袁亮院士：我国碳达峰碳中和战略及路径思考

我国碳达峰碳中和战略及路径思考中国工程院院士中国工程院院士安徽理工大学校长中国工程科技发展战略安徽研究院院长1引引言习近平总书记高度重视“双碳”工作，发表多次重要讲话，做出系列战略推进碳达峰碳中和是“国之大者”实现“双碳”目标，不是别人让我们做，而是我们自己必须要做。在二十大报告中指出：积极稳妥推进碳达峰碳中和立足我国能源资源禀赋，坚持先立后破，有计划分步骤实施碳达峰行动，深入推进能源革命，加强煤炭清洁高效利用，加快规划建设新型能源体系，积极参与应对气候变化全球治理。2引引言力争2030年前，二氧化碳排放达到峰值立足富煤贫油少气的基本国情，坚持降碳、减污、扩绿、增长协同推进，在降碳的同时确保能源安全、产业链供应链安全、粮食安全，积极稳妥推进碳达峰碳中和。3汇报提纲二、“双碳”战略思考与战略路径■基本概念在某一个时点，二氧化碳排放不再增长达到峰值，之后逐步回落碳排放量碳排放量碳中和与某一主体相关的人为二氧化碳排放量与人为二氧化碳净零排放(NetzeroCO₂emissions):在全球层面，与碳中和等价排放=吸收5温室气体人类增强的温室效应自然温室效应大气中起温室效应的气体称为温室气体，温室气体吸收地面反射的长波辐射并向下辐射波段更长的逆辐射。它们在大气中的数量人类增强的温室效应自然温室效应6■实践基础：上世纪90年代与瓦斯(甲烷)较量7响应国家号召，面向世界科技前沿，开展甲烷治理与利用研究7■同频共振：本世纪20年代与“双碳”同行我国碱达的碱中和近略及监2亮中国能源中长期里当选安徽省碳中和研究会为安徽省人大常委会做双名誉会长碳专题讲座参加学术论坛并作报告碳达峰碳中和重大成果顺应时代潮流，面向国家重大需求，推进“双碳”战略研究8■“两会”发声：聚焦能源高质量发展—着重提出“关于开发废弃矿山绿色资源支撑双碳目标政策支持的建议”人大建议煤炭是压舱石、原料库、新宝藏O忠诚国家利益忠诚国家利益推动能源革命rr新…于资E,肿，在于大力9899“双碳”发展现状与面临挑战一、“双碳”发展现状与面临挑战■全球温室气体排放量持续增加●温室气体中，二氧化碳浓度达413.2ppm(0.04132%),甲烷浓度为1889ppb(0.0001889%),一氧化二氮为333.2ppb(0.00003332%),分别比工业化前高149%、262%和123%●2021年，全球温室气体总排放量达到408亿吨CO₂当量，绝对值增幅超过20亿吨，历史上发达经济体发达经济体增幅最大新兴经济体2000-2021年年部分新兴和发达经济体的二氧化碳排放量一、“双碳”发展现状与面临挑战■全球能源领域碳排放呈现总量增长、强度降低的趋势1900-2022年能源领域产生二氧化碳排放量按燃料分列的年度二氧化碳排放量(1959-2022)一、“双碳”发展现状与面临挑战■全球化石能源消费短期仍为主力80.02015-2021年全球主要能源消费量全球能源结构(2020年)化石能源占全球能源消耗的85%左右一、“双碳”发展现状与面临挑战●2022年，中国与能源相关的CO₂排放量约为121亿吨，占全球能源活动排放量33%左右；碳排放近七成源于煤炭●单位GDP碳排放量、人均温室气体排放量、人均碳排放量分别约为全球1.8、1.5、1.7倍●2022年，全球CO₂排放仅增0.9%,主要得益于中国可再生能源发展对世界做出的贡献≈人均二氧化碳排放人均温室气体排放10吨吨人均二氧化碳排放人均温室气体排放10吨中国各