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汽车业该如何迎接碳中和时代?

2022-1-28 09:20 11128 0
简介
撰文/ 吴 静编辑/ 涂彦平设计/ 赵昊然题图/ 朱英杰全球变暖、冰川融化、海平面上升、极端天气频发······系列现象都在表明,温室效应带来的气候变化正对人类未来的生存造成严重威胁。2020年9月22日,在第75届联 ...

撰文/ 吴 静
编辑/ 涂彦平
设计/ 赵昊然
题图/ 朱英杰

全球变暖、冰川融化、海平面上升、极端天气频发······系列现象都在表明,温室效应带来的气候变化正对人类未来的生存造成严重威胁。

2020年9月22日,在第75届联合国大会期间,中国提出将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。而在此之前,欧盟、日本、韩国等国家也相继宣布力争2050年前实现碳中和。

全球脱碳,正如火如荼。一个业内的共识是,实现碳中和的坚定决心将深刻影响中国的能源结构、工业生产与消费方式。实现碳中和的关键,在于使约占85%碳排放的化石能源向清洁能源转变。

作为制造业中的排碳大户,汽车业的减碳行动至关重要。

事实上,全球对汽车二氧化碳排放法规的不断加严,并逐渐向产品全生命周期过渡,这一趋势正在不断倒逼车企和全产业链、供应链的碳博弈升级。

2021年7月14日,欧盟提出了应对气候变化的一揽子计划提案。其中,值得注意的是欧盟在本次提案中提出了“碳边界调整机制”——欧盟计划2026年起,对未以与欧盟相同方式征收碳排放税的国家和地区的进口商品征收相关税收,征收范围涵盖钢铁、水泥、铝、化肥和电力等行业。

对欧盟此举,联合国贸易和发展会议(UNCTAD)发出警告,称欧盟碳边界调整机制可能会改变贸易模式,有利于资源效率高、工业生产碳排放较低的国家,但对发展中国家的出口可能产生不利影响。但无论以何角度视之,对于所有企业尤其是制造企业而言,减碳零碳都是大势所趋。


2021年10月16日,在轩辕之学巨浪2期第5模块“产业趋势与技术创新”课程中,清华大学社科学院能源转型与社会发展研究中心常务副主任何继江博士作了《汽车业迎接碳中和时代》的主题分享。

站在全球视角之下,何继江博士就碳中和图景、交通能源转型、汽车企业迎接碳中和、绿电从哪里来以及电动汽车与能源互联网等5个领域,全方位剖析面向碳中和时代,汽车行业该往何处去。某种程度上,这是2021年碳中和研究领域不可错过的内容之一。

汽车商业评论记者吴静根据现场录音整理,略作编辑以飨读者。内容未经作者审核,仅供读者参考。


碳中和图景

未来碳中和的世界至少包括了以下十个方面:零碳:为万世开太平;零碳电力系统;光伏是新能源的王者;零碳供暖,多能互补;零碳建筑:建材的创新与回归;零碳交通:电气化;农村的零碳能源转型;循环经济、垃圾能源化和低碳生活;零碳工业;骑向碳中和,争做大零蛋。

交通是零碳课题当中的一部分,占全球碳排放约20%。中国交通碳排放占总量约15%,欧洲国家发达交通碳排放整个比例很高,大概到30%。

2020年9月22日,在第75届联合国大会期间,中国提出将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。日本、韩国宣布力争2050年前碳中和,欧盟也是2050年。值得一提的是,2021年5月,德国宣布进一步提高减排目标,2030年温室气体排放较1990年减少65%,高于欧盟减排55%的目标,实现净零排放的时间也从2050年提前至2045年。

交通系统除了乘用车外,还有一个更难的问题——远洋货轮和飞机。这两个领域碳排放控制难度比较大,所以留给乘用车空间非常少,中国是2060年前,欧洲是2050年甚至更早,这就意味着燃油汽车时代必然要在碳中和之前结束。

欧洲很多国家都在使用碳税和能源税,比较有代表性的是北欧的几个国家。比如瑞典的碳税很高,每吨二氧化碳为119美元,芬兰是每吨58~68美元,挪威是每吨53美元,瑞士和列支敦士登每吨为99美元。


