2020年9月22日，習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上鄭重宣示：中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和（以下簡(jiǎn)稱“雙碳”），是以習(xí)近平同志為核心的黨中央統(tǒng)籌國(guó)內(nèi)國(guó)際兩個(gè)大局作出的重大戰(zhàn)略決策，是著力解決資源環(huán)境約束突出問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展的必然選擇，是構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的莊嚴(yán)承諾。二氧化碳排放與能源資源的種類、利用方式和利用總量直接相關(guān)。我國(guó)成為全球碳排放量最大國(guó)家的根本原因在于能源及其相關(guān)的工業(yè)體系主要依賴化石資源。為此，科學(xué)有序推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)及相關(guān)工業(yè)體系從高碳向低碳、綠色發(fā)展，形成先進(jìn)的“清潔低碳、安全高效”能源新體系，才能實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，同時(shí)支撐我國(guó)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。挑戰(zhàn)前所未有，任務(wù)異常艱巨，在此過(guò)程中，科技創(chuàng)新必須發(fā)揮至關(guān)重要的引領(lǐng)作用。
“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的必要性和緊迫性
習(xí)近平總書(shū)記多次強(qiáng)調(diào)，應(yīng)對(duì)氣候變化不是別人要我們做，而是我們自己要做，是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求。我國(guó)有14億人口，要全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化，延續(xù)過(guò)去發(fā)達(dá)國(guó)家高耗能、高排放的老路是行不通的，必須轉(zhuǎn)到綠色低碳的發(fā)展軌道上來(lái)，這是我國(guó)現(xiàn)代化的必由之路。
“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的必要性
能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整。我國(guó)是全球最大的能源生產(chǎn)國(guó)、消費(fèi)國(guó)，充足穩(wěn)定的能源供應(yīng)仍然是經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的必要條件?！案幻?、貧油、少氣”的能源資源稟賦和現(xiàn)有的能源基礎(chǔ)設(shè)施決定了我國(guó)以化石能源，特別是以煤為主的能源結(jié)構(gòu)還需持續(xù)較長(zhǎng)一段時(shí)間。近年來(lái)，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化、能源利用效率不斷提高，但仍面臨著較大的能源安全和生態(tài)環(huán)境治理壓力。針對(duì)能源安全問(wèn)題，2014年6月13日，在中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第六次會(huì)議上，習(xí)近平總書(shū)記提出了推動(dòng)能源的消費(fèi)革命、供給革命、技術(shù)革命、體制革命和國(guó)際合作的“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略。在“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略的指引下，我國(guó)能源發(fā)展在“十三五”時(shí)期取得歷史性成就，以能源消費(fèi)年均低于3%的增速支撐了經(jīng)濟(jì)的中高速增長(zhǎng)，建立起了多元清潔的能源供應(yīng)體系，到2020年底，清潔能源發(fā)電裝機(jī)達(dá)到10.83億千瓦，首次超過(guò)煤電裝機(jī)容量。在百年未有之大變局下，能源安全的底線作用更加凸顯。但是，我國(guó)石油和天然氣對(duì)外依存度仍然不斷攀升，2020年分別達(dá)到73%和43%，能源革命仍然任重道遠(yuǎn)。針對(duì)生態(tài)環(huán)境治理壓力，我國(guó)必須加速推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)綠色低碳轉(zhuǎn)型?！半p碳”目標(biāo)提出后，非化石能源因其低碳/零碳屬性，獲得加速發(fā)展。