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7月16日，發(fā)電行業(yè)全國碳排放權(quán)交易市場正式上線。這意味著，支持我國“二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的目標(biāo)愿景實(shí)現(xiàn)的重要工具快速落地。國務(wù)院常務(wù)會(huì)議指出，這一設(shè)立支持碳減排貨幣政策工具的舉措，將以穩(wěn)步有序、精準(zhǔn)直達(dá)的方式，支持清潔能源、節(jié)能環(huán)保、碳減排技術(shù)的發(fā)展。

正如中國工程院院長李曉紅所言，“碳達(dá)峰碳中和是一場關(guān)于新技術(shù)、新市場的賽跑，是中國第一次真正意義上在變革中與發(fā)達(dá)國家同場競技。”

在許多業(yè)內(nèi)專家看來，嚴(yán)控化石能源、大力發(fā)展非化石能源、優(yōu)化產(chǎn)能結(jié)構(gòu)……在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和的一個(gè)個(gè)“小目標(biāo)”中，首先迎來的將是一場技術(shù)革命。在能源、電力、交通、環(huán)保、生態(tài)乃至建筑等多個(gè)領(lǐng)域，科技創(chuàng)新這招“先手棋”如何謀篇落子，將是這場“大考”的開局關(guān)鍵。


內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市伊金霍洛旗的一名工人為天驕綠能50萬千瓦光伏發(fā)電項(xiàng)目安裝光伏板

能源深度轉(zhuǎn)型凸顯技術(shù)依賴

從20世紀(jì)90年代初簽署《聯(lián)合國氣候變化框架公約》開始，在減碳方面，我國作出了持續(xù)的努力。與1990年相比，2020年我國單位GDP二氧化碳排放強(qiáng)度降幅超過90%。煤炭在一次能源中所占的比例，從1990年的76.2%下降到了2020年的57.7%。非化石能源占比穩(wěn)步上升，到2019年已超過15%。

減碳也同時(shí)支持了PM2.5濃度的大幅降低。從2013年開始，國家大幅度推進(jìn)治理大氣污染行動(dòng)，到2020年，全國300多個(gè)城市PM2.5的平均濃度下降了46%。大氣污染治理和減碳行動(dòng)取得了協(xié)同增效的成果。

“然而，如果我們還延續(xù)過去以末端治理為主的控制路徑，那么未來十年，我們減排大氣污染物的潛力將基本耗盡。”中國工程院院士、清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授賀克斌說，“因此，我們選擇在碳中和目標(biāo)下，實(shí)現(xiàn)深度能源轉(zhuǎn)型。”

賀克斌介紹，據(jù)測算，我國2020年二氧化碳總排放量約104億噸，到2030年前達(dá)峰，預(yù)計(jì)達(dá)到110億噸左右，僅略有增長。而我國的碳匯能夠吸收碳的能力大概是10億噸左右。由此推算，如果要在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，則意味著超過90%的碳排放量要減下來。作為碳排放的絕對(duì)“主力”，“解綁”化石能源依賴勢在必行。

“這凸顯出未來對(duì)技術(shù)的依賴和需求。”賀克斌指出，截至2020年年底，已經(jīng)有100多個(gè)國家或地區(qū)提出了碳中和承諾。在這一目標(biāo)推進(jìn)下，世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展將從資源依賴型向技術(shù)依賴型轉(zhuǎn)變。


浙江省德清縣新安鎮(zhèn)舍西村，工作人員在檢查村民屋頂?shù)奶柲芄夥宀⒕W(wǎng)發(fā)電情況

他分析，目前，全球經(jīng)濟(jì)高度依賴化石能源，但是化石能源的地域分布極度不均勻。例如，煤炭儲(chǔ)量最多的前五個(gè)國家擁有全球煤炭75%的儲(chǔ)藏量。這使得擁有資源的國家在發(fā)展上存在明顯優(yōu)勢。然而，在碳中和的目標(biāo)要求下，各國將大幅度提升非化石能源的比例，如風(fēng)能、太陽能、水能和核能。其中，風(fēng)能、太陽能占比相對(duì)更高。而全球風(fēng)、光資源分布相對(duì)均勻，因此，“誰能夠更好地掌握抓取風(fēng)、光資源，即開發(fā)出大規(guī)模應(yīng)用風(fēng)電、光伏電的領(lǐng)先技術(shù)體系，誰就獲得了長期經(jīng)濟(jì)發(fā)展支撐能力的提升。”

