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”是指通過結構調整、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、產品或地層中?？靥己凸烫紡默F(xiàn)在起就應持續(xù)發(fā)力，久久為功。
7月25日，《中國碳中和技術發(fā)展路線圖》研究報告發(fā)布，揭示了我國碳中和技術發(fā)展的三大關鍵特征：約20%的關鍵技術達到商業(yè)應用階段，距離大規(guī)模推廣仍有顯著差距；約80%的減排技術應用將導致產品成本上升，其中35%的技術成本增幅甚至超過50%；多數(shù)技術兼具污染物減排、能源安全保障及生態(tài)環(huán)境修復等多重效益?？梢?，我國現(xiàn)有的碳中和技術體系仍面臨較大挑戰(zhàn)，能源電力領域亟需突破眾多關鍵技術，并破除各能源種類之間的壁壘。
能源供應端：控制碳排放
電力碳排放占能源活動碳排放的40%以上，推動電力領域降碳是實現(xiàn)碳中和的關鍵。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、儲能技術和輸電技術的革命性進步，對于加快實現(xiàn)碳中和目標具有至關重要的意義。
當前，光伏發(fā)電、風電邁入平價上網(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換效率、優(yōu)化風機設計降低運維成本等；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，通過科學規(guī)劃、技術創(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；地熱資源分布廣、總量大，但能量密度低，技術突破應從干熱巖提取熱能入手；生物質能發(fā)電日趨成熟，需拓展原料來源、優(yōu)化轉化工藝，提高其在總電力供應中的占比；海洋能、潮汐能總量可觀，但利用模式仍在探索，亟需提升設備可靠性、能量轉換效率等。
中國科學院院士丁仲禮強調，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，應當實現(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”“應急電源”“調節(jié)電源”的作用，對于煤炭清潔利用技術、提高煤電靈活性的技術仍需高度重視，例如煤電摻燒技術改造等。
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鍵。在2030年至2060年這一關鍵時期，我國應致力于建設總量充裕、結構合理、成本最優(yōu)的儲能系統(tǒng)。
儲能技術領域的科技創(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四個方面展開。短時高頻儲能技術包括飛輪儲能技術、超級電容器儲能技術、高倍率電池儲能技術等；中短時儲能技術包括鋰離子電池儲能技術、鈉離子電池儲能技術、固態(tài)電池儲能技術等；長時儲能技術包括壓縮空氣儲能技術、液流電池儲能技術、液態(tài)空氣儲能技術、重力儲能技術、熱泵儲能技術、高效低成本長周期熱儲能技術、氫/氨儲能技術等；抽水蓄能技術包括千米級水頭抽水蓄能電站機組關鍵技術、抽水蓄能機組快速工況轉換相關技術等。
在輸電領域，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)有基礎上成倍增長，無論是特高壓輸電線路建設還是配電網(wǎng)升級改造，要滿足大規(guī)模輸電需求、降低建設成本、提高建設效率，都需關鍵技術的突破作為支撐，例如新型輸電材料的研發(fā)、智能化施工技術的應用、輸電線路損耗控制技術的優(yōu)化等。此外，為有效應對新型電力系統(tǒng)的“雙高”特性，還應通過更先進的傳感技術、通信技術、控制算法等，實現(xiàn)對電網(wǎng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、精準調控與靈活響應。
能源消費端：優(yōu)化碳中和路線
除了電力供應端的清潔能源替代，還需要在能源消費端同步發(fā)力。舒印彪提到，通過技術革命和產業(yè)變革，以電為中心的能源生產消費方式，將助力全社會降低碳排放。預計到2060年，我國工業(yè)建筑領域電氣化率將達到80%以上，交通領域超過53%。為此，需科學設計各行業(yè)的技術進步路徑與產業(yè)應用方案，一系列新的工藝、流程和模式需重新建立。
當前，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)領域是我國能源消費綠色低碳轉型的主要戰(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)綠色低碳轉型的重點與難點領域，其轉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，替代當前工業(yè)生產中來自化石能源的發(fā)電與供熱，例如在工業(yè)加熱、動力驅動等環(huán)節(jié)推廣電鍋爐、電窯爐、電動設備等，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)的合成氨生產等，借助綠氫、合成氣/甲醇、二氧化碳資源化利用等技術，通過行業(yè)間的緊密協(xié)調與深度融合，對傳統(tǒng)生產流程進行低碳（零碳）再造。