2021年9月，《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》中提出到2025年、2030年和2060年，我國(guó)非化石能源占能源消費(fèi)比重將分別達(dá)到20%、25%和80%的目標(biāo)，風(fēng)、光、生物質(zhì)等可再生能源及核能將逐漸成為新型能源體系發(fā)展的重點(diǎn)。值得指出是，無(wú)論是能源安全新戰(zhàn)略還是“雙碳”目標(biāo)，都是為推動(dòng)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)向綠色低碳發(fā)展。二者目標(biāo)一致，各有側(cè)重，相輔相成。我們必須要立足國(guó)情，先立后破，安全、穩(wěn)步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。
生產(chǎn)方式的變革。我國(guó)碳排放量高的根本原因在于能源及其相關(guān)的工業(yè)體系主要依賴化石資源。我國(guó)電力工業(yè)及高能耗工業(yè)（鋼鐵、石化、水泥、有色等）的二氧化碳排放占全國(guó)二氧化碳排放總量的80%左右，是需要重點(diǎn)關(guān)注的行業(yè)。在“雙碳”目標(biāo)下，現(xiàn)有的能源及工業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)難以長(zhǎng)期維持，必須進(jìn)行全面的革命性調(diào)整，才能與全球氣候治理目標(biāo)和我國(guó)高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)相適應(yīng)?？v觀世界工業(yè)發(fā)展歷程，能源革命與工業(yè)革命歷來(lái)交互發(fā)展、共同作用促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)變革。我國(guó)的能源革命已經(jīng)拉開(kāi)序幕，在“雙碳”目標(biāo)的牽引下，能源革命也必然會(huì)促進(jìn)我國(guó)工業(yè)革命的迅速開(kāi)展。推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，促進(jìn)傳統(tǒng)高耗能行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型，大力發(fā)展綠色低碳產(chǎn)業(yè)是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的必然要求。
生活方式的改變。黨的十九大報(bào)告指出，形成綠色發(fā)展方式和生活方式，堅(jiān)定走生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路。習(xí)近平總書(shū)記明確要求，到21世紀(jì)中葉，綠色發(fā)展方式和生活方式全面形成，人與自然和諧共生，生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域國(guó)家治理體系和治理能力現(xiàn)代化全面實(shí)現(xiàn)，建成美麗中國(guó)。2019年，我國(guó)居民人均生活能源消費(fèi)僅0.31噸標(biāo)準(zhǔn)煤，人均生活能源消費(fèi)產(chǎn)生的二氧化碳排放為0.98噸。同期，美國(guó)居民人均生活能源消費(fèi)2.28噸標(biāo)準(zhǔn)煤，人均生活能源消費(fèi)產(chǎn)生的二氧化碳排放2.6噸。在碳中和目標(biāo)下，如果要達(dá)到與美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相近的消費(fèi)水平，除了需要發(fā)展價(jià)格低廉的非化石能源，我們還必須在全社會(huì)提倡綠色低碳生活，推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展和創(chuàng)造高品質(zhì)生活有機(jī)結(jié)合。這同每個(gè)人息息相關(guān)，人人都應(yīng)該做綠色低碳生活方式的踐行者、推動(dòng)者。
“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的緊迫性
時(shí)間緊。中國(guó)承諾的從實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰到實(shí)現(xiàn)碳中和的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于發(fā)達(dá)國(guó)家所用時(shí)間。世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了碳達(dá)峰，歐盟早在1979年實(shí)現(xiàn)，美國(guó)在2007年前后，日本在2005年進(jìn)入碳排放峰值平臺(tái)期后最終在2013年達(dá)峰。這些國(guó)家和地區(qū)從進(jìn)入峰值平臺(tái)期到要實(shí)現(xiàn)2050年碳中和的目標(biāo)，都有40—70年的時(shí)間。而我國(guó)要在短短30年左右的時(shí)間內(nèi)從碳達(dá)峰實(shí)現(xiàn)碳中和，完成全球最高碳排放降幅，這需要付出十分艱苦的努力⑤。