而這個(gè)備受依賴的技術(shù)體系，恰好是一個(gè)新生的競技場。國際能源署IEA2021年作出的技術(shù)評(píng)估顯示，在全球能源行業(yè)的路線圖里，2050年實(shí)現(xiàn)碳凈零排放的關(guān)鍵技術(shù)中，尚有50%未成熟，如智能充電技術(shù)，需要進(jìn)一步研發(fā)提升。“在碳中和問題上，‘技術(shù)為王’將得到充分體現(xiàn)，誰在技術(shù)上走到前面，誰就會(huì)在未來國際競爭中取得優(yōu)勢。”中國科學(xué)院院士丁仲禮說。

節(jié)能提效前沿技術(shù)需求迫切

不久前，在寧夏的茫茫戈壁上，全球最大的太陽能電解水制氫項(xiàng)目正式投產(chǎn)。在前沿技術(shù)的“加持”下，通過太陽能生產(chǎn)電能，通過電解水制取出氫和氧，再用氫替代煤作為原料、氧替代煤作為燃料，直供化工系統(tǒng)生產(chǎn)聚乙烯等上百種高端化工產(chǎn)品，這里形成了一條完整的碳中和產(chǎn)業(yè)鏈。

在中國工程院院士杜祥琬看來，這樣的技術(shù)變革將隨著碳中和的推進(jìn)發(fā)生在經(jīng)濟(jì)社會(huì)的方方面面，其中，節(jié)能、提效是戰(zhàn)略之首。杜祥琬介紹，在節(jié)煤方面，有賴不斷迭代的技術(shù)支持，我國煤電發(fā)電煤耗有望降至289克標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦時(shí)，燃煤工業(yè)鍋爐將采用高效、低排放的煤粉爐，熱效率可由65%提升至90%，鋼鐵、建材、化工等單位產(chǎn)品煤耗也應(yīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，居民和服務(wù)業(yè)燃煤爐灶也將推廣采用熱效率70%以上的新型爐灶，“經(jīng)計(jì)算，以上每一項(xiàng)均可有效節(jié)約1億噸以上的標(biāo)準(zhǔn)煤。”


華電福清海壇海峽海上風(fēng)電項(xiàng)目的首臺(tái)主控系統(tǒng)國產(chǎn)化機(jī)組

發(fā)展非化石能源，風(fēng)能、光能、水能、核能也將逐步走上電力主場。目前，我國水電、風(fēng)電、光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量均居世界首位，在技術(shù)應(yīng)用上已相對(duì)成熟。“從成本上看，水電、風(fēng)電明顯比火電便宜，太陽光伏發(fā)電的成本目前已不到煤炭發(fā)電成本的三分之一，這些可再生能源的競爭性可謂突飛猛進(jìn)。”中國社科院學(xué)部委員、國家氣候變化專家委員會(huì)委員潘家華說。

然而，我國目前的電力系統(tǒng)仍是基于傳統(tǒng)的交流電網(wǎng)，發(fā)電不論是基于水電還是火電，都是可控的。未來若大規(guī)模使用風(fēng)、光等發(fā)電能源，由于其受天氣、季節(jié)、晝夜影響，雖取之不盡，但發(fā)電量的不確定性也大大增加，這就催生了對(duì)高度智能化、可調(diào)控的電網(wǎng)或虛擬電廠和先進(jìn)儲(chǔ)能設(shè)備系統(tǒng)的迫切技術(shù)需求，更有望拉動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。

