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气候变化减缓技术:国际现状与发展趋势

2022-01-29 来源:安力科技
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第3卷第6期 2 00 7年11月 气候变化研究进展 ADVANCES IN CLIMATE CHANGE RESEARCH Vo1.3.NO.6 November,2007 文章编号:1673—1719(2007)06—0322—06 擒..要 介绍了当前国际主要气候变化减缓技术,并以国际能源署(IEA)、世界自然基金会(WWF)、全球能源技术战 略计划一(GTSI')、世界资源研究所(WR/)和欧盟(EU)、美国等国际组织、机构与国家发布或拟议中的有关气候变化 减缓技术的报告为框架,对全球的气候变化减缓技术部署进行了概述。在此基础上,分析了主要的气候变化减缓技术对 减缓气候变化的预期贡献。最后,对减排技术的效果、安全性、对环境的影响以及公众的认可程度等进行了讨论。 关键词:气候变化减缓技术;温室气体减排;全球变暖;气候政策 中图分类号:P467 文献标识码:A 目前世界对气候变化的认识日益增强,人类减 化的技术,包括减少温室气体排放技术、增加碳汇 缓气候变化的努力也越来越强。在减缓气候变化行 动中,先进的科学技术发挥着越来越重要的作用。它 既有助于实现气候变化目标,又不会对经济发展造 技术,以及碳捕获和封存技术。在全球范围内减少 温室气体的排放量,从而降低全球的温室效应,是 目前减缓气候变化最重要的工作之一。因此,致力 干降低全球大气温室气体浓度的相关技术是气候变 化减缓行动的关键技术。 成过大的损害,甚至可成为新的经济增长点。一些 国际组织和国家政府相继制订气候变化技术发展规 划,有步骤地实施技术研发与推广普及工作。目前, 全球气候变化减缓技术的研发和示范工作方兴未艾, 美国普林斯顿大学 ̄Pacala et a1.…提出了“稳 定楔”理论,指出可以利用15种气候变化减缓技术, 把50 a后的全球大气CO,浓度稳定在500 mL/m (ppm)的水平上(即在未来50 a内全球CO,的排放量 平均为70{Lt/a)。这15种技术的应用将像楔子一样, 了解国际气候变化减缓技术的研究进展与趋势,将 有助于我国开展相关的规划、研究和引进工作,从 而发展我国的气候变化减缓技术。中国作为发展中 大国,将为减缓气候变化全球目标的实现做出积极 的贡献。 在稳定全球大气CO,浓度中发挥重要作用。根据“稳 定楔”模型的模拟,每种技术的利用可使CO,排放量 每年减少1亿t,如果全球大气CO 浓度在2050年前 1 主要的气候变化减缓技术 气候变化减缓技术是指有益于减缓全球气候变 要稳定在500mL/m 的水平,则需要至少将其中任意 7种技术综合应用以实现减排目标。Pacala et a1.… 将这15种“稳定楔”技术分为以下5类: 收稿日期 2007-09—03{修订日期:2007—1O一23 基金项目 中国科学院知识创新T程重要方向项目“资料与海洋、生态与环境创新基地战略研究与科学评价”(KZLTO.-YW-501);中国科学院“西 艮己 ”人才培 养计划项目“甘肃省利用清洁发展机制的对策与实现途径研究”;珏 肃省重大科技专项“甘肃省清洁发展机制项目开发”(2GS063.A74-014-01)资助 作者简介 王勤花(1975一),女.助理研究员,主要从事可持续发展情报研究.E—mail:wangqh@llas ac cn 322 f Adv.Clim.Change Res,2007,3(6):322—327 维普资讯 http://www.cqvip.com 6期 王勤花等:气候变化减缓技术:国际现状与发展趋势 323 (1)提高能源效率,加强管理。包括:提升燃料 的使用效能、减少车辆的使用、建造高效能的建筑 强能源安全、遏止CO,排放增长的一系列已有的和 正在研制的技术方式。报告预测了到2050年有助于 改变CO,排放现状的关键技术及其贡献,指出能源 效率、CO,的捕获与封存、可再生能源、核电等技术 可能有助于实现全球减排目标。报告提供了详细的 技术和政策分析,有助于政策制定者提出可持续的 物、提高发电厂效能。 (2)燃料使用的转换与CO。的捕获及储存。包 括:以天然气取代煤作为燃料、储存发电厂捕获的 CO,、储存氢气电厂捕获的CO,、储存综合燃料发电 厂捕获的CO,。 (3)核能发电。用核能替代燃煤发电的技术。 (4)可再生能源及燃料。包括:风能、太阳能、 可再生燃料——氢、生物质能。 (5)森林和耕地对CO。的吸收作用。