2015年,我国煤电机组平均二氧化碳排放强度890克二氧化碳/千瓦时,2015年底,全国发电行业碳排放强度为600.5克/千瓦时。2020年,全国供电二氧化碳强度为574克/千瓦时,比2015年的600.5克/千瓦时下降了4.4%。澳大利亚、南非、印度等国家供电二氧化碳排放强度比中国高,但瑞士、挪威、瑞典这些国家碳排放强度都很低。比如挪威,挪威碳排放1度电不到30g,所以挪威电动汽车减排效果非常理想。

还有一个重要的信息是碳价。2019年,欧洲的碳市场价格大约是25欧元/吨,2020年3月疫情期间出现了短暂低谷后很快恢复,然后一路超过35欧元,最近又超过65欧元。现在欧洲的碳价基本上在60欧元左右浮动。英国的碳市场是70多欧元,价格更高。所以,欧洲的燃煤电厂已经逐渐开始关闭。

中国现在的碳价是50元/吨,大概是欧洲价格的十分之一。这个十分之一现在看来成本比较低,但是就带来了另外一个问题——碳边境调节税,即在欧盟边境对部分具有碳泄露风险或特定的碳密集型产品征收进口关税,如水泥、玻璃、钢铁、化肥和化石燃料。征收碳边境调节税,一方面可以避免因应对气候变化,而导致欧盟内部企业可能面临不公平竞争,另一方面是为了避免国内制造业外流。

这里特别需要强调一下,国内的专家视角一般从贸易的角度认为欧盟此举是对碳减排未能履约的国家建立绿色贸易保护壁垒,但是欧洲在设定政策时,首先是为了保护国内产业不要跑掉。

再来说以下能源的情况。在终端能源消费中,以北欧五国为例,他们的可再生能源占比非常高。其中,2020年,冰岛的可再生能源占比已经达到90%。2019年,瑞典、挪威、芬兰和丹麦的可再生能源占比分别达到56.4%、73.7%、43.1%、37.2%。

这是我对欧洲情况的总结,2019年的7月份到2020年12月份,在欧洲考察了16个月,足迹遍及欧盟的20多个国家,都有所了解,这是我总结欧洲各国在能源转型当中的情况。


简单总结下就是,在电和热领域,欧洲已经为中国展现了非常清晰的技术路线图。但在交通电气化领域,中欧各有所长,中国略占上风。


交通能源转型


2019年12月,我花了11天在德国租了辆电动汽车考察了一圈,得到了以下几个信息:

第一,EV 行驶成本大概是燃油车的三分之一;

第二,电动汽车充电设施服务不及中国。一方面是充电桩功率低,高速公路主要是50千瓦,中国现在已经是120、180千瓦;另一方面,好多充电桩还是刷卡的,中国的刷卡时代已经过去了,我们都是扫二维码直接付款。

再说一下瑞典的情况。

首先,瑞典是欧洲可再生能源占比最高的国家,已经达54%,全部能源中化石能源占比30%,是欧盟化石能源占比最低的国家,堪称欧洲能源转型的旗帜。

瑞典的电力系统和热力系统已经接近零碳。最后一个燃煤电厂已经于2020年4月16日关闭。现在电力系统中所剩不多的化石能源主要是钢铁厂热电联产中的用煤。

瑞典在交通能源转型规划进行的探索领先欧盟。有比较完整的技术、政策、规划,生物能源在欧盟领先,电气化交通的试验和规划在欧盟领先。

过去10年间,瑞典的生物燃料增长幅度非常大。欧洲的交通能源转型,其实他们最开始走的不是电动化的道路,而是生物燃料道路,比如生物汽油,生物柴油。挪威、瑞典的加油站,法律规定必须能够加至少一种可再生能源,不然审批就无法通过。

但是欧洲人经过十几年发展探索,发现生物燃料总量是不足以满足能源转型需要。比如种玉米或者其它农作物转化成乙醇,这背后需要大量土地,实施一段时间后,他们发现这又会带来能源与能源征地问题、粮食征地等问题。所以,经过探索之后,欧洲的生物乙醇的技术路线现在在往下走。

生物柴油这两年上涨量比较大,一部分原因类似于地沟油的充分利用,欧洲的垃圾管理非常严格,所以地沟油必须能源化,就变成了生物柴油。还有就是欧洲的养殖业屠宰产生了大量的油脂,这些油脂基本上都做成生物柴油。这一块,我们认为在未来交通转型中会占一定比例,但是现在市场上更明显的方式还是电动化。


