碳中和與低碳技術的案例
中國實現碳中和的支撐技術與路徑
作者簡介
王 燦 (清華大學環境學院)
孫若水(清華大學環境學院)
張九天(北京師范大學中國綠色發展協同創新中心)
發表于《China Economist》2021年第5期
摘要
碳中和愿景是中國具有里程碑意義的氣候雄心目標，也是推動中國從工業文明邁向生態文明的重大舉措。碳中和的實現需要深刻的技術體系和社會經濟系統變革，主要涉及零碳電力系統、低碳甚至零碳終端用能技術和負排放技術。碳中和目標的達成也依賴于各個部門的路徑選擇，特別是碳排放量大且脫碳難度高的電力、工業、交通、建筑四大部門。同時，碳中和目標將對中國的經濟產業體系、資源產業布局、技術創新體系、整體生態環境等方面產生深遠的影響。因此，未來面向碳中和的政策體系需要充分考慮環境、技術、經濟和社會影響，明確碳達峰與碳中和的關系，識別真正氣候友好的清潔技術創新，將碳中和納入生態文明建設的整體布局之中。
關鍵詞
碳中和；低碳技術；低碳發展路徑
* 聯系人：王燦，郵箱：canwang@tsinghua.edu.cn。
基金項目：生態環境部2021年二氧化碳排放達峰項目“重點行業達峰趨勢和潛力研究”（202101）；國家社科基金重大項目“聯合國可持續發展議程評估體系建設及實現路徑”（17ZDA077）。
一、引言
碳中和愿景的提出既是全球氣候治理進程推進的必然結果，也是我國經濟社會發展和生態文明建設的必然要求。過去30年來，全球應對氣候變化的科學認知、政治進程和產業行動不斷深入并加速推進。在全球氣候治理的大背景下，實現碳中和是全球各國應對氣候變化的必然階段。
展開 碳中和時代，我們需要什么技術來減少碳排放？
術和技術創新已經成為減少全球能源系統排放的關鍵推動力，但如果我們要實現全球凈零排放目標，就需要加快步伐。公眾號：3060碳達峰碳中和。
地理、政治、經濟和社會環境將決定將世界不同地區的能源系統過渡到凈零排放的確切途徑。然而，從廣義上講，減少全球能源系統的碳排放需要加快技術部署以實現兩個目標：(i) 盡可能多地滿足能源需求；(ii) 電力供應完全脫碳，尤其是使用可再生能源。
電氣化和可再生能源是國際能源署 (IEA) 2021-2050 年凈零情景中最重要的兩項緩解措施，占所需減排量的 54%（見下圖）。
電氣化
電氣化能源需求是指使用低碳電力來滿足傳統上來自化石燃料的能源需求。這是通過技術轉換實現的，例如用電動汽車代替內燃機汽車，用熱泵代替天然氣或燃油鍋爐為建筑物供暖。在工業中，可以使用清潔電力代替化石燃料來提供低溫和中溫熱量或為某些鋼鐵生產過程提供動力。電氣化潛力巨大?少最終能源需求并因此減少排放，因為電力技術往往比提供類似能源服務的基于化石燃料的替代品更有效。事實上，國際能源署估計，到 2050 年，電氣化可以提供實現凈零能源系統所需的累計減排量的近五分之一 (19%)。公眾號：3060碳達峰碳中和。
當然，如果電力來自低碳來源（可再生能源、核能或熱能發電以及碳捕獲、使用和儲存 [CCUS]），電氣化只會在有意義的程度上減少排放。
展開 “碳中和”背景下的電氣技術新趨勢
紫光股份旗下新華三集團開設“智行——低碳數據中心技術專場”，與數據中心行業的專家共探新一代綠色數據中心的建設之道。
針對新的能源政策要求和數字化發展帶來的日益增強的高功率要求，方便再生能源、綠色能源及儲能能源接入的直流微電網是未來發展的新趨勢，有助于打造“高可靠、低成本、高效率”的數據中心。
下面為大家帶來本次峰會上，主題《“碳中和”背景下的電氣技術新趨勢》的分享內容。