部门温室气体排放情况一、“双碳”发展现状与面临挑战■中国以煤炭为主的能源消费结构特征明显●2022年，煤炭消费量增长4.3%一次能源消费(亿吨标准煤)+CO2排放(亿吨)0煤炭产量(亿吨)m6立足中国富煤贫油少气的能源资源禀赋，优化结构，控制总量一、“双碳”发展现状与面临挑战■清洁能源发展前景广阔●2022年，全球可再生能源、电动汽车和热泵等清洁能源技术部署增加避免了5.5亿吨CO₂排放●2022年，中国清洁能源发电量29599亿千瓦时，比上年增长8.5%;中国的可再生能源的装机已经相当于美国全国的总装机●天然气、水电、核电、风电、太阳能发电等清洁能源消费量占能源消费总量的25.9%大阳磁发电量亿千瓦水力发电位干瓦时火力发电量核能发电量(2千瓦时风力发电量0研咨询0一、“双碳”发展现状与面临挑战■中国工程院碳达峰碳中和预测●到2027年，中国二氧化碳排放量将达到122亿吨峰值●到2045年，中国将逐步建立以新能源为主的新型电力系统，非化石能源发电量占总发电量的80%●到2060年，二氧化碳排放量将被控制在26亿吨以内一、“双碳”发展现状与面临挑战■中国碳达峰碳中和取得阶段成效中共中央、国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳的意见中和”和工作，立足富煤贫油少气的基本国情”划建设新型能源体系”●成效2:新时代10年能源高质量发展成绩卓越216-216-2021年中家酒费占消货总的比重经计信况洒202017-2021年中国清洁能源占能激消费总量的比重%02017年2018年2019年2020年2021年煤与新能源多能协同技术瓦斯全浓度利用技术核聚变技术,人造小太阳,新型天型储能电池技术煤基清洁能源与高效转化技术高效低成本绿氢技术煤炭高效清洁燃烧技术Dcus技术源荷互动智能管控技术低碳生物质能源转化技术废弃矿井资源开发利用技术电力能源行业与先进信息通信技术论论文数量(篇)0氢能、碳捕集、CCUS、储能、光伏建筑相关论文数量均为全球第一股权率%0冤总专利数量(件)光伏建筑相关中国专利量已达到全球75%,智能电网的专利量超过全球的70%一、“双碳”发展现状与面临挑战◆百万千瓦级600℃超超临界燃煤发电技术已在全国推广应用，占煤电总装机容量的26%,供电煤耗最低可达到264克每千瓦时，为700℃超超临界技术研制奠定了良好基础◆建成全球单体规模最大的400万吨/年煤间接液化项目，实现安全稳定清洁运行，填补多项国国外技术垄断0等等◆2022年8月29日，中国首个百万吨级“齐鲁石化-胜利油田CCUS项目”正式注气运行，每年可减排二氧化碳100万吨，相当于植树近900万棵、近60万辆经济型轿车停开1年，有效助力我国实现“双碳”目标◆2022年11月4日，中国首个开放式千万吨级CCUS项目启动，拟将华东地区钢材厂、化工厂、电厂、水泥厂等工业企业排放的二氧化碳捕集后通过槽船运输至二氧化碳接收站，再通过短距离管道输送至陆上和海上的封存场所-一、“双碳”发展现状与面临挑战◆全球最大水光互补工程——装机850兆瓦的青海省龙羊峡水光互补光伏电站并网发电，提高了光伏发电电能质量和电网运行稳定性，减少了电网的旋转备用容量，解决了光伏发电的安全并网问题，填补了国内外大规模水光互补关键技术的空白一、“双碳”发展现状与面临挑战初步搭建了“双碳”专业人才培养方面政策框架雏形，政府、高校、企业多方积极参与2021年4月，同济大学牵头“华东八校”共同发起组建了