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碳中和背景下的清洁能源科技创新机遇2021年10月01 “碳中和”发展环境概述“碳中和”发展环境概述03 “碳中和”愿景下的低碳科技发展动向及趋势“碳中和”愿景下的低碳科技发展动向及趋势02 “碳中和”愿景下的清洁能源科技创新机遇“碳中和”愿景下的清洁能源科技创新机遇目录目录CONTENT011.1 “碳中和”的发展背景“碳中和”的发展背景1.2 中国实现“碳中和”面临的挑战中国实现“碳中和”面临的挑战1.3“碳中和”目标驱动向绿色转型“碳中和”目标驱动向绿色转型1.1.1 1.1.1“碳中和”的提出“碳中和”的提出NASA观测数据显示，当前全球温室气体浓度较19世纪升高了1.2C，过去170年CO2浓度上升47%，这种极速变化使得物种和生态系统的适应时间大大缩短，进而造成全球气候变暖、海平面上升、作物产量降低、人类心血管和呼吸道疾病加剧等种种危害。在此背景下，代表可持续发展的“碳中和”目标被提出，即追求净零排放，实现经济增长与资源消耗脱钩。“碳中和”示意图“碳中和”示意图资料来源：Stockholm Environment Institute 前瞻产业研究院整理排放吸收温室气体排放的危害温室气体排放的危害GHGsSLCPsAir pollution2.5Sea-levelriseTemperatureriseSea-levelriseCrop yielddecreases1.1.2 1.1.2“碳中和”目标：中国承诺将于“碳中和”目标：中国承诺将于20602060年实现“碳中和”年实现“碳中和”在“碳中和”大背景下，我国首次明确提出碳达峰、碳中和是在2020年9月份的第七十五届联合国大会一般性辩论上。国家主席习近平向全世界承诺：力争于2030年前达到峰值，2060年前实现“碳中和”的宏远目标。“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争排放力争于于20302030年前达到峰值，努力争取年前达到峰值，努力争取20602060年前实现碳中和年前实现碳中和。”习主席习主席在第七十五届联合国大会发言：习近平主席多次在国际会议上宣誓：中国习近平主席多次在国际会议上宣誓：中国20302030年前碳达峰，年前碳达峰，20602060年前碳中和年前碳中和“3060”3060”双碳目标已经上升到国家战略和行动方案双碳目标已经上升到国家战略和行动方案第七十五届联合国大会一般性辩论20202020年年9 9月月2222日日第三届巴黎和平论坛20202020年年1111月月1212日日联合国生物多样性峰会20202020年年9 9月月3030日日金砖国家领导人第十二次会晤20202020年年1111月月1717日日2020年气候雄心峰会20202020年年1212月月1212日日二十国集团领导人利雅得峰会“守护地球”边会20202020年年1111月月2222日日世界经济论坛“达沃斯议程”对话会20212021年年1 1月月2525日日资料来源：根据公开资料整理 前瞻产业研究院整理1.1.2 1.1.2“碳中和”目标：已有“碳中和”目标：已有5454个国家实现碳达峰个国家实现碳达峰目前，全球约73%的碳排放来源于能源领域。2019年，全球能源相关的CO2排放量约为330亿吨，其中，发达经济体的排放量约占三分之一。截至2020年，全球已有54个国家的碳排放实现达峰，占全球碳排放总量的40%11311392220199019911992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420152016201720182019发达经济体其他地区19901990-20192019年全球能源相关的年全球能源相关的COCO2 2排放量（单位：亿吨）排放量（单位：亿吨）资料来源：Our World in Data；江苏省碳中和联合研究中心等 前瞻产业研究院整理注：发达经济体：澳大利亚、加拿大、智利、欧盟、冰岛、以色列、日本、韩国、墨西哥、挪威、新西兰、瑞士、土耳其和美国。