（1）選用節能高效低損耗電氣設備
①可采用高頻模塊化UPS，UPS各模塊獨立工作；
②可采用節能高效低損耗變壓器，提高電源利用率：
③同時變壓器需充分考慮主材可“綠色回收”因素；
（2）采用合理的配電方式
①合理選擇線纜；
②優化配電路徑，減小線路損耗；
③充分考慮用電的三相平衡，減少變壓器及線路的零序損耗
（3）最大化利用綠色能源和儲能
提高數據中心綠色能源的利用率，降低數據中心運行成本，通過儲能為數據中心提供穩定的電能。
（4）直流電源及直流微電網
可以帶來：
①直流電網有很強的抗干擾能力；
②直流電有更高效的傳輸效果；
③直流電有更方便的并網方式；
傳統電網由集中的化石燃料發電廠供電；
智能電網包含直流電網、儲能裝置以及母聯等；
同時，包含多種能源：可再生能源和儲能設備。
展開 蓋世汽車羅夏迪：碳中和背景下三電技術發展趨勢
2021年6月22日-23日，由蓋世汽車主辦的“2021中國下一代汽車高質量發展論壇?新能源汽車三電先進技術?”在南京召開。本次會議持續兩天，將圍繞新能源三電中長期技術發展趨勢、政策、標準、上下游供應鏈、成本、材料體系、電池結構技術、熱管理、安全技術、電機電控關鍵技術、智能制造等行業焦點話題展開。會議期間，蓋世汽車研究院行業分析師羅夏迪發表了“碳中和背景下三電技術發展趨勢”的主題演講。
以下為演講實錄：
各位來賓，大家中午好！今天由我為大家演講“碳中和背景下三電技術發展趨勢”，上一位嘉賓動力電池產業創新聯盟王秘書長已經從產業角度做了高屋建瓴的講解，包括提出了一些非常重要的問題，我從車企或從產品角度看一下大家如何看待未來發展趨勢、技術趨勢的。
在大背景下，中國、美國、歐洲、日本都提出了自己的規劃，因為汽車作為傳統燃料使用重地，碳排放比較嚴重。王秘書長說得非常好的一點，汽車在生產過程中，包括電動車在生產過程中，其實也會產生比較多的碳排放，這可能要從發電端，如使用可再生能源、使用光伏或風電等清潔能源角度去解決這一問題。從使用角度，相對來說電動車在減碳方面是比較重要的手段。
從車企和零部件角度來看，戴姆勒提出了“2039愿景”，除了生產電動車，還提出使用綠色鋼材、無碳材料，包括有56號工廠；大眾提出了Way to Zero戰略，都是從生產角度、供應鏈角度或產品角度實現碳中和。我們今天聚焦在電動汽車領域。
展開 
碳中和、加氫站和制氫技術——干貨大集【2021更新】
氫能和燃料電池公眾號20000多人關注，歡迎加入通訊錄
碳中和：
終于有人談清楚了碳中和！數百萬億美元將擱淺，這一次沖擊會遠遠超金融危機
科技部部長：碳達峰碳中和意義不亞于三次工業革命
全國政協委員李燦：可利用“液態陽光”技術，助力中國完成碳達峰碳中和目標
規劃 | 中國碳達峰碳中和報告及未來40年能源電力規劃
【觀點】李燦院士：綠色氫能將成為完成碳中和目標的主要路徑
最近爆火的碳中和是個啥？
碳達峰、碳中和，將重新定義經濟版圖！看懂了，你就贏在未來！
華能+華電：分布式+氫儲+綜合智慧能源等促進碳中和
全國政協委員劉中民：建議跨領域設立碳中和重大科技專項、支持大連建設綜合性國家科學中心
【干貨】氫能是實現碳中和的大勢所趨
萬鋼：推廣氫燃料電池汽車對實現碳達峰、碳中和目標有重要意義
加氫站：
重磅！《加氫站技術規范》（2021）正式發布
五一生效 住建部發布國家標準《加氫站技術規范》局部修訂公告
【干貨】35MPa、70MPa加氫站運行優化技術分析
【干貨】加氫站補貼政策分析
