“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

1.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。“富煤、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。“雙碳”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)。

2.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(lài)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。

3.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

1.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。

2.任務(wù)重

1.應(yīng)對(duì)地球升溫是人類(lèi)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(lèi)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(xún)項(xiàng)目——“中國(guó)碳中和框架路線圖研究”項(xiàng)目組估算，為滿(mǎn)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)。

3.科技創(chuàng)新不足

         科技創(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(lèi)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)。

4.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(lèi)命運(yùn)共同體的內(nèi)涵。氣候變化作為對(duì)人類(lèi)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(chēng)“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(xún)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)。

2.“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(lèi)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(lèi)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(lèi)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）。“四主線”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)。“四主線、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)。

圖1 “四主線、四平臺(tái)”的多能融合技術(shù)體系

多能融合技術(shù)的“四主線”

      “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(lèi)似，存在反應(yīng)過(guò)程耦合的可能?；诖嗽?，中國(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%。

       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⒋笠?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。