碳排放主要來自煤電。根據(jù)云南省能源局預(yù)測，近幾年火電發(fā)電量會進(jìn)一步上升，2025年發(fā)電耗煤將達(dá)到4.5×107t，發(fā)電約9.64×1010kW·h。但隨著水力發(fā)電、光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電的進(jìn)一步增加，云南省對火電的需求會逐步降低。根據(jù)1噸標(biāo)煤發(fā)電3×103kW·h排放二氧化碳2.7 t，預(yù)測到2060年云南省電力/蒸汽/熱水生產(chǎn)供應(yīng)業(yè)可實(shí)現(xiàn)近零碳排放。

4）對于運(yùn)輸/倉儲/郵電服務(wù)業(yè)，近10年來，云南省交通運(yùn)輸領(lǐng)域二氧化碳排放量增長趨勢穩(wěn)定，預(yù)計(jì)到2025年達(dá)到排放峰值，約2.671×107t。之后，隨著新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和普及，交通運(yùn)輸領(lǐng)域碳排放可得到顯著控制。根據(jù)中金公司研究部預(yù)測[27]，到2060年中國公路和鐵路運(yùn)輸業(yè)有望完成100%電氣化率，航空運(yùn)輸業(yè)（能源消費(fèi)比重約10%）單位能耗下降35%～60%，據(jù)此估算云南省交通運(yùn)輸行業(yè)整體碳減排可達(dá)約95%。

5）根據(jù)《云南省煤炭產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展三年行動計(jì)劃（2019—2021年）》[28]，近年云南省的煤炭產(chǎn)量會逐漸升高。2025年之后，隨著火電耗煤需求的降低，煤炭開采將有所降低。隨著綠氫在化工領(lǐng)域?qū)γ旱拇妫禾啃枨髸M(jìn)一步降低。根據(jù)2020年云南煤炭開采量5.332×107t，碳排放量2.390×107t，估算到2060年煤炭開采業(yè)整體碳減排約25%。

6）2017年云南省化工產(chǎn)業(yè)二氧化碳排放量約1.45×107t，占全省總排放量的7%，其中原煤來源二氧化碳排放量為7.27×106t，占化工行業(yè)的50%。預(yù)計(jì)在2030年達(dá)到二氧化碳排放峰值，約1.867×107t。假設(shè)到2060年原煤供能被氫能完全取代，同時根據(jù)中金公司研究部估算[27]，到2060年化工產(chǎn)業(yè)單位能耗約下降20%，據(jù)此估算化工產(chǎn)業(yè)整體碳減排約60%。

4.2 多情景構(gòu)想下的碳中和實(shí)現(xiàn)途徑

基于云南省各行業(yè)的碳排放數(shù)據(jù)，分別采用較為保守的云南省林業(yè)碳匯（吸收二氧化碳1.23×108t）、考慮不采用二氧化碳封存（CCS）技術(shù)，以及采用CCS技術(shù)對主要六大碳排放領(lǐng)域封存二氧化碳10%、20%、30%等情景進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果如圖7所示。

圖7 云南省碳中和預(yù)測Fig.7 Forecast of carbon neutral in Henan Province

由圖7可知：云南省可在2025年左右實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰，相應(yīng)的二氧化碳排放量約為2.7×108t。隨后，二氧化碳排放量將逐漸降低，且不同情景下的減排路徑存在差異。如果不采用CCS技術(shù)，云南省將在2045年實(shí)現(xiàn)碳中和；如果采用CCS技術(shù)將六大碳排放領(lǐng)域的二氧化碳封存10%、20%、30%，則對應(yīng)的碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)時間分別為2042年、2040年、2037年?？傊?，云南省即使不采用CCS技術(shù)，也可以在2060年之前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，但采用CCS技術(shù)可以進(jìn)一步加速碳中和進(jìn)程。

5 結(jié)論

以云南省為例，在分析其能源結(jié)構(gòu)、碳排放現(xiàn)狀、碳排放重點(diǎn)行業(yè)、林業(yè)碳匯等情況的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)出云南省碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下的技術(shù)路線和四大行動方案，不僅對云南省實(shí)現(xiàn)碳中和具有指導(dǎo)意義，也對其他省份實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)具有借鑒意義。研究得到的具體成果如下。

1）云南省清潔能源裝機(jī)容量占比達(dá)到85.4%，清潔能源發(fā)電量占比連續(xù)5年保持約90%，高出全國平均水平約63%。云南省人均年耗煤1.9 t，比中國的人均耗煤低30%，因此具有很好的資源稟賦。

2）云南省年碳排放總量約2×108t，人均碳排放約4 t，僅為中國人均碳排放水平的51.3%，進(jìn)一步說明云南省具有實(shí)現(xiàn)碳中和較好的基礎(chǔ)條件。從碳排放來源來看，煤炭是云南省最主要的碳排放源，近年來占比高達(dá)76%，其次是水泥行業(yè)，碳排放占比為17%。

3）云南省應(yīng)充分利用全省各方面條件和資源，大力發(fā)展可再生能源和氫能產(chǎn)業(yè)，充分利用廢棄礦山以及鹽穴的地下空間進(jìn)行儲能，并利用礦山抽水蓄能以及二氧化碳生化反應(yīng)合成甲烷等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源高效儲存與二氧化碳資源化利用。

4）采用較為保守的碳匯數(shù)據(jù)對云南省碳中和實(shí)現(xiàn)途徑進(jìn)行了預(yù)測，發(fā)現(xiàn)：若不采用CCS技術(shù)，云南省可以在2045年實(shí)現(xiàn)碳中和；如果采用CCS技術(shù)對六大主要碳排放領(lǐng)域的二氧化碳分別封存10%、20%、30%，則分別可以在2042年、2040年、2037年實(shí)現(xiàn)碳中和。

研究過程中發(fā)現(xiàn)，不同機(jī)構(gòu)計(jì)算得到的碳匯存在較大差異，可見碳匯的計(jì)算和核實(shí)尚存在較大爭議，后續(xù)應(yīng)對此展開深入研究，建立碳匯核算方法的標(biāo)準(zhǔn)，為碳中和規(guī)劃及路線制定提供可靠基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。