【干貨】加氫站用氫氣壓縮機研發現狀與思考
李燦：液態陽光加氫站助力氫能發展
【干貨】加氫站投資成本分解（附圖表數據）
【干貨】加氫站工藝流程及主要工藝設備選型分析
【干貨】氫燃料電池汽車加氫站建設及標準
十站九虧，加氫站投資熱還能扛多久
【加氫站專題】比加汽油便宜，加氫站卻幾乎全部虧損？
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展開 什么是碳中和、碳達峰、碳匯、碳配額、碳交易，CCUS、CCER，你都懂嗎？
碳捕集利用與封存簡稱CCUS，是把生產過程中排放的二氧化碳進行捕獲提純，繼而投入到新的生產過程中進行循環再利用或封存的一種技術。其中，碳捕集是指將大型發電廠、鋼鐵廠、水泥廠等排放源產生的二氧化碳收集起來，并用各種方法儲存，以避免其排放到大氣中。
該技術具備實現大規模溫室氣體減排和化石能源低碳利用的協同作用，是未來全球應對氣候變化的重要技術選擇之一。
六、什么是碳排放權（CER）？
碳排放權，即核證減排量（Certification Emission Reduction，CER）的由來。2005 年，伴隨《京都議定書》生效，碳排放權成為國際商品。碳排放權交易的標的稱為“核證減排量（CER）”。
排放權從哪里來？配額一級市場和二級市場并存。
1）一級市場一般由各省發改委進行配額初始發放的市場，分為無償分配和有償分配。
其中：有償分配附帶有競價機制，遵循配額有償、同權同價的原則，以封閉式競價的方式進行。
2）二級市場是控排企業或投資機構進行交易的市場。
七、什么是碳交易？
碳交易，即把二氧化碳排放權作為一種商品，買方通過向賣方支付一定金額從而獲得一定數量的二氧化碳排放權，從而形成了二氧化碳排放權的交易。
碳交易市場是由政府通過對能耗企業的控制排放而人為制造的市場。通常情況下，政府確定一個碳排放總額，并根據一定規則將碳排放配額分配至企業。如果未來企業排放高于配額，需要到市場上購買配額。
展開 碳中和：小小的碳，大大的麻煩
2021年全國兩會上，“碳達峰”和“碳中和”被首次寫入政府工作報告，不僅是中國，全世界越來越多的國家政府正在將“碳中和”轉化為國家戰略，當前全球已有 110 多個國家相繼承諾“碳中和”目標。
社會各界都早已開始行動起來，為構建未來的“零碳”社會出謀劃策。全球社會可持續發展需要“碳中和”的支撐。
漫畫轉載自混子公知，若有侵權請聯系我們！
借著政策契機，為滿足未來市場人才需求，培養掌握碳交易各項技能的復合型專業人才，國家人力資源和社會保障部教育培訓中心聯合廣碳所及北極星電力網開展碳交易員培訓。
“碳交易員”采用在線學習+考試取證模式。完成培訓并通過考核后將獲得中國人力資源和社會保障部教育培訓中心頒發的碳交易員培訓證書，該證書可在人力資源和社會保障部教育培訓網進行查詢。
展開 《碳達峰、碳中和知識解讀》之解讀
第六章“碳達峰、碳中和與政策”
應對氣候變化有兩個主要方式，一個是減緩氣候變化，一個是適應氣候變化。減緩氣候變化就是碳達峰和碳中和戰略，也是主要以國家為單位進行的政策調整。因此，需要每個國家制定相應的國家發展戰略和政策規劃，并且在財政和金融領域，以專項政策、專項基金來推動這些政策的實施。
第七章“碳排放權交易”
碳排放權交易一直是國際社會實現碳達峰和碳中和的基本方式，也是在全球尺度上，為了一個可持續的未來，世界各國達成的一種妥協性的措施。但是，這樣的碳排放交易必須在一個可信任的平臺上進行，其監測與管理、追責與救濟，都需要更多的法律工具和執法能力。