我们再来了解一下生活中的交通碳排放数据。

选择飞机作为交通工具,乘坐飞机1000公里以上,人均千公里139千克碳排放,1吨二氧化碳排放只够坐飞机从北京到广州(2000公里)飞4趟。自驾车2020年百公里油耗为5L的汽车乘用车碳排放为115g/km,1吨碳排放仅够1人开车跑8000公里。火车是碳排放很低的交通方式。在中国,坐火车100公里以上,人均百公里0.86千克碳排放,也就是说1吨碳排放坐火车能跑10万公里;步行或骑自行车,基本没有碳排放。

我们需要把车辆分成四部分来看交通的碳排放,即交通工具的生产,使用过程中的燃料,基础设施,运行的服务。所以,对交通的碳排放是从这四个角度去衡量,而不仅仅从燃料的一个角度来衡量。

给大家分享一下考察期间见到的有意思的事。在德国的一家Lidl(一家德国发展迅猛的零售商)的停车场,我们惊喜地发现有免费的快速充电桩。在这里免费充电一小时,全是清洁的绿电。我们充到了95%,采购也完成了。显示屏的功能也很强大。此外,我们还了解到lidl有计划建数百个充电站,布局以50公里就有超市和充电站为目标。这个案例启发我们思考,充电的服务和引流服务之间的关系是什么?

法国街头特别拥挤。巴黎街头,电动汽车主要是以smart、雷诺为主的小车。2020年,法国政府已决定拨款110亿欧元用于运输业的脱碳。在电动车辆行业,政府也特别拨款1亿欧元用于发展电动汽车充电桩。

还有一个重要的信息。在交通能源转型当中,我们发现自行车也扮演着重要角色。丹麦哥本哈根提出2025年“绿色出行目标”。其主要包括75%的市民出行使用公共交通、自行车或者步行;50%的市民骑自行车上班和上学;公共交通工具实现碳中和。

这是我对中国交通能源转型的思考。主要涉及以下几个方面:

第一,乘用车用电动汽车为主,氢燃料电池为辅的方案可以将内燃机汽车基本替代;

第二,目前电动汽车使用的电以煤电为主,二氧化碳减排效益不明显;

第三,随着电源的清洁化,车辆用电的碳排放会越来越低。电动汽车、无人驾驶技术、汽车共享技术的协同推进将重塑交通系统,公路与光伏技术的结合也将推动实现交通系统oil-free和零温室气体排放;

第四,大货车有可能采用以氢燃料电池为主,电动汽车为辅的方案。电气化公路与无轨电动货车、无线充电等技术的组合可以使货车大幅降低对燃油的依赖;

第五,铁路已经全部电动化,铁路与光伏的结合有助于铁路使用更低碳的电力;

第六,内河航运将以船用LNG燃料作为过渡燃料,最终方向是氢燃料电池船舶,电动船舶和港口岸电系统的组合;

第七,航空运输的能源转型是巨大的挑战。中短期内可以考虑的是提高生物燃油的比重;

中国大量的地沟量用于制备航空燃油是有必要的引导的方向;

第八,氢燃料电池的前景乐观,在飞机上的应用可以期待;

第九,长期来看,还需要飞机能源系统的突破性创新,或交通技术的巨大变革,如火箭运载、超级铁路。


汽车企业迎接碳中和

如今,碳中和已成为跨国企业碳排放管理首要目标。

互联网、零售、金融等现代服务业,甚至制造业,碳中和目标年份普遍早于国家的碳中和目标年份。能源行业企业(电力油气),其承诺的碳中和目标年份也相对较晚,但一般都不晚于2050年。

其实不光是汽车公司,所有的的公司压力都大。举个例子,壳牌是荷兰最大的能源公司。壳牌宣布2030年比2019年温室气体减排20%,这个力度也不小了,但是荷兰的地方法院裁定说力度太低,必须要在2030年减排45%。


所以欧洲社会的企业在温室气体减排的节奏上力度是很大的。我们国家是说到2030年,温室气体排放达峰,其实大家还在做增长一点的准备,而整个欧洲2030年要比1991年减排55%以上,所以企业最近这10年是减排任务非常艰巨。

