科技创新视角下广东实现“双碳”目标的技术路径研究

文/王臻 李栋亮 韩莉娜

力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和（以下简称“双碳”目标），是党中央作出的重大战略决策。2021年3月15日，习近平总书记主持召开中央财经委员会第九次会议，对实现碳达峰、碳中和作出了部署。会议指出，“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期，强调要推动绿色低碳技术实现重大突破，抓紧部署低碳前沿技术研究，加快推广应用减污降碳技术，建立完善绿色低碳技术评估、交易体系和科技创新服务平台。广东作为制造业大省，要想实现“双碳”目标，关键是要实现经济模式由要素驱动发展向创新驱动发展的转变。归根结底，是要靠科技创新，特别是因地制宜地做好绿色低碳技术的前瞻布局和技术创新体系建设。这对于广东推进绿色低碳发展模式转型，率先实现“双碳”目标具有重要现实意义。

一、广东碳排放基本概况

碳达峰（peak carbon dioxide emissions）指的是碳排放进入平台期后进入平稳下降阶段。而碳中和（carbon neutrality）则是指企业、团体或个人测算在一定时间内，直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式抵消自身产生的二氧化碳排放，实现二氧化碳的“零排放”。

作为经济大省和制造大省，广东实现“双碳”目标面临严峻的挑战。一是能源消费结构以化石能源为主的格局没有根本性改变。2019年，广东煤品、油品和天然气等化石能源消费量占总能源消费量超七成。二是能源消费总量和二氧化碳排放持续增加（见图1）。2010－2019年，广东经济发展直接带动能源消费总量从2.55亿吨标准煤增长至3.41亿吨标准煤，年平均增长3.3%；因能源消费产生的二氧化碳排放量从4.78亿吨增长至5.56亿吨，年平均增长1.7%。可以看到，广东碳排放量仍处于上升态势，其中尤以第二产业为重。中国碳核算数据库（CEADs）数据显示，2019年广东碳排放量前四的行业依次是电力蒸汽热水生产供应业，非金属矿物制品业，交通运输、仓储及邮电通信业和黑色金属冶炼及压延加工业。三是碳排放强度降低的难度越来越大。近年来，广东在碳排放强度指标上排放强度明显下降。2010－2020年的十年间，广东以碳排放强度累计下降超44%的优异成绩超额完成国家下达的节能减排目标，实现以较少的能源消费支撑较快的经济增长。但随着广东经济持续发展，以及低碳工作进入深水区，碳排放强度下降难度可能会越来越大。

图1 广东能源消费和碳排放总量趋势

另一方面，作为我国首批低碳试点省份，广东以新发展理念为引领，始终坚持“绿水青山就是金山银山”，积极响应国家工作部署，持续扎实推进应对气候变化工作，初步具备碳达峰的基础条件。

一是经济发展水平较高。2020年广东人均生产总值（GDP）达1.28万美元（按当年平均汇率计算），常住人口城镇化率达74.2%，第三产业占比达56.5%，现代服务业增加值占服务业比重达64.7%，初步形成以战略性新兴产业为先导、先进制造业和现代服务业为主体的产业结构，接近部分发达国家和地区碳达峰时的经济水平和产业结构。二是能源结构不断优化。以核能、风电、光伏为代表的清洁能源比例大幅提高。截至2020年年底，全省新能源发电装机规模已达6089万千瓦（其中核电装机1614万千瓦，气电装机2838万千瓦，风电、光伏、生物质发电装机1637万千瓦）。三是碳交易市场机制建设成效显著。2020年度，广东共有245家控排企业和23家新建项目纳入碳排放管理和交易，全部来自电力、水泥、钢铁、石化、造纸和民航6个行业。截至2020年年底，全省碳排放额累计成交1.72亿吨，累计成交额35.61亿元，占全国碳交易试点的38%，两指标均列全国第一。通过碳交易，广东企业节能减碳意识显著提升，全省超过80%的控排企业实施节能减碳技术改造，60%企业实现碳强度下降。