第八章“碳達峰、碳中和技術”
該書提出了清潔煤技術；二氧化碳捕集、利用和封存技術；節能技術；智能監督技術等幾個領域。實際上與碳達峰、碳中和相關的技術正在快速發展，領域也在急劇拓展。因此，對于碳達峰、碳中和有興趣的讀者，大可關注相關的氣候變化議題網站。
在這里插播一個廣告，現在已有一個網站（www.qihoubianhua.net），希望為大家提供一站式的氣候變化相關議題的信息平臺。網站仍然在建設和發展的過程之中，盼望有更多的志愿者參與到網站的信息采集和發布之中，為應對氣候變化作出貢獻。
第九章“碳達峰、碳中和與低碳能源”
新能源車之所以能夠快速發展，并且幫助我國的車企實現了追趕和超越世界前沿的機會，一個很重要的背景就是我國對于低碳能源的高度重視，舉國之力向新能源領域傾斜，給予了相關企業更多的發展空間，更寬容的試錯機會。以此為例，我們可以看到，低碳不是不發展，而是更好的發展。
展開 地質工作與碳中和 | 碳排放權交易
目前，上海正在搭建全國碳排放權交易平臺，預計今年6月底前上線。
未來，健全的碳排放權交易市場有望成為我國碳中和進程中的強大助力。
04
地質工作在碳交易市場建設中的作用
雖然從碳交易市場的發展歷史看，政府的政策導向配合經濟手段起到了主要的推動作用，但地質工作同樣可以在市場構建中扮演重要角色。舉例來說，美國國會研究處在研究制定碳稅價格時，美國地調局編寫的礦產商品報告就為統計鋼鐵制造生產過程的碳排放提供了重要參考。
我國的碳交易市場雖然已經在試點階段取得了舉世矚目的成就，但仍存在一些問題亟需解決。由于缺乏碳排放量基礎數據以及總量控制相關的理論與經驗，碳排放量的確定、碳排放配額的總量控制還存在不確定性，這在一定程度上限制了減排的力度。因此，對于地質工作來說，提供勘探、采礦、礦石處理與運輸等各種過程中精準的碳排放數據，可以為碳交易市場的政策制定提供有力的支持，這對于未來我國碳交易市場正式覆蓋到地質、能礦行業將起到尤為重要的作用。
（作者單位：中國地質調查局地學文獻中心）
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展開 碳達峰、碳中和-2021粵港澳大灣區地鐵產業大會
一、大會主題：綠色/高效/碳達峰/碳中和
二、時間地點
時間：2021年7月8日-9日
地點：深圳市
規模：人數800人
大會官網：www.mciczz.com
三、組織結構：
主辦單位：
深圳市地鐵集團有限公司
深圳市城市軌道交通協會
深圳市土木建筑學會
協辦單位：
中鐵南方投資集團有限公司
中鐵建南方建設投資有限公司
中國鐵路設計集團有限公司
中電建南方建設投資有限公司
中國交通建設股份有限公司南方分公司
中鐵設計院集第四勘察團有限公司
殼牌（中國）有限公司
南京派光智慧感知信息技術有限公司
承辦單位：
深圳市中騰建業建設投資有限公司
四、大會部分議題
1、粵港澳大灣區軌道交通發展現狀與政策；
2、粵港澳大灣區軌道交通智能化發展的實踐與探索；
3、推進區域軌道交通一體化與智能化的實踐；
4、城市軌道交通新產品和技術創新；
5、5G在城軌行業產生的影響及遇到的問題；
6、基于“機器人+大數據”的軌道交通智能運維系統；
7、通信、信號技術在軌道交通系統中的應用；
8、地鐵、輕軌車輛、新型機車車輛相關技術與開發研制；
9、軌道車輛牽引新技術、新產品的應用與創新；
10、設備設施全壽命周期管理和智慧運維；
11、城市軌道交通機電設備新技術的應用；
12、新型能源在城市軌道交通的應用與發展；