越高端的品牌越注重环保,最终让消费者买单。奔驰要在2039年,汽车生产与使用全过程实现碳中和。奥迪是到2025年,汽车生产流通链条上的碳排放足迹减少30%。保时捷在2030年要实现全价值链的碳中和。宝马要到2030年减排20%;中国的工厂2021年底实现碳中和,2030年生产环节减排80%,车辆使用环节减排40%。大众汽车要到2050年全生命周期实现碳中和,相较于2015年,2025年要减排30%。

其实大家觉得我们国家难度很大,他们比我们容易吗?谁都不容易。现在政府要求他们在2030年要有大幅度地减排,对我们来讲,这其实是一个很好的观察、学习、借鉴的过程。

国际标准化组织(ISO)、世界资源研究所(WRI)和世界可持续发展工商理事会(WBCSD)等国际标准和协议制定机构将包括碳排放在内的温室气体排放分为三类:

范围一:代表公司直接的温室气体排放。直接温室气体排放来自于公司所拥有或控制的排放源,如自有或能控制的锅炉,熔炉,车辆以及公司日常经营设备等。

范围二:代表公司间接的温室气体排放。间接温室气体排放是自有或能控制的单位于经营过程中使用外购能源所产生的排放。最常见的例子是自用外购的电力,供热,蒸汽所产生的排放。

范围三:代表公司其他间接并不包括范围二所涵盖的温室气体排放。这通常是一项选择性的报告。范围三的排放来自于公司经营范围中由其他公司拥有或控制的单位所产生的排放。范围三的排放源大多数都是于公司的供应链中:例如委外制造,原料开采期间,员工通勤或商务旅行,产品及服务使用期间等所产生的排放。


给大家分享一个小案例。2021年9月,北京奔驰汽车有限公司成为北京市首批购买绿电企业。北京奔驰如何走向碳中和,其规划了四步走行动方案:首先,降低碳排放总量;其次,提高自制绿色能源占比(自己装光伏);再次,通过外购绿色电力;最后,参与碳补偿项目抵消生产过程中产生的碳排放。

和很多业内人士交流后,我们认为电动汽车园区脱碳构想。主要涉及四个方面:

第一,在供应链领域,所有给主机厂做配套的厂商,都要做供应商碳评价标准设定、供应链碳认证以及供应商碳资产管理服务,核查所有供应商碳排放的来源。简单一点,就是所有的供应商要能向主机厂展示产品在生产过程中的碳排放总量和单位。这就相当于是所有供应链企业都需要有一个碳帐本,来记录自己的碳排放的情况,即建立一个碳中和核算标准体系。

第二,在内部生产,企业要尽可能减少碳排放,用可再生能源,生产建筑的节能,生产流程当中的副产品再利用,余热的利用,低碳运输,全过程考虑如何减碳。

第三,在使用阶段,要给消费者使用绿电的可能性。即消费者买车后,告诉消费者在什么场景下充电使用的是绿电,这就需要为消费者提供绿电使用选项和绿电消费认证。

第四,回收及其他措施。这其中涉及到整体循环经济体系、整车回收拆解、电池拆解再利用、碳中和污水处理以及低碳终端垃圾处理等等问题。


绿电从哪里来

美国数据显示,到2050年碳中和,光伏占到45%。我个人觉得未来碳中和的时候,光伏大约会占到中国电力当中的一半。

以后大概情况是,第一电源是光伏,第二是风电。目前水电占比20%左右,但是它未来没有什么增量,会逐步下降到百分之十几的水平。核电现在占5%,大幅度发展的空间不大。还有垃圾和生物质发电,因为人的生活会伴随一些垃圾,垃圾也可以发电,这也会在电力来源结构中占据一定比例。

现在的趋势是陆上风电发展压力比较大,海上风电有漂浮式、波浪式,技术方案非常多,但是成本远远没有下来,离大规模生产还有较大的距离,所以海上风电在未来肯定还有发展空间。


这个图是未来电力系统的电价曲线,这是德国做的模型图。以前电价最高的时候是中午,因为白天用电多,到2023年就变成傍晚时电价最高,那为什么到2030年后傍晚电价又下来了呢,因为储能投资。这是我们对未来电力系统的一个构想。

