碳達(dá)峰碳中和主要技術(shù)應(yīng)用及展望

　　近日，科技部在北京組織召開國(guó)家碳中和科技專家委員會(huì)第一次會(huì)議，評(píng)估《科技支撐碳達(dá)峰碳中和實(shí)施方案(2022—2030年)》的實(shí)施進(jìn)展。技術(shù)在碳達(dá)峰碳中和中的作用得到進(jìn)一步重視。當(dāng)前，碳中和技術(shù)主要體現(xiàn)在煤炭清潔高效利用技術(shù)、可再生能源技術(shù)、低碳利用及能效提升技術(shù)、碳捕獲和儲(chǔ)存等凈零碳技術(shù)等幾個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域。未來(lái)，基于AI、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字技術(shù)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(dòng)實(shí)現(xiàn)碳中和的重要力量。

　　1.技術(shù)是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的主要驅(qū)動(dòng)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(dá)峰碳中和實(shí)施方案(2022—2030年)》(以下簡(jiǎn)稱《方案》)。2023年3月1日，科技部在北京組織召開國(guó)家碳中和科技專家委員會(huì)第一次會(huì)議，科技部張雨?yáng)|副部長(zhǎng)主持會(huì)議并講話，國(guó)家碳中和科技專家委員會(huì)成員，科技部相關(guān)司局和國(guó)家發(fā)展改革委環(huán)資司有關(guān)負(fù)責(zé)同志等60余人參加會(huì)議。專家委員會(huì)評(píng)估《方案》的實(shí)施進(jìn)展，圍繞雙碳科技創(chuàng)新發(fā)展路徑等重大關(guān)鍵問(wèn)題提出建議。技術(shù)在推動(dòng)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和進(jìn)程中的作用得到進(jìn)一步重視。

　　實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和是一個(gè)涉及價(jià)值觀念、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源體系、消費(fèi)模式等諸多層面的復(fù)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(lái)自土地利用、86%來(lái)自化石燃料利用;而排放出來(lái)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(shí)，據(jù)IEA發(fā)布的《2022年二氧化碳排放報(bào)告》顯示，2022年我國(guó)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(guò)程、居民生活等消費(fèi)端合計(jì)占了53%，其中工業(yè)過(guò)程又占消費(fèi)端碳排放量的絕大部分。因此，推動(dòng)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(jìn)能源消費(fèi)端低碳化零碳化發(fā)展，與此同時(shí)提高人為固碳能力就成為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的主要發(fā)力方向，而以上三個(gè)方向均離不開技術(shù)創(chuàng)新的支撐，“技術(shù)為王”也將在此進(jìn)程中得到充分體現(xiàn)。

　　2.碳達(dá)峰碳中和主要技術(shù)應(yīng)用及分析

　　《科技支撐碳達(dá)峰碳中和實(shí)施方案(2022—2030年)》中系統(tǒng)提出科技支撐碳達(dá)峰碳中和的創(chuàng)新方向，并重點(diǎn)突出了能源清潔低碳、零碳利用技術(shù)、低碳與零碳工業(yè)流程再造技術(shù)、建筑交通低碳零碳技術(shù)、碳減排技術(shù)、前沿顛覆性低碳技術(shù)等方向。《科技支撐碳達(dá)峰碳中和實(shí)施方案(2022—2030年)》出臺(tái)以來(lái)，上海、江蘇、安徽、河北等多個(gè)地方政府紛紛出臺(tái)地方科技支撐碳達(dá)峰碳中和實(shí)施方案，其中，煤炭清潔高效利用、可再生能源、氫能、儲(chǔ)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(cè)等技術(shù)成為各地重點(diǎn)發(fā)力方向。

　　1)煤炭清潔高效利用技術(shù)。推動(dòng)碳達(dá)峰碳中和和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型需要堅(jiān)持“先立后破”的原則，當(dāng)前我國(guó)仍呈現(xiàn)出“富煤、貧油、少氣”的能源特點(diǎn)。中共中央 國(guó)務(wù)院在《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》中提出，到2060年，我國(guó)非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到80%以上，即化石能源消費(fèi)仍將保持一定比例。當(dāng)前，我國(guó)每千瓦時(shí)火力發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)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(shù)和裝備達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。但在煤炭高效、低碳、靈活智能利用的基礎(chǔ)性、原創(chuàng)性、顛覆性技術(shù)研究方面仍需加強(qiáng)。

