广州市低碳发展节能减排讲座广州市低碳发展节能减排讲座

““十二五”广州低碳发展 的挑战和机十二五”广州低碳发展 的挑战和机遇遇 华 贲华 贲

华南理工大学 天然气利用研究中心华南理工大学 天然气利用研究中心20112011年年 88月月 55日日 .. 广州广州

South China University of TechnologySouth China University of Technology

主要内容

South China University of TechnologySouth China University of Technology

一、低碳发展—可持续发展的新纪元二、从一次能源到终端利用的科技创新—低碳发展的引擎三、解决工业、商住能源保障靠 DES/CCHP 集成创新四、交通能源多元化与 LNGV 在中国的发展机遇五、向低碳转型的过渡时期用好天然气的历史任务六、广东和广州面临的低碳发展挑战和机遇

一、低碳发展—可持续发展的新纪元

1 、中国已到粗放发展转向可持续发展的关键时刻中国经济持续快速发展的能源环境代价 （ 1 ）、能源需求增长过快， 2010 中国人口占世界 20%，GDP占 9% ，耗煤占 48.2% 、钢材占 43% ，水泥占 54%

（ 2 ）、能源利用效率低下 ( 中国 36.8% ，世均 50.3% ） （ 3 ）、石油对外依存度增长过快（ 2010： 53.4% ）（ 4 ）、能源消耗造成严重环境污染

牺牲资源、环境、生活质量的外向型经济，世界工厂，已经不可持续

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美国 世界平均 中国

煤

石油

天然气

核能

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世界污染严重的 20 城市中国占 16 个； NOx、 SO2 排放总量超过环境承载能力的 70% 左右

世界和中国一次能源消耗构成比较

世界燃煤的48.2%

能源低效消耗燃煤为主依赖外界环境生态破坏环境污染资源耗竭

经济着重 GDP结构失衡

粗放性经济：高能耗、高消耗、高污染、低效率

无以为继不可持续

能源能源结构利用效率环境生态循环生存条件

经济社会发展产业结构

平衡、协调

科学发展观，可持续发展，新型工业化道路，循环经济

2 、气候变化和碳减排的新硬约束CO2 排放

大气中 CO2 浓度增加

地表温度上升

海平面上升

国际能源署：“ 450 情景方案”的具体目标控制地表温升不超过 2°C

全 球 CO2 排 放 量 到 2020 年 达 峰 值 ， 307/320 亿 tCO2/a;

2030 年降到 240-260 亿 tCO2/a;

到 2050 年则降至 100亿 tCO2/a; 左右，相当于 1990 年（ 209亿 tCO2/a; ）的一半。

30 亿人口的新兴国家工业化。 IEA 预计 2030 年世界能源需求将比 2005 年增加 60% 。

2 、向低碳能源转型是人类可持续发展的硬约束 IEA： 2010 全世界碳排放总量已达 306 亿吨，人均 4.37

吨；逼近 2020 年的控制指标 320亿 t/a.

2010 年中国排放 CO2 67亿 t/a ，人均 4.86 吨，超过世均。

2011年 4 月夏威夷监测站： CO2 浓度已达 394.97ppm.

控制气候变化，减排 CO2 ，是人类可持续发展的硬约束中国政府承诺： 2020 年碳强度降低 40-45%

3 、“低碳发展”的科学理念和内涵还要发展，总能耗还要增加，生活质量要提高。节制用能，控制因耗能导致的 CO2 失衡（地化所数据） 科学用能、提高能效。能源构成转型：高碳能源 --- 低碳能源 --- 无碳能源1 ）发展可再生能源和新能源（最终走向） 2 ）煤的洁净、 CCS 利用3 ）高效利用天然气

能源碳强度能源碳强度ω=ω=κκ//εε

高碳一次能源比率高碳一次能源比率 γγ

γ =[(C+B)(1-β)+O+0.33G]

