中國儲能網(wǎng)訊：“碳達峰”是指二氧化碳排放不再增長，達到峰值之后逐步回落；“碳中和”是指通過結(jié)構(gòu)調(diào)整、節(jié)能減排、自然吸收及人為固碳等，實現(xiàn)碳排放量和固碳量的正負抵消，達到“凈零排放”。
能源生產(chǎn)和消費是我國溫室氣體的主要來源，占比大于80％，加之能源的基礎(chǔ)地位和廣泛輻射作用，實現(xiàn)碳中和目標，一是要控制能源利用的碳排放量——打造深度低碳的電力系統(tǒng)，同時通過電氣化促進各用能領(lǐng)域深度降碳；二是要增加固碳量——通過人為手段將更多的碳固定在地表、產(chǎn)品或地層中。控碳和固碳從現(xiàn)在起就應(yīng)持續(xù)發(fā)力，久久為功。
7月25日，《中國碳中和技術(shù)發(fā)展路線圖》研究報告發(fā)布，揭示了我國碳中和技術(shù)發(fā)展的三大關(guān)鍵特征：約20%的關(guān)鍵技術(shù)達到商業(yè)應(yīng)用階段，距離大規(guī)模推廣仍有顯著差距；約80%的減排技術(shù)應(yīng)用將導(dǎo)致產(chǎn)品成本上升，其中35%的技術(shù)成本增幅甚至超過50%；多數(shù)技術(shù)兼具污染物減排、能源安全保障及生態(tài)環(huán)境修復(fù)等多重效益?？梢?，我國現(xiàn)有的碳中和技術(shù)體系仍面臨較大挑戰(zhàn)，能源電力領(lǐng)域亟需突破眾多關(guān)鍵技術(shù)，并破除各能源種類之間的壁壘。
能源供應(yīng)端：控制碳排放
電力碳排放占能源活動碳排放的40%以上，推動電力領(lǐng)域降碳是實現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵。中國工程院院士舒印彪基于我國的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了清晰的階段預(yù)測。2031年至2050年，新能源加速替代煤電，裝機容量達到60億千瓦，清潔能源滿足全部新增電力需求。2051年至2060年，電力需求增長趨于飽和，清潔能源發(fā)電量占比超過90%，終端用能高度電氣化（達到70%左右），我國將建成深度低碳（零碳）的電力系統(tǒng)。
我國在實現(xiàn)碳達峰目標后，進一步推動發(fā)電技術(shù)、儲能技術(shù)和輸電技術(shù)的革命性進步，對于加快實現(xiàn)碳中和目標具有至關(guān)重要的意義。
當(dāng)前，光伏發(fā)電、風(fēng)電邁入平價上網(wǎng)時代，但在降本增效方面仍有很大發(fā)展空間，例如改進光伏電池材料提升轉(zhuǎn)換效率、優(yōu)化風(fēng)機設(shè)計降低運維成本等；水電資源開發(fā)成效顯著，中長期仍需在雅魯藏布江、金沙江上游等區(qū)域，通過科學(xué)規(guī)劃、技術(shù)創(chuàng)新，進一步提升規(guī)模和效益；太陽能熱發(fā)電對電網(wǎng)友好性高，但發(fā)電成本較高，可從高性能吸熱材料、高效儲熱裝置等環(huán)節(jié)尋求突破；地?zé)豳Y源分布廣、總量大，但能量密度低，技術(shù)突破應(yīng)從干熱巖提取熱能入手；生物質(zhì)能發(fā)電日趨成熟，需拓展原料來源、優(yōu)化轉(zhuǎn)化工藝，提高其在總電力供應(yīng)中的占比；海洋能、潮汐能總量可觀，但利用模式仍在探索，亟需提升設(shè)備可靠性、能量轉(zhuǎn)換效率等。
中國科學(xué)院院士丁仲禮強調(diào)，實現(xiàn)碳中和目標需要一種公共認知：核電作為“穩(wěn)定電源”的重要組成部分，應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)跨越式發(fā)展，在沿海地區(qū)優(yōu)先布局核電項目替代傳統(tǒng)煤電。未來很長時間，煤電仍發(fā)揮“穩(wěn)定電源”“應(yīng)急電源”“調(diào)節(jié)電源”的作用，對于煤炭清潔利用技術(shù)、提高煤電靈活性的技術(shù)仍需高度重視，例如煤電摻燒技術(shù)改造等。
新能源發(fā)電存在間歇性與波動性，儲能是解決這一問題的關(guān)鍵。在2030年至2060年這一關(guān)鍵時期，我國應(yīng)致力于建設(shè)總量充裕、結(jié)構(gòu)合理、成本最優(yōu)的儲能系統(tǒng)。
儲能技術(shù)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新重點圍繞短時高頻儲能、中短時儲能、長時儲能和抽水蓄能技術(shù)四個方面展開。短時高頻儲能技術(shù)包括飛輪儲能技術(shù)、超級電容器儲能技術(shù)、高倍率電池儲能技術(shù)等；中短時儲能技術(shù)包括鋰離子電池儲能技術(shù)、鈉離子電池儲能技術(shù)、固態(tài)電池儲能技術(shù)等；長時儲能技術(shù)包括壓縮空氣儲能技術(shù)、液流電池儲能技術(shù)、液態(tài)空氣儲能技術(shù)、重力儲能技術(shù)、熱泵儲能技術(shù)、高效低成本長周期熱儲能技術(shù)、氫/氨儲能技術(shù)等；抽水蓄能技術(shù)包括千米級水頭抽水蓄能電站機組關(guān)鍵技術(shù)、抽水蓄能機組快速工況轉(zhuǎn)換相關(guān)技術(shù)等。
