实现碳中和 新能源的地位与作用详解

1925年以来，全球能源变得更加清洁，除生物质能外的新能源呈现加速发展态势。1925—2019年全球能源的需求量从14亿t油当量增加至144亿t油当量，增长了10倍，但新能源在全球能源中的占比从0.6%增加至15.1%，增幅达到24倍。

近10年来，全球能源技术变革显著加快，光伏发电、风电等成本大幅下降，加速推动了能源系统绿色转型。据IRENA报告，自2010年以来，2019年光伏发电（PV）、光热发电（CSP）、陆上风电和海上风电的平准化度电成本分别下降82%、47%、39%和29%。

2019年，新投产并网的大规模新能源发电装机容量中，56%可实现成本低于最便宜的化石燃料发电。2010—2019年光伏发电量从32TW·h增至699TW·h，年增幅达到240%；风力发电量从342TW·h增至1404TW·h，年增幅达到45%。

3.2新能源是碳中和的主导

从能源生产和消费结构看，世界能源已形成煤、油、气、新能源“四分天下”的格局。研究预测，到2030年将是新能源的转折年，多种新能源成本下降至可与化石能源竞争，能源去碳化趋势持续加强。预计2030年，全球一次能源量将达到峰值156亿t油当量，年均增长1.2%，其中煤炭占19%、石油占28%、天然气占26%、新能源占27%。预计2025年石油需求增速放缓，到2030年石油需求进入平台期，天然气由于其低碳属性，或将成为唯一有望保持增长的化石能源。

预计2030年后，新能源成本基本低于化石能源。预计2030—2050年，世界一次能源消费总量将维持在较为平稳的水平。到2050年，世界一次能源消费量基本与2030年持平，其中煤炭占4%、石油占14%、天然气占22%、新能源占60%，世界能源消费结构发生根本性变化，新能源将超过煤炭、石油、天然气，成为主体能源。

3.3新能源在碳中和进程中的作用

太阳能、风能、水能、核能、氢能等是新能源的主力军，助力电力部门实现低碳排放。2019年以来，新能源平均发电成本已实现低于燃气发电成本，但总体水平较煤发电仍高出16%。预计到2030年左右，大部分新建光伏发电、风电项目平均投资水平将低于新建煤发电厂，几乎所有亚太市场可实现光伏、风能发电成本低于煤发电。预计到2050年，新能源发电可满足全球电力需求的80%，其中光伏发电和风力发电量累计占总发电量的一半以上。

“绿氢”是新能源的后备军，助力工业与交通等领域进一步降低碳排放。电价占电解水制氢成本的60%～70%，随着电价大幅度下降，“绿氢”成本将快速下降。到2030年左右，“绿氢”有望比化石燃料制氢更具成本优势。到2050年，全球氢能占终端能源消费比重有望达到18%，“绿氢”技术完全成熟，大规模用于难以通过电气化实现零排放的领域，主要包括钢铁、炼油、合成氨等工业用氢，以及重卡、船舶等长距离交通运输领域。

人工碳转化技术是连接新能源与化石能源的桥梁，有效降低化石能源碳排放，将过剩电量转化为化工产品或燃料进行储存，对新能源电网起到削峰填谷作用。电转气是人工碳转化的主要形式，可以将二氧化碳重整制甲烷，被视为是欧洲实现能源转型的关键。预计到2050年，欧盟工业部门10%～65%的能源消耗来自电转气，供热行业和交通运输行业30%～65%的能源来自于电转气。

4中国碳中和实施路径

4.1中国碳中和目标与路线图

中国政府承诺实现碳中和，制定政策积极推进碳中和进程。2020年9月，习近平在联合国大会上表示“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，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。同年12月，发布《新时代的中国能源发展》白皮书，全面阐述了新时代新阶段中国能源安全发展战略的主要政策和重大举措。

《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》报告指出，预计到2025年前后，中国二氧化碳排放进入峰值平台期，力争2030年前可实现稳定达峰，化石能源消费的二氧化碳峰值排放量控制在110´108t之内，到2035年二氧化碳排放量将比峰值年份显著下降。按照二氧化碳排放峰值的减排程度，本文分低、中、高3种情景预测中国2060年碳排放量。低情景下，二氧化碳减排至峰值的40%，排放量降低至44亿t；中情景下，二氧化碳减排至峰值的30%，排放量降低至33亿t；高情景下，二氧化碳减排至峰值的20%，排放量降低至22亿t。剩余排放量主要通过二氧化碳封存及利用、人工碳转化、森林碳汇等方式消纳。中、高情景下对二氧化碳封存及利用、人工碳转化、森林碳汇等碳中和技术需求较大，应该加强这些领域的投入。