包括:森林 管理和耕地管理。 Pacala et a1.…较为全面地归纳了主要的气候变 化减缓技术,其他一些组织或研究计划,如世界自 然基金会 、全球能源技术战略计划 、美国气 候变化技术计划 等也概括了一些气候变化减缓 技术。 根据当前气候变化减缓技术的总体水平、受关 注程度和应用潜力情况,相对成熟的气候变化减缓技 术包括:提高能源利用效率技术、CO,捕获与封存技 术、低碳排放技术、生物燃料与氢燃料技术等。 2主要国际组织和国家减缓气候变化技术的 部署与规划 2.1国际能源署 在2005年的鹰谷峰会(苏格兰格伦伊格尔斯) 上,G8领导人一致认为解决气候变化、能源安全等 问题的关键是技术,并认为国际社会应就此付诸行 动。国际能源署(1EA)随之就未来安全而清洁的能 源开展了情景预测研究,其主要研究成果汇集成 能 源技术展望:20 50年的情景与战略))(Energy Technology Perspectives:Scenarios&Strategies to 2050)l5】研究报告。 该报告阐述了关键能源技术的现状和前景,并 对其潜力进行了评估。此外,报告还对这些技术实 施过程中可能遇到的障碍、壁垒进行了慨述,并提 出了相应的解决措施。报告评述了在电力、建筑、工 业和交通领域的关键能源技术,评价了全球能够加 能源解决方案。 2.2世界自然基金会 2007年5月15日,世界自然基金会(wwF)在 瑞士日内瓦发布了 气候对策:WWF 2050年远景展 望》(Climate Solutions:The wwF Vision for 2050)[21 报告。该报告由wwF的能源课题组完成,100多位 科学家和专家参与了此项研究工作。 政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次评 估报告指出l6】,全球可以依靠现有的技术并通过政策 调整限制温室气体的排放。而wwF的报告表明[21, 仅仅使用清洁的可持续能源就可以实现温室气体减 排目标,利用世界上现有的可持续能源技术足以遏 制气候变化,但前提是人类必须在未来5 a内作出重 要决策,以降低今后10 a的全球CO,排放。 为了在不破坏气候的前提下满足全球日益增长 的能源需求,报告提供了六大技术对策[21,包括提 高能源利用效率、停止森林的破坏、加快低排放技 术发展、开发替代燃料、用低碳排放的天然气代替 高碳排放的煤、在使用化石燃料的工厂装配碳捕获 和封存设施。 报告采用了“稳定楔”模型,对那些积极作用 大于负面影响的技术进行检验。研究显示,从现在 到2050年间,利用现有的能源和技术,就很有可能 (超过90%的可能性)满足全球未来的能源需求(为 现在的2倍),同时大规模降低(约60%~80%)CO, 的排放量,遏制全球变暖的趋势。 2.3全球能源技术战略计划 全球能源技术战略计划(Global Energy Technology Strategy Program,GTSP)发起干1998年,是由美国 马里兰大学的全球变化联合研究院(Joint Global Change Research Institute)主持,多家研究单位参与 Adr.Clim.Change Res.,2007,3(6):322—327 f 323 维普资讯 http://www.cqvip.com 324 气候变化研究进展 2007年 的一项战略性计划,其目标是提高人类社会对能源 技术在应对全球变暖问题上的作用的认识。成立之 初,全球能源技术战略计划就技术对减缓全球气候 变化的重要作用作了评估,包括利用各种综合指标 来研究气候变化的各个方面,如科学的、经济的、规 标,需要将相关的技术、投资需求、资金投入和扶 持政策结合起来。报告特别强调,政策驱动对引导 市场信息和投资决策具有重要作用。另外,新型的 融资渠道,特别是私人股权投资公司、投资银行以 及企业基金也将发挥关键作用。 章制度和社会的影响,以及技术减缓气候变化的负 面影响。 2007年5月18日,GTSP发布了题为《全球能 源技术战略:应对气候变化 (Global Energy Technology Strategy:Addressing Climate Change)的 研究报告【引。研究人员在模拟了21世纪各种可能 技术的潜力后指出,在应对气候变化的长期战略 中,技术是非常重要的部分。发展与提高能源技术, 每年可将应对全球变暖的成本降低近万亿美元。在 21世纪,人类如果联合采取其提出的6种主要技术, 就可在温室气体减排方面获得重要的收益。这些技 术主要包括:CO,的捕获与封存、生物技术、氢能、 核能、生物能与风能,以及能源终端(end—use energy)利用效率的提高。