碳达峰、碳中和领域关键技术评估分析.pdf

实现碳达峰、碳中和(以下简称“双碳”)是当前我国的一项重要战略,对双碳领域关键技术进行评估分析具有重要现实意义。在文献综述基础上,文章首先系统梳理了“双碳”领域技术体系,主要由零碳技术、低碳技术、负碳技术和配套支撑技术 4 部分构成;其次,围绕部分关键热点技术,如海上风电、新型太阳能电池、氢能、低碳建筑、氢冶金、新能源汽车、碳捕获利用与封存技术(CCUS)等进行了评估分析;最后,提出了相关对策与建议,为我国加快实现“双碳”目标提供决策参考。关键词:碳达峰;碳中和;关键技术;评估分析中图分类号:G301 文献标志码:A0 引言 2020 年 9 月 22 日,中国国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布,中国二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值,努力争取 2060 年前实现碳中和。在中央财经委员会第九次会议上,习近平总书记进一步强调,实现碳达峰与碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革,要强化科技和制度创新,抓紧部署低碳前沿技术研究,加快推广应用减污降碳技术。“双碳”目标是党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策,将全面引领广泛而深刻的经济社会系统性变革。在此背景下,通过系统梳理“双碳”领域关键技术体系,对关键技术进行评估,可为我国加快推进能源结构转型,实现“双碳”目标提供决策支撑。1 文献综述 所谓碳达峰,是指碳的排放量达到峰值不再增长,之后将逐渐下降。所谓碳中和,是指碳的排放量和清除量基本达到平衡,实现净零排放。当前,尽早实现碳达峰和碳中和已成为国际社会的共识与行动,根据英国能源与气候智库统计数据显示,截至 2022年年底,全球已有 136 个国家提出了实现或承诺碳中和目标。2050 年是全球实现碳中和的主要时间节点,芬兰承诺最早(2035 年)实现碳中和。国外学术界较早对碳中和相关理论进行了研究,综合来看,主要集中在碳市场、碳补偿及碳泄露等关键问题上,文献1探讨了自愿碳市场的作用,分析了碳补偿标准的有效性,提出基于项目绩效验证的标准比较可信度更高。文献2分析了国际碳补偿的起源和治理的政治经济意义,提出由超国家、非国家行为体与市场来承担的碳补偿治理来替代资本积累战略。文献3研究探讨了森林碳封存项目的碳泄漏数量的主要影响因素。自我国“双碳”目标提出以来,国内学者也纷纷将研究视角投向这一领域,综合来看,当前研究主要集中在背景和趋势分析、路径探索、应对机制等方面。在背景和趋势分析方面,文献4围绕国际和国内的经济和能源发展现状,分析了我国“双碳”提出背景,并基于碳汇事业的发展阶段、发展逻辑及发展内容视角,解析了我国“双碳”愿景的内涵。文献5在分析了我国“双碳”背景的基础上,着重对综合能源服务的未来发展趋势进行了研判。在路径探索方面,文献6研究指出,中国要实现 2030 年前碳达峰核心目标,须建立倒逼机制,进而明确提出了 20 个方面的主要实现路径和政策建议。文献7为探寻我国低成本碳达峰、碳中和路径,以我国主要耗煤产业、电力、供热、交通以及森林碳汇量为研究对象,构建了基于低成本碳达峰、碳中和路径的多目标模型。在应对机制方面,文献8研究指出,在推动碳达峰、碳中和目标实现的过程中,税制可以发挥其独特的作用。文献9通过比较借鉴国际经验,提出了为落实我国“双碳”重大决策部署,央行应采取的政策建议。6新新能能源源科科技技综上,目前国内有关“双碳”领域的研究才刚刚起步,研究还多集中在理论分析和路径探讨研究方面,较为系统的技术分析和行业实践性研究还比较少见。2 双碳领域关键技术体系 双碳领域的关键技术大致可分为 3 类:一是源头控制的“零碳技术”,即绿色能源技术。主要包括开发新型太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能、核能等零碳电力技术以及机械能、热化学、电化学等储能技术;高比例可再生能源并网、特高压输电、新型直流配电、分布式能源等先进能源互联网技术以及可再生能源/资源制氢、储氢、运氢和用氢技术以及低品位余热利用等零碳非电能源技术。二是过程控制的“低碳技术”,即现有工业过程的节能减排技术。主要包括围绕化石能源绿色开发、低碳利用、减污降碳等相关技术,如低碳建筑、低碳工业、低碳交通等领域相关技术,以及多能互补耦合、智慧环保、新型低碳环保材料等源头减排关键技术等。三是末端控制的“负碳技术”,即捕集封存利用 CO2(CCS/CCUS)技术。主要包括二氧化碳地质利用、二氧化碳高效转化燃料化学品、直接空气二氧化碳捕集、生物炭土壤改良等碳负排技术以及碳负排技术与减缓和适应气候变化之间的协同关系,构建生态安全的负排放技术体系等。除此之外,还有些外围的配套支撑技术,对“双碳”领域发展起到重要推动作用,如绿色金融、综合能源服务、合同能源管理、节能环保服务等领域技术。综上,“双碳”领域关键技术体系如图 1图 4 所示。图 5 为配套支撑关键技术。