4.2中国碳中和实施路径

与其他国家相比，中国在实现碳中和道路上将面临碳排放量大、能源消费以化石能源为主、碳达峰到碳中和缓冲时间短等诸多挑战。中国是全球最大的二氧化碳排放国，2019年二氧化碳排放量占全球总排放量的29.4%，比美国（14.4%）、印度（6.9%）和俄罗斯（4.5%）的总和还要多。目前，中国能源消费仍然以煤炭、石油、天然气等化石能源为主，特别是煤炭比重占一半以上。2019年，中国能源消费总量为70.8亿t油当量，煤炭占58%，石油占19%。

中国从碳达峰到碳中和经历只有短短30年，即碳达峰后需要快速下降，走向碳中和。欧盟承诺的碳达峰到碳中和时间为60～70年，缓冲时间是中国的2倍。针对中国国情，不能复制国外碳中和模式，需要制定符合中国资源禀赋及国情的碳中和实施路线。在实现碳中和的道路上，中国需要在电力、工业、建筑、农业等领域共同努力，减少“黑碳”的排放量和发挥“灰碳”的可利用性。

4.2.1推进煤炭高效清洁化利用

中国煤炭资源丰富，是主体能源类型和重要工业原料。大力推进煤炭高效清洁化利用既可有效控制二氧化碳排放，还能发挥煤炭保障国家能源安全的主力作用。煤炭高效清洁利用包括煤的安全、高效、绿色开采，煤燃烧中的污染控制与净化，新型清洁煤燃烧，先进燃煤发电和煤洁净高效转化等。煤炭地下气化是清洁利用的重要途径，可从根本上改变中深层煤炭开采利用模式，减少煤炭在开采和应用中造成的环境负面影响。要力争实现中国陆上埋深1000～3000m煤炭资源气化利用，预估这部分煤炭资源气化开采可产甲烷、氢气等气体（272～332）万亿m3。中国约50%的煤炭消费总量用于发电，解决燃煤发电的清洁高效问题是煤炭高效清洁利用的重中之重。现代煤化工主要以洁净能源和精细化学品为主，包括煤制气、煤制油、煤制化工品等。

4.2.2加快清洁用能替代

加快实施清洁用能替代，优化能源结构，构建清洁低碳、安全高效的能源体系是中国实现碳中和的重要举措。依靠技术创新，进一步降低太阳能、风能发电成本，利用风电-光电-储能耦合模式替代火电，发挥储能技术快速响应、双向调节、能量缓冲优势，提高新能源系统调节能力和上网稳定性。利用光热-地热耦合模式替代燃煤供热用能，发挥太阳能光热和地热的各自优势，形成互补供热用能。

4.2.3提升天然气在低碳转型中桥梁作用

天然气是低碳清洁能源，是能源从高碳到零碳过渡的桥梁，对实现碳中和起到积极促进作用。在碳中和背景下，中国天然气需求增长强劲，预计到2035年，需求量将可能快速增长至（6500～7000）亿m3。以四川盆地、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地为重点，建成多个百亿立方米级天然气生产基地，促进常规天然气增产。重点突破非常规天然气勘探开发，完善产业政策体系，促进页岩气、煤层气等开发利用。

4.2.4大力发展“绿氢”工业及其产业链

中国需要像煤炭、油气等工业一样，加快构建氢能工业，推动实施“氢能中国”战略。中国氢能需求旺盛，但仍以化石能源制氢（即“灰氢”）为主。利用“绿氢”替代“灰氢”可有效降低二氧化碳排放。据中国氢能联盟预测，2030年中国将处于氢能市场发展中期，氢气年均需求量达3500万t，在终端能源消费中占5%；2050年氢气年均需求量达6000万t，“绿氢”占氢气来源的70%，在终端能源消费中占比至少到10%，可减排二氧化碳约7亿t。此外，加快推进储氢、运氢、氢燃料电池及加氢站等产业链整体发展，与油气工业深入融合，利用现有天然气管网和加油气站等基础设施，在产氢、加氢等产业链节点发挥油气公司先天优势，实现“油、气、氢、电”四站合建，推进氢工业体系高质量发展。