但报告也指出,以上的 技术尚未真正提上日程,也没有在战略上进行有效 的规划。 2.4世界资源研究所 与全球投资银行界的龙头公司高盛(Goldman Sachs)环境市场中心合作,世界资源研究所(wRI) 于2007年4月12日发布了一份题为 规模发展:稳 定排放的全球技术部署》(Scaling Up:Global Technology Deployment to Stabilize Emissions)【 1的 报告。报告指出,气候变化是21世纪经济发展的一 个限制性因素,在巨大的世界能源市场中,对气候 变化的认识程度决定着投资的成败。报告以“稳定 楔”理论为模型框架,对技术、投资与政策三者的 相互关系进行了探讨,并提出了有关全球减排技术 部署的一些看法。 应对气候变化的主要障碍是技术的发展。减少 温室气体的排放并将其浓度稳定在一个安全水平意 味着人类必须转变能源的生产与使用方式。要达到 经济的清洁增长,可以通过对能源需求的管理与低 碳技术的部署等多种方式来实现。为了实现减排目 324 J Adv.Clim.Change Re 2007,3(6):322—327 2.5欧盟 要实现新的欧洲能源政策目标,技术所起的作 用非常关键。鉴于此,欧盟将在2007--2013年期间 每年投入大约lOiL欧元来加强能源技术的研发与创 新。欧盟有望成为能源生产、分配与利用方式转变 的领先者。因此,欧盟委员会正在准备首份 欧洲 能源战略技术规划》(European Strategic Energy Technology Plan),以此作为欧洲能源政策的一部分, 该计划将在2007年底出台,并有望在2008年春季的 首脑会议上提交签署[8-91。 在能源技术发展中,欧盟有3个目标:降低目前 的可再生能源成本、提高能源效率、使欧洲成为工 业低碳排放技术的领跑者。这包括可再生能源(如 凤能、生物燃料、太阳能)以及可持续的煤与天然 气电站,也包括CO,的捕获与封存、燃料电池与氢、 先进的聚变与核变技术等。 欧洲能源战略技术规划 的最主要目标是促 进能源技术的革新,并促使欧洲工业向更具竞争力 的方向转变。欧盟委员会计划在第七框架计划 (FP7)中增加50%的能源研发预算,从每年5.74亿 欧元增加到8。86亿欧元。同时,为欧盟智能能源计 划(Intelligent Energy—Europe Programme)增加1 00% 的预算,在2007—2013年期间,从每年0.5亿欧元 增加到1亿欧元。 2.6美国 气候变化技术计划(CCTP)是隶属美国总统布 什于2002年提出的气候变化战略的一部分,包括通 过自愿、激励和强制合作等机制来提高气候变化的 应对能力;通过大力开发清洁能源技术以及加强国 际合作等方式来减缓温室气体排放量的增长。 CCTP于2006年9月发布了 气候变化技术计 划战略规划 (Climate Change Technology Program 维普资讯 http://www.cqvip.com

6期 王勤花等:气候变化减缓技术:国际现状与发展趋势 325 Strategic Plan)H],该规划提出,将通过捕获、封存 和减排等方式来控制温室气体的排放量。规划建议 氢能源、生物燃料、清洁煤、碳封存、核分裂和聚 变能等技术将以最基本的方式为经济服务,而且能 够满足减缓气候变化、保证能源安全、减少空气污 GTSP的全球能源技术战略中也将CCS技术列 为其六大技术之一 。美国CCTP报告中指出㈨, CCS技术已经成为CCTP框架下的研发项目组合的 高优先级焦点问题,原因是它具有减少点源排放的 CO,和大气CO,的潜力,并能使人们在未来继续使 用煤和其他化石燃料。CCTP近期优先的研发工作 包括:优化的固碳和管理技术;强化采油技术;加 染等多方面的发展需求。 气候变化技术计划战略规 划》的“范围和规模”都是史无前例的,它以100 a 为规划周期,从全球的角度,规划了多边合作与全 民参与的应对气候变化远景。 3主要气候变化减缓技术的预期贡献 3.1 能源利用效率提高技术 在IEA的新技术发展情景 中,到2050年,建 筑业、工业和交通运输业能效要比正常情景下 (BAU)的能效高17%~33%。在2050年节能贡献 中,来自技术的贡献将占CO,总减排量的45%~ 53%。wwF的报告指出【2],能效问题需要优先考虑, 特别是在发展中国家。根据预测,2020—2025年, 在初级能源生产净需求稳定的情况下,能源效率的 提高就可以满足能源的增长需求,到2050年,可以 达到每年减排9.4 Gt CO,。 3.2 CO,的捕获与封存技术 IEA的报告中指出 】,在快速发展的新技术情 景中,利用CO,捕获与碳封存(CCS)技术减少的 CO,排放量占总CO,减排量的20%~28%l5】。