任務(wù)重。①應(yīng)對(duì)地球升溫是人類社會(huì)共同面臨的新問(wèn)題，對(duì)應(yīng)著能源以化石資源向可再生資源的大轉(zhuǎn)變，國(guó)際國(guó)內(nèi)都沒(méi)有成熟經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，是人類社會(huì)走向可持續(xù)發(fā)展面臨的共同難題。要在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)的巨大甚至顛覆性轉(zhuǎn)變，需要克服一系列技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的巨大挑戰(zhàn)。②要實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興，“能源的飯碗必須端在自己手里”。我國(guó)仍處于工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程的中后期，伴隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平提高，人民群眾生活水平不斷改善，能源消費(fèi)還將繼續(xù)增長(zhǎng)。據(jù)中國(guó)科學(xué)院學(xué)部重大咨詢項(xiàng)目——“中國(guó)碳中和框架路線圖研究”項(xiàng)目組估算，為滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，我國(guó)能源消費(fèi)總量峰值將在2030—2040年達(dá)到，為60億—64億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。即使實(shí)現(xiàn)非化石能源大規(guī)模發(fā)展，對(duì)于以化石能源特別是煤炭為主導(dǎo)能源、處于高速發(fā)展階段的中國(guó)，如何在保障產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定的前提下，科學(xué)有序推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)，仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。
科技創(chuàng)新不足?？萍紕?chuàng)新是支撐“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的根本動(dòng)力。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，我國(guó)能源科技創(chuàng)新取得重要階段性進(jìn)展，有力保障了能源安全，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，為“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定了良好基礎(chǔ)。但是，“雙碳”目標(biāo)下的能源結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)生活方式都將發(fā)生顛覆性變革，現(xiàn)有技術(shù)體系還難以支撐“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，不僅需要突破各領(lǐng)域眾多關(guān)鍵技術(shù)，更需要破除各能源種類及各能源相關(guān)行業(yè)之間的壁壘，跨領(lǐng)域突破多能融合互補(bǔ)及相關(guān)重點(diǎn)行業(yè)工業(yè)流程再造的關(guān)鍵瓶頸及核心技術(shù)，加強(qiáng)能源技術(shù)體系創(chuàng)新，重構(gòu)能源及相關(guān)工業(yè)體系?？珙I(lǐng)域系統(tǒng)化布局有巨大的創(chuàng)新空間，并帶來(lái)巨大的總體節(jié)能減排效果，但同時(shí)也面臨巨大挑戰(zhàn)，是我國(guó)新能源體系構(gòu)建和相關(guān)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重點(diǎn)方向和難點(diǎn)。
