漫漫脫碳路

氣候變化已是不爭的事實。問題是我們能否遏止氣候變化？西門子開展的一項研究勾勒出通往《巴黎協(xié)定》目標的道路藍圖。

本世紀，人們的生活將發(fā)生怎樣的轉(zhuǎn)變？自動駕駛汽車能否駛上街頭？癌癥會不會被攻克？能不能在火星上建立殖民地？沒有人知道答案。然而，就地球未來的氣溫而言，我們有一個明確的目標：2015年簽訂的《巴黎氣候協(xié)定》要求社會（美國除外）必須將升溫幅度限制在2攝氏度以內(nèi)（以本世紀工業(yè)革命前的氣溫水平為基礎(chǔ)）。我們還知道怎樣才能實現(xiàn)這一目標：將溫室氣體，特別是二氧化碳（CO2）的排放量降至“零”。

但要實現(xiàn)這一目標，需要采取一整套脫碳措施。由于《巴黎協(xié)定》并未規(guī)定相應的舉措，因此，各國政府及科研機構(gòu)一直在研究和討論，需要采取哪些措施才能實現(xiàn)這個氣候目標。依托其環(huán)保業(yè)務(wù)組合，西門子一直在幫助電能供應及需求兩方面的客戶降低碳足跡。2017年底，西門子發(fā)布一份意見書，在廣泛深入的計算機模擬的基礎(chǔ)上，以德國《2050年氣候行動計劃》為例，介紹了一系列有助于邁向碳中和的經(jīng)濟措施。

位于英格蘭西北海域的West of Duddon Sands海上風電場。風電技術(shù)十分成熟，然而，要實現(xiàn)更強競爭力，還必須提高成本效益。

高度靈活而又穩(wěn)定的電網(wǎng)

在供應方面，發(fā)電主力仍然是礦物燃料，如煤炭、天然氣和石油，后果就是將大量溫室氣體排放到大氣中。據(jù)世界銀行稱，2014年礦物燃料發(fā)電占比為67%，其余則為核電和可再生能源發(fā)電。德國的情況比平均水平好一些。2017年，礦物燃料發(fā)電占比不到50%。德國政府的氣候計劃提出：到2050年，德國可再生能源發(fā)電占比將提高至80%，其中風電的貢獻大。但要實現(xiàn)這一目標，必須有明確的計劃。

當然，可再生能源發(fā)電并網(wǎng)殊非易事，因為風電和太陽能發(fā)電都具有顯著的波動性。因此，同其他國家一樣，德國也需要一個高度靈活而又穩(wěn)定的電網(wǎng)。它必須借助智能電能管理系統(tǒng)來滿足高峰需求，并在電力供大于求時，按需利用其他解決方案，如熱泵、蓄電技術(shù)或制氫系統(tǒng)等，幫助穩(wěn)定電網(wǎng)。然而，這并不意味著可以直接關(guān)停常規(guī)電廠。在可再生能源發(fā)電不能保證基本發(fā)電量的情況下，必須依靠其他電廠來保證電網(wǎng)穩(wěn)定。不過，配備如西門子提供的聯(lián)合循環(huán)和單循環(huán)燃氣輪機等設(shè)施的燃氣電廠，可以取代燃煤電廠供應基本發(fā)電量，并可在日后隨可再生能源發(fā)電占比不斷提高，用作備用系統(tǒng)。得益于此，德國將在2050年之前或更早時候，退出煤電生產(chǎn)。簡而言之，必須像擴大可再生能源發(fā)電那樣，以同樣堅定的決心來推進常規(guī)發(fā)電轉(zhuǎn)型。

配備電力驅(qū)動系統(tǒng)的Extra 330LE飛機創(chuàng)下了多項世界紀錄。西門子的研究預計，到2030年首架100座混合動力電動飛機將投入運營。

關(guān)鍵概念：部門聯(lián)合

在需求方面，所有經(jīng)濟領(lǐng)域必須更加緊密地結(jié)合在一起。其中的關(guān)鍵概念是，通過電氣化和利用電能轉(zhuǎn)化合成燃料雙管齊下，實現(xiàn)供熱、交通和工業(yè)等部門的“部門聯(lián)合”。