“长三角可持续发展大学联盟”>2021年10月，东南大学、英国伯明翰大学等一批世界知名高校联合成立了全球首个聚焦碳中和技术领域人才培养和科研合作的“世界大学联盟”>长三角地区有25所“双一流”高校设置了碳中和相关专业一、“双碳”发展现状与面临挑战■中国实现“双碳”目标面临诸多挑战▶国家发改委预测“十四五”期间GDP潜在增长率5%-5.5%2025年单位国内生产总值二氧化碳排放要比2020年下降18%;2030年要比2005年下降65%以上第二产业增加值占GDP的39%,60%以上能源消费、70%以上碳排放来自工业生产领域，高耗能产业占比高碳强度不变情景下2030年碳排放量传统经济发展模式成为制约“双碳”目标实现的掣肘一、“双碳”发展现状与面临挑战●挑战2:碳排放总量大与实现碳中和时间短矛盾突显>从碳达峰到碳中和，中国仅有30年时间，欧盟将用71年，美国用43能源生产和消费逆向分布特征明显，中东部是主要能源消费区，西部地区是主要能源基地主要能源消费区绿色低碳转型结构性压力小，主要能源基地改变资源依赖的增长方式任重道远A多帆北郁帆北郁国际电性藏要充分考虑区域资源分布和产业分工的客观现实，不搞齐步走、“一刀切”●挑战4:能源利用效率低与低碳技术突破难矛盾突显要提高低碳技术研发能力，建立产业低碳技术支撑体系“双碳”“1+N”政策体系主体框架基本确立，但体制机制、地方政策配套总体上仍跟不上碳中和背景下能源转型变革的步伐>管理与服务体系：覆盖全产业链的清洁生产与碳排放管理机制、碳交易市场、金融服务体系尚不健全“双碳”目标对制度支撑体系构建提出了更新、更全面的要求一、“双碳”发展现状与面临挑战●挑战6:统筹能源安全保障与实现“双碳”目标矛盾突显假罗斯沙特阿拉伯卡塔尔卡塔尔伊朗中国中国下推进碳达峰碳中和“双碳”战略思考与战略路径二、“双碳”战略思考与战略路径■碳达峰碳中和是一项复杂的系统工程经济结构：推进节能减排绿色消费，激发高质量发展内生动力，带动经济结构集约化发展>社会结构：以多主体、多元化、全方位碳减排为牵引，引导社会结构协同化发展能源碳效化布局产业能效化转型经济集约化发展社会协同化引导纵向源网荷储协调易造技术攻关二、“双碳”战略思考与战略路径●纵向：实现“双碳”目标要从供应端、消费端、固碳端三端齐头并进供应端消费端固碳端以煤为主改造为以风、光、水、核、地热等可再生能源和非碳能源为主煤炭清洁高效利用技术清洁能源零碳电力技术多能互补耦合技术绿电、绿氢、地热等用能替代煤、油、气制氢、储氢、运氢和用氢技术零碳工业流程再造技术储能技术生态建设+二氧化碳生态碳汇生物炭土壤改良二、“双碳”战略思考与战略路径●战略一：节约提效优先战略能源强度与碳强度的逐步下降是进步2019年主要国家能源强度与碳强度二、“双碳”战略思考与战略路径智能电网储能技术统筹当前与长远智能电网储能技术统筹当前与长远能源安全高度重视实现碳达峰碳中和过程中的能源安全问题，传统能源逐步减退要建立在新能源安全可靠替代基础上二、“双碳”战略思考与战略路径●战略三：非化石能源替代战略积极推进中东部分布式能源开发(“身边取”),培育大批能源“产消者”,提升能源自给率平滑作用┌加之可缓解波动性可降低储能投资局趋于合理●战略四：再电气化战略电气化是促进能效提升和产业结构升级的重要手段以电能替代和发展电制原料燃料为重点，大力提升重点部门电气化水平再电气化：电能生产、传输、再利用“深度清洁/极致高效”调在/森调在/森(二、“双碳”战略思考与战略路径“无废”并不是没有废物，比例资源化利用，是循环发展的典型内涵固废减量化和资源化利用水平是国家进步和现代化水平的标志。