在建筑領域，實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展應從三個方面發(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，以綠電和地熱作為主要能源來源，推廣電采暖、電制冷設備和地源熱泵系統(tǒng)等；三是針對農村家庭的用能特點，結合當?shù)刭Y源稟賦，采用屋頂光伏、淺層地熱、生活沼氣、太陽能集熱器、外來綠電相結合的綜合互補方式，構建分布式清潔供能體系。
在交通領域，應制定差異化的發(fā)展路徑：私家車領域，在政策引導與市場驅動下，逐步提高純電動車的占比，加快充電基礎設施建設；重卡、長途客運等商用車領域，重點發(fā)展氫燃料電池技術，滿足長距離運輸需求；鐵路運輸領域，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；船舶運輸領域，內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；航空領域，重點推廣生物航空煤油的應用，同時持續(xù)研發(fā)氫燃料飛機等前沿技術，為長期深度脫碳做準備。
農業(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量的技術、減少畜牧業(yè)碳排放的技術，并盡可能增加農業(yè)土壤的碳含量。
行業(yè)的協(xié)調共進顯得尤為重要。大部分減碳措施需要企業(yè)投入額外成本，這對企業(yè)的短期經濟效益會造成影響。如果某行業(yè)內不同企業(yè)之間不能協(xié)調共進，“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，導致積極減碳的企業(yè)面臨困境，制約整個行業(yè)的低碳轉型進程。因此，應分行業(yè)設計科學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，由于許多技術難題無法靠單一領域的科技發(fā)展解決，跨領域、跨學科的協(xié)同創(chuàng)新必不可少。中國工程院院士劉中民明確提出，當前亟需跨領域系統(tǒng)化部署碳中和重大科技研發(fā)任務，打破能源與其他行業(yè)、能源內各分系統(tǒng)間相互獨立分割的局面，有助于解決單個領域科技發(fā)展難以突破的跨系統(tǒng)問題。
固碳領域：CCUS作用越發(fā)顯著
即使大力推進降碳措施，到2060年仍會有相當數(shù)量的碳排放，需要固碳技術予以中和。
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，二是把二氧化碳捕集起來后加工成工業(yè)產品或封埋于地下、海底，即二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）技術。
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)略體系中的關鍵一環(huán)。全球范圍內多個關鍵領域的技術創(chuàng)新和突破正在推動CCUS技術廣泛應用，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，經過CCUS技術改進的化石能源制氫設施也成為低碳氫的關鍵來源。當前，全球已有7個采用CCUS技術的制氫廠，它們每年能產出40萬噸氫氣，這一產量是電解槽制氫量的三倍。隨著CCUS項目不斷增多，與低碳氫生產相關的碳捕集量將大幅增長。預計到2070年，全球近半數(shù)的低碳氫將源自“化石燃料+CCUS”組合。
《中國碳中和技術發(fā)展路線圖》提出，2035年后CCUS技術的作用將日趨凸顯。根據(jù)《中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2023）》的預測，到2060年，我國CCUS的減排需求將達到約23.5億噸/年，約占當年總減排量的11%。鋼鐵、水泥、化工等高碳排放行業(yè)在生產效率提升和生產峰值到達后，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)減排場景向跨領域融合進化，同樣是一條有效的路徑：建筑碳封存技術，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……但技術成熟度和經濟成本仍是我國CCUS行業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。未來較長時間內，化學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。
