听苏义脑院士讲能源和实现双碳目标的路径

授课时间：2023年2月18日

授课方式：视频直播

授课人：苏义脑院士

笔记摘编：崔玉波

近年来，人类对能源的需求及使用方式造成全球气候变化趋于严峻，因此，实现“双碳”目标刻不容缓。恰逢俄乌冲突爆发一周年，国际社会正处于一场前所未有的、深刻复杂的能源危机之中。2月18日，苏义脑院士来到由北京科学技术协会主办、中国石油天然气集团公司科学技术协会特别支持的第787期首都科学讲堂，通过视频直播的方式讲解了能源的故事和我国“双碳”目标的实现路径。

课前预习 认识一下长期致力于能源科学普及的苏义脑院士

苏义脑，中国工程院院士，中国著名油气钻井工程专家。曾担任中国石油勘探开发科学研究院钻井工艺研究所副所长、中国石油集团钻井工程技术研究院副院长、国家油气钻井工程实验室主任等职。苏院士长期从事油气钻井工程技术研究与应用，创造性地把工程控制论和航天制导技术引入钻井工程，从而创立了“井下控制工程”理论。他成功主持研发了拥有我国自主知识产权的CGDS近钻头地质导向钻井系统，大大提高了探井的发现率和油气产量，使中国成为继法、美之后第三个掌握此项高端技术的国家。

更难能可贵的是，苏义脑院士不仅是科学研究的引领者，更是石油科技知识的普及者。多年以来，他一直利用科技论坛、国家科普周等机会，到大专院校、企业和科研院所作报告，宣传石油科技知识，传播科技创新方法。这次苏义脑院士的科普报告题目是《能源、油气与碳达峰碳中和》，时长达一小时三十分钟，内容包括能源概述、石油与天然气简介、对碳达峰碳中和的基本理解与认识、碳达峰碳中和战略路径的思考四个部分。

最新观点 化石能源没有原罪，不能一概斥之为“非清洁能源”

随着生产力发展和社会的进步，社会总能耗和人均用能逐渐增加，也愈加彰显出能源的重要性。在视频直播中，苏院士首先指出能源是人类的生存资源，是人类生活水平的显示器，是生产力发展的推进器，是社会进步的动力机，更与国家安全息息相关。苏院士和大家分享了一个小资料，1992年美国的Yoram Shoham博士来中国讲学，苏院士参与了这次交流活动。这位博士提供了一份资料，指出当今人类社会面临的前十大问题，能源居于首位，可见能源问题的重要性。

能源种类五花八门，如何分类关系到人类使用能源、关注能源的方法和态度。苏院士提出了五种分类法：（1）根据不同来源分类；（2）根据不同性质分类；（3）根据是否经过转换分类；（4）根据使用程度分类；（5）根据是否污染环境分类。

一是按能源的来源分类，可以分为来源于太阳、地球自身和天体引力三种能源。来源于太阳的能源包括太阳辐射、煤炭、油气和生物质能等；地球自身的能源包括地热能、原子核能等；天体引力的能源主要是潮汐。二是按能源的性质分类，主要包括燃料能源和非燃料能源两大类。前者包括煤炭、石油、柴草、沼气、丙烷和铀等；非燃料能源包括风能、水能、潮汐能、地热能和光能等。三是按能源最终是否需要经过转换来分类，可以分为一次能源和二次能源。一次能源又可以分为可再生和不可再生两类，石油、天然气、煤炭等都是不可再生的，风能、水能、潮汐能等都是自然界中可以重复再生和重复使用的。二次能源包括电力、煤气、汽油、柴油等需要对一次能源进行加工和转换才能应用的能源。四是按使用的技术成熟程度和使用的普遍性来分类，可以分为常规能源和新能源。现阶段的常规能源包括煤炭、石油、天然气、水能和核能，这也是当前仍然占有主导地位的能源。新能源是需要采用先进技术进行加工后才能利用的，如风能、太阳能和生物质能等。五是按照使用后对环境有无污染，将能源分为清洁和非清洁两大类。清洁能源包括太阳能、风能、水能和氢能等。非清洁能源主要是指化石能源，包括煤炭、石油、天然气以及核能。