图 1“双碳”领域关键技术体系图 2 新能源关键技术7新新能能源源科科技技图 3 低碳应用关键技术图 4 负碳关键技术图 5 配套支撑关键技术8新新能能源源科科技技3“双碳”领域关键技术评估分析“双碳”领域涉及技术范围庞大,考虑到近年来发展较为迅速或备受关注的热点方向,本文主要围绕部分关键热点技术展开评估分析,如零碳技术领域的海上风电、新型太阳能电池、氢能,低碳技术领域的低碳建筑、氢冶金、新能源汽车以及 CCUS 等技术。综合考虑各项技术的技术成熟度、技术先进性、市场态势及竞争格局情况,对部分关键技术进行综合评估,具体分析结果如表 1 所示。表 1 部分双碳领域关键技术评估分析关键技术技术先进性市场态势竞争格局类型方向技术门槛国内产业链全球或国内当前/预期/亿元年复合增长率/%国外龙头国内龙头零碳技术低碳技术负碳技术其他配套支撑技术海上风电较高国内产业链基本成熟全球 2021 年:2 022全球 2025 年:3 61112.3西门子歌美飒、维斯塔斯、通用 电 气、恩 德 安 迅 能、Enercon 等远景能源、金风科技、明阳智能、中国海装等光伏发电较低国内产业链相对成熟国内 2020 年:3 795国内 2025 年:9 03018.9FIRST SOLAR,INC、Hanwha Q CELLS、SunPower Corp、Tesla,Inc 等隆基绿能、协鑫集团、晶科能源、天合光能等氢能高国内产业链处于起步阶段国内 2021 年:7 175国内 2025 年:8 8005.2林德集团、海克斯康、美国空气产品、道达尔等美锦能源、厚普股份、鸿达兴业等绿色建筑中等部分环节,如建筑节能材料等国内产品份额较低国内 2025 年:100 0005.0立邦、德爱威、霍尼韦尔、旭格、爱迪士等远大住工、三一住工、龙元 明 筑、三 棵 树 涂料等氢能炼钢高国内产业链尚处于萌芽阶段 国内 2025 年:1 000神户制钢、JFE 钢铁、德国SZFG、意大利 Tenova 等中钢、首 钢、河 钢、酒钢、鞍钢包钢等新 能 源 智能网联汽车较高国内产业链基本成熟,部分环节仍显薄弱,如 ICBT 模块国内 2020 年:3 552国内 2025 年:8 57519.0特斯拉、丰田、通用、福特、英飞凌、德尔福等比亚迪、一汽丰田、北汽新能源、吉利、小鹏汽车等智能电网较高国内产业链相对成熟国内 2020 年 796.3国内 2022 年:9006.3通用电气、高通、LG、西门子、松下、三星等国家电网、中辰股份、中科电气、国电南瑞等电池储能较高国内产业链相对成熟国内 2021 年:2 000国内 2025 年:5 00025.7松下、LG 化学、三星 SDI 等宁德时代、比亚迪、中天科技等可降解材料高国内产业链部分环节与国外差距还较大国内 2019 年:3 441国内 2025 年:4 4404.0Natureworks、Inventa-Fischer、Sulzer 等东方盛虹、王子新材、金发科技、浙江海正、江苏允友等智慧环保较高国内产业链基本成熟国内 2019 年:585国内 2025 年:8907.2东京计装、通用仪器等北京思路、中科宇图、深圳博安达、雪迪龙等CCUS较高产业链仍处于研发和示范阶段国内 2025 年:200国内 2050 年:3 30011.8UOP、阿科玛、日本东曹等建龙微纳、万润、惠博普、双良节能等环境监测较高国内产业链仍处于起步阶段,但发展较快国内 2019 年:466.5国内 2025 年:767.18.6苏伊士、INTERTEK 等国环检测、盈峰环境、禾信仪器等绿色金融中等国内产业链整合还处于较低水平,但建设前景较好国内 2019 年:7 000国内 2025 年:12 0009.4加拿大宏利金融集团、安盛保险、贝莱德集团等兴业银行、中国工商银行、中投保、中国银行、赢时胜等综合能源服务较高国内产业链处于起步阶段,但建设前景较好国内 2020 年:5 000国内 2025 年:8 0009.9东京电力、PJM 电力、加州电力等协鑫能源、新奥能源、远东智慧能源、南网能源等合同能源管理较高国内上游产业链较为成熟,下游产业链发展迅速国内 2021 年:3 188国内 2026 年:5 87313.0美国 全 球 设 备、CONECO、Duke SolutionSM 等塞沃斯、中节能、华城楼宇等环保服务较高国内产业链与国外仍有较大差距,但建设前景较好国内 2020 年:12 930国内 2025 年:22 00011.2Veolia、Waste Management、Republic Service、LKQ 等中原环保、兴蓉环境、菲达环保、启迪环境等 综合来看,在技术成熟度和技术先进性方面,光伏发电技术相对最为成熟,国内产业链基础也较好。其次,海上风电、新能源智能网联汽车、智能电网、电池储能等技术发展也相对较快,国内产业链也基本成熟。在市场态势方面,电池储能技术的未来市场发展可能呈现爆发式增长,年复合增长率显示最高。其次新能源智能网联汽车、光伏发电、海上风电、CCUS、环保服务等技术市场发展也较快,年复合增长率都在10%以上。此外,环保服务、绿色金融、绿色建筑未来市场发展潜力巨大,均将造就万亿级市场。9新新能能源源科科技技4 相关对策与建议4 4.1 1 发发挥挥基基础础优优势势,提提升升能能源源清清洁洁化化水水平平 服务国家碳达峰、碳中和战略,发挥我国在可再生能源、绿色低碳产业、负碳技术等重点方向上的技术研发、应用场景和产业化发展等基础优势,加强科技创新研究和重点突破,提升清洁能源开发和利用技术水平,进一步推进太阳能、风能、海洋能、地热能等可再生能源以及核能、氢能等清洁能源的利用。