二、广东科技创新支撑“双碳”目标实现基本情况

（一）低碳创新科技进展

一是在新能源领域处于国内领先。广东在风力发电机组、逆变器、高效太阳能电池和集热器、氢燃料电池电堆等领域的研发制造处于全国领先地位，氢能利用、储能技术、充电桩和智能电网建设位居全国前列，自主品牌“华龙一号”三代核电技术达到国际先进水平，天然气水合物连创试采纪录。新能源技术的突破催生了一批优势特色企业，形成了以中国广核集团有限公司、广东明阳电气有限公司等骨干企业带动，重大项目支撑、上下游企业集聚发展的态势。

二是形成相对完善的节能环保装备产业链条。作为节能环保装备大省，广东在节能环保装备产业全链条中均拥有国内知名的企业和机构，在垃圾处理、火电厂脱硫等领域的部分技术和装备水平处于国内领先地位，在尾气检测设备、在线监测仪器设备等环保装备制造领域占据国内同类产品市场半壁江山，相关技术走在全国前列。

三是引领新能源汽车发展走在全国前列。近年来，广东坚持创新引领，依托较为完整的汽车产业体系和雄厚的电子信息产业基础，不仅吸引丰田、本田等跨国品牌扎根广东，还培育出比亚迪、传祺、小鹏汽车、广汽蔚来等自主品牌和新能源造车新势力，逐步形成具有跨界融合的信息与通信技术（ICT）产业优势，深度进行纵向与横向的产业协同，加快具有技术创新、产品创新以及模式创新等特点的智能网联新能源汽车产业发展格局。据广东省统计局数据显示，2015－2020年，广东新能源汽车产量从1.89万辆增长至20.87万辆，增长超过10倍；全省城市公交电动化率为93.5%，其中广州、深圳、珠海、汕尾已实现公交车100%电动化。

四是绿色创新平台建设持续推进。广东充分整合省内外科研院所、高校、企业等创新资源，相继成立并建设先进能源科学与技术广东省实验室、中国科学院广州能源研究所、广东省绿色技术科技协同创新中心、广东省互联网创新中心等多个国家级和省级绿色创新平台，为提升广东绿色低碳产业技术创新能力，推动广东经济高质量发展注入新的发展动能。

（二）科技创新支撑“双碳”目标实现存在的突出问题

在科技创新支撑体系方面，引导低碳前沿技术攻关与产业化的低碳创新体系亟待完善，国家级和省级联合创新平台建设推进缓慢，高级创新人才缺乏，企业研发投入不足，关键核心技术、设备和材料依赖进口，如电气领域的风电轴承、高参数火电阀门、核电焊材等一批关键零部件、原材料被国外“卡脖子”。省内企业注重自身碳排放的损益、科研院所关注碳排放前沿技术以及产学研结合程度有待提高。

在新能源技术研发利用方面，缺少带动力和控制力强的龙头企业，产业配套和集聚效应不够明显，风能、太阳能发电装机规模明显低于苏浙鲁等省份，地热能、海洋能、天然气水合物等资源丰富的新能源尚处于示范、试采阶段，电网建设不能满足大规模新能源发电发展需求。

在绿色低碳技术转型方面，水泥、钢铁、石化等高碳行业产业规模、固定投资规模大，技术和装备更新成本高，新技术工业化应用比例低，企业缺乏绿色技术替代的动力。在促进交通运输行业低碳化发展方面，替代汽油的动力电池技术、替代柴油的燃料电池技术以及人工智能（AI）、大数据等赋能的数字交通技术等在实现绿色低碳转型上仍无法提供有效支撑。

三、广东实现“双碳”目标的技术方向选择

从发展路径来看，“十四五”是实现“双碳”目标技术路线确立和发展的重要时期，广东不仅需要对现有低碳技术有较为清晰的认识，还需要以前瞻的视角、发展的眼光，预见、预判新技术或潜在技术可能，全面加强相关低碳、零碳技术发展的全局性部署，持续优化碳中和路径选择。

（一）“双碳”图景中的技术洞见

关于“双碳”技术的发展路线，目前已有诸多相关部门如电力、工业、建筑和交通等从各自系统的角度进行了梳理和分析，但缺乏一个较为完整的“双碳”技术发展路线图。图2从碳排放与碳吸收两个角度出发，纳入供给侧、需求侧分析，对已有的低碳技术进行大致梳理。供给侧减排主要围绕电力系统与能源系统两大板块进行技术盘点，需求侧减排以行业为主要标尺进行技术归类。