洁净 煤技术和CCS技术为拥有大量煤矿资源的经济快 速发展国家提供了非常重要的机遇,譬如中国、印 度。在全球减排活动中,CCS技术在提供低成本电 力方面起到不可或缺的作用。 wwF的报告建议【 ,应在使用化石燃料的工 厂装配碳捕获和封存设施。wwF预测表明,为了使 CO,排放量保持在一定的范围内,化石燃料发电厂 要尽可能在2050年前装配碳捕获和封存设施。新电 厂的规划与选址对CCS项目的实施有着重要的意 义,因为CO,的远距离传输和封存成本昂贵。总体 而言,碳捕获和封存技术能解决26%的燃料问题,每 年排放量可降低3.8 Gt CO,。 速CO,捕获技术和地质储存技术的发展。长期的 研发工作重点包括:未来其他类型的地质储存和隔 离技术的发展;海洋在碳储存中的作用及其可能的 影响 4,l【)】。 3.3低碳排放技术 IEA与wwF的报告中,同时将天然气的利用列 为主要技术之一【2 _。IEA的报告指出 ,在所有 快速发展的新技术情景中,天然气在发电中所占的 比重仍保持相当强劲的势头,到2050年其所占比重 将达到28%。全球充足的天然气储备可满足发电需 求,但是很多因素将影响其实际有效性和价格。天 然气在发电时所排放的CO,只是煤炭发电所排放 CO,的一半。提高天然气发电厂的效率是成功的现 代发电技术的范例之一,新型的联合循环天然气电 厂可节能60%左右。该技术的推广使用可极大地降 低CO,排放量。为了进一步提示效率,需要高度耐 高温的新材料。 wwF及GTSP的报告中指出,风能、太阳能、 水能、光伏、热能与生物能等低碳技术的开发利用 迫在眉睫【 , 。wwF特别指出 ,到2050年,在 能源效率技术广泛应用后,低排放技术能满足其余 70%的能源需求并每年减少10.2 Gt的CO 排放。 IEA预测 ],2050年核能将占世界发电的16%~ 19%,而核电的增长将比正常情景下减少6%~10% 的排放量。在对核能持消极态度的预测情景中,核 电在发电中所占的比重降至6.7%,同正常情景处于 同一水平。在对核能持乐观态度的情景方案中,核 能在2050年将占全球发电比重的22。2%。 3.4生物燃料与氢燃料技术 很多国际组织将发展氢能系统作为降低排放的 Adv.Clim Challg 月 ,2007,3(6):322—327 f 325 维普资讯 http://www.cqvip.com

326 气候变化研究进展 2007年 最重要技术之一。IEA预测[5],生物燃料在交通运 4讨论 4.1各种减排技术的效果 在wwF的报告中[2J,研究人员对25种可商业 输部门的使用可降低大约6%的CO,排放;到2050 年,氢的消费将超过300万t油当量,可以减少约8 亿t CO,排放,燃料效率的提高又可以减少约7亿t CO,排放。lEA估计,到2050年,氢和生物燃料将 占交通运输部门总的终端能源需求的35%。根据这 一情景预测,在2050年全球对原油的需求可以回落 到目前的水平。 wwF的模型表明[2J,如果没有其他大量的新 能源(如风能和太阳能),并且能以容易储存与运输 的方式来满足工业生产的需求,化石燃料使用量的 大幅消减是不可能的。而新的燃料,如氢能要满足 上述要求将需要装配新的生产和运输方面的重大基 础设施。 3.5其他技术 WWF的报告将停止破坏森林作为减排的主要 技术之一,报告指出[2],停止对森林,特别是热带 雨林的破坏,可为实现总体的减排目标贡献100~ 1 50 Gt的CO,减排量。如果没有有效措施阻止土地 利用变化,气候应对方案成功的可能性将会从90% 降至35%。 根据IEA的技术情景预测[5],到2050年,可再 生能源的增长,可以降低发电行业9%~16%的CO, 排放量。可再生能源在电力结构中所占的比重将从 现在的18%提高至2050年的34%。 在GTSP与CCTP的报告中[3-4],能源末端利用 也是减排的核心技术之一。CCTP指出 ],通过能 源末端利用和基础设施建设等现代的先进技术,温 室气体(特别是CO2)的减排效率将快速提高。在美 国,针对CO,排放的主要末端利用领域包括:建筑 物中电和燃料的使用、交通运输燃料、工业用电和 燃料的使用及少数与燃烧无关的工业生产等[8j。 另外,减少非CO,温室气体的排放技术也值得 注意。CCTP指出【4],非CO,温室气体的减排成本较 低而减排效果显著。到21世纪中期,非CO,温室气 体减排技术可以减少或避免大约1 50 Gt碳的排放, 这几乎占所有减排、捕获、封存温室气体总量的 25%,而其减排成本将降低1/3。 