实现中国碳中和目标的支撑技术体系

　　碳中和愿景的技术体系主要由零碳电力系统、低碳/零碳化终端用能系统、负排放以及非CO2温室气体 减排技术四大类技术构成。其中前三项是CO2净零排放技术体系的重要支撑

　　其中，电力系统的快速零碳化是实现碳中和愿景的必要条件之一。其重点是以全面电气化为基础，全经济部门普及使用零碳能源技术与工艺流程，完成从碳密集型化石燃料向清洁能源的重要转变。这既需要大力发展传统可再生能源电力(如风能、光伏、水电)，还要大幅度提高地热、生物质、核能、氢能等非传统可再生能源在供能系统里面的比例。为了支撑这类高比例的可再生能源供电，需要匹配上强大的储能系统和智能电网，从而完成能源利用方式的零碳化。

　　低碳/零碳终端用能技术往往集中于减排成本曲线最左端，具有减排成效显著、减排成本较低、减排收益显著等特点。该类技术的应用领域涉及工业、建筑、交通等重要的能耗部门。其中，工业领域可细分为钢铁、水 泥、化工等，因此该类技术涵盖范围较广，门类众多，工艺上存在较大差异。但从减碳方式上，该类技术可以分为两个方向：一是通过结构调整、产品替代、工艺再造、行为改变来提高单位产出的用能效率、减少能源消费;二是通过新型燃料替代、电气化替代来减少终端能耗过程中化石能源的直接使用进而减少碳排放。例如根据已有研究测算，目前各应用领域的能源效率仍有较大提升空间，例如交通部门能效仍有可能提高50%，工业部门能效提高潜力可达到10%～20%左右(能源转型委员会，2020)。

　　负排放技术可为以可再生能源为主的电力系统增加灵活性，这类技术主要包括农林碳汇，碳捕获、利用与封存(Carbon Capture, Utilization and Storage，CCUS)，生物能源和碳捕获与封存(Bioenergy with Carbon Capture and Storage，BECCS)以及直接空气碳捕集与封存(Direct Air Carbon Capture and Storage，DACCS)，其经济性将取决于各地区可行且安全的碳封存有效容量的大小(能源转型委员会， 2020)。

　　零碳电力系统

　　能源系统尽快实现零碳化是我国碳中和愿景的必要条件之一，这对零碳电力系统提出了更高要求。工业、交通、建筑等多部门实现碳中和均依赖零碳电力系统，在各部门全面电气化的基础上，全经济部门需要普遍使用零碳的电力，完成能源系统从碳密集型化石燃料向清洁能源的转变，从而实现能源利用方式的零碳化(王灿和张雅欣，2020)。在我国实现碳中和的达峰期、平台下降期及中和期三个阶段，新能源技术均将承担重要角色。2030年前达峰期需推广节能减排技术、可再生能源技术;2050年前平台下降期主要减排手段集中为脱碳零碳技术规模化推广与商业化应用，脱碳燃料、原料和工艺全面替代;2060年前中和期中，脱碳、零碳技术将进一步推广，全面支撑碳中和目标实现。碳中和愿景将引发能源革命，重构能源产业，以低碳为核心，能源系统中的煤炭等化石能源将逐步被新能源取代，能源系统向绿色、低碳、安全、高效转型，实现电气化、智能化、网络化、低碳化。

　　零碳电力系统包括三个部分：零碳电源、储能和电网。碳中和愿景下的新型电力系统包括以可再生能源 (光伏、风能、水力等)为核心的零碳电力生产端、以规模化储能技术为支撑的零碳电力使用端和以智能电网 为核心的零碳电力分配端。同时，新能源汽车、物联网、人工智能等多个战略新兴技术产业也将共同支撑能源系统安全稳定运行。

　　零碳电源技术是构建零碳电力系统的核心。目前比较成熟的技术包括风力、光伏、水力、生物质能源、地热和潮汐能、核能等发电技术。风电和光伏发电是较为成熟的零碳电源技术，具有正面的就业、局地环境和健康效益，以及相对较高的技术成熟度和公众接受度，发电成本已随累积装机容量的增加而下降至与传统火电相比具有商业竞争力的水平，在经济成本和技术水平上均具有较为明显的优势。水电具有技术成熟度 较高、能源密度高以及经济性优良的特点，长期以来在我国能源系统的低碳转型中发挥着重要作用(能源转型委员会，2020)。然而，水电资源相对有限，随着各流域的下游地区首先完成开发，未来可开发的水电 资源主要集中在四川、云南、青海、西藏等中上游地区，开发造价成本持续提升，发展潜力有限(中金公司， 2020)。核能技术包括已达到实用阶段的重核裂变和尚处于研究试验阶段的轻核聚变。与光伏或生物质发电相比，核电具有更加显著的减排效益(Zwaa n，2013;国际能源署，2015)和更加积极的就业红利;但核电也面临着来自供应链建设、经济性、核安全、政治因素、公众接受度等多方面的挑战。地热资源包括温泉、通过热泵技术开采利用的浅层地热能、通过人工钻井直接开采利用的地热流体以及干热岩体中的地热资源 等，具有储量丰富、分布较广、稳定可靠、能源利用系数高的优点，但是同时也受到资源分布不均衡、勘查程度较低、核心技术欠成熟和政策管理体制不成熟的制约，总体上还处于起步阶段。生物质能源的来源包括污泥、农林残留物、能源作物、多年生木质纤维素植物等(国际能源署，2017)。生物质能技术相对成熟，但废弃物生物质总量偏低，而生物质能源作物的大规模发展又可能带来占用土地资源、增加水资源压力等生态风险。

　　由于未来零碳新能源的分布式特性，储能系统、电网及电源结构将会发生根本性的变革。着眼于2060年碳中和愿景，氢储能、氨储能、电化学储能三种储能方式被认为是未来需要持续发展的技术。不同储能方式在储能时长、储能效率、储能规模上各有所长。对短期与低容量输电来说，电池储能系统是最快与方便的办法， 但是如果要长期储电或是大规模应用，氨气储能系统可能更有效。电网的调度模式和能力将极大程度地影响能源的利用效率，催生了电网智能化调度、智慧能源服务、电网智能控制的出现。电网系统需要从传统聚焦稳 定性、可靠性、坚强性的集中性网络，向更加智能、灵活的分布式网络进化。