國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)加劇。2020年以來(lái)的新冠肺炎疫情對(duì)全世界安全與經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了新的沖擊，也引起了對(duì)全球危機(jī)問(wèn)題的深刻思考。某種程度上，氣候變化問(wèn)題是另一種更為嚴(yán)重的全球危機(jī)。比爾·蓋茨預(yù)言：“到2060年，氣候變化可能和新冠肺炎疫情一樣致命；到2100年，它的致命性可能是新冠肺炎疫情的5倍。而氣候變化造成的經(jīng)濟(jì)損失將相當(dāng)于每10年就有一次新冠肺炎疫情”。在疫情肆虐的當(dāng)下，全球深刻體會(huì)到人類命運(yùn)共同體的內(nèi)涵。氣候變化作為對(duì)人類命運(yùn)影響最大的問(wèn)題，對(duì)其的態(tài)度與治理成為國(guó)際政治的重要角力點(diǎn)。中國(guó)作為全球最大的碳排放國(guó)家，必須積極參與并引領(lǐng)全球氣候治理，塑造和維護(hù)負(fù)責(zé)任大國(guó)形象。此外，如何應(yīng)對(duì)氣候變化問(wèn)題已經(jīng)逐漸從政治領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的議題轉(zhuǎn)向經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的全方位競(jìng)爭(zhēng)議題。2021年7月，歐盟委員會(huì)向歐洲議會(huì)和歐盟理事會(huì)提交了設(shè)立碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制（俗稱“碳關(guān)稅”）的立法議案，預(yù)計(jì)從2023年起開(kāi)始對(duì)歐盟進(jìn)口的部分商品征收碳稅。歐盟碳關(guān)稅政策將對(duì)溫室氣體排放量高的企業(yè)帶來(lái)重大挑戰(zhàn)。波士頓咨詢公司提出碳關(guān)稅對(duì)行業(yè)利潤(rùn)的侵蝕影響可高達(dá)40%，而且整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)都將受到成本增加帶來(lái)的影響，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力格局也將被重塑。中國(guó)作為世界上最大的產(chǎn)品出口國(guó)，將面臨巨大的挑戰(zhàn)。
“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的科技路徑
理念是行動(dòng)的先導(dǎo)，“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)必須依靠變革性的理念引領(lǐng)。中國(guó)科學(xué)院面向國(guó)家發(fā)展清潔低碳、安全高效能源體系建設(shè)要求，基于能源領(lǐng)域長(zhǎng)期研究基礎(chǔ)，提出通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)多種能源之間互補(bǔ)融合的多能融合理念，布局了一批多能融合技術(shù)的研發(fā)與示范，為科技支撐國(guó)家“雙碳”目標(biāo)開(kāi)展了先行探索。
多能融合理念的內(nèi)涵
能源、材料和信息是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的三大支柱。多能融合是指綜合考慮能源資源在加工利用過(guò)程中的能源屬性和物質(zhì)（原料/材料）屬性，通過(guò)新技術(shù)、新模式破除各能源種類之間條塊分割、互相獨(dú)立的技術(shù)和體制壁壘，促進(jìn)化石能源與非化石能源、各能源分系統(tǒng)之間、各能源資源加工利用不同過(guò)程之間的能量流、物質(zhì)流和信息流的互補(bǔ)融合，實(shí)現(xiàn)能源資源利用的能量效率、物質(zhì)效率、環(huán)境效益、生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益等多目標(biāo)的優(yōu)化。
多能融合技術(shù)是實(shí)現(xiàn)多能融合理念的根本。多能融合技術(shù)是指在能源資源加工利用過(guò)程中涉及的原料產(chǎn)品、反應(yīng)過(guò)程、工程過(guò)程、系統(tǒng)集成等多層次、多尺度范疇中充分利用各種能源自身的相對(duì)優(yōu)勢(shì)，對(duì)沖消除各類能源劣勢(shì)，實(shí)現(xiàn)能源與物質(zhì)的跨系統(tǒng)、能源系統(tǒng)內(nèi)跨類型的融合，達(dá)到提升能源資源綜合利用效率，緩解能源和原料（材料）供需矛盾，降低能源利用的環(huán)境影響等多目標(biāo)優(yōu)化要求的先進(jìn)技術(shù)。
基于多能融合理念，根據(jù)能源系統(tǒng)特征，筆者提出適合我國(guó)國(guó)情的多能融合技術(shù)“四主線、四平臺(tái)”體系（圖1）?！八闹骶€”是指：化石能源清潔高效利用與耦合替代（能源安全）、非化石能源多能互補(bǔ)與規(guī)模應(yīng)用（能源結(jié)構(gòu)）、工業(yè)低碳/零碳流程再造（工業(yè)變革）、數(shù)字化/智能化集成優(yōu)化（系統(tǒng)優(yōu)化）；“四平臺(tái)”是指：合成氣/甲醇平臺(tái)、儲(chǔ)能平臺(tái)、氫能平臺(tái)、二氧化碳平臺(tái)?！八闹骶€、四平臺(tái)”構(gòu)成多能融合技術(shù)體系的四梁八柱，有望為“雙碳”目標(biāo)下我國(guó)能源技術(shù)的系統(tǒng)研發(fā)提供引導(dǎo)。