截至截至20202020年全球已实现“碳达峰”的国家数量（单位：家）年全球已实现“碳达峰的国家数量（单位：家）183150541990年2000年2010年2020年德国、捷克、挪威、乌克兰、匈牙利、哈萨克斯坦、拉脱维亚、罗马尼亚、克罗地亚等法国、卢森堡、丹麦、瑞典、瑞士、英国、波兰、比利时等加拿大、美国、葡萄园、澳大利亚等巴西、日本等1.1.2“1.1.2“碳中和”目标：中国时间紧、任务重碳中和”目标：中国时间紧、任务重全球“碳中和”目标方面，不丹和苏里南已实现了“碳中和”，同时已有29个国家和地区通过颁布政策或立法的方式做出了“碳中和”承诺。预计2021年末，占全球碳排放量65%以上、占全球经济总量70%以上的国家将作出“碳中和”承诺。与美欧国家相比，中国尚处于经济上升期，且实现碳达峰与碳中和的间隔年限较短，实现“碳中和”愿景可谓是“时间紧、任务重”。1970198019902000201020202030204020502060中国美国EU 287171年年4343年年3030年年美国碳达峰EU28碳达峰中国碳达峰中国碳中和美国净零排放欧盟碳中和中国、美国、中国、美国、EU28EU28：实现碳达峰与碳中和的间隔年限：实现碳达峰与碳中和的间隔年限资料来源：联合国；EDGAR 前瞻产业研究院整理已实现已实现20302030年年20352035年年20402040年年20452045年年20502050年年 不丹 苏里南 挪威 乌拉圭 芬兰 奥地利 冰岛 瑞典 美国加利福利亚 丹麦 英国 日本 韩国 欧盟等全球主要国家（地区）“碳中和”目标时间表全球主要国家（地区）“碳中和”目标时间表1.2.1 1.2.1 中国“碳中和”挑战：中国“碳中和”挑战：COCO2 2排放量位列全球第一排放量位列全球第一近十年来，中国二氧化碳排放量始终居于全球首位，2020年，中国排放二氧化碳近99亿吨，占全球排放比重高达30.66%，到2030年中国碳排放总量预计将进一步上升至104-110亿吨之间的峰值水平。从碳排放结构来看，中国电力与热力部门和工业部门的碳排放占比远超全球整体水平。减小排放绝对量和调整用能结构是中国实现碳中和所面临的一项重大挑战。资料来源：英国BP石油公司国际能源署（IEA）前瞻产业研究院整理20102010-20202020年全球及各国二氧化碳排放量变化（单位：亿吨）年全球及各国二氧化碳排放量变化（单位：亿吨）98.99 44.57 322.84 20022024026028030032034002040608010012020102011201220132014201520162017201820192020中国美国欧盟印度日本俄罗斯伊朗德国韩国沙特阿拉伯全球（右轴）注：以上为2020年二氧化碳前十排放国。20192019年全球及主要国家二氧化碳排放结构对比（单位：年全球及主要国家二氧化碳排放结构对比（单位：%）53.11%47.92%41.84%35.82%30.77%28.00%17.90%18.60%9.26%13.20%9.17%19.03%24.45%37.04%31.14%9.72%15.15%15.10%17.88%24.89%0%20%40%60%80%100%中国日本全球美国欧盟电力与热力部门工业部门交运部门其他部门1.2.2 1.2.2 中国“碳中和”挑战：经济发展离不开能源消耗中国“碳中和”挑战：经济发展离不开能源消耗碳排放与经济发展密切相关，经济发展必然伴随着能源消耗需求的增长。中国GDP单位能耗为世界平均水平的1.5倍，表明我国经济对能源的依赖程度还很高。作为发展中国家，中国完成经济发展目标的过程中，由高碳驱动的工业化、城镇化发展将推动“碳达峰”峰值高度抬高，为“碳中和”的实现带来更大的“斜率”压力。资料来源：世界银行；红杉中国 前瞻产业研究院整理02468101214161819901991199219931994199519961997199819992000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015中国英国日本美国德国全球中国GDP单位能耗19901990-20152015年世界主要经济体及世界平均年世界主要经济体及世界平均GDPGDP单位能耗对比单位能耗对比（单位：（单位：20112011年不变价购买力平价美元年不变价购买力平价美元/千克石油当量）千克石油当量）注：2025年城镇化率为十四五规划目标；2035年为中国社科院财经院的中国城市竞争力第17次报告（总报告）中的预期水平。