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、碳捕獲和儲存等淨零碳技術等幾個重點領域。未來，基於AI、大數據、雲計算、物聯網等數字技術發展的數字能源將成為能源發展的新型形態，也將是推動實現碳中和的重要力量。
1.技術是實現碳達峰碳中和的主要驅動力量
2022年8月，科技部等九部門聯合印發了《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並講話，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展改革委環資司有關負責同誌等60餘人參加會議。專家委員會評估《方案》的實施進展，圍繞雙碳科技創新發展路徑等重大關鍵問題提出建議。技術在推動實現碳達峰碳中和進程中的作用得到進一步重視。
實現碳達峰碳中和是一個涉及價值觀念、產業結構、能源體系、消費模式等諸多層面的複雜系統工程，核心是減少碳排放和增加碳吸收。據丁仲禮院士估算，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%被海洋和陸地碳彙資源吸收。同時，據IEA發佈的《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，其中發電端佔比約47%，工業過程、居民生活等消費端合計佔了53%，其中工業過程又佔消費端碳排放量的絕大部分。因此，推動發電端化石燃料清潔低碳化利用、提高非碳能源開發使用，促進能源消費端低碳化零碳化發展，與此同時提高人為固碳能力就成為實現碳達峰碳中和的主要發力方向，而以上三個方向均離不開技術創新的支撐，「技術為王」也將在此進程中得到充分體現。
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）》中系統提出科技支撐碳達峰碳中和的創新方向，並重點突出了能源清潔低碳、零碳利用技術、低碳與零碳工業流程再造技術、建築交通低碳零碳技術、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）》出台以來，上海、江蘇、安徽、河北等多個地方政府紛紛出台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、可控核聚變、碳捕集利用與封存、工業流程再造、生態碳彙、碳排放監測等技術成為各地重點發力方向。
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「先立後破」的原則，當前我國仍呈現出「富煤、貧油、少氣」的能源特點。中共中央 國務院在《關於完整準確全面貫徹新發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電標準煤耗連續三年下降，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。主要包括新能源發電、可再生能源非電利用、儲能技術、智能電網等。以風光發電為例，2022年我國風電、光伏發電新增裝機突破1.2億千瓦，連續三年突破1億千瓦；風電、光伏發電量首次突破1萬億千瓦時，佔全社會用電量的13.8%；風電發電效率較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、風力發電機、齒輪箱等關鍵零部件佔全球市場份額70%，我國風光可再生能源技術已經取得了長足的進展。但是依然存在一些問題。例如，太陽能和風能發電在不同天氣條件下產生的能量波動大，需要儲存技術的支持，以確保能量供應的穩定性。同時，新能源設施建設也需要考慮環保和資源利用的問題。因此，可再生能源技術的發展需要在技術創新、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在工業、交通和建築領域。包括低碳零碳工業流程再造技術、電氣化和智能化交通技術、光儲直柔、建築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展並廣泛應用，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。在工業領域，工業流程再造及能源效率提升技術可以有效改善工業企業用能情況、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，以確保企業和個人願意採用高效節能的設備和措施。
4）碳捕獲和儲存等淨零碳技術。該技術包括將二氧化碳製成化學品、將二氧化碳製成燃料、微藻的生產、混凝土碳捕集、提高原油採集率、生物能源的碳捕捉和存儲、矽酸鹽岩石的風化（CCUS技術），以及礦物碳化、植樹造林、土壤有機碳和土壤無機碳、農作物的秸稈燒成木炭還田等。總體看，我國CCUS等淨零碳正處於工業化示範階段，與國際整體發展水平相當，但部分關鍵技術落後於國際先進水平，且成本較高。未來，需圍繞低濃度二氧化碳捕集、工業化利用、封存、碳彙計量等關鍵環節開展核心技術攻關。
3.未來展望——以數字技術構建新型能源形態
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「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至關重要。在上述系列低碳零碳技術之中，以AI、大數據、雲計算、物聯網為代表的新一代信息技術是推動傳統能源清潔高效利用、解決新能源生產消費痛點，實現從能源有序流動和精準匹配的最有效的技術手段。基於數字技術的數字能源將是未來能源發展的新型形態。
1）構建以智慧電網為主的新型電力系統。我國有豐富的風、光資源，但區域分佈較為分散，如何讓分散的新能源得到有效充分利用，從發電、儲能、轉化、輸電、消納等環節協調發力，這就需要構建以新能源為主體的新型電力系統，提高電網對高比例可再生能源的消納和調控能力。因此，需要發揮數字化、智能化帶動能源結構轉型升級作用，研發大規模可再生能源並網及電網安全高效運行技術，重點研發高精度可再生能源發電功率預測、綜合調節技術、柔性直流輸電、低慣量電網運行與控制等技術。
2）構建城市級智能能源管理平台。能源互聯網是未來能源發展的必然方向，城市是能源消耗及碳排放的主要載體。打造融合跨行業數字能源信息共享平台、智慧高效能源公共服務平台、綜合能源一體化運營管理平台三重功能的一體化平台，可以實現城市能源（電、冷、熱、氣、水）綜合管理與綜合能源運營全業務支撐（生產、調度、營銷）。從而實現整個城市層面的能源大規模高效配置，覆蓋城市能源開發輸送存儲消費全環節，實現各種能源在空間、時間上互補高效利用。因此，打造城市級智能能源管理平台是推動城市能源轉型及實現碳達峰的重要抓手。
3）發展分佈式能源場景及形態。風光等新能源發電就近使用是新能源供給消納體系重要方向。《中共中央 國務院關於完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》中提出，堅持集中式與分佈式並舉，優先推動風能、太陽能就地就近開發利用。當前，城市新能源應用場景日益豐富，可以充分發揮區塊鏈、物聯網等數字技術優勢，重點打造虛擬電廠、智能微電網、「光儲充放」一體化充電站等分佈式能源數字化應用場景，提高辦公樓宇、工業園區、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
編輯 陳莉 校對 陳荻雁