苏院士认为在清洁能源与非清洁能源的分类上，体现出了人类使用能源的辩证思想。他强调，所谓清洁能源，如从“全生命周期”来衡量，不一定是真正“清洁”，如电力、太阳能和氢能等在前期设备制造过程中，均采用了大量非清洁材料或燃料来完成，已经造成了一定程度的污染。人们将化石能源列为“非清洁能源”，也是囿于对石油石化产业传统生产加工技术的理解。化石能源没有原罪，不能一概斥之为“非清洁能源”，通过科技创新把它用好用清洁，化石能源也可以华丽转身成为“清洁能源”。

石油与天然气因其具有能源、物资和金融属性而备受关注。苏院士指出，在碳中和碳达峰和新能源强势崛起的背景下，石油工业并非是夕阳产业，在未来碳达峰碳中和的过程中仍然会发挥重要作用。他提出了两个150年判断：石油工业至今已经150年，未来资源基础仍可用150年。石油和天然气在一定时期后会较多回归物资属性。

院士语录 在双碳目标的实现过程中，最优路径就是代价最小、最符合国情的路径

人类进化与社会发展的历史也是一部能源科技发展史。1776年，瓦特发明了蒸汽机，煤炭得到了大范围的使用，并引发了第一次工业革命。在油气和电力阶段，内燃机技术的发明和发电机、电动机的问世引发了第二次工业革命。进入20世纪中叶，随着核电站的建立，人类用能进入了一个全新的时代，第三次工业革命正式拉开序幕，与之相伴的是原子能技术、电子计算机迭代、信息技术、空间技术、新材料和生物工程等相继登场并成熟运用。苏院士与大家分享的启示是：工业革命、技术革命与能源变革密切相关；历史上的每一次能源革命即动力革命，都在推动产生一场工业革命；可再生能源、绿色能源也必将推动一场新的工业革命，其标志之一就是减碳和碳中和。

碳中和已经成为全球共识。2020年能源相关二氧化碳排放量约占全球二氧化碳排放总量的87%，化石能源的燃烧是全球二氧化碳排放的主要来源，截至2021年底已有136个国家提出了零碳或碳中和目标，覆盖全球85%的人口、90%的GDP和88%的碳排放量。苏院士给大家展示了一张部分国家碳中和目标执行阶段示意图，展示了不同国家实现碳中和目标的决心和日程。

中国是全球气候变化的参与者、贡献者和引领者。苏院士介绍说，碳达峰、碳中和是党中央经过深思熟虑之后做出的重大战略决策，将成为中国未来数十年内经济社会发展主基调之一。在碳中和的过程中，中国已作出庄严承诺并推动了相关协议的签订。中国是全球应对气候变化工作的参与者，推动了《联合国气候变化框架公约》《京都议定书》《巴黎协定》等一系列条约的达成和生效。

但不能回避的是，当前我国是全球能源消费和碳排放的第一大国，实现双碳目标任重道远。为促进碳中和的研究和实施，苏院士等为代表的碳中和研究专家提出了16个字的理念，就是“立足国情、安全发展、科学创新、务求实效”。

1950年到2019年，我国历史人均累计的碳排放量远远低于西方国家；2020年，我国一次能源消费量达到了49.8亿吨标准煤，占全球26.1%，能源燃料相关二氧化碳排放量为98.9亿吨，占全球30.9%。当前的能源结构还是以化石能源为主；2019年煤炭占56.7%，油气只占28%，非化石能源占比15.3%，碳汇12亿吨，这就是国情。另外，在实现能源转型的过程中，我国还面临着产业结构偏重、能源消费偏煤、能源利用效率偏低、碳中和窗口期偏短、新能源关键矿物供应不足等困难。

要实现碳中和，确保国家能源安全是第一位的，这就是安全发展。如果不考虑能源安全，一切努力都没有意义。我国是发展中国家，要确保经济发展，能源需求量也势必要增加。因此，对能源消费问题的控制必须建立在适合中国经济发展的基础上。保证充足可靠的能源供应，高度关注能源安全是实现双碳目标的前提。

在科学创新方面，苏院士认为，科学技术与管理的创新是实现碳达峰碳中和目标的推动力。苏院士在这里提出要做到“四可”：“即科学原理上是可能的，技术经济上是可行的，工程实践是可操作的，长远发展是可持续的。”他举例说，有人提出永动机很好又不会产生碳排放，但在科学原理上是不可能的；再比如说谈到的月球上的氦-3是很好的替代能源，但从当前来看在技术和经济上却是不可行的。