　　2)可再生能源技術(shù)。主要包括新能源發(fā)電、可再生能源非電利用、儲(chǔ)能技術(shù)、智能電網(wǎng)等。以風(fēng)光發(fā)電為例，2022年我國(guó)風(fēng)電、光伏發(fā)電新增裝機(jī)突破1.2億千瓦，連續(xù)三年突破1億千瓦;風(fēng)電、光伏發(fā)電量首次突破1萬(wàn)億千瓦時(shí)，占全社會(huì)用電量的13.8%;風(fēng)電發(fā)電效率較10年前提高30%;陸上風(fēng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)、齒輪箱等關(guān)鍵零部件占全球市場(chǎng)份額70%，我國(guó)風(fēng)光可再生能源技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。但是依然存在一些問(wèn)題。例如，太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電在不同天氣條件下產(chǎn)生的能量波動(dòng)大，需要儲(chǔ)存技術(shù)的支持，以確保能量供應(yīng)的穩(wěn)定性。同時(shí)，新能源設(shè)施建設(shè)也需要考慮環(huán)保和資源利用的問(wèn)題。因此，可再生能源技術(shù)的發(fā)展需要在技術(shù)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(shù)。低碳利用技術(shù)主要體現(xiàn)在工業(yè)、交通和建筑領(lǐng)域。包括低碳零碳工業(yè)流程再造技術(shù)、電氣化和智能化交通技術(shù)、光儲(chǔ)直柔、建筑光伏一體化技術(shù)體系等。例如在交通領(lǐng)域，我國(guó)新能源汽車技術(shù)快速發(fā)展并廣泛應(yīng)用，截至2023年2月，我國(guó)新能源汽車保有量突破1310萬(wàn)輛，成為交通領(lǐng)域低碳化的重要力量。此外，智能交通系統(tǒng)的應(yīng)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(shù)的發(fā)展需要解決能源供應(yīng)不足、充電基礎(chǔ)設(shè)施不完善等問(wèn)題。在工業(yè)領(lǐng)域，工業(yè)流程再造及能源效率提升技術(shù)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(shù)支持。同時(shí)，該技術(shù)需要在政策和市場(chǎng)層面獲得足夠的支持，以確保企業(yè)和個(gè)人愿意采用高效節(jié)能的設(shè)備和措施。

　　4)碳捕獲和儲(chǔ)存等凈零碳技術(shù)。該技術(shù)包括將二氧化碳制成化學(xué)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(chǔ)、硅酸鹽巖石的風(fēng)化(CCUS技術(shù))，以及礦物碳化、植樹造林、土壤有機(jī)碳和土壤無(wú)機(jī)碳、農(nóng)作物的秸稈燒成木炭還田等。總體看，我國(guó)CCUS等凈零碳正處于工業(yè)化示范階段，與國(guó)際整體發(fā)展水平相當(dāng)，但部分關(guān)鍵技術(shù)落后于國(guó)際先進(jìn)水平，且成本較高。未來(lái)，需圍繞低濃度二氧化碳捕集、工業(yè)化利用、封存、碳匯計(jì)量等關(guān)鍵環(huán)節(jié)開展核心技術(shù)攻關(guān)。

　　3.未來(lái)展望——以數(shù)字技術(shù)構(gòu)建新型能源形態(tài)

　　能源活動(dòng)是碳排放的主要來(lái)源，推動(dòng)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵所在。因此，構(gòu)建新能源為主的能源體系以及適應(yīng)新能源特點(diǎn)的新型電力系統(tǒng)至關(guān)重要。在上述系列低碳零碳技術(shù)之中，以AI、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)是推動(dòng)傳統(tǒng)能源清潔高效利用、解決新能源生產(chǎn)消費(fèi)痛點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)從能源有序流動(dòng)和精準(zhǔn)匹配的最有效的技術(shù)手段。基于數(shù)字技術(shù)的數(shù)字能源將是未來(lái)能源發(fā)展的新型形態(tài)。

　　1)構(gòu)建以智慧電網(wǎng)為主的新型電力系統(tǒng)。我國(guó)有豐富的風(fēng)、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(chǔ)能、轉(zhuǎn)化、輸電、消納等環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)發(fā)力，這就需要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，提高電網(wǎng)對(duì)高比例可再生能源的消納和調(diào)控能力。因此，需要發(fā)揮數(shù)字化、智能化帶動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)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(yùn)行技術(shù)，重點(diǎn)研發(fā)高精度可再生能源發(fā)電功率預(yù)測(cè)、綜合調(diào)節(jié)技術(shù)、柔性直流輸電、低慣量電網(wǎng)運(yùn)行與控制等技術(shù)。

　　2)構(gòu)建城市級(jí)智能能源管理平臺(tái)。能源互聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)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(tái)、智慧高效能源公共服務(wù)平臺(tái)、綜合能源一體化運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)三重功能的一體化平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)城市能源(電、冷、熱、氣、水)綜合管理與綜合能源運(yùn)營(yíng)全業(yè)務(wù)支撐(生產(chǎn)、調(diào)度、營(yíng)銷)。從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(chǔ)消費(fèi)全環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)各種能源在空間、時(shí)間上互補(bǔ)高效利用。因此，打造城市級(jí)智能能源管理平臺(tái)是推動(dòng)城市能源轉(zhuǎn)型及實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰的重要抓手。

　　3)發(fā)展分布式能源場(chǎng)景及形態(tài)。風(fēng)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(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》中提出，堅(jiān)持集中式與分布式并舉，優(yōu)先推動(dòng)風(fēng)能、太陽(yáng)能就地就近開發(fā)利用。當(dāng)前，城市新能源應(yīng)用場(chǎng)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(shù)優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)打造虛擬電廠、智能微電網(wǎng)、“光儲(chǔ)充放”一體化充電站等分布式能源數(shù)字化應(yīng)用場(chǎng)景，提高辦公樓宇、工業(yè)園區(qū)、交通基礎(chǔ)設(shè)施等城市重點(diǎn)用能主體能量使用效率，助力打造能量自給自足的零碳場(chǎng)景。

　　新京報(bào)零碳研究院研究員 任大明