63.89%65%70%20202025E2035E城镇化率城镇化率到到20252025年年到到20352035年年实现经济总量翻一番人均GDP达到“高收入国家”标准“十四五”时期中国经济发展预期性目标“十四五”时期中国经济发展预期性目标1.2.3 1.2.3 中国“碳中和”挑战：能源结构以煤炭为主中国“碳中和”挑战：能源结构以煤炭为主“富煤、少气、缺油”的能源资源特征决定了我国能源结构以煤炭为主，而煤炭是排放因子最大的一次能源，煤炭为主的能源结构是中国碳排放强度较高的一个重要原因，经济增长的同时调整能源结构将是未来中国实现“碳中和”目标的一道重要关卡。资料来源：国家统计局；清华大学气候变化与可持续发展研究院（ICCSD）等 前瞻产业研究院整理20202020年中国能源生产及消费结构（单位：年中国能源生产及消费结构（单位：%）-1.3%0.8%1.3%-1.2%0.8%0.8%-1.2%1.0%-1.8%3.0%-4.6%煤炭在能源结构中的占比非化石能源占比二氧化碳排放量2015-20202020-20252025-20302030-2050碳中和达成所需的各阶段能源结构和排放变化平均速率（单位：碳中和达成所需的各阶段能源结构和排放变化平均速率（单位：%）56.8%18.9%8.4%15.9%煤炭石油天然气其他能源消费总量占比“富煤、少气、缺油”“富煤、少气、缺油”的资源特征决定的资源特征决定67.6%6.8%6.0%19.6%煤炭石油天然气其他能源生产总量占比1.2.4 1.2.4 中国“碳中和”挑战：第二产业仍为经济增长主要动力中国“碳中和”挑战：第二产业仍为经济增长主要动力第二产业特别是工业的增长仍是当前中国经济快速增长的主要动力之一。作为“世界工厂”，我国生产了全球一半以上的钢铁与水泥，工业生产技术具有明显的高碳消费特征。根据红杉中国测算，中国第二产业的能源终端消费占比高达67%。可见，中国经济产业结构的调整是中国实现“碳中和”过程中的一项必要举措。资料来源：国家统计局；美国商务部经济分析局；世界钢铁协会；全球水泥报告；红杉中国 前瞻产业研究院整理中国占比56.5%中国占比55.7%2020年钢铁产量2019年水泥产量中国钢铁产量、水泥产量居全球第一中国钢铁产量、水泥产量居全球第一20202020年中美经济年中美经济产业结构产业结构对比对比54.50%81.50%37.80%17.70%7.70%0.80%中国美国第三产业第二产业第一产业20192019年中国能源终端年中国能源终端消费消费结构结构第二产业67%1.2.5 1.2.5 中国“碳中和”挑战：达峰后资金缺口将进一步扩大中国“碳中和”挑战：达峰后资金缺口将进一步扩大根据红杉中国对碳中和资金缺口的测算，2021-2060年，中国绿色投资年化缺口约3.84万亿元；且资金缺口将在“碳达峰”后出现进一步扩大，2031-2060年，中国绿色投资年化缺口将达到4.1万亿元。调动社会资本的参与积极性也是“碳中和”实施过程中的一大考验。资料来源：红杉中国 前瞻产业研究院整理02468101214161820202030204020502060绿色财政投资绿色投资缺口碳达峰碳中和2021-2030年化投资缺口约2.7万亿元2031-2060年化投资缺口约4.1万亿元2021-2060年化投资缺口约3.84万亿元中国碳中和投资需求和缺口预测（中国碳中和投资需求和缺口预测（20202020年价格）（单位：万亿元）年价格）（单位：万亿元）1.3 1.3“碳中和”目标驱动向绿色转型“碳中和”目标驱动向绿色转型在“碳中和”目标驱动下，中国将从能源革命、经济转型和科技创新三个方向促进绿色转型。技术进步将是碳中和的核心驱动力。资料来源：清华大学气候变化与可持续发展研究院；国泰君安 前瞻产业研究院整理中国“碳中和”中国“碳中和”驱动绿色转型方向驱动绿色转型方向100.3104.7碳排量（2020）经济增长技术进步能源结构产业结构碳排量（2030）+50.3-18.7-15.5-11.7104.716.7碳排量（2030）经济增长技术进步能源结构产业结构负碳技术碳排量（2050）+62.4-78.2-50.1-10.0-12.1三大减排贡献因素010302能源变革经济转型科技创新022.1 2.1“碳中和”愿景下科技创新实践路径总结“碳中和”愿景下科技创新实践路径总结2.2 2.2 化石能源“碳中和”技术创新与实践现状化石能源“碳中和”技术创新与实践现状2.3 2.3 清洁能源“碳中和”技术创新与实践现状清洁能源“碳中和”技术创新与实践现状2.4 2.4 氢能技术发展与实践现状氢能技术发展与实践现状2.5 2.5 储能技术发展与实践现状储能技术发展与实践现状2.6 2.6 碳汇技术发展与实践现状碳汇技术发展与实践现状2.7 2.7“碳中和”愿景下的技术实践路径总结“碳中和”愿景下的技术实践路径总结2.1 2.1“碳中和”愿景下科技创新实践路径“碳中和”愿景下科技创新实践路径：化石能源向清洁能源转变：化石能源向清洁能源转变我国实现“碳中和”目标的技术路径需要从供给端和需求端共同发力，一方面含“碳”量高的化石能源，煤炭要面对供给侧改革；控制化石能源总量，提高利用效能，从化石能源转换为电能方面需要将继续提高效率；另一方面在需求侧，依托技术改造的节能减排是核心。