关于务求实效，苏院士说，为了实现双碳目标、生产目标，能源发展战略研究，包括路径选择、方案设计等，一定要提出真正切实可行的战略路线，并见到实效，力戒空谈。这是一场深刻的能源科技、经济乃至于社会革命。俗语说条条大路通罗马，说的是实现一个目标有多条路径可以选择，但是在双碳目标的实现过程中，只有一条路径是最优路径，这条路径就是代价最小、最符合国情的路径。

课堂分享 苏院士的“五个基本认识”

基于多年来对中国能源行业低碳工作的研究，苏义脑院士总结出五个基本认识，即能源消费是核心，产业结构调整是关键，化石能源是重点，提效节能是抓手，建设现代化能源体系是目标。

能源消费是核心。2020年全球能源二氧化碳排放总量占总排放量的87%，我们国家是88%，排放在2021年达到98.9亿吨，约为美国的2.2倍，欧盟的3.9倍。这是因为我国的能源结构主要是以化石能源，尤其以煤炭为主。只有控制好能源结构和消费比例，才能控制住消费总量，才能进一步理解“能源消费革命”的内涵。

产业结构调整是关键。我国当前处于工业化的中后期，第二产业占比很重，既是国民经济的基石，又是耗能大户。2020年，我国第二产业占GDP比重为37.8%，制造业对GDP的贡献率为26.2%，比全球平均水平的16.5%高出近10个百分点，但单位GDP碳排放总量达到了70%左右。其中，钢铁、水泥、有色金属、汽车等高能耗产业在全球占比很高。2020年我国生产了全球57%的粗钢、58%的水泥、58%的电解铝和32.5%的汽车，这些都是我国能源消耗总量大、单位GDP能源消耗强度高的重要原因。因此，要合理控制消费和碳排放比例，就必须进行产业结构调整，压缩高耗能行业产能，并持续增加碳汇。

化石能源是重点。目前我国的能源结构以化石能源为主体，这也是碳排放量居高不下的主要原因之一。要实现双碳目标，必须把煤炭、油气等化石能源作为重点，减少其在消费侧的占比，积极发展非化石能源。煤炭燃烧排放占我国能源相关二氧化碳排放总量的79%，因此，减煤被视为能源绿色低碳转型的主要举措。但如果减煤速度过快，将会削弱其对能源体系安全运转的托底保供作用，短期内会引发能源安全问题。在今后相当长的一段时间，由于石油的能源属性、物资属性和金融属性，对石油还会有较大的需求量。因天然气具有低碳特性，因此社会需求还会大幅增加。

节能提效是抓手。实现双碳目标，要牢牢抓好提效和节能两个环节，通过科技创新和管理创新，以及在全社会树立“节能是第一能源”的理念，切实做好提效节能工作。根据国际能源署和世界银行提供的数据，2020年，我国每万美元的GDP能耗是全球平均水平的1.5倍、美国的2.3倍、德国的2.8倍。以相同的GDP为考核标准，我国能源消费的二氧化碳排放总量是全球平均水平的1.8倍。另外，我国目前存在严重的能源浪费现象，余热资源的利用率只有30%左右，远远低于发达国家40%~60%的平均水平。

建设现代化能源体系是目标。在这里，苏院士把中国现代化的能源体系概括为8个“化”字，就是化石能源的清洁化，非化石能源的低碳化，新能源的多元化、规模化和本地化，多种能源综合化，终端能源消费的再电气化和能源系统的智慧化。化石能源通过科技创新实现清洁化，是石油石化企业面临的重要社会责任；非化石能源的低碳化，是对水电、核电等企业的最低要求；多元化、规模化和本地化是指新能源种类要多种多样，实现规模化发展，在全国均衡发展，大幅降低建设成本，最终实现多种能源互相补充的格局。而能源系统的智慧化，则是让能源行业在转型升级过程中，实现经营管理模式的飞跃。

划重点啦 实现碳达峰碳中和的战略路径

能源发展与二氧化碳排放趋势预测是一个十分重要的工作，可以为国家、行业或企业提供碳排放的分析数据和模型。苏院士团队开发了研究模型，该模型设置了稳健型、积极型和激进型三种类型，分阶段、分行业、分品种预测能源需求及碳排放量。模拟周期是2035年以前逐年模拟计算，2035年以后每五年为一个测算间隔；涉及的行业有工业、建筑、交通、电力等；涉及的能源品种为煤、油、气、风、光、核、水电、氢、地热和生物技能等。