图2 碳中和技术图谱

在掌握现有低碳技术的应用场景后，还需要关注技术背后应用产业所处的生命周期，判断其发展前景，为相关低碳技术的后续发展提供支持。表1总结了部分低碳技术手段的优先发展顺序。

表1 碳中和技术前景分析

（二）当前广东可选择的低碳技术突破方向

广东作为经济大省，以传统化石能源为主的能源消费需求大，但传统化石能源资源不足，对外依存度高。同时，作为临海省份，广东具有丰富的水、风、光等资源，且近年来在培育发展氢能、储能、智慧能源等新兴产业上进展良好，省内强大的制造能力和电子信息产业优势也为低碳技术的发展提供较好的发展基础和较条件。根据广东能源消费结构和产业发展的特点，我们认为，“十四五”期间广东低碳技术的发展应聚焦于以下方向：

一是零碳电力技术。加大新型储能技术研发，通过分布式能源、虚拟电厂、智能电网等技术方案，提高零碳电力使用效率和安全性，加快突破高效钝化发射极和背面电池技术（PERC），加强太阳能光伏关键技术的创新与应用，开展低风速、大容量、抗台风、防盐雾风电机组技术攻关，构建水、风、光等资源利用—可再生发电—终端用能优化匹配技术体系，实现光伏、风电、核电关键核心技术自主可控。构建高比例非化石电力生产及利用体系，加快高比例可再生能源电力系统技术部署，推动电网侧储能合理化布局，加强新能源高效消纳利用能力建设。加强电气化技术研发与推广，加快工业、交通、建筑等终端能源使用部门再电气化进程，全面提高电气化率。

二是零碳非电能源技术。围绕打造多渠道、多元化氢能供给体系，加快化石能源制氢与碳捕集、利用与封存（CCUS）1CCUS是指碳捕集、利用与封存技术，即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯，继续投入到接下来的生产过程中，实现对碳的循环再利用。耦合等蓝氢技术部署，完善以绿氢为核心的生产、存储、运输、应用全产业链科技创新，加快绿氢燃

料电池研发进程，推动非化石能源、核能制氢规模化，探索发展其他氢能的可能性。部署以氢能、生物燃料等作为燃料的革命性工艺路线，加快生物质能、氨能等技术产业化研究及推广。围绕工业、交通、建筑等部门实现深度脱碳需求，开展零碳非电能源技术试点示范，加快创新成果转化。

三是绿色新材料技术与资源循环利用技术。围绕钢铁、水泥等基础材料的环境负荷重、能源效率低等问题，突破其高性能化、减量化和绿色化改造等关键技术，提高钢铁、水泥等基础材料的利用效率，严格控制增量，支持在原料脱碳、工艺技术清洁改造，CCUS加装、全流程节能等环节的科技创新，开展先进生产示范。面向资源节约，布局研发碳循环利用技术，开发不同种类废弃物再利用技术和节能环保技术，如研发甲烷、氧化亚氮等非二氧化碳类温室气体的减排、回收和替代等关键技术。开展能源系统集约化、智能化、精细化管理优化研究，提高系统智能化水平和能源利用效率。

四是负排放技术和增汇技术。开展多种负排放技术前瞻性研究，加大CCUS在多场景和规模化应用的技术研发，推动工业/能源部门深度脱碳，重点部署BECCS以及DAC3DAC是指直接空气捕集技术，即从空气中捕集二氧化碳并转化为产品封存起来。1 ，这是实现碳中和的重要技术路径，是其他领域很难完全实现零排放时所需的技术。另一方面，构建并完善不同碳中和目标约束的地球系统模型，并基于地球系统模型开展太阳辐射管理等地球工程技术研发和可行性研究。加大基于自然生态系统的固碳增汇技术方案研发力度，前瞻性部署土壤、海洋等碳储技术，在发挥农业、林业等碳汇技术作用的基础上，充分利用广东海域辽阔、岸线漫长、滩涂广布的有利条件，开展红树林、海草床、盐沼湿地等典型生态系统的固碳机制、增汇途径和评估方法科学研究，加强海洋蓝碳储量核算研究，为蓝色碳汇技术提供理论和技术支撑。