4 4.2 2 面面向向产产业业需需求求,推推动动产产业业向向低低碳碳化化和和高高效效化化发发展展 以产业需求为导向,面向传统产业升级改造,突破具有自主知识产权的关键核心技术。以“补短板”和“卡脖子”技术为重大关切,加强重大共性技术和关键技术攻关,加快推动科技创新成果转化为现实生产力,推进石化化工和钢铁等重点行业的低碳原料替代,推动电机、制冷、水泵、空压机等用能系统改造提升,优化电力、钢铁、化工等重点行业生产工艺,推广以二氧化碳为原料的工艺技术,加大废旧动力电池梯级利用和城市废弃物协同处置力度。4 4.3 3 瞄瞄准准科科技技前前沿沿,强强化化布布局局产产业业重重要要赛赛道道 把握“双碳”领域前沿发展大趋势,进一步加强战略前瞻布局。重点关注当前世界范围内的前沿技术领域,如高效绿色能源、低碳技术替代与颠覆性生产工艺、二氧化碳转化和利用等。对于高效绿色能源领域,重点关注氢能、海上风电、超高效光伏电池、可控核聚变等技术方向;对于低碳技术替代与颠覆性生产工艺,重点关注低碳建筑、氢冶金、新能源与智能网联汽车以及在传统工业领域的创新型脱碳工艺及原材料替代等技术方向;对于二氧化碳转化和利用领域,重点关注人工光合作用、绿色甲醇及相关变革性二氧化碳转化与利用技术等技术方向。4 4.4 4 强强化化龙龙头头带带动动,积积聚聚创创新新资资源源 聚焦“双碳”领域国内外重点优势企业和机构,充分发挥产业基础和创新生态优势,引导龙头企业充分发挥引领示范作用,进一步吸引和集聚相关配套支撑和服务企业和机构,吸引产业、人才和创新资本等资源的不断汇集,分阶段逐步建立重点产业赛道,如氢能产业的全产业链发展格局。同时,通过机制创新,不断提高创新效率,以技术制高点和市场增长点为判断依据,提升重点赛道产业技术水平。5 结语 实现碳达峰、碳中和是全社会的共同目标,通过技术推动是实现这一目标的重要途径,“双碳”领域相关技术涉及广泛,其核心关键技术主要包括绿色能源技术、低碳应用技术和负碳技术三大类。此外,一些智能型和管理类的配套支撑技术也发挥重要作用。通过对部分近年来关键热点技术的评估分析发现:在技术成熟度和技术先进性方面,国内光伏发电技术相对比较成熟,产业链基础较好。海上风电、新能源智能网联汽车、智能电网、电池储能等技术在快速发展,国内产业链也基本成熟;在市场态势方面,电池储能技术的未来市场发展可能呈现爆发式增长。新能源智能网联汽车、光伏发电、海上风电、CCUS、环保服务等技术市场也在快速发展。而环保服务、绿色金融、绿色建筑等技术的未来市场也呈现较大的发展潜力。我国应充分发挥基础优势,瞄准重点需求,加快补齐短板,提前布局产业重要赛道,提升产业竞争力。此外,鉴于本研究的时间与精力有限,目前只针对部分关键技术进行了综合性的评估分析,后续研究一方面可扩展评估范围,将更多技术领域纳入评估分析范畴;另一方面可围绕具体领域,进行更为深入和细化的评估分析,精确把握技术发展现状和趋势。参考文献1KOLLMUSS A,ZINK H,POLYCARP C.Making sense of the voluntary carbon market:a comparison of carbon of offset standardsEB/OL.(2012-10-28)2023-05-12.http:/www.sei-us.org/wwf_standcomp_080305%20_web.pdf,2012-10-28.2BUMPUS ADAM G,LIVERMAN DIANA M.Accu-mulation by decarbonization and the governance of carbon offsetsJ.Economic Geography,2008(2):127-155.3MURRAY B C,MCCARL B A,LEE H C.Estimating leakage from forest carbon sequestration programsJ.Land Economics,2004(1):109-124.4朱震锋.新形势下推动碳达峰、碳中和的根本遵循与行动路径J.奋斗,2021(1):39-42.5张运洲,代红才,吴潇雨,等.中国综合能源服务发展趋势与关键问题J.中国电力,2021(2):1-10.6胡鞍钢.中国实现 2030 年前碳达峰目标及主要途径J.北京工业大学学报(社会科学版),2021(3):1-15.7王深,吕连宏,张保留,等.基于多目标模型的中国低成本碳达峰、碳中和路径J.环境科学研究,2021(9):2044-2055.01新新能能源源科科技技8张莉,马蔡琛.碳达峰、碳中和目标下的绿色税制优化研究J.税务研究,2021(8):12-17.9计紫藤,樊纲.碳达峰碳中和背景下的央行政策研究J.江淮论坛,2021(3):69-74.