资料来源：中信证券 前瞻产业研究院整理碳碳排排放放来来源源能源能源活动活动工业过工业过程程农业等农业等能源生产能源生产终端能源消费终端能源消费石油天然气煤炭化石能源核能风能太阳能水能非化石能源电力氢能一次能源二次能源乘用车商用车航空航海铁路钢铁交通水泥玻璃煤、油化工居民生活石灰石（CaCO3）等非化石能源矿物农业、畜牧业、林业等注：灰色箭头代表目前主要的能源结构，红色和蓝色箭头代表2060年碳中和时的能源结构2030年前，钢铁、有色等高耗能行业或将出现需求量达峰生产水泥过程中，石灰石分解会产生二氧化碳，现有技术难以找到脱碳方案植物光合作用吸收二氧化碳，植物燃烧和动物呼吸作用排出二氧化碳，植树造林受制于土地面积2.2 2.2 化石能源化石能源“碳中和”技术“碳中和”技术：高排放行业节能减排势在必行：高排放行业节能减排势在必行根据“生产过程的能耗和排放口径”口径统计，钢铁、化工、建筑、交通等工业部门为我国主要温室气体排放来源。在“碳达峰、碳中和”愿景下，高能耗产业不得不优化产业布局，调整能源结构及供给方式，同时国家发改委也提出了新要求研究制定钢铁、有色金属、建材等行业碳达峰方案。中国温室气体排放核算方法及排放结构中国温室气体排放核算方法及排放结构资料来源：国家统计局、清华大学气候变化与可持续发展研究院等 前瞻产业研究院整理能源生产与转换,47%钢铁,17%建材,8%化工,6%其他工业,5%交通,9%建筑,8%1010建筑节能减排技术建筑节能减排技术1010钢铁节能减排技术钢铁节能减排技术废铁回收利用之电弧炉炼钢技术氢气直接还原炼钢氨气直接还原铁矿石技术装配式建筑建设过程减排暖通系统使用过程减排建材节能建筑材料减排1010交通节能减排技术交通节能减排技术1010化工节能减排技术化工节能减排技术火电厂降低煤耗技术油田采油污水余热综合利用技术变换气制碱及其清洗新工艺技术纯电动汽车电动化公共交通/共享交通共享化智能交通智能化高排放工业部门代表性节能减排技术高排放工业部门代表性节能减排技术燃烧燃烧火炬火炬过程过程回收回收净购入电力净购入电力/热力热力2.2.1 2.2.1 钢铁行业“碳减排”技术钢铁行业“碳减排”技术：节能降耗、废钢利用等为节能降耗、废钢利用等为主要路径主要路径钢铁行业是我国碳排放最多的工业部门，碳排放主要集中于长流程的高炉和烧结工序，电炉短流程碳排放强度较低。若要实现本世纪末全球平均气温上升不超过1.5的情景，到2050年中国钢铁行业须减排近100。综合考量成本、技术成熟度和资源可用性，需求减少、能效提升，以及废钢再利用、碳捕集利用与封存（CCUS）、氢气直接还原炼钢（H2-DRI-EAF）等技术的加速推动是中国钢铁行业碳中和的重要抓手。20202020-20502050年中国钢铁行业年中国钢铁行业COCO2 2排放排放变化变化（单位（单位：百万吨）：百万吨）-57%-99%资料来源：钢铁工业CO2排放的计算须科学、麦肯锡 前瞻产业研究院整理钢铁工业各钢铁工业各工序工序COCO2 2排放排放所占所占比重比重（单位：（单位：%）73.6%11.5%8.7%4.4%1.7%0.1%高炉烧结炼钢焦化轧钢及下游加工发电2.2.1 2.2.1 钢铁行业“碳减排”技术：钢铁企业加速减排钢铁行业“碳减排”技术：钢铁企业加速减排通过优化技术，开发新的产品比如低温催化剂，系统优化、智能化手段等手段降低能耗节能降耗节能降耗推广以高炉渣、钢渣为原料的矿渣微粉、钢渣微粉生产应用球团大规模替代烧结，球团链篦机回转窑脱硝等减少传统高耗能建材生产过程大气污染物排放和碳排放流程优化流程优化循环经济产业链循环经济产业链二氧化碳二氧化碳利用技术利用技术资料来源：德勤 冶金规划院 公司公告等 前瞻产业研究院整理国内钢铁厂从本世纪初开始实践钢铁低碳生产技术，这些技术在原理上主要包括三大类：提高能量利用效率、提高副产品利用效率、新近的突破性冶炼技术。