13、城市地下空間開發新理論、新技術、新工藝；
14、城市地下空間整體綜合開發利用和綜合防災規劃；
15、地鐵隧道建管養新理念、新技術；
16、盾構掘進新技術、新工法；
17、城市軌道交通綠色高效建造，碳達峰和碳中和；
18、城市地下空間施工新技術、新材料、新裝備與應用；
19、疫情病毒等不確定因素對城市軌道交通的影響及未來趨勢
展開 
熱泵在碳中和中的作用與意義
國家能源局關于印發《2021年能源工作指導意見》的通知指出，應大力推廣高效節能技術，支持傳統領域節能改造升級，推進節能標準制修訂，因地制宜推進實施電能替代，大力推進以電代煤和以電代油，有序推進以電代氣，提升終端用能電氣化水平。江億院士也多次指出，零碳能源的主要表現形式是直接輸出電力，用電力替代化石能源以高效轉換的方式生產熱量是能源革命的需要。熱泵作為能夠實現高效電制熱的能源裝置，將對我國終端電氣化產生巨大的推動作用。同時，熱泵應用還能一定程度上實現柔性用電，有助于電力調峰。高效節能的熱泵技術契合時代背景與政策導向，將被碳中和的時代需求推動而得到進一步發展。
圖1?3 能源鏈條轉換圖
從技術路線角度來看，熱泵是用熱領域，尤其是中低溫用熱實現零碳的最好技術路徑。碳排放分為直接碳排放與間接碳排放，使用熱泵代替化石燃料，直接碳排放量就變為零，僅需考慮間接碳排放。圖1-4從碳減排與碳吸收兩個角度出發，納入供給側、需求側分析，對已有的低碳技術進行了歸納。供給側減排方面的地熱供熱、需求側減排方面的工業節能中的余熱余壓回收、建筑使用過程當中的暖通空調及熱水系統節能，這些技術路線上熱泵裝置均能充分發揮自身特點，為路線的實現提供有效工具。如中深層地源熱泵可利用地熱能供熱；高溫熱泵十分適用于工業余熱的回收利用，回收的熱量既可以用于工藝過程，也可以用于供熱，推動工業體系的低碳化；而建筑暖通空調、衛生熱水供應方面，各類熱泵供暖裝置和熱泵熱水器已有大量的應用，尤其是清潔取暖的政策發布以來，空氣源熱泵在北方集中供暖應用迅速推廣開來。
展開 碳中和下的氫能發展報告
投資建議：氫能是替代化石能源實現碳中和的重要選擇。隨著氫能逐步用于汽車、鋼鐵等行業，氫能的利用量將逐步增長，焦化、氯堿、丙烷脫氫和乙烷裂解等產業受益副產氫氣應用。氫能煉鋼還處于研究和示范階段，建議關注頭部公司的示范進展。氫燃料電池車輛由于能量效率高、安全性高、無排放、壽命長等優點，有望逐步推廣。
風險提示：1）碳中和政策實施不及預期；2）氫能價格難以大幅下降；3）燃料電池成本下降不及預期；4）氫能冶金技術發展不及預期。
01
氫能是替代化石能源實現碳中和的重要選擇
氫能（氫的能源利用）受到全球廣泛關注，成為應對氣候變化、建設脫碳社會的重要產業方向。歐、美、日、韓等發達國家紛紛制定氫能路線圖，加快推進氫能產業技術研發和產業化布局。
當前，我國氫氣生產利用主要在以石化化工行業為主的工業領域，以“原料”利用為主，“燃料”利用為輔。我國發展氫能具有良好基礎，也面臨諸多挑戰。綠氫供應、氫儲運路徑和基礎設施建設、氫燃料電池核心技術裝備、氫燃料電池汽車技術裝備等均待逐一攻破，必須實事求是、客觀冷靜、積極創新，爭取少走彎路，開創氫能技術突破和產業化新局面。
氫能產業已成為我國能源戰略布局的重要部分。2020年，氫能被納入《能源法》（征求意見稿）。2021年，氫能列入《國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》未來產業布局。