回归出的关联式：ω = 2.4γ

按“ 450 情景方案”世界能源碳强度和能耗构成项目时间 2005 2020 2030 2050

CO2 排放 ,teCO2/ 人均 240/3.6 307/4.0 250/3.0 108/1.2

总能耗 ,亿 tec/a 151.77/2.3 220/2.9 250/3.0 225/2.5

能源碳强度 ω 1.58 1.4 1.0 0.48

高碳能源比率 γ/β 0.64/0 0.58 / 0.1* 0.42 / 0.4* 0.20/0.8

煤 , 亿 t/a /% 59.2/27.8 86/28 102/29 95/30

石油 ,亿 t/a /% 48.5/36.3 39/25 32/18 16/10

天然气 ,tcm/a /% 2.79/ 23.6 3.8/22 3.9/20 2.1/12

核能和再生能源 18.5/12.2 55/25 83/33* 108/48

运用上述关联式推算未来世界能源增长 / 二氧化碳减排的趋势

图 1 2005—2050 ： 低碳发展时代世界能源结构变化走势

5 、中国走向低碳能源的进程 I ：产业结构调整中国各产业分率和能源强度 ε′ 变化的关系年份 / 产业 第一产业 第二产业 第三产业 ε

ε′2006 ，% 11.7 48.9 39.4

分能源强度， 0.04 0.85 0.16 1.05 0.39

2015，% 10 40 50

分能源强度， 0.03 0.69 0.21 0.93 0.34

2020 年， % 8 30 62

分能源强度， 0.03 0.52 0.25 0.80 0.29

2030 年， % 6 24 70

分能源强度， 0.02 0.42 0.29 0.70 0.26

5 、中国走向低碳能源的进程 II ：提高能效 能效对能源强度 ε 的影响分析

能效 η / 年份 2005 2015 2020 2030

/ ε′ 0.445 0.34 0.29 0.26

36.81% 1.21 0.92 0.78 0.70

40% 1.11 0.85 0.73 0.65

50% 0.89 0.68 0.58 0.52

55% 0.81 0.62 0.53 0.47

5 、中国走向低碳能源的进程 III ：向低碳能源转型一次能源科技新的重大突破改变博弈关系一次能源科技新的重大突破改变博弈关系1 ）、核能与可再生能源技术进展世界 4.3%/a ，中国 5.1%/a ，（ 2020前 9% ）2 ）、煤的 CCUS 技术突破IEA： 2020： 10%， 2030:30%3 ）、气体能源的技术突破非常规天然气至关重要2010---2020、 30最为关键

世界一次能源走势将取决于三者之间在科技进步所改变的经济性的博弈

2005—2050 ：中国低碳能源的变化趋势

虚线是更可能的前景

二、从一次能源到终端利用的科技创新—低碳发展的引擎

1 、“科学技术是第一生产力” --- 历史发展的科学概括从改革开放 30 年的变化看科学技术推动社会发展衣、食、住、行 --- 科技成果产生的巨大变化从基础科学（数理化天地生）到高新科技领域（信息技术、新材料、生物技术、能源技术、先进制造、航天……）

人类认知和创新的潜力巨大

2 、能源科技发展回顾化石能源资源勘探开发技术（煤、石油、天然气）能源转换、传输技术（发电、输电、天然气）能源终端利用技术和效率（工业、交通、家电、照明… . ）

可再生能源开发利用（太阳能光伏、风力发电、水力发电、生物质能利用）

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美国 世界平均 中国

煤

石油

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水电

世界污染严重的 20 城市中国占 16 个； NOx、 SO2 排放总量超过环境承载能力的 70% 左右

3 、中、美两国从一次能源到终端利用模式比较世界和中国一次能源消耗构成比较

世界燃煤的48.2%

2、 2030--- 中国实现低碳发展的大思路2 ）、提高能效：工业、建筑物、交通工业、建筑、交通三类终端用能在总能耗中的分布比较

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世界 美国 日本 欧盟 OECD 中国

工业 交通 商用（建筑物为主） 其它

2002 年美国能流图

2007 年中国能流图

DME

LPG

煤 化工原料富 氧 气 化 CO+H2

H2交通燃料

炼 油 厂石油

汽柴油C2+及凝 析油

基本石油化工

L/CNG

发电厂 /CHP

工业 / 民用天然气、CBM 、 BIOG

4 、未来 20 年从一次能源到终端利用技术途径的大变局中国能源、化工资源一体化路线探讨—现状

4 、未来 20 年从一次能源到终端利用技术途径的大变局未来的变化趋势

图2 低碳时代一次能源到终端利用的新格局

天然气 DES/CCHP 商住用能

品粮

煤

轻烃、石油油

气化多联产 交通用能

智能电网 工业用能

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电

电

加工 有机化工

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核、再生能

一、低碳经济时代中国能源产业面临的挑战和机遇低碳发展下中国一次能源构成如何转型？一次能源科技新的重大突破改变博弈关系一次能源科技新的重大突破改变博弈关系1 ）、核能与可再生能源技术进展世界 4.3%/a ，中国 5.1%/a ，（ 2020前 9% ）2 ）、煤的 CCUS 技术突破IEA： 2020： 10%， 2030:30%3 ）、气体能源的技术突破非常规天然气至关重要2010---2020、 30最为关键