降低能源消耗总量：降低能源消耗总量：提高窑炉热效率，深挖余能回收潜力，提升能源转换和利用效率压缩粗钢产量：压缩粗钢产量：逐步建立以碳排放、污染物排放、能耗总量为依据的存量约束机制钢铁产业“碳减排”技术路径钢铁产业“碳减排”技术路径代表性钢铁企业“碳减排”技术实践代表性钢铁企业“碳减排”技术实践减排类型减排类型钢铁企业钢铁企业减排技术减排技术提高能量利用效率鞍钢鲅鱼圈高炉喷吹焦炉煤气山钢莱钢氧气高炉炼铁基础研究八一钢铁富氧冶铁提高副产品利用效率首钢京唐转炉煤气制燃料乙醇山钢日钢、达钢焦炉煤气制天然气沙钢、马钢转底炉处理固废生产金属化球团首钢、莱钢钢铁尾气制乙醇突破性冶炼技术中晋太行焦炉煤气直接还原铁宝武集团核能制氢与氢能炼钢河钢集团富氧气体直接还原铁酒钢集团煤基氢冶金日照钢铁氢冶金及高端钢材制造宝钢湛江钢铁工业CCUS（碳捕获、利用与封存）2.2.1 2.2.1 交通行业“碳减排”技术：电气化成为趋势、同时面临挑战交通行业“碳减排”技术：电气化成为趋势、同时面临挑战智能交通工具的发展包括各类型交通工具的电气化转型和节能减排的技术升级。在低碳趋势下，人们逐渐以新能源汽车替代传统燃油车、以共享单车解决公共交通最后一公里问题、以电动公交车替代燃油公交车、以地铁替代私家车出行等。推行新能源车虽然可以有效的实现碳排放量的减少，行业目前仍面临较大的挑战。20202020年不同燃料类型汽车平均单位行驶里程碳排放年不同燃料类型汽车平均单位行驶里程碳排放20152015-20202020年新能源汽车销量及占年新能源汽车销量及占比情况比情况33.150.777.7125.6120.6136.71.3%1.8%2.7%4.5%4.7%5.4%201520162017201820192020新能源汽车销量（万辆）占汽车销量比重（%）发电来自传发电来自传统石化能源统石化能源电动车电池电动车电池充电、续航充电、续航等问题等问题电池报废处电池报废处理问题理问题氢燃料技术氢燃料技术还处于起步还处于起步阶段阶段241.9331.3196.6211.1146.5汽油柴油常规混合动力 插电式混合动力纯电动碳排放（gCO2e/km）资料来源：中汽协、中国汽车低碳行动计划研究报告2021等 前瞻产业研究院整理2.2.1 2.2.1 交通行业“碳减排”技术交通行业“碳减排”技术：纯电动汽车减碳潜力较大：纯电动汽车减碳潜力较大纯电动汽车是新能源汽车最重要的一个分支，其销量会随着新能源汽车销量的不断扩大而扩大。纯电动乘用车生命周期碳减排潜力较大，到2060年可实现减排至17%（以2020年为基准）,具体来看，对纯电动车减排贡献最大因素为电网清洁化，随着时间的发展，动力蓄电池碳排放的对纯电动车碳减排的作用越加明显；使用能效与电网清洁化两者共同作用于纯电动车燃料周期的碳减排。40.965.298.497.1111.650.777.7125.6120.6136.780.7%83.9%78.3%80.5%81.6%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%02040608010012014016020162017201820192020纯电动汽车销量新能源汽车销量纯电动汽车销量占比20162016-20202020年中国纯电动汽车销量及年中国纯电动汽车销量及占新能源汽车比重情况占新能源汽车比重情况纯纯电动乘用车电动乘用车20202020-20602060年年生命周期碳减排生命周期碳减排潜力百分比潜力百分比资料来源：中汽协、中国汽车低碳行动计划研究报告2021等 前瞻产业研究院整理其他,48.8%建筑材料,28.3%运行阶段,21.9%施工阶段,1.0%其他,51.2%2.2.1 2.2.1 建筑行业建筑行业“碳减排”“碳减排”技术：高耗能推动节能技术发展技术：高耗能推动节能技术发展从能源终端碳排放来看，建筑部门的碳排放量与工业和交通领域大体相当；但若从建筑全过程的碳排放来看，建筑部门几乎是碳排放量最高的部门。由此可见，建筑领域推行高标准的节能技术，是实现碳中和目标的重要手段。节能建筑通过被动式技术手段及可再生能源，大幅提高能源设备与系统效率，降低建筑能耗水平。