五是耦合集成与优化技术。聚焦能源体系零碳转型升级、工业产品绿色低碳发展、各终端消费部门近零排放等，及时掌握和评估相应脱碳、零碳和负排放技术发展进程。以低碳革命为契机，着力解决制约绿色低碳技术发展的因素，促进不同技术单元集成耦合，最大限度地挖掘相应技术的减排潜力，协同温室气体与污染物减排，促进社会经济各部分全链条低碳/脱碳绿色转型。瞄准广东亟需增强适应技术研发，结合5G、云计算、区块链、人工智能、大数据等新兴数字技术及系统优化技术，开展技术融合优化工程示范。

四、对策建议

实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，不仅需要技术创新的引领支撑，也需要制度建设和政策机制创新提供保障。结合广东的实际，为进一步强化科技创新在促进“双碳”目标实现中的支撑引领作用，提出如下对策建议。

（一）加强顶层设计，完善协同推进机制

一是由省科技管理部门牵头研究制定碳达峰、碳中和科技创新顶层设计，加快制定出台相关行动方案，做好碳达峰增量控制、碳中和减排技术攻关等顶层设计。要将创新性低碳和负排放技术的发展纳入广东重点支持的关键技术发展框架，加强革命性技术研发和战略性技术储备。二是建立并完善宏观协调管理机制。加快建立涵盖科技、发改、环境、能源、工业、交通等部门的宏观协调管理机制，压实各方责任，发挥政策合力，共同推动支撑“双碳”目标下各领域科技创新及技术成果推广应用，以更大力度推进节能减排，与社会经济发展、环境治理协同增效。

（二）实施绿色低碳技术攻关行动，强化战略科技力量

一是制定低碳、零碳和负排放等技术发展路线图。通过制定和更新绿色氢能、高比例可再生能源电力系统、CCUS等关键低碳技术和革命性技术研发路线图，明确技术发展路径、关键节点及资金需求，调动行业和市场力量，鼓励科研人员在低碳科技方面进行自由探索。二是在“双碳”关键技术领域完善产学研合作机制，鼓励产学研等各类创新主体加强协作，加大对优势科研机构和团队支持力度，以研促产、以产带研，建立和完善长效稳定支持机制，从科研和运用层面实现技术和成本的突破，推动节能环保产业发展壮大。三是强化绿色低碳技术战略科技力量，充分整合省内外科研院所、高校、企业等创新资源，在低碳前沿技术领域建设国家级和省级创新平台，推动建设一批绿色低碳技术重大科学装置，重点解决绿色低碳技术创新的“卡脖子”问题。加速低碳新技术从实验室到市场的转换，打造市场化应用的技术和成本优势。

（三）加强能源新基建，加快新能源技术推广应用

加快构建适应广东需求的能源基础设施。大力推动“海上风电领跑工程”“太阳能产业壮大工程”等重点工程建设，充分发挥区域资源禀赋和技术优势，安全高效发展核电，规模化开发海上风电，因地制宜发展分散式陆上风电，大力推进太阳能发电和集热，示范开发海洋能。实施粤港澳大湾区智能电网重点工程和示范项目，依托人工智能等数字技术加快建设智能变电站、多能互补综合能源网络，构建适应大规模新能源接入并满足分布式能源“即插即用”要求的全省智能化电网。推动储能规模化发展，形成源－网－荷－储全面布局。优化完善广东电动汽车充电设施布局，强化充电保障能力，实现车、桩与智能电网灵活互动。稳步推进加氢站、氢油综合能源补给站和液氢站建设，初步建成与氢能应用相适应的供氢网络。

（四）强化金融、市场支持，促进企业减排投资

一是加强创新政策与金融市场工具的协同，扩大可持续的低碳投融资规模，通过政策激励低碳金融产品和工具创新，降低零碳创新的成本和风险，完善“募、投、管、退”机制，逐步构建多层次、多功能和流动性强的碳金融市场体系。结合广东碳交易市场建设、绿色金融体系优化完善等工作，更大范围推广、更大力度培育相关技术，充分利用市场化工具鼓励节能和低碳创新型企业发展，吸引社会资本加大对低碳技术的投资力度。二是推动低碳、零碳和负排放技术标准的建立与更新，注意与国际主流标准的对比、转化与衔接。加大对低碳、零碳和负排放技术的保护和扶持，完善低碳、零碳和负排放技术知识产权保护，对于新技术给予一定的税收优惠，以及进行政府采购和技术授权等，加强技术成果转化、应用与推广。