根据模型预测，2030年左右，我国一次能源消费达峰，峰值在53～61亿吨标准煤，均值为56亿吨标准煤。任何一个行业，并不能一起达峰，要根据实际情况先后有序达峰。同时根据该模型的预测，2025年到2030年，能源相关的碳排放达峰，二氧化碳峰值在98～111亿吨标准煤，平均值为104亿吨标准煤。2060年，模型预测实现碳中和时，化石能源的占比是10%~30%，非化石能源占比是70%~90%，终端电气化率是55%~70%，二氧化碳的捕集、利用和封存（CCUS）的发展规模达到每年10~25亿吨。

开展碳达峰碳中和与能源发展战略研究，是摆在中国能源科技工作者面前的重要课题。通过碳达峰碳中和战略及路径、“双碳”目标下的能源战略和建设能源强国等多个项目的研究，得出实现双碳目标的基本理念、基本认识、数据预测、情景分析、实现路径和战略举措。基于模型预测的基本情况，苏院士提出了碳达峰碳中和的实现路径，主要分为以下三个步骤：

第一步（2020—2035年）：减煤、控油、增气，大力发展可再生能源。2035年，我国非化石能源占比将超过35%。一是严格控制煤炭产量，加大落后产能、小煤矿的淘汰力度，制定老矿合理退出机制，积极推动煤炭深加工产业化示范与规模化发展，全面提升煤炭清洁化利用水平。二是加强太阳能、风能、地热能对化石能源的替代，加快新能源汽车对燃油车的替代，控制石油消费增长。三是加快陆上西部地区天然气增储上产，实现陆上东部地区天然气产量稳中有升，推进海上天然气勘探开发，持续推动天然气产业快速发展。四是大力发展风电、光伏，因地制宜规模化配置陆上风电，鼓励有条件的地区大力发展海上风电，积极支持分布式风电、光伏发展。坚持安全第一、生态优先和绿色发展原则，稳步推进水电、核能与生物质能等清洁能源有序发展。五是CCS/CCUS技术攻关与示范，推动二氧化碳驱油/气、化工/生物利用等二氧化碳利用技术及工艺的创新和应用，推进CCS/CCUS国家示范区建设。

第二步（2036—2050年）：非化石能源加速替代。2050年预计我国非化石能源占比将达到70%以上。强化新能源高效开发利用技术攻关，不断完善新能源供需体系建设，促进终端用能电气化水平实现跨越式提升，全面推进新能源产业发展，加快提升新能源消费总量与消费占比。一是持续加强节能提效技术、设备的推广应用，大力推动全社会节能提效，全面实现节能提效预期目标。二是海上天然气开发取得阶段性成果，天然气储备、管网体系更加完善，天然气产业实现大规模发展，助推全社会天然气消费达峰。三是中—低成熟度页岩油勘探开发取得突破性成果，石油消费结构持续优化，进一步加大非化石能源对石油的替代，稳步压减石油消费总量。四是持续推进整装煤炭开发基地和大型综合能源化工基地建设，建成以绿色煤炭资源为基础的精准开发模式，全面提升煤炭兜底保供能力。五是加大CCS/CCUS等环节关键技术、工艺、设备的攻关力度，加快推进该项技术在水泥、钢铁等重工业领域和天然气发电领域的规模化应用。

第三步（2051—2060年）：现代能源体系全面建成。2060年我国非化石能源占比超过80%。进一步巩固风能、太阳能、氢能、核能等清洁能源的主体地位，强化煤炭、天然气与可再生能源融合发展，以化石能源为主的现代化能源应急储备体系全面建成。煤炭、石油等高碳化石能源回归原料属性，全面推进能源结构绿色低碳转型。推动CCS/CCUS技术商业化规模应用，不断完善低碳循环经济体系建设。全面建成智慧协同、多能互补、多网融合、快速响应的智慧能源系统，中国能源体系绿色低碳转型取得全面胜利。

我国能源体系的根本要求是清洁、低碳、安全、高效。其中，安全是第一位的，能源安全就是国家安全。实现碳达峰碳中和的基本路径是减煤、控油、增气，大力发展可再生能源。实现碳达峰碳中和的关键是依靠科技创新切实抓好提效和节能，实现化石能源的清洁化利用和CCUS技术的规模化应用。