资料来源：中国建筑节能协会等 前瞻产业研究院整理100%100%60%60%-75%75%50%50%零能耗建筑-可再生能源大于等于建筑物自身用能近零能耗建筑-利用可再生能源+自然气候条件+被动式技术手段，提供日常供能超低能耗建筑-不借助可再生能源+自然气候条件+被动式技术手段，提供日常供能注：被动式节能指通过节能保温材料和施工手段达到节能目的，如：多层玻璃的窗户、最大程度利用日光；主动式节能指从用电量源头着手，比如使用1级能效标识的空调、冰箱等。建筑领域全过程碳排放占比建筑领域全过程碳排放占比钢铁、水泥、铝材钢铁、水泥、铝材城镇居建、公共建城镇居建、公共建筑、农村建筑筑、农村建筑节能建筑发展技术阶段节能建筑发展技术阶段2.2.1 2.2.1 建筑行业“碳减排”技术：建筑行业“碳减排”技术：装配式建筑节能减排效果显著装配式建筑节能减排效果显著装配式建筑是由预制部品部件在工地装配而成的建筑。与现浇式建筑相比，装配式建筑施工方式在建材生产及施工阶段碳排放量均有一定程度的节约。根据装配式建筑综合效益分析方法研究中的测算结果显示，装配式建筑在整个生命周期内可减少碳排放，在建造阶段减少碳排放645.66吨，在使用阶段减少碳排放2415.9吨。15%30%50%60%10%15%20%25%装配率能耗降低2209.201563.548265.415849.5110474.617413.05现浇建筑碳排放装配式建筑碳排放建造阶段使用阶段合计装配式混凝土建筑与传统建筑能耗对比（单位：装配式混凝土建筑与传统建筑能耗对比（单位：%）装配式与现浇式建筑碳排放对比（单位：吨）装配式与现浇式建筑碳排放对比（单位：吨）资料来源：装配式建筑工程投资估算指标、装配式建筑综合效益分析方法研究 前瞻产业研究院整理碳捕集、利用与封存（Carbon Capture,Utilization and Storage，简称CCUS），即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯，继而投入到新的生产过程中进行循环再利用或封存。CCUS技术可实现化石燃料利用过程的二氧化碳近零排放，可以在为经济发展保障能源安全稳定供应的前提下，既降低碳排放总量，同时显著控制总减排成本。2.2.2 2.2.2 碳捕集、利用碳捕集、利用与与封存技术封存技术：推动生产活动：推动生产活动COCO2 2减排减排0303利用与封存利用与封存CCUSCCUS 主要主要过程和技术环节过程和技术环节地质利用化工利用生物利用地质封存将二氧化碳注入地下，生产或强化能源、资源开采的过程以化学转化为主要手段，将二氧化碳和共反应物转化成目标产物，实现二氧化碳资源化利用的过程以生物转化为主要手段，将二氧化碳用于生物质合成通过工程技术手段将捕集的二氧化碳储存于地质构造中，实现与大气长期隔绝的过程资料来源：IEA 全球碳捕集与封存研究院等 前瞻产业研究院整理将化工、电力、钢铁、水泥等行业利用化石能源过程中产生的二氧化碳进行分离和富集的过程；可分为燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧捕集0101捕集捕集将捕集的二氧化碳运送到利用或封存地的过程，包括陆地或海底管道、船舶、铁路和公路等输送方式0202运输运输2.2.2 2.2.2 碳捕集、利用碳捕集、利用与与封存技术封存技术：各环节进展速度加快：各环节进展速度加快强化深部咸水开采铀矿地浸开采增强地热开采强化页岩气开采强化天然气开采强化煤层气开采强化石油开采海上船舶海底管道陆地管道车运富氧燃烧-化学链富氧燃烧-增压富氧燃烧-常压燃烧后-膜分离燃烧后-吸附法燃烧后-化学吸收燃烧前-膜分离燃烧前-物理吸附燃烧前-物理吸收燃烧前-化学吸收20112018概念阶段概念阶段基础研究基础研究中试阶段中试阶段工业示范工业示范商业应用商业应用枯竭油田封存枯竭气田封存海底咸水层封存陆地咸水层封存气肥利用转化为化学品和生物燃料转化为生物肥料转化为食品和饲料低品位矿加工联合矿化石膏矿化利用钢渣矿化利用合成异氰酸酯/聚氨酯合成聚合物多元醇合成可降解聚合物合成有机碳酸酯合成甲醇制备液体燃料重整制备合成气20112018地质封存地质封存概念阶段概念阶段基础研究基础研究中试阶段中试阶段工业示范工业示范商业应用商业应用捕集捕集输送输送地质利用地质利用化工利用化工利用生物利用生物利用从捕集环节来看，部分技术已达到或接近达到商业化应用阶段从运输环节来看，二氧化碳陆路车载运输和内陆船舶运输技术已成熟；从利用环节来看，化工利用取得较大进展，整体处于中试阶段；从封存环节来看，中国已完成了全国二氧化碳理论封存潜力评估。