多能融合技術(shù)的“四主線”
主線1：化石能源清潔高效利用與耦合替代
“雙碳”轉(zhuǎn)型應(yīng)以保障國(guó)家能源安全為底線，以高質(zhì)量發(fā)展為目標(biāo)，必須首先用好化石資源特別是煤炭資源，堅(jiān)持清潔高效利用道路，發(fā)揮好煤炭的“壓艙石”作用。2021年9月，習(xí)近平總書(shū)記考察榆林時(shí)指出：“煤化工產(chǎn)業(yè)潛力巨大、大有前途，要提高煤炭作為化工原料的綜合利用效能，促進(jìn)煤化工產(chǎn)業(yè)高端化、多元化、低碳化發(fā)展，把加強(qiáng)科技創(chuàng)新作為最緊迫任務(wù)，加快關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，積極發(fā)展煤基特種燃料、煤基生物可降解材料等”，這明確了現(xiàn)代煤化工發(fā)展的定位和方向。
煤炭清潔高效利用應(yīng)主要從煤炭清潔高效燃燒和煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化兩方面開(kāi)展。①煤炭燃燒方面。我國(guó)燃煤發(fā)電的能效指標(biāo)、污染物排放指標(biāo)均已達(dá)到世界先進(jìn)水平，但工業(yè)領(lǐng)域煤炭清潔高效燃燒利用的科技支撐不足。持續(xù)推進(jìn)煤炭清潔高效發(fā)電和靈活高效發(fā)電，提高電力系統(tǒng)對(duì)清潔電力的接納能力、工業(yè)鍋爐（窯爐）高效燃燒和多污染物協(xié)同治理是煤炭燃燒技術(shù)發(fā)展的方向。②煤炭轉(zhuǎn)化方面。以現(xiàn)代煤化工為代表的轉(zhuǎn)化技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化均走在了世界前列，攻克了煤氣化、煤制油、煤制烯烴等一大批技術(shù)和工程難題；但是，仍面臨如何通過(guò)發(fā)展前瞻性和變革性技術(shù)，提高煤、水資源利用效率，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的高效率轉(zhuǎn)化利用，解決煤化工長(zhǎng)期以來(lái)面臨的高能耗、高水耗、高碳排放的難題。
現(xiàn)代煤化工的快速發(fā)展，使得煤經(jīng)合成氣/甲醇生產(chǎn)多種清潔燃料和基礎(chǔ)化工原料成為可能，這也給石油化工和煤化工耦合替代、協(xié)調(diào)發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇。采用創(chuàng)新技術(shù)大力發(fā)展現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)，既可以保障石化產(chǎn)業(yè)安全，促進(jìn)石化原料多元化，還可以形成煤化工與石油化工產(chǎn)業(yè)互補(bǔ)、協(xié)調(diào)發(fā)展的新格局，例如石腦油和甲醇反應(yīng)生產(chǎn)烯烴。石腦油是原油加工重要產(chǎn)品，甲醇是煤化工重要產(chǎn)品，二者都是烯烴生產(chǎn)的重要原料。在現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)下，石腦油制烯烴和甲醇制烯烴是完全不同的生產(chǎn)路線。但從生產(chǎn)過(guò)程來(lái)看，石腦油制烯烴是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，甲醇制烯烴是強(qiáng)放熱反應(yīng)，且反應(yīng)條件和催化劑類似，存在反應(yīng)過(guò)程耦合的可能?；诖嗽恚袊?guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所創(chuàng)造性地將石腦油原料和甲醇原料耦合起來(lái)制取烯烴，利用反應(yīng)過(guò)程中的吸熱-放熱平衡，提高了整個(gè)系統(tǒng)的能效和碳原子利用率。相比傳統(tǒng)技術(shù)路線，噸烯烴產(chǎn)品能耗降低1/3—1/2，石腦油利用率提高10%。
主線2：非化石能源多能互補(bǔ)與規(guī)模應(yīng)用