由“无废城市”试点走向“无废社会”●战略六：固碳战略重视碳捕集与封存(CCS)和碳捕获、利用与封人工固碳生态碳汇人工固碳生态碳汇二金驱油二金农田作物湿地森林植被农田作物矿化m农田土壤草地植被m农田土壤草地植被草地土壤CO,CO,插集NDCSTHAL.国生态系统碳库生态系统碳库二、“双碳”战略思考与战略路径●战略七：数字化战略全面推动数字化降碳和碳管理应用，助力产业升级和结构优化，促进生产生活方式绿色变革大数据、云计算、人工智能等数字化技术加速创新，融入经济社会发展各领域全过程，加快推进各行业数据资源共享应用数据为核心打造工业互联网，基于传感器集中收集海量数据，结合软件平台和大数据分析技术实现工业自动化控制、智能化管理三点考虑五个路径一项目标●战略八：国际合作战略中国-中东欧国家产业合作对接会chini-CFECInduat第十届储能国际峰会第八届欧洲论坛：探索中欧“双碳”合作新机遇二、“双碳”战略思考与战略路径■能源领域减碳是实现“双碳”目标的关键能源结构产业结构经济结构社会结构优强关系层次强关系层相关关系层辅助关系层“双碳”战略的实现要抓主要矛盾，以能源为关键突破口，构建现代能源体系二、“双碳”战略思考与战略路径中和达成期中和达成期达峰攻坚期步降至50%左右新能源占比逐步提高到80%以有序替代期新能源占比提高到30%-49%,●战略理念——差异达峰、协同中和在坚持“全国一盘棋”的基础上，划分能源生产区、能源应用区和新能源耦合区，分区域、分步骤实现碳达峰、碳中和跨时间、跨空间、跨要素、跨场景精准实施差异达峰、协同中和举措鼓励已达峰地区排放不再增长，排放处于平台期和可再生能源丰富的地区尽早达峰二、“双碳”战略思考与战略路径西部资源富集区：依托新一轮西部大开发战略，打造绿色可持续国家能源安全保障基地◆加强能源资源勘探、科学开发和清洁高效利用，有序开发风光资源，延伸国际能源合作领域筑牢中国西部桥头堡，夯实国家能源安全保障支柱◆统筹铁路、电网和油气管网建设，优化煤、油、气、电输配网络，强化国家能源安全保障基地功能建设◆坚持生态优先，筑牢西部生态屏障*200年碳中和”稿合协调度：3491“2030年碳达峰”稿合协调度：0295-2011-2030年平均稿合协调度十2011-2020年平均稿合协调度预测值04-2011-2020年平均祸合协调度预测值展“2060年碳中和”祸合协调度：0.6517“2030年碳达峰”耦合协调度：0.4176“2030年碳达峰”耦合协调度：0.4176祸合协调度：0.5074*丝*二、“双碳”战略思考与战略路径能源生产端能源消费端固定端透明化灾化智能化资源化能源化固碳化减碳化透明化灾化智能化资源化能源化固碳化减碳化材料化化…以电气化集成创新减低C引进消费引进消费从生产端、消费端、固碳端三端协同发力，破解高效生产、多能转化、减碳固碳核心技术●五大战略路径节约优先高效利用源有序替代储能与增汇发挥能源领域“双碳大脑”,解锁能源领域可持续发展新价值，构筑产业新生态路径1:节约优先、能效提升路径1并世1并世国能(天津)大港发电厂改造：采用绕组永磁耦合国能(天津)大港发电厂改造：采用绕组永磁耦合节能是第一能源二、“双碳”战略思考与战略路径路径2:化石能源清洁高效利用路径2060年化石能源主要发挥托底保供和工业原料作用2035-2050年◆煤炭加速减量和天然气消费控