氫能產業發展初期，依托現有氫氣產能、就近提供便捷廉價氫源，支持氫能中下游產業發展，降低氫能產業起步難度，具有積極的現實意義。
展開 汽車動力總成的碳中和
那么，以韓國為例，交通部門如何實現碳中和？通過對碳排放影響相對較低的核電發電，并產生低碳排放影響的電力。在駕駛電動汽車的同時生產和應用碳中性燃料有望成為最有效的解決方案短期內實現碳中和。在碳中和燃料的情況下，它是CCUS（Carbon Capture Utilzation and Storage）技術的一部分，在捕獲碳和生產和利用碳中性燃料方面。如圖3），展示了CCUS碳循環技術的概念圖。
碳中性燃料不限于具有特定類型化學成分的燃料，但可以認為其主要優點是可以根據使用的地區和領域所需的燃料成分進行合成。特別是在這種情況下碳中性燃料，現有的化石燃料 與二氧化碳不同，由于可以合成不含芳烴 (PAH) 和二氧化碳的燃料，因此它具有減少有害廢氣的潛力并獲得相對較高的熱效率除了碳中和之外，主要原因是在需要高能量密度/功率密度的領域，通過能量密度相對較低的電池進行電氣化無法實現碳中和。
交通部門的能源消耗占能源密度較高地區能源消耗的一半以上，考慮到這一點，高能量密度地區的碳中和并不是交通部門完全碳中和的必要條件。缺陷是可以預測的因此，可以看出，CCUS技術的一部分，可以合成和利用二氧化碳和氫氣的碳中和燃料的技術開發和推廣，是實現交通領域碳中和的必要條件。
圖 3. CCUS 碳中和技術（碳循環技術）
碳中和運輸動力用能源確保戰略
因此，對能源進口的觀點也需要考慮。《圖4》同時標注了PL的代表燃料甲醇、氫和代表性鋰離子電池單位體積的能量密度。
圖 4. 按燃料類型劃分的單位體積能量密度
考慮到這一點，在進口能量密度較高的應用碳中性燃料時，在運輸和儲存方面具有優勢，特別是在碳中性燃料的情況下，可交易能源，以克服可再生能源的區域失衡問題。可以作為參考。
展開 現代宣布將于2045年實現碳中和
蓋世汽車訊 據外媒報道，在2021年慕尼黑國際車展期間，現代集團分享了該公司的目標：到2045年時實現完全碳中和。這一目標包括其全球產品陣容和所有公司業務。此外，現代還宣布，將從2035年開始在歐洲停止銷售所有內燃機汽車。
（圖片來源：現代）
現代集團旗下的高端品牌捷尼賽思最近也宣布，計劃在2030年時成為純電動品牌，并在2025年時不再推出新的內燃機車型。
隨著全球眾多品牌都開始發力純電動汽車，現代承諾將依然關注可持續發展，減少其碳足跡，并且最終實現碳中和。現代在一份新聞稿中分享了其多個未來可持續發展目標，包括到2045年實現碳中和。此外，該公司還承諾，與2019年相比，到2040年時其碳排放量水平將減少75%。
現代表示，計劃通過三個支柱來達到其氣候目標：
清潔出行。到2030年，現代計劃讓全球30%的銷量來自零排放汽車，讓純電動汽車和燃料電池汽車的銷量占總銷量的80%。2035年起，現代在歐洲將只提供零排放汽車，并且在2040年之前，在世界主要市場上逐漸淘汰內燃機汽車。
新一代平臺。現代將繼續對新一代交通平臺進行前瞻性投資，包括城市空中車輛和自動駕駛汽車，兩者都是零碳排放出行方式。
綠色能源。除了零排放車輛之外，現代還將在其生產設施中使用可再生能源。這一點也包括對未來技術的長期投資，例如V2G和回收電池儲能系統（SLBESS）等。
接下來，現代和起亞兩個品牌將繼續開發和交付電動汽車，包括即將開售的IONIQ 5。
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