實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)必須逐漸穩(wěn)步改變我國(guó)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展可再生能源和安全先進(jìn)核能，實(shí)現(xiàn)非化石能源的多能互補(bǔ)和規(guī)模應(yīng)用?？稍偕茉吹母弑壤?、大規(guī)模利用將會(huì)對(duì)現(xiàn)有能源體系產(chǎn)生巨大沖擊。風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源存在與生俱來(lái)的能量密度低、波動(dòng)性強(qiáng)等問(wèn)題，具有隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性等特點(diǎn)。近年來(lái)，風(fēng)、光發(fā)電并網(wǎng)消納問(wèn)題日益突出。隨著風(fēng)、光能源更大規(guī)模發(fā)展，僅靠單項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步將難以完全解決風(fēng)、光發(fā)電并網(wǎng)消納問(wèn)題，需從能源系統(tǒng)整體角度加以考慮。因此，可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用必須考慮多種能源的系統(tǒng)融合，以風(fēng)、光資源作為發(fā)電和供能的主力資源，以核電、水電和其他綜合互補(bǔ)的非化石能源為“穩(wěn)定電源”，以少量的火電作為應(yīng)急電源或者調(diào)節(jié)電源，通過(guò)可再生能源功率預(yù)測(cè)技術(shù)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制技術(shù)、電力系統(tǒng)靈活互動(dòng)技術(shù)等構(gòu)建新型電力系統(tǒng)管理和運(yùn)行體系。
儲(chǔ)能技術(shù)可有效平抑大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電接入電網(wǎng)帶來(lái)的波動(dòng)性，促進(jìn)電力系統(tǒng)運(yùn)行的電源和負(fù)荷的平衡，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性。
根據(jù)2021年國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、國(guó)家能源局《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，2025年新型儲(chǔ)能技術(shù)的裝機(jī)規(guī)模達(dá)到3 000萬(wàn)千瓦以上，2030年實(shí)現(xiàn)全面市場(chǎng)化發(fā)展。除電化學(xué)儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能外，氫能也是一種廣義上的儲(chǔ)能方式。利用可再生能源、高溫核能等制取的綠氫，可以實(shí)現(xiàn)電力的長(zhǎng)時(shí)期存儲(chǔ)，并推進(jìn)可再生能源向物質(zhì)的無(wú)碳轉(zhuǎn)化。氫作為能源的載體，可為能源的儲(chǔ)、運(yùn)、用等問(wèn)題提出一系列新的解決方案。
主線3：工業(yè)低碳/零碳流程再造
工業(yè)部門是二氧化碳的排放大戶，2020年其二氧化碳排放占全國(guó)總排放量的68%，主要包括鋼鐵、建材、化工、有色等領(lǐng)域。要實(shí)現(xiàn)這些領(lǐng)域的“雙碳”目標(biāo)，就必須對(duì)現(xiàn)有的工業(yè)流程進(jìn)行低碳/零碳再造。①通過(guò)深度電氣化，利用非化石能源發(fā)電實(shí)現(xiàn)深度脫碳；② 對(duì)于難以電氣化的工業(yè)流程，需借助綠氫、合成氣/甲醇、二氧化碳等平臺(tái)，通過(guò)技術(shù)突破和行業(yè)間的協(xié)調(diào)、融合實(shí)現(xiàn)低碳零碳流程再造，促進(jìn)化石能源和二氧化碳的資源化利用，實(shí)現(xiàn)行業(yè)低碳零碳工藝革新。
案例1：綠氫與煤化工融合。煤氣化變換是煤化工行業(yè)產(chǎn)生二氧化碳的主要過(guò)程。如果在煤氣化過(guò)程中補(bǔ)入綠氫，可實(shí)現(xiàn)煤制烯烴過(guò)程的碳減排近70%；如果補(bǔ)入過(guò)量的綠氫，則可引入二氧化碳作為部分碳源，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的負(fù)碳排放。
案例2：鋼鐵與煤化工融合。鋼廠尾氣富含一氧化碳和氫氣，可作為化工生產(chǎn)的原料氣。如果利用鋼廠尾氣中含有的合成氣生產(chǎn)乙醇，初步估算，全國(guó)鋼廠25%剩余尾氣約可制1 000萬(wàn)噸乙醇，減少二氧化碳排放近2 000萬(wàn)噸。
案例3：綠氫與鋼鐵融合。以氫氣代替煤炭來(lái)還原鐵礦石（氫冶金），二氧化碳排放可降至傳統(tǒng)工藝的20%。