制，主要用于电源二、“双碳”战略思考与战略路径路径3:清洁能源有序替代路径◆坚持“先立后破、通盘谋划”,以保障能源安全为前提，加快风、光、水、核等新能源发展，推进新能源领域技术创新◆加快构建以新能源为主体的新型电力系统，建设能源互联网，安全稳妥实现电力行业净零排放二、“双碳”战略思考与战略路径◆电网侧储能方面：优化布局电网侧储能，发挥储能消纳新能源、削峰填谷、增强电网稳定性和应急供电等多重作用◆可再生能源配置储能方面：统筹规划可再生能源配置储能，建立合理的成本疏导机制◆辅助服务储能应用方面：建立适宜新型储能的调度运行机制，保障公平调用◆用户侧储能方面：积极支持用户侧储能多元化发展，拓宽储能应用场景熔融盐储热抽水商能抽水商能扫电池压空气」0中国电力储能市场累计装机规模(2000-2021)中国新型储能市场累计装机规模(2000-2021)尽快开展储能在可再生能源消纳、电网调峰等应用场景的示范二、“双碳”战略思考与战略路径◆提升碳捕集能力：将捕集装置用于火电厂、水泥厂和钢铁厂◆提升碳利用能力：将二氧化碳与共反应物转化成目标产物，主要包括制备一氧化碳、甲烷等燃料，合成甲醇等化工原材料，合成有机碳酸酯、可降解聚合物等高附加值化学品◆提升物理固碳能力：大力发展二氧化碳驱替煤层气技术，实施枯竭油气田地质封存二氧化碳碳通量长期联网碳通量长期联网幢9分配储量状态、固镀速率、增汇力**土无叔44生4土理有叔4资源清查法：地面、卫星碳通量季节动态模式生态系统碳福环过程及碳库时空分布机制●重大科技问题与攻关方向井资源开发利用、新能源开发利用、储能、CCS/CCUS、碳中和科学管理等领域加强战略研究、基础研究、共性技术与装备攻关，着力实现高水平科技自立自强，为能源领域无碳、减碳、去碳提供坚强的科技支撑效利用高灵活性智能燃煤发电理论与技术煤基废弃物资源化利用理论与技术煤矿瓦斯分级分类开发利用技术低浓度瓦斯提纯与利用技术矿井地下空间开发利用基础理论矿井水精准开发利用的关键技术大功率低成本陆、海风电技术第四代核能技术、小型堆技术新型大型储能电池技术源荷互动智能管控系统S碳封存与地下资源协同开采技术全流程技术系统集成及大规模示范碳中和科学碳中和科学碳中和新型能源体系碳交易与碳中和行为激助机制课度中通M煤炭直接液化示意■科技问题一科技问题一：煤炭清洁高效燃烧及煤化工煤炭与可再生能源发电理论与技术煤基废弃物资源化利用理论与技术煤化工废水废气废渣高效处理技术煤炭定向转化高效催化剂及新工艺中国工程院重点咨询项目—“我国煤炭资源高效回收及节能战略”中国工程院重点咨询项目—“我国煤炭资源高效回收及节能战略”中国工程院重大咨询项目—“中国煤炭清洁高效可持续开发利用战略研究”煤炭开采中国工程院重大咨询项目—“我国非常规天然气开发利用战略研究”废弃矿井资源开发利用科技问题三：废弃矿井资源开发利用煤炭气化高效开发利用基础理论号非常规天然气精准开发基础理论?矿井地下空间开发利用基础理论矿井水精准开发利用的关键技术施两即施网那可再生能源及抽水蓄能开发技术废弃矿井工业旅游资源开发模式露天矿坑资源综合开发利用模式中国工程院重大咨询项目—中国工程院重大咨询项目—“我国煤矿安全及废弃矿井资源开发利用战略研究”国家电网有限公司总部科技项目—“利用废弃矿洞开展抽水蓄能应用基础技术研究”“零碳”“近零碳”新能源Nlea正在申请“碳中和技术教育部工程研究中心”,致力于研究新能源开发利用问题正在申请“碳中和技术教育部工程研究中心”,致力于研究新能源开发利