在輸電領(lǐng)域，隨著新能源發(fā)電的大規(guī)模開發(fā)與跨區(qū)域消納，電網(wǎng)遠距離輸電規(guī)模必將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上成倍增長，無論是特高壓輸電線路建設(shè)還是配電網(wǎng)升級改造，要滿足大規(guī)模輸電需求、降低建設(shè)成本、提高建設(shè)效率，都需關(guān)鍵技術(shù)的突破作為支撐，例如新型輸電材料的研發(fā)、智能化施工技術(shù)的應(yīng)用、輸電線路損耗控制技術(shù)的優(yōu)化等。此外，為有效應(yīng)對新型電力系統(tǒng)的“雙高”特性，還應(yīng)通過更先進的傳感技術(shù)、通信技術(shù)、控制算法等，實現(xiàn)對電網(wǎng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、精準調(diào)控與靈活響應(yīng)。
能源消費端：優(yōu)化碳中和路線
除了電力供應(yīng)端的清潔能源替代，還需要在能源消費端同步發(fā)力。舒印彪提到，通過技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)變革，以電為中心的能源生產(chǎn)消費方式，將助力全社會降低碳排放。預(yù)計到2060年，我國工業(yè)建筑領(lǐng)域電氣化率將達到80%以上，交通領(lǐng)域超過53%。為此，需科學(xué)設(shè)計各行業(yè)的技術(shù)進步路徑與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方案，一系列新的工藝、流程和模式需重新建立。
當(dāng)前，工業(yè)部門在全社會能源消費總量中的占比約為 2/3，碳排放總量占比達到70%左右。工業(yè)領(lǐng)域是我國能源消費綠色低碳轉(zhuǎn)型的主要戰(zhàn)場，也是決定碳中和目標能否如期實現(xiàn)的關(guān)鍵。鋼鐵、化工、水泥、有色金屬等傳統(tǒng)高耗能行業(yè)，成為工業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重點與難點領(lǐng)域，其轉(zhuǎn)型成效將直接影響我國整體碳中和進程。
工業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型可通過兩大路徑推進：一是深度電氣化，逐步用非化石能源提供的綠電，替代當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中來自化石能源的發(fā)電與供熱，例如在工業(yè)加熱、動力驅(qū)動等環(huán)節(jié)推廣電鍋爐、電窯爐、電動設(shè)備等，從能源消費源頭減少碳排放；二是針對難以直接實現(xiàn)電氣化的工業(yè)流程，如鋼鐵行業(yè)的高爐煉鐵、化工行業(yè)的合成氨生產(chǎn)等，借助綠氫、合成氣/甲醇、二氧化碳資源化利用等技術(shù)，通過行業(yè)間的緊密協(xié)調(diào)與深度融合，對傳統(tǒng)生產(chǎn)流程進行低碳（零碳）再造。
在建筑領(lǐng)域，實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展應(yīng)從三個方面發(fā)力：一是通過更新保溫隔熱材料、改造供暖制冷系統(tǒng)等方式，對既有建筑進行節(jié)能化改造；二是針對城市建筑的用能需求，以綠電和地?zé)嶙鳛橹饕茉磥碓?，推廣電采暖、電制冷設(shè)備和地源熱泵系統(tǒng)等；三是針對農(nóng)村家庭的用能特點，結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源稟賦，采用屋頂光伏、淺層地?zé)?、生活沼氣、太陽能集熱器、外來綠電相結(jié)合的綜合互補方式，構(gòu)建分布式清潔供能體系。
在交通領(lǐng)域，應(yīng)制定差異化的發(fā)展路徑：私家車領(lǐng)域，在政策引導(dǎo)與市場驅(qū)動下，逐步提高純電動車的占比，加快充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；重卡、長途客運等商用車領(lǐng)域，重點發(fā)展氫燃料電池技術(shù)，滿足長距離運輸需求；鐵路運輸領(lǐng)域，以線路電氣化改造為主要方向，難度大的特殊路段可采用氫燃料電池動力；船舶運輸領(lǐng)域，內(nèi)河航運可采用蓄電池作為動力來源，遠洋航運宜采用氫燃料電池或二氧化碳排放相對較少的液化天然氣；航空領(lǐng)域，重點推廣生物航空煤油的應(yīng)用，同時持續(xù)研發(fā)氫燃料飛機等前沿技術(shù)，為長期深度脫碳做準備。
