碳達峰碳中和主要技術應用及展望

　　近日，科技部在北京組織召開國家碳中和科技專家委員會第一次會議，評估《科技支撐碳達峰碳中和實施方案(2022—2030年)》的實施進展。技術在碳達峰碳中和中的作用得到進一步重視。當前，碳中和技術主要體現(xiàn)在煤炭清潔高效利用技術、可再生能源技術、低碳利用及能效提升技術、碳捕獲和儲存等凈零碳技術等幾個重點領域。未來，基于AI、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字技術發(fā)展的數(shù)字能源將成為能源發(fā)展的新型形態(tài)，也將是推動實現(xiàn)碳中和的重要力量。

　　1.技術是實現(xiàn)碳達峰碳中和的主要驅動力量

　　2022年8月，科技部等九部門聯(lián)合印發(fā)了《科技支撐碳達峰碳中和實施方案(2022—2030年)》(以下簡稱《方案》)。2023年3月1日，科技部在北京組織召開國家碳中和科技專家委員會第一次會議，科技部張雨東副部長主持會議并講話，國家碳中和科技專家委員會成員，科技部相關司局和國家發(fā)展改革委環(huán)資司有關負責同志等60余人參加會議。專家委員會評估《方案》的實施進展，圍繞雙碳科技創(chuàng)新發(fā)展路徑等重大關鍵問題提出建議。技術在推動實現(xiàn)碳達峰碳中和進程中的作用得到進一步重視。

　　實現(xiàn)碳達峰碳中和是一個涉及價值觀念、產(chǎn)業(yè)結構、能源體系、消費模式等諸多層面的復雜系統(tǒng)工程，核心是減少碳排放和增加碳吸收。據(jù)丁仲禮院士估算，目前全球每年排放的二氧化碳大約是400億噸，其中14%來自土地利用、86%來自化石燃料利用;而排放出來的二氧化碳大約46%留在大氣，54%被海洋和陸地碳匯資源吸收。同時，據(jù)IEA發(fā)布的《2022年二氧化碳排放報告》顯示，2022年我國的二氧化碳排放量為114.8億噸，其中發(fā)電端占比約47%，工業(yè)過程、居民生活等消費端合計占了53%，其中工業(yè)過程又占消費端碳排放量的絕大部分。因此，推動發(fā)電端化石燃料清潔低碳化利用、提高非碳能源開發(fā)使用，促進能源消費端低碳化零碳化發(fā)展，與此同時提高人為固碳能力就成為實現(xiàn)碳達峰碳中和的主要發(fā)力方向，而以上三個方向均離不開技術創(chuàng)新的支撐，“技術為王”也將在此進程中得到充分體現(xiàn)。

　　2.碳達峰碳中和主要技術應用及分析

　　《科技支撐碳達峰碳中和實施方案(2022—2030年)》中系統(tǒng)提出科技支撐碳達峰碳中和的創(chuàng)新方向，并重點突出了能源清潔低碳、零碳利用技術、低碳與零碳工業(yè)流程再造技術、建筑交通低碳零碳技術、碳減排技術、前沿顛覆性低碳技術等方向。《科技支撐碳達峰碳中和實施方案(2022—2030年)》出臺以來，上海、江蘇、安徽、河北等多個地方政府紛紛出臺地方科技支撐碳達峰碳中和實施方案，其中，煤炭清潔高效利用、可再生能源、氫能、儲能、智慧電網(wǎng)、可控核聚變、碳捕集利用與封存、工業(yè)流程再造、生態(tài)碳匯、碳排放監(jiān)測等技術成為各地重點發(fā)力方向。

　　1)煤炭清潔高效利用技術。推動碳達峰碳中和和能源結構轉型需要堅持“先立后破”的原則，當前我國仍呈現(xiàn)出“富煤、貧油、少氣”的能源特點。中共中央 國務院在《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》中提出，到2060年，我國非化石能源消費比重達到80%以上，即化石能源消費仍將保持一定比例。當前，我國每千瓦時火力發(fā)電標準煤耗連續(xù)三年下降，原煤入選率從2015年的66%提高到了2021年的71.7%，煤炭洗選技術和裝備達到國際先進水平。但在煤炭高效、低碳、靈活智能利用的基礎性、原創(chuàng)性、顛覆性技術研究方面仍需加強。

　　2)可再生能源技術。主要包括新能源發(fā)電、可再生能源非電利用、儲能技術、智能電網(wǎng)等。以風光發(fā)電為例，2022年我國風電、光伏發(fā)電新增裝機突破1.2億千瓦，連續(xù)三年突破1億千瓦;風電、光伏發(fā)電量首次突破1萬億千瓦時，占全社會用電量的13.8%;風電發(fā)電效率較10年前提高30%;陸上風電、光伏的平均度電成本較2012年分別下降約48%和70%;光伏組件、風力發(fā)電機、齒輪箱等關鍵零部件占全球市場份額70%，我國風光可再生能源技術已經(jīng)取得了長足的進展。但是依然存在一些問題。例如，太陽能和風能發(fā)電在不同天氣條件下產(chǎn)生的能量波動大，需要儲存技術的支持，以確保能量供應的穩(wěn)定性。同時，新能源設施建設也需要考慮環(huán)保和資源利用的問題。因此，可再生能源技術的發(fā)展需要在技術創(chuàng)新、政策支持和資源利用等方面取得平衡。