3 哈I Adv.Clim.Change Re 2007,3(6):322—327 化的可持续能源或技术进行了分析和排序,将其分 为3类:1)各方面效益均积极显著的技术,包括提 高能源利用效率、停止破坏森林、加快低排放技术 发展、开发替代燃料、用低碳排放的天然气代替高 碳排放的煤、在使用化石燃料的工厂装配碳捕获和 封存设施等;2)虽有一些负面影响但总体仍对环境 起积极作用的技术,包括CCS、以天然气替代煤炭、 太阳热能等;3)负面影响明显大于正面影响的技术, 如核能技术和不可持续性的生物质能等。 在不同区域、不同时期和不同技术水平下,应 该部署不同的气候变化减缓技术,以实现高效、安 全、稳定地减缓气候变化。 4.2气候变化减缓技术对环境的影响 气候变化减缓技术在改善环境的同时也可能会 给环境带来其他的影响。 以CO,封存技术来讲,根据对目前CO,封存地 点、自然系统、工程系统的观测和模式的分析,经 过适当选择和管理,历经百年或千年保留在储层中 的CO,有可能超过99%,但也可能发生渗漏,渗漏 的潜在后果目前还很难确定。就已有CO,管道而言, 绝大多数是在低人I:1密度地区,而且管道意外事故 的发生概率非常低,与碳氢化合物传输管道的安全 性能相近。但将来管道也有可能通过人口居住区并 可能发生CO,释放的事故,而一旦事故发生地空气 中CO,浓度超过7%~10%,就会对人类生命和健康 产生直接威胁。另外,还有其他的可能影响,如海 洋封存导致海洋“死亡区”以及CO,加注引发小地 震等[】oj。 4.3技术的安全性及公众认可程度 各种技术在用于减缓气候变化的过程中,可能 会对自然生态系统和人类社会带来安全隐患,从而 引发技术和环境危机。公众对某一技术的认知程度 将有可能决定这一技术的应用情况。以核能为例,在 维普资讯 http://www.cqvip.com

6期 王勤花等:气候变化减缓技术:国际现状与发展趋势 327 其发展过程中可能面临各种限制,特别是高额的资 金投入,但最大的发展限制莫过于人 ̄f]n-0接受程度。 其安全问题、放射性废物的处理以及未能彻底解决 的核武器问题等都成为建立新的核反应堆的障碍。 在由天然气替代煤炭的过程中,需要在许多地区建 立大型的液化天然气储存站,但是由于担心受到恐 怖分子的袭击,天然气站的建设在一些地区遇到了 很大的障碍l7]。 2007.http://www.pnl gov/gtsp/ [4] CCTP.U.S.Climate Change Technology Program Strategic Pln.DOE/a PI一0005[R/OL].US:DOE,2006.http://wwew climatetechnology.gov/ [5] IEA.Energy Technology Perspectives:Scenarios&Strategies to 2050[R/ OL]Paris:IEA,2006.http:llwww lea org/w/bookshop/add aspx?id=255 [6] IPCC.Climate Change 2007:Mitigation of Climate Change Working Group III Contribution to the Fourth Assessment Report of the IPCC [M].Cambridge,UK:Cambridge University Press,2007 [7] World Resources Institute(WRI)Scaling Up:Global Technology Deployment to Stabilize Emissions[R/OL]Washington,DC:WRI,2006 http://www wri org/climate/pubs description cfm?pid=4292 相对来讲,CCS技术较为新颖,但如果在其早 期的发展过程中出现意外或者选址等部署不当,人 们的接受程度可能会与对待核能的态度相同。 [8] Commission of the European Communities.Towards a European Strategic Energy Technology Plan,COM(2006)847 final[WOL] 参考文献 【i]Pacala S,Socolow R Stabilization wedges:solving the climate problem ror the next 50 years with current technologies[J1.Science,2004,305: 968—972 [2]w岍.Climate Solutions:the WWF vision orf 