资料来源：中国碳捕集利用与封存技术发展路线图（2019）前瞻产业研究院整理2.2.2 2.2.2 碳捕集、利用碳捕集、利用与与封存技术：加氢封存技术：加氢催化催化推动推动COCO2 2资源化资源化利用利用CO2资源化利用是解决温室效应、发展绿色能源、实现碳中和的重要途径。加氢催化转化是CO2最有效的利用方式之一。CO2选择性转化为CO、CH4、CH3OH、二甲醚，烯烃，芳烃、碳氢化合物和高级醇已被广泛研究，主要是通过多相和多功能催化。COCO2 2+H+H2 2COCOCHCH4 4HydrocarbonsHydrocarbonsHCONRHCONR2 2HCOOHHCOOHCHCH3 3OCHOCH3 3OlefinsOlefinsHigher Higher alcoholsalcoholsCOCO2 2加氢加氢催化转化催化转化利用利用COCO2 2加氢加氢催化催化转化技术的机遇与挑战转化技术的机遇与挑战机遇挑战-烯烃是高烯烃是高端化工原端化工原料，需求增料，需求增长长下游产业链下游产业链及技术链趋及技术链趋于成熟于成熟反应条件接反应条件接近高温费托近高温费托合成合成COCO2 2催化加氢催化加氢反应的转化率反应的转化率和和收率较低收率较低工艺工艺过程仍过程仍存在存在用能过用能过大的问题大的问题来源氢供给来源氢供给成本较高成本较高资料来源：公开资料 前瞻产业研究院整理2.3 2.3 清洁能源“碳中和”技术：清洁能源“碳中和”技术：“零碳”技术从能源供给端“减碳”“零碳”技术从能源供给端“减碳”“零碳”技术是实现能源供给结构转型的关键技术，其中既包括零碳电力技术，也包括零碳非电能源技术。一方面，以零碳电力技术-新能源发电技术为起点，实现对化石能源的大比例替代，从源头“减碳”；其次，通过零碳非电能源技术-储能技术，提升新能源电力的利用率，并贯穿运用于发电侧、输电侧和用户侧；同时，创新研发并推广制氢技术，助力构建多元化清洁能源供应体系。资料来源：前瞻产业研究院整理能源互联网能源互联网煤炭、石油、天然气新新能能源源发发电电发电侧储能H2氢能汽车工业居民交通业建筑业输电侧储能用户侧储能输电侧储能“碳中和”愿景下的能源供给体系“碳中和”愿景下的能源供给体系2.3.1 2.3.1“零碳”新能源技术：有潜力实现“零碳”新能源技术：有潜力实现50%50%的“碳减排”、提升空间大的“碳减排”、提升空间大新能源发电技术包括：风力发电、太阳能发电、核能发电等技术。据预测，随着清洁能源发电技术的不断成熟和发电成本的下降，新能源及可再生能源技术将有潜力促进中国约50%的人为温室气体排放“去碳化”，是中国实现“碳中和”目标中最重要的技术。目前，包括新能源在内的非化石能源消费占比仍然较低，预计到2035年，将提升至40%。核能太阳能风能海洋能生物质能资料来源：国家统计局 国网能源研究院；德勤；高盛 前瞻产业研究院整理注：非化石能源包括新能源及可再生能源。可可促促进进温温室室气气体体去去碳碳化化新能源的分类及碳减排贡献度新能源的分类及碳减排贡献度中国能源消费结构及预测中国能源消费结构及预测16%22%40%69%81%20202025E2035E2050E2060E非化石能源煤炭、石油、天然气2.3.1 2.3.1“零碳”新能源技术：重点推广风能、太阳能发电技术“零碳”新能源技术：重点推广风能、太阳能发电技术技术名称技术名称适用范围适用范围综合效益综合效益技术申报企业技术申报企业10MW海上风电机组设计技术新能源装备制造单台机组每年：东方风电高效PERC单晶太阳能电池及组件应用技术1GW光伏装机每年:晶澳太阳能太阳能热发电关键技术每kW装机:/太阳能PERC+P型单晶电池技术每GW光伏电站年均:正泰新能源复杂工况下直驱永磁风力发电机组技术风力发电与传统风力发电技术相比，发电效率提升发电效率提升2%2%-3%3%/1300029770减少能源消耗碳减排52.5120发电量碳减排300687节能碳减排34.278.3节能碳减排绿色技术推广目录（绿色技术推广目录（20202020年）年）-新能源发电领域新能源发电领域 海上风电规模化开发和智能运维技术 新能源发电并网主动支撑控制技术 海量分布式新能源自主运行与智能控制技术 先进太阳能热发电技术 新一代核能发电技术在新能源发电技术中，风电和光伏技术是中国能源消费转型的重点。“十四五”时期，我国新能源发电及利用技术的重点如下：“十四五”期间重大技术方向“十四五”期间重大技术方向资料来源：绿色技术推广目录（2020年）；中国电机工程学会 前瞻产业研究院整理根据绿色技术推广目录（2020年）及相关规划，风能、太阳能发电技术是“零碳”技术的发展重点。