　　3)低碳利用及能效提升技術。低碳利用技術主要體現(xiàn)在工業(yè)、交通和建筑領域。包括低碳零碳工業(yè)流程再造技術、電氣化和智能化交通技術、光儲直柔、建筑光伏一體化技術體系等。例如在交通領域，我國新能源汽車技術快速發(fā)展并廣泛應用，截至2023年2月，我國新能源汽車保有量突破1310萬輛，成為交通領域低碳化的重要力量。此外，智能交通系統(tǒng)的應用也可以有效地減少碳排放，提高道路交通效率。但低碳交通技術的發(fā)展需要解決能源供應不足、充電基礎設施不完善等問題。在工業(yè)領域，工業(yè)流程再造及能源效率提升技術可以有效改善工業(yè)企業(yè)用能情況、減少碳排放，但是需要投入大量的資金和技術支持。同時，該技術需要在政策和市場層面獲得足夠的支持，以確保企業(yè)和個人愿意采用高效節(jié)能的設備和措施。

　　4)碳捕獲和儲存等凈零碳技術。該技術包括將二氧化碳制成化學品、將二氧化碳制成燃料、微藻的生產(chǎn)、混凝土碳捕集、提高原油采集率、生物能源的碳捕捉和存儲、硅酸鹽巖石的風化(CCUS技術)，以及礦物碳化、植樹造林、土壤有機碳和土壤無機碳、農(nóng)作物的秸稈燒成木炭還田等。總體看，我國CCUS等凈零碳正處于工業(yè)化示范階段，與國際整體發(fā)展水平相當，但部分關鍵技術落后于國際先進水平，且成本較高。未來，需圍繞低濃度二氧化碳捕集、工業(yè)化利用、封存、碳匯計量等關鍵環(huán)節(jié)開展核心技術攻關。

　　3.未來展望——以數(shù)字技術構建新型能源形態(tài)

　　能源活動是碳排放的主要來源，推動能源綠色低碳轉型是實現(xiàn)“雙碳”目標的關鍵所在。因此，構建新能源為主的能源體系以及適應新能源特點的新型電力系統(tǒng)至關重要。在上述系列低碳零碳技術之中，以AI、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術是推動傳統(tǒng)能源清潔高效利用、解決新能源生產(chǎn)消費痛點，實現(xiàn)從能源有序流動和精準匹配的最有效的技術手段。基于數(shù)字技術的數(shù)字能源將是未來能源發(fā)展的新型形態(tài)。

　　1)構建以智慧電網(wǎng)為主的新型電力系統(tǒng)。我國有豐富的風、光資源，但區(qū)域分布較為分散，如何讓分散的新能源得到有效充分利用，從發(fā)電、儲能、轉化、輸電、消納等環(huán)節(jié)協(xié)調發(fā)力，這就需要構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，提高電網(wǎng)對高比例可再生能源的消納和調控能力。因此，需要發(fā)揮數(shù)字化、智能化帶動能源結構轉型升級作用，研發(fā)大規(guī)模可再生能源并網(wǎng)及電網(wǎng)安全高效運行技術，重點研發(fā)高精度可再生能源發(fā)電功率預測、綜合調節(jié)技術、柔性直流輸電、低慣量電網(wǎng)運行與控制等技術。

　　2)構建城市級智能能源管理平臺。能源互聯(lián)網(wǎng)是未來能源發(fā)展的必然方向，城市是能源消耗及碳排放的主要載體。打造融合跨行業(yè)數(shù)字能源信息共享平臺、智慧高效能源公共服務平臺、綜合能源一體化運營管理平臺三重功能的一體化平臺，可以實現(xiàn)城市能源(電、冷、熱、氣、水)綜合管理與綜合能源運營全業(yè)務支撐(生產(chǎn)、調度、營銷)。從而實現(xiàn)整個城市層面的能源大規(guī)模高效配置，覆蓋城市能源開發(fā)輸送存儲消費全環(huán)節(jié)，實現(xiàn)各種能源在空間、時間上互補高效利用。因此，打造城市級智能能源管理平臺是推動城市能源轉型及實現(xiàn)碳達峰的重要抓手。

　　3)發(fā)展分布式能源場景及形態(tài)。風光等新能源發(fā)電就近使用是新能源供給消納體系重要方向。《中共中央 國務院關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》中提出，堅持集中式與分布式并舉，優(yōu)先推動風能、太陽能就地就近開發(fā)利用。當前，城市新能源應用場景日益豐富，可以充分發(fā)揮區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字技術優(yōu)勢，重點打造虛擬電廠、智能微電網(wǎng)、“光儲充放”一體化充電站等分布式能源數(shù)字化應用場景，提高辦公樓宇、工業(yè)園區(qū)、交通基礎設施等城市重點用能主體能量使用效率，助力打造能量自給自足的零碳場景。

　　新京報零碳研究院研究員 任大明