2050[R/OL]Switzerland: WWF 2007.http://www.panda.org/ European Commission,2007.http://www managenergy.net/!cIroducts/ RI 596.htm [9] EU Commission.Energy Technology for cheaper renewables,greater eficiency and fglobal leadership of the European industry[EB/OL] [2007—07—14]http://europa eu/rapid/pressReleasesAction.do?reference= MEMO/ [3]TheGlobalEnergyTechnologyStrategyProgram(GTSP).GlobalEnergy Technology Strategy:addressing climate change[R/OL].US:GTSP,[1 o1 IPCC IPCC Special Report onCarbonDioxideCapture and Storage 【M】.Cambridge,UK:Cambridge University Press,2005 International Climate Change Mitigation Technologies: Advances and 0utreaches Wang Qinhua ,Qu Jiansheng 一,Zhang Zhiqiang (1 Scientfc iInformation Centerfor Resources and Environment anzhou Branch ol Nationa,Science Library) Chinese Academy ofSciences Lanzhou 730000,China,"2 MOE Key Laboratory of Western Environmental Systems Lanzhou University,Lanzhou 730000,China) Abstract:Key climate change mitigation technologies were outlined as a brief introduction.Some organizations have paid more attention to climate change mitigation technologies recently.Some important strategy plans were proposed by International Energy Agency(IEA),World Wide Fund for Nature(wwF),Global Energy Technology Strategy Program(GTSP),World Resources Instiutte(WRI),EU and United States.After a synthetical analysis on these strategy plans,a blue map of international climate change mitigation technology was described.The prospective contributions ofclimate change technologies for mitigating global warming were addressed.And also,some important related aspects that may impact the effort of climate change technology practices,eficiency,safety,envifronment, and public acceptability,etc.,were put forward at the end ofthe paper. Key words:climate change mitigation technology;greenhouse gases emission reduction;global warming;climate policy Adv.Clim.Challge Re 2007,3(6):322—327 l 327 

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