案例4：水泥和化工融合。水泥行業(yè)的排放主要是由于原料中碳酸鈣分解產(chǎn)生的過(guò)程排放（約60%），這部分“不得不排放”的二氧化碳無(wú)法通過(guò)燃料替代實(shí)現(xiàn)減排。但如果以氫為介質(zhì)與化工過(guò)程耦合，可將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇等化學(xué)品，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的資源化利用。此外，從多能融合的理念出發(fā)，在甲烷等氣氛下進(jìn)行熟料焙燒，可使碳酸鈣與甲烷反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，再作為原料制備化學(xué)品，從而實(shí)現(xiàn)水泥的低碳、經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
主線4：數(shù)字化/智能化集成優(yōu)化
數(shù)字化、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，將與第四次能源革命、工業(yè)革命和科技革命相疊加，推動(dòng)社會(huì)的快速變革和發(fā)展。數(shù)字化/智能化能源系統(tǒng)的構(gòu)建，將云計(jì)算、人工智能、5 G通信等新一代數(shù)字化、智能化技術(shù)與現(xiàn)代能源體系的構(gòu)建相融合，加速推進(jìn)能量流、物質(zhì)流與信息流的融合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化，推動(dòng)以綠色、數(shù)字化、高質(zhì)量為核心的能源領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展。例如，以信息化、數(shù)字化構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，建設(shè)具備云資源儲(chǔ)存、大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)分析、高度智能化等能力的電力控制管理平臺(tái)，使電網(wǎng)可見(jiàn)、可知、可控，實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)行，提高電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性等。
推進(jìn)多能融合科技路徑實(shí)施的建議
進(jìn)一步加強(qiáng)研發(fā)與應(yīng)用的系統(tǒng)性布局。系統(tǒng)性布局是多能融合技術(shù)路徑的核心。在現(xiàn)有能源系統(tǒng)框架下，面向碳中和遠(yuǎn)景目標(biāo)，必須推進(jìn)跨領(lǐng)域綜合交叉，打破能源與其他行業(yè)、能源內(nèi)各分系統(tǒng)間相互獨(dú)立分割的局面，解決依靠單領(lǐng)域科技發(fā)展難以突破的跨系統(tǒng)問(wèn)題。建議充分發(fā)揮舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)，統(tǒng)籌全國(guó)科技優(yōu)勢(shì)力量，基于多能融合理念框架，跨領(lǐng)域系統(tǒng)化部署支撐“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的研發(fā)系統(tǒng)，加速碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)所需的科技研發(fā)。對(duì)其中的顛覆性技術(shù)，應(yīng)探索建立適合顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的項(xiàng)目申報(bào)和管理機(jī)制，如建立科技創(chuàng)新容錯(cuò)免責(zé)機(jī)制、引入社會(huì)資本進(jìn)入機(jī)制等，促進(jìn)顛覆性技術(shù)突破和技術(shù)成果快速轉(zhuǎn)化。同時(shí)，科技成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的過(guò)程也是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及政策設(shè)計(jì)、科技攻關(guān)、產(chǎn)業(yè)承接和市場(chǎng)需求等環(huán)節(jié)，各個(gè)環(huán)節(jié)的有效銜接缺一不可。應(yīng)加強(qiáng)有利于多能融合科技成果轉(zhuǎn)化的生態(tài)建設(shè)，構(gòu)建政策鏈、科技鏈、產(chǎn)業(yè)鏈和資本鏈“四鏈”融合的科技成果轉(zhuǎn)化體系。