世界一次能源走势将取决于三者之间在科技进步所改变的经济性的博弈

低碳时代一次能源在终端利用中的格局煤碳须在扑捉和封存二氧化碳的条件下（ CCS ）才能利用； CCS 要求经济规模，使煤必然退出城市终端用能市场；而转向超超临界发电和煤气化多联产为主；部分用于制水泥和炼铁。

可再生能源将大部分用于电力生产，部分直接用于向低品位、低能量密度的建筑物用能和化工原料。

石油逐渐淡出主要一次能源，部分用于有机化工、部分用于交通能源。提高能效和碳减排使天然气成为主要的工业和民用燃料。提高能效和碳减排使天然气成为主要的工业和民用燃料。

到 2050 年三种一次能源的博弈

图2 低碳时代一次能源到终端利用的新格局

天然气 DES/CCHP 商住用能

品粮

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轻烃、石油油

气化多联产 交通用能

智能电网 工业用能

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加工 有机化工

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核、再生能

占 80% 的需求靠什么提供

科技进步改变一次能源到终端利用的能源和技术途径科技进步改变一次能源到终端利用的能源和技术途径

这 20%也将大变

二、低碳经济下中国一次能源到终端利用的变化趋势 2010-2020 能耗增长靠什么？可再生能源、煤、石油、天然气？

发展可再生能源是一个长期的历史进程；由于基数较低，即使以 10%/a 的速度增长，每年也增加不了 0.3 亿 tce/a

继续靠增加采煤， CCS 技术的发展和推广需要大量的资金和时间（（ IEAIEA ：： 20202020 年年 CCSCCS 占煤耗的占煤耗的 10%10% ，成本，成本 3030 欧元欧元 /t/t。中石化示范项目：。中石化示范项目： 200-250200-250 ￥￥ / tCO2/ tCO2 ））。碳减排承诺如何兑现？能效怎能提高？

石油面临峰值，价格高，对外依存度快速攀升，已对国家安全石油面临峰值，价格高，对外依存度快速攀升，已对国家安全构成威胁。不可能解决中国继续工业化和城镇化的能源需求。构成威胁。不可能解决中国继续工业化和城镇化的能源需求。

占总能耗约 7 成的工业和商住用能将主要由天然主要由天然气冷热电联供分布式能源系统气冷热电联供分布式能源系统 ++ 智能电网提供智能电网提供；

图2 低碳时代一次能源到终端利用的新格局

天然气 DES/CCHP 商住用能

品粮

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轻烃、石油油

气化多联产 交通用能

智能电网 工业用能

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加工 有机化工

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核、再生能

交通能源呈现多元化的局面交通能源呈现多元化的局面

图2 低碳时代一次能源到终端利用的新格局

天然气 DES/CCHP 商住用能

品粮

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轻烃、石油油

气化多联产 交通用能

智能电网 工业用能

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加工 有机化工

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核、再生能

LNGV替代柴油车船；非粮乙醇、煤基 DME替代汽油； 生生物燃料物燃料 2040 年成航空燃料主力，， 20502050 年占全球运输业的年占全球运输业的25%25%

电力 ------ 高铁、地铁、插电式汽车替代大部分私家车；

3月 21日欧盟提出 2050 年禁止汽、柴油车

有机化工原料来源

图2 低碳时代一次能源到终端利用的新格局

天然气 DES/CCHP 商住用能

品粮

煤

轻烃、石油油

气化多联产 交通用能

智能电网 工业用能

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加工 有机化工

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核、再生能

将由退出交通领域的石油 将由退出交通领域的石油 同煤、生物质共同分享。同煤、生物质共同分享。

科学建模、评价准则：科学建模、评价准则：11 、、最新科技状况2 、经济边界条件3、 LCA 与 SCA4 、能效、碳减排判据