此外，生物質(zhì)能也展現(xiàn)出一定的能源潛力，亟待技術(shù)開發(fā)。中國工程院院士、清華大學(xué)建筑學(xué)院教授江億介紹，我國可開發(fā)的生物質(zhì)能源共有8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未得到利用。具體包括麥秸、玉米秸、稻草等農(nóng)業(yè)秸稈，果木、落葉等林業(yè)枝條，牲畜糞便和農(nóng)副產(chǎn)品加工垃圾、餐廚垃圾等。通過技術(shù)創(chuàng)新，我們可對(duì)這些生物質(zhì)材料進(jìn)行商品化能源加工，如壓縮顆粒供清潔燃燒、用作可替代木炭，壓縮成塊供工業(yè)鍋爐焚燒和發(fā)電，此外，還可建設(shè)大型沼氣池，得到純度達(dá)95%以上的甲烷燃料。

加快提升低碳環(huán)保技術(shù)優(yōu)勢儲(chǔ)備

緊隨能源、電力，交通和建筑行業(yè)的減排技術(shù)需求同樣迫切。賀克斌介紹，以電或氫代油，新能源汽車產(chǎn)業(yè)將得到進(jìn)一步大力發(fā)展，并將成為未來消納風(fēng)電、光伏發(fā)電能力的重要途徑，具備雙向充放電功能。為適應(yīng)未來高比例的風(fēng)電、光伏電力，城市建筑“光儲(chǔ)直柔”配電的建設(shè)和改造也將逐漸推開。江億指出，經(jīng)過測算，我國城鎮(zhèn)建筑屋頂光伏可開發(fā)量為8.3億千瓦，這些電力可滿足城鎮(zhèn)建筑自身用電的30%～40%。同時(shí)，連接智能充電樁與電動(dòng)汽車，建筑內(nèi)部配電也將改為直流系統(tǒng)，由此成為電力的柔性負(fù)載。

排放端發(fā)力，固碳端同樣不能落后。根據(jù)承諾，中國將在2060年前通過植樹造林、碳捕集和封存利用、海洋吸收等形式抵消自身產(chǎn)生的二氧化碳排放。中科院上海高等研究院研究員魏偉表示，通過碳捕集利用和封存即CCUS技術(shù)來吸收二氧化碳，已是全球減排不可或缺的技術(shù)選擇。我國碳捕集部分技術(shù)已達(dá)到和接近達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用階段，也已形成了相關(guān)技術(shù)發(fā)展路線圖。

國家海洋局局長王宏透露，為助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，我國已組織開展專項(xiàng)調(diào)查評(píng)估，摸清了紅樹林、鹽沼、海草床三大藍(lán)碳生態(tài)系統(tǒng)本底，并正在推進(jìn)海洋微生物碳泵、漁業(yè)碳匯研究。此外，陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳現(xiàn)狀測算、陸地生態(tài)系統(tǒng)未來固碳潛力分析也有待科技界下一步重點(diǎn)研究。

“放眼未來，新的變革必將孕育全新的科學(xué)技術(shù)和工程，必須加快前沿研究，抓緊部署低碳前沿技術(shù)研究，加快推廣應(yīng)用減污降碳技術(shù)，提升我國在低碳環(huán)保領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢和儲(chǔ)備。”李曉紅建議。

記者了解到，針對(duì)碳中和問題中的科技需求，中國科學(xué)院學(xué)部已設(shè)立重大咨詢項(xiàng)目“中國碳中和框架路線圖研究”，目標(biāo)是設(shè)計(jì)初步路線圖，“先給出一個(gè)框架性建議，供科技界討論、修正、完善。”丁仲禮說，我國學(xué)術(shù)界應(yīng)該秉持開放的態(tài)度，廣泛參與，發(fā)揮出想象力和創(chuàng)造力。

“碳達(dá)峰、碳中和將帶來一場由科技革命引起的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境的重大變化，其意義不亞于三次工業(yè)革命。”科技部部長王志剛表示，兼顧經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展與碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，必須依靠科技創(chuàng)新，以全面實(shí)現(xiàn)循環(huán)型零碳社會(huì)的變革性重構(gòu)。 

原標(biāo)題：碳中和，技術(shù)“先手棋”如何落子