進(jìn)一步加強(qiáng)典型區(qū)域的示范帶動(dòng)。我國(guó)幅員遼闊，各地區(qū)資源環(huán)境稟賦和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r不同且極不均衡，難以用同一套技術(shù)方案解決所有地區(qū)的所有問(wèn)題。因此，“雙碳”工作應(yīng)基于各地區(qū)資源環(huán)境稟賦、產(chǎn)業(yè)布局、發(fā)展階段等實(shí)際情況，結(jié)合區(qū)域重大戰(zhàn)略、區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略和主體功能區(qū)戰(zhàn)略，因地制宜推進(jìn)。建議從“全國(guó)一盤棋”的高度，統(tǒng)籌選取一批具有典型特征的區(qū)域，針對(duì)各典型區(qū)域的主要問(wèn)題開(kāi)展多能融合技術(shù)的集成示范，在驗(yàn)證一批關(guān)鍵核心技術(shù)的同時(shí)，為全國(guó)同類型區(qū)域提供可操作、可復(fù)制、可推廣的技術(shù)方案。并以點(diǎn)帶面，帶動(dòng)全國(guó)同類型區(qū)域綠色低碳發(fā)展。
進(jìn)一步加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。可以預(yù)見(jiàn)，在“雙碳”目標(biāo)的強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)在面向碳中和的能源和工業(yè)體系中將產(chǎn)生海量的多能融合新技術(shù)和相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。建議提早布局，進(jìn)一步加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，以此激勵(lì)不同創(chuàng)新主體、市場(chǎng)主體投入多能融合技術(shù)的研發(fā)、示范和推廣應(yīng)用。同時(shí)，進(jìn)一步完善知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的法律法規(guī)，并加大執(zhí)法力度，樹(shù)立典型，提高全社會(huì)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)重要性的認(rèn)識(shí)。此外，在科技成果轉(zhuǎn)化過(guò)程中，應(yīng)建立健全知識(shí)產(chǎn)權(quán)作價(jià)評(píng)估和知識(shí)產(chǎn)權(quán)確權(quán)分享體系，盤活知識(shí)產(chǎn)權(quán)價(jià)值，促進(jìn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)成為一種可估值、可定價(jià)和可流通的生產(chǎn)要素和資產(chǎn)。
進(jìn)一步加強(qiáng)“雙碳”相關(guān)人才培養(yǎng)。人才是創(chuàng)新的第一資源。由于“雙碳”問(wèn)題的復(fù)雜性、技術(shù)的專業(yè)性等，需要跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的創(chuàng)新性復(fù)合型人才。面向“雙碳”新目標(biāo)，現(xiàn)有學(xué)科分類體系下的人才培養(yǎng)機(jī)制已然不能適應(yīng)，迫切需要以問(wèn)題為導(dǎo)向，以任務(wù)帶學(xué)科，打破學(xué)科界限，完善“雙碳”教學(xué)體系，培養(yǎng)適應(yīng)“雙碳”要求的創(chuàng)新性復(fù)合人才。建議推動(dòng)“雙碳”相關(guān)學(xué)科與專業(yè)的融合，建立和完善“雙碳”教學(xué)體系，加快將“雙碳”理念和實(shí)踐融入人才培養(yǎng)體系。同時(shí)，深化科教融合，充分發(fā)揮“雙碳”領(lǐng)域科研項(xiàng)目、科研平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，大力培養(yǎng)高層次復(fù)合型創(chuàng)新人才，尤其是青年人才。
進(jìn)一步加強(qiáng)國(guó)際合作?！半p碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)是全球應(yīng)對(duì)氣候變化危機(jī)的共同追求。我國(guó)應(yīng)繼續(xù)積極參與全球環(huán)境治理、氣候治理，進(jìn)一步加強(qiáng)能源科技領(lǐng)域的國(guó)際交流與合作，為世界貢獻(xiàn)中國(guó)方案。在能源科技創(chuàng)新上，建議設(shè)立“碳中和國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃”，吸引國(guó)際智力參與能源科技研發(fā)；通過(guò)政策、資金支持，鼓勵(lì)國(guó)外能源領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)到國(guó)內(nèi)開(kāi)展集中示范；進(jìn)一步促進(jìn)國(guó)際國(guó)內(nèi)科技領(lǐng)域的深度融合，促進(jìn)人才、智力、技術(shù)的雙向流動(dòng)，助力“雙碳”科技發(fā)展新格局的形成。
評(píng)論