(编辑 傅金睿)Evaluation and analysis of key technologies in the field of carbon peak and carbon neutralityFu Cuixiao,Zhuang Jun,Zheng Yi(Shanghai Institute for Science of Science,Shanghai 200031,China)Abstract:Achieving carbon peak and carbon neutralization(“double carbon”for short)is an important strategy of our country at present,and it is of great practical significance to evaluate and analyze the key technologies in the field of“double carbon”.On the basis of literature review,the technology system of“double carbon”field is systematically reviewed,which is mainly composed of zero carbon technology,low carbon technology,negative carbon technology and supporting technology.Then,some key hot technologies,such as offshore wind power,new solar cells,hydrogen energy,low-carbon building,hydrogen metallurgy,new energy vehicles,CCUS,were evaluated and analyzed.Finally,relevant countermeasures and suggestions are put forward to provide decision-making reference for our country to accelerate the realization of“double carbon”goal.Key words:carbon peak;carbon neutrality;key technologies;evaluation analysis(上接第 5 页)3美国白宫.基础设施投资和就业法案EB/OL.(2021-08-02)2023-06-25.https:/www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2021/08/02/updated-fact-sheet-bipartisan-infrastructure-invest-ment-and-jobs-act/.4美国能源部.通货膨胀削减法案EB/OL.(2022-08-16)2023-06-25.https:/www.energy.gov/lpo/inflation-reduction-act-2022.5王灿,张九天.碳达峰 碳中和 迈向新发展路径M.北京:中共中央党校出版社,2022.(编辑 沈强)Thoughts and suggestions for chinas development of clean hydrogen from the United States clean hydrogen strategy and roadmapLi Xiaoqin,Zhang Hua,Kang Zhengguang(Jiangsu Science and Technology Development Strategy Research Institute,Nanjing 210042,China)Abstract:Given its potential to help address the climate crisis,enhance energy security,and create economic value,interest in producing and using clean hydrogen is intensifying both in the United States and other developed countries and regions.Zero and low-carbon hydrogen is a key part of a comprehensive portfolio of solutions to achieve a sustainable and equitable clean energy future.Therefore,based on the U.S.national clean hydrogen strategy and roadmap,this article analyzes the specific considerations and strategic deployment for the development of clean hydrogen in the United States,and proposes suggestions for Chinas hydrogen energy development from the aspects of organizational implementation,technical refinement,support measures,and industrial cultivation.Key words:clean hydrogen;technological innovation;development suggestions11