4.2.5加大二氧化碳埋藏及封存应用与推广

二氧化碳埋藏与封存能够实现二氧化碳大规模减排，是化石能源清洁化利用的配套技术。中国以煤炭为主的资源禀赋决定，必须加大二氧化碳的埋藏及封存应用与推广，发挥其在碳中和进程中的作用，推动煤炭高效清洁化利用。未来可利用开采油气后的枯竭油田、气田和地下“水田”，形成埋藏及封存二氧化碳的“人工二氧化碳气田”（见图8、图9）。目前，中国石油已在吉林油田、新疆油田、大庆油田开展二氧化碳驱油等技术攻关，形成年产超100万t驱油产量，二氧化碳驱油技术取得新的突破。

中国近海二氧化碳海底地质封存潜力大，封存总容量约为2.5万亿t。初步预测鄂尔多斯盆地深部咸水层和油藏的二氧化碳有效封存量分别为133亿t和19.1亿t，吐哈盆地油气藏、深部咸水层和煤层二氧化碳有效封存量为44亿t。预测沁水盆地煤层二氧化碳的吸附和封存量可达1280亿t，其中吸附量占96%以上。此外，二氧化碳驱油、驱气不仅可以实现二氧化碳埋存，还可以提高油气采收率。未来，可在松辽、渤海湾、鄂尔多斯、大庆等大型油气区，将采完的油田、气田建设成为“人工二氧化碳气田”埋藏与封存示范基地。

4.2.6发展碳转化及森林碳汇

发展碳转化，将二氧化碳转化为化工产品或燃料，实现“变废为宝”。中国科学院大连化学与物理研究所提出的“液态阳光”技术，将“绿氢”与二氧化碳反应制成甲醇，生产1t甲醇可固定1.375t二氧化碳。中国甲醇产能是8000万t左右，主要从天然气和煤中制取，如果全部采用“液态阳光”技术生产甲醇，可固定上亿吨二氧化碳。

大力发展森林碳汇，中国西南、东北等重要林区的碳汇能力很大。2010—2016年，中国陆地植被年均固碳能力约11亿t，约等于在此期间中国每年排放量的45%。植树造林可在碳中和的进程中发挥有利作用。

4.2.7建立市场机制控制碳排放

建立健全全国碳排放交易市场，利用市场机制控制碳排放。建立碳市场，增加化石碳类利用成本，有利于从源头减少化石能源消费，降低二氧化碳和大气污染物排放。中国当前碳排放交易市场尚处于构建初期，要进一步完善碳排放交易市场配套细则，实施相关基础设施建设，明晰碳交易相关方的行为标准与规范，健全国家碳排放交市场体系。

5结语

当今世界正经历百年未有之大变局。生态环境事关人类生存和永续发展，需要各国团结合作，共同应对挑战。碳中和是人类应对全球气候变化达成的共识，世界各国积极承诺实现碳中和目标。碳替代、碳减排、碳封存、碳循环是实现碳中和的4种主要途径，碳替代是实现碳中和的中坚力量，预计到2050年将贡献47%的二氧化碳减排量。

碳中和进程加速了全球能源从化石能源向新能源转型，新能源已成为第3次能源转换主角，未来将在碳中和发挥主导作用。预计2030年是新能源发展的转折年，新能源成本下降至可与化石能源相竞争；2030—2050年新能源将大规模推广应用，碳排放下降趋势加快。2050年全球大部分地区和国家将实现碳中和，新能源走上能源舞台中央成为主体能源。预计到2100年以前，能源消费结构由现阶段的“四分天下”转变为“一大三小”新格局（“一大”为新能源，“三小”为煤炭、石油、天然气）。未来中国也将逐步向世界能源消费结构新趋势靠拢发展，实现从现阶段“一大三小”（“一大”为煤炭，“三小”为石油、天然气、新能源）向“三小一大”（“三小”为煤炭、石油、天然气，“一大”为新能源）跨越。加快氢能、新材料储能、可控核聚变等颠覆性技术攻关及工业化，以新能源为主实现中国“能源独立”战略，为宜居地球、绿色地球作出贡献。本文观点是目前阶段性认识，未来不同时期，随着科技与世界格局变化，碳中和的认识将不断革新和发展。