用问题科技问题五：新能源储能、消纳技术科技问题五：新能源储能、消纳技术c储能技术用通色言着正在申请“碳中和研究中心”致力于研究新能源消纳能力提升问题正在申请“碳中和研究中心”致力于研究新能源消纳能力提升问题碳捕集-运输-封存-利用CO₂低成本和近零能耗捕集技术等离激元CO₂高效转化利用技术产生源中国工程院咨询项目—“宁夏碳达峰碳中和与可持续发展战略研究”中国工程院咨询项目—“宁夏碳达峰碳中和与可持续发展战略研究”中粉动中粉动用务器5务工作站大碳中和新型能源体系姓岗装置工站全网节能利用技术管理体系工站务务绿色金融体系大碳排放交易机制与优化碳交易与碳中和行为激励机制低碳发展制度体系直业二直电..点门鲇门二植(L.碳排放管理标准体系中国工程院重大咨询项目—“我国煤炭行业碳中和发展科学体系及战略路径研究”中国工程院-安徽院地合作项目—“安徽省实现‘双碳目标路径与发展战略研究”教育部科技委战略研究项目—“双碳背景下矿业高校高水平科技与人才供给战略研究”“双碳”对策建议与创新实践三、“双碳”对策建议与创新实践华为煤矿军团与学校联合攻关5G+智能开采华为煤矿军团与学校联合攻关5G+智能开采应格局高效、互动、低碳、智能管理电站88未来0电源主导0建议三：勇闯智能制造新格局，构建绿色供应链，推动战略性新兴产业高质量转型●智能制造业科技创新战略举措，建强绿色低碳优势产业链，打造世界级高端装备智能制造产业集群●跨区域产业集群“错位协同”战略举措，内嵌区域智能制造产业协同，合力拉长中国产业“微笑曲线”技术产业新能源和技术产业新能源和产业智能车辆工程智能车辆工程新能源汽车产业优化专业结构对接十大新兴产业产业产业建议四：迸发自主创新，强化低碳、零碳、负碳等方面技术攻关●构建市场导向的绿色技术创新体系，将关键性技术攻关列入国家重点研发计划、能源重点创新领域和重点创新方向，有序推进基础研究●加强基础前沿创新引领工程，围绕重点方向开展长期攻关技术国内水平国外水平技术前景风电12MW海上风机上风机进入测试阶段上风电核电研制第四代核电技术研制第四代核电技术水电1000MW机组850MW机组大型、高效水电机组100MW级储能电站150MW级储能电站性储能在运最大规模10万吨级在运最大规模100万吨级的可靠性和安全性建议五：阔斧改革人才引培机制，强化现代化建设人才支撑●碳中和人才培养机制顶层设计方案●打破学科交叉壁垒，建设综合性碳中和学科●创新碳中和领域人才培养机制，构建多元人才培养体系碳达峰、碳达峰、碳中和“理-工-管-减排构调整发展碳市场专业大数据专业大数据人工智能金融体系金融体系管理三、“双碳”对策建议与创新实践>申报成功全国重点实验室重组(深部煤炭开采安全与环境保护全国重点三、“双碳”对策建议与创新实践●开展大科研产教融合、科教融合，与大院大所头部企业深度合作，服务经济社会发展与国家能源集团战略合作与山东能源集团战略合作与中国石化战略合作与中钢矿院战略合作与中国安全生产科学研究院战略合作与奇瑞战略合作学院获国家发改委立项与海螺战略合作与中科院合肥物质研究院战略合作与科大国创合作推进产教融合高等研究院(合肥)康研究院(芜澜)能源革命工中哲上海健康研究院联研究院安徽智能建造与装配式建筑研究院与行业、企业开展协同创新、联合培养，深度服务高质量发展◆聚焦煤炭工业，构建我国煤炭碳中和发展科学体系，开展重点领域战略路径研究，提出相关政策建议提出安徽新型电力系统、重点工业领域、建筑交通领域等“双碳”战略中长期发展规划路径和方案