農(nóng)業(yè)中的種植業(yè)與畜牧養(yǎng)殖業(yè)是甲烷、氧化亞氮等強效溫室氣體的主要排放源，二者的溫室效應(yīng)能力是二氧化碳的數(shù)十倍至數(shù)百倍，對全球氣候變化的影響同樣顯著。長期來看，需加大科研投入，開發(fā)能減少甲烷和氧化亞氮排放但不影響作物產(chǎn)量的技術(shù)、減少畜牧業(yè)碳排放的技術(shù)，并盡可能增加農(nóng)業(yè)土壤的碳含量。
行業(yè)的協(xié)調(diào)共進顯得尤為重要。大部分減碳措施需要企業(yè)投入額外成本，這對企業(yè)的短期經(jīng)濟效益會造成影響。如果某行業(yè)內(nèi)不同企業(yè)之間不能協(xié)調(diào)共進，“不作為企業(yè)”將因成本優(yōu)勢在市場競爭中占據(jù)有利地位，導(dǎo)致積極減碳的企業(yè)面臨困境，制約整個行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型進程。因此，應(yīng)分行業(yè)設(shè)計科學(xué)合理的碳中和路線圖，明確各行業(yè)不同階段的減碳目標、技術(shù)路徑與時間節(jié)點，并建立有效的激勵或約束制度。此外，由于許多技術(shù)難題無法靠單一領(lǐng)域的科技發(fā)展解決，跨領(lǐng)域、跨學(xué)科的協(xié)同創(chuàng)新必不可少。中國工程院院士劉中民明確提出，當(dāng)前亟需跨領(lǐng)域系統(tǒng)化部署碳中和重大科技研發(fā)任務(wù)，打破能源與其他行業(yè)、能源內(nèi)各分系統(tǒng)間相互獨立分割的局面，有助于解決單個領(lǐng)域科技發(fā)展難以突破的跨系統(tǒng)問題。
固碳領(lǐng)域：CCUS作用越發(fā)顯著
即使大力推進降碳措施，到2060年仍會有相當(dāng)數(shù)量的碳排放，需要固碳技術(shù)予以中和。
人類活動向大氣中排放的二氧化碳，一部分會通過海洋和陸地表面吸收固定，余下部分如不通過人為手段予以固定，則大氣中的二氧化碳濃度仍會逐年升高。通過人為手段固碳一般有兩大途徑，一是生態(tài)系統(tǒng)的保育與修復(fù)，二是把二氧化碳捕集起來后加工成工業(yè)產(chǎn)品或封埋于地下、海底，即二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）技術(shù)。
通過生態(tài)系統(tǒng)固碳，重點在于對森林生態(tài)系統(tǒng)的管理，一是保育，二是擴大面積。我國的森林有很大一部分都處于幼年期，此外還有不少非農(nóng)用地可作造林之用（例如在近海的灘涂種植紅樹林），加之草地、濕地、農(nóng)田土壤的碳大都處于不飽和狀態(tài)，因此生態(tài)系統(tǒng)的固碳潛力非常大。
CCUS已成為碳中和戰(zhàn)略體系中的關(guān)鍵一環(huán)。全球范圍內(nèi)多個關(guān)鍵領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和突破正在推動CCUS技術(shù)廣泛應(yīng)用，根據(jù)國際能源署（IEA）的報告，除了利用可再生能源通過電解水制氫外，經(jīng)過CCUS技術(shù)改進的化石能源制氫設(shè)施也成為低碳氫的關(guān)鍵來源。當(dāng)前，全球已有7個采用CCUS技術(shù)的制氫廠，它們每年能產(chǎn)出40萬噸氫氣，這一產(chǎn)量是電解槽制氫量的三倍。隨著CCUS項目不斷增多，與低碳氫生產(chǎn)相關(guān)的碳捕集量將大幅增長。預(yù)計到2070年，全球近半數(shù)的低碳氫將源自“化石燃料+CCUS”組合。
《中國碳中和技術(shù)發(fā)展路線圖》提出，2035年后CCUS技術(shù)的作用將日趨凸顯。根據(jù)《中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2023）》的預(yù)測，到2060年，我國CCUS的減排需求將達到約23.5億噸/年，約占當(dāng)年總減排量的11%。鋼鐵、水泥、化工等高碳排放行業(yè)在生產(chǎn)效率提升和生產(chǎn)峰值到達后，仍需借助CCUS來進一步實現(xiàn)二氧化碳的減排。
CCUS技術(shù)發(fā)展之路上仍有諸多挑戰(zhàn)，從單一工業(yè)減排場景向跨領(lǐng)域融合進化，同樣是一條有效的路徑：建筑碳封存技術(shù)，通過將生物炭等低價值廢物加入混凝土或利用碳化骨料，有效捕獲和封存二氧化碳，同時提高材料強度和耐久性；今年以來利用二氧化碳制航空煤油的試驗屢獲進展，不僅能直接替代傳統(tǒng)燃油，無需改裝發(fā)動機，還能減少高達80%的碳排放量……但技術(shù)成熟度和經(jīng)濟成本仍是我國CCUS行業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。未來較長時間內(nèi)，化學(xué)吸收法中新型溶劑的研發(fā)、膜分離法中高分子膜材料的突破、吸附法中金屬有機框架材料的商用化等，仍是行業(yè)著力突破的主要方向。
