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

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!