譬如，如今供熱的主要途徑仍然是燃燒礦物燃料。這種情況將會發(fā)生改變。雖然集中供熱主要利用熱泵結(jié)合太陽能集熱系統(tǒng)實現(xiàn)電氣化，但已出現(xiàn)朝著借助生物質(zhì)、“電阻加熱器”和熱泵等混合系統(tǒng)實現(xiàn)工業(yè)和區(qū)域集中供熱的電氣化轉(zhuǎn)型趨勢。如果這一趨勢延續(xù)下去，這些技術(shù)可以取代天然氣，致力于實現(xiàn)終的二氧化碳減排目標。顯而易見，在采取這些措施的同時，還應改善樓宇保溫隔熱措施，以及部署樓宇自控系統(tǒng)。

交通領(lǐng)域在很大程度上已經(jīng)實現(xiàn)電氣化，這主要是在公共交通領(lǐng)域：鐵路、地鐵、火車，甚至越來越多的公共汽車。但汽車，特別是私家車，也需要轉(zhuǎn)型——考慮到2017年僅德國的汽車保有量就高達4500萬輛，而在范圍內(nèi)，截至2015年的數(shù)據(jù)為近9.5億輛，這可不是個輕松的任務(wù)。西門子意見書指出，2030年之后，采用電能轉(zhuǎn)化合成燃料的電動汽車將開始占到較大比例。

如果碳排放在所難免……

另一方面，理想情況下，貨運應當從公路轉(zhuǎn)移到鐵路，如德國“Agora交通轉(zhuǎn)型”（Agora Verkehrswende）倡議的專家所呼吁的，但迄今為止這一趨勢尚未成型。不過，卡車也可以采用混合動力解決方案，如電池和采用氫燃料和電能轉(zhuǎn)化合成燃料的發(fā)動機。不僅如此，西門子的電氣化高速路電車高架線系統(tǒng)，也很可能帶來極大的靈活性。除公路運輸之外，空運和海運脫碳亦至關(guān)重要。譬如，飛機應當越來越多地使用混合動力電動推進系統(tǒng)和合成燃料；西門子的研究預計，到2030年，首架100座混合動力電動飛機將投入運營。

在工業(yè)部門，脫碳不僅涉及供熱，還牽涉到生產(chǎn)新產(chǎn)品，如化工行業(yè)生產(chǎn)化肥、塑料或清潔劑，這些生產(chǎn)活動仍主要采用礦物燃料。如果不能*杜絕排放二氧化碳，比如水泥生產(chǎn)就是這種情況，那么，應當借助碳捕集和封存（CCS）技術(shù)，將二氧化碳分離出來并加以封存。CCS可以幫助實現(xiàn)90%以上的二氧化碳減排率。

杜塞爾多夫市Lausward電廠的Fortuna聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置配備了西門子燃氣輪機，它是世界紀錄的保持者。

這樣看來，在經(jīng)濟的各個領(lǐng)域推進電氣化轉(zhuǎn)型應是大幅降低溫室氣體排放量的途徑。但是，如果不在減排的同時提高能效，《巴黎協(xié)定》的宏偉目標將無法實現(xiàn)。高能效電力驅(qū)動系統(tǒng)、熱泵、樓宇自控系統(tǒng)、火車等等，以及發(fā)電本身，都是如此。譬如，在適用情況下，工業(yè)部門都應當使用熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）方式。正如2017年5月《科學》雜志刊登的一篇文章所突出強調(diào)的，到2030年，僅提高能效就可將溫室氣體排放量減少高達50%。

現(xiàn)在，這些創(chuàng)新技術(shù)能否創(chuàng)造一個氣候變化得到控制的美麗新世界？到2100年，升溫幅度能否真的控制在2攝氏度以內(nèi)？盡管這些措施在技術(shù)上和經(jīng)濟上是切實可行的，但誰都不能打包票。正如西門子建議書及其他研究所強調(diào)的，這些舉措的實施離不開國家及社會的政治意愿。譬如，德國政府必須構(gòu)建適當?shù)恼慰蚣?，以便確保實現(xiàn)加速淘汰燃煤發(fā)電。為促進實現(xiàn)這一目標，德國也需要扶持新的電力市場，為可再生能源發(fā)電和低排放技術(shù)投資給予優(yōu)惠，或者引入二氧化碳排放低限價。