关于绿电的销售,最近国家发展改革委、国家能源局正式函复《绿色电力交易试点工作方案》,同意国家电网公司、南方电网公司开展绿色电力交易试点。为还原绿电的绿色商品属性,对参与绿电交易的新能源发电主体核发绿证,在流通环节将绿色属性标识和权益凭证直接赋予绿电产品,实现绿证和绿电的同步流转,充分还原绿色电力的商品属性。

首先,交易组织要优先推动排放量为零的风电、光伏发电参与交易,同时要求绿色电力交易时段划分、曲线形成等具体方式与其他中长期合同有效衔接;

其次,在电网调度方面,绿色电力交易形成的合同电量,由相应调度机构优先安排,保证交易结果优先执行;

最后,绿色电力交易优先于其他优先发电计划和市场化交易结算。


电动汽车与能源互联网

2016年2月24日,国家发改委,国家能源局,工信部发布《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》。

在谈及发展储能和电动汽车应用新模式时,主要涉及三方面内容:

其一,发展储能网络化管理运营模式。

鼓励整合小区、楼宇、家庭应用场景下的储电、储热、储冷、清洁燃料存储等多类型的分布式储能设备及社会上其他分散、冗余、性能受限的储能电池、不间断电源、电动汽车充放电桩等储能设施,建设储能设施数据库,将存量的分布式储能设备通过互联网进行管控和运营。推动电动汽车废旧动力电池在储能电站等储能系统实现梯次利用。构建储能云平台,实现对储能设备的模块化设计、标准化接入、梯次化利用与网络化管理,支持能量的自由灵活交易。推动储能提供能源租赁、紧急备用、调峰调频等增值服务。

其二,发展车网协同的智能充放电模式。

鼓励充换电设施运营商、电动汽车企业等,集成电网、车企、交通、气象、安全等各种数据,建设基于电网、储能、分布式用电等元素的新能源汽车运营云平台。促进电动汽车与智能电网间能量和信息的双向互动,应用电池能量信息化和互联网化技术,探索无线充电、移动充电、充放电智能导引等新运营模式。积极开展电动汽车智能充放电业务,探索电动汽车利用互联网平台参与能源直接交易、电力需求响应等新模式。

其三,发展新能源+电动汽车运行新模式。

充分利用风能、太阳能等可再生能源资源,在城市、景区、高速公路等区域因地制宜建设新能源充放电站等基础设施,提供电动汽车充放电、换电等业务,实现电动汽车与新能源的协同优化运行。

2016年的7月,《组织实施“互联网+”智慧能源(能源互联网)示范项目的通知》中还有一段话值得我们注意:推动绿色能源的灵活自主微平衡交易,实现分布式电源、分布式储能主体,依托配电网和互联网交易平台,实现与个人、家庭级各类微小用能主体间的点对点自主交易;开展分布式电源直供负荷试点,在商业电价较高地区,积极开展分布式电源微平衡交易试点,探索分布式光伏直供工商业或电动汽车机制,实现光伏发电“自发自用、余量交易”,探索风电直供模式;在试点区内探索过网费标准和辅助服务费标准,交易监管等政策创新。

结合这份文件来看,电动汽车其实的多种定义,它既是一个交通工具,也是一个用电设施,同时也可以是一个移动式、分布式的储能设施。而且因为电动汽车从一开始它就是个物联网,这样通信系统和能源系统两者就可以进行深度融合。

以下是两者结合诞生的十个应用情景:充电;夜间慢充;光伏充电桩;换电;能源互联网+高速公路;新能源电气化停车场;充放电;充放电和辅助服务;电动汽车+CCER;电动汽车+无人驾驶+共享。

在我们看来,能源互联网+电动汽车的的发展有四个层次:

第一个层次是实现车桩匹配。基于互联网匹配充电车辆和充电桩资源,使电动汽车实现方便快捷的充电;

第二层次是繁荣电力市场。城市分布式光伏的大规模发展和售电市场的放开;

第三层次是参与辅助服务。电动汽车参与辅助服务,向电网公司以及终端用电客户提供应急供电、需求响应、备用、调峰、调频等服务;

第四层次是实现智能集成。这个层次的关键技术是无人驾驶技术的成熟和推广。电动汽车成为能源共享经济的旗手。



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