2.3.2 2.3.2 能源互联网：实现多能源互补、互联互通、实时调配能源互联网：实现多能源互补、互联互通、实时调配由于风、光等资源特性，新能源出力存在随机性和波动性，当新能源出力超过系统调节范围时，必须控制出力以保证系统动态平衡，就会产生弃风、弃光现象，而攻破这一难题是现代电力系统的发展趋势之一，能源互联网、综合能源系统、智能电网都是热点研究方向。由于智能电网依然遵循了传统电网的调度控制模式，而综合能源系统的本质是一种面向应用的综合系统，能源互联网或成为解决“新能源充分利用问题”的重要方向。新能源出力存在随机性和波动性新能源出力 电力系统调节范围产生弃风、弃光现象新能源消纳痛点：弃风、弃光现象新能源消纳痛点：弃风、弃光现象能源互联网和综合能源系统的对比能源互联网和综合能源系统的对比类型类型能源互联网能源互联网综合能源系统综合能源系统应用范围广域范围局域范围能源表现形式电能多种能源研究对象面向电能传输面向用户能源应用研究内容可再生能源的充分利用通过多能互济提高现有能源利用率资料来源：吴克河等面向能源互联网的新一代电力系统运行模式研究 前瞻产业研究院整理2.3.2 2.3.2 能源互联网：依托“互联网理念能源互联网：依托“互联网理念+互联网技术”实现互联网技术”实现资料来源：中国信息通信研究院 前瞻产业研究院整理能源互联网是以互联网技术为基础，以电能为主体载体的绿色低碳、安全高效的现代能源生态系统。遵循信息互联网原则，能源互联网可以若干个能源子网，所有的能源网络可以独自以自己的能源形式在各自的资源网络中实现能源传输与共享能源互联网的体系由下至上可以分为能源层、网络层和应用层：大数据、云计算、移动互联及人机交互无线网络（4G，5G，NB-loT）有线网络（IP4/IPV6）智能控制器各类传感器和计量仪表智能控制器发电技术输配电储能用电火力发电新能源发电其他高压传输柔性直流低压配电铅酸蓄电池锂离子电池新型电池工业用电交通用电居民用电等应用层网络层能源层2.4 2.4 氢氢能技术：终极能技术：终极“零零碳”碳”绿色绿色清洁清洁能源能源氢能是最环保、最容易获得的能源，可以做到“零”排放，被誉为是一种“终极清洁能源”。氢能是未来能源变革的重要组成部分。氢能产业科技含量高、资本投入大、产业链长、带动的产业范围广，是推动我国能源结构调整、装备制造业转型升级和动力系统革命的战略性新兴产业。氢能源有望开启下一个万亿级市场。制氢储氢&运氢加氢用氢天然气石油煤炭可再生能源绿氢（无碳排放）液态储氢LHLH2 2有机氢化物MCHMCH化石燃料燃烧灰氢（较高排放）电解水制氢蓝氢（较低排放）CCUSCCUS3H2CH3CH3MCHtoluene燃料电池汽车发电燃料电池氨气直燃轮机燃料电池氨燃烧炉氨气NHNH3 3脱氢直接使用气化资料来源：前瞻产业研究院整理2.4.1 2.4.1 制制氢技术：助力构建多元化清洁能源供应体系氢技术：助力构建多元化清洁能源供应体系氢气属于二次能源，可以采用化石能源、可再生能源等多种原料制取，因此成为推动传统能源清洁利用、扩大可再生能源利用规模的理想媒介。目前，我国氢气制取原料以化石能源为主，但在“碳中和”愿景下，可再生能源将逐步替代化石能源成为氢气制取的主要原料，低碳清洁类制氢技术也将成为研发应用重点。资料来源：中国氢能联盟研究院 前瞻产业研究院整理67%60%45%20%30%23%5%3%15%45%70%5%10%2020年2030E2040E2050E化石能源制氢工业副产氢可再生能源电解制氢其他20202020-20502050年中国制氢技术结构年中国制氢技术结构5%10%20%203020502060中国氢气占终端能源体系比重预测中国氢气占终端能源体系比重预测1819碳减排量占当前碳排放量的比重20602060年低碳清洁氢供氢体系碳减排贡献度年低碳清洁氢供氢体系碳减排贡献度2.4.1 2.4.1 制制氢技术：低碳制氢、降低成本是发展重点及趋势氢技术：低碳制氢、降低成本是发展重点及趋势资料来源：中国氢能联盟研究院；科技部 前瞻产业研究院整理注：P2G，即电转气化石能源制氢化石能源制氢1 1、CCSCCS技术技术可再生能源制氢可再生能源制氢2 2、P2GP2G降本技术降本技术3 3、纯化技术、纯化技术高碳排放低成本高成本低碳排放中国低碳清洁氢技术路线中国低碳清洁氢技术路线 光伏/风电等波动性电源电解制氢材料和过程基础基础研究类基