双碳战略下中国能源工业转型路径研究

王新平 苏畅 文虎 沈颖双

摘 要：中国对世界做出的“双碳战略”承诺既是我国可持续发展的内在要求，也是负责任大国应尽的国际义务。中国应该站在能源产业全局、能源战略安全、民族复兴三大视角审视双碳战略，既关注长期问题，也要解决紧迫的现实问题，以能源低碳利用支撑中国经济社会可持续发展。在深入能源化工企业调研、访谈和现场考察的基础上，结合文献研究，提出了终端能源电气化、新能源和低碳能源转型、打造智慧能源网络、优化特高压输配电系统、强化煤电应急调峰功能、重视储能科技创新、打造捕碳及碳资源化利用产业等7大转型路径。最后给出了构建国际互认的碳认证体系、以碳交易体系推动碳资源优化配置等政策建议。

关键词：双碳战略;中国;能源工业;转型路径

中图分类号：X 24;F 062.1    文献标识码：A   文章编号：1672 - 7312（2022）02 - 0141 - 10

Abstract：China’s “Double Carbon Strategy” for the world is not only the inherent requirements of our country’s sustainable development，and is also an international obligation of a responsible big country.China should review Double Carbon Strategy from the perspectives of national energy industry layout，national energy strategy safety，and Chinese national rejuvenation.It should not only pay attention to longterm problems，but also solve urgent practical problems，and use lowcarbon energy to support sustainable economic and social development in China.On the basis of indepth research，interviews and onsite inspections of energy and chemical enterprises，combined with literature research，seven transformation path are proposed，such as terminal energy electrification，new energy and low carbon energy transitions，building a smart energy network，fully optimizing UHV transmission and distribution systems，strengthening the emergency peakshaving function of coal power，attaching importance to energy storage technology innovation，and creating carbon capture and carbon capture.Finally，policy suggestions such as building an internationally recognized carbon certification system and promoting the optimal allocation of carbon resources through a carbon trading system are given.

Key words：double carbon strategy;China;energy industry;transformation path

0 引 言

二氧化碳排放引起氣候变化导致的温室效应最早源自法国数学家和物理学家约瑟夫·傅里叶（jean baptiste joseph fourier）[1]。1988年世界气象组织和联合国环境规划署成立政府间气候变化专门委员会（IPCC），标志着气候变化问题开始进入国际政治议程[2]。随着全球变暖现象的科学确定性增强，全世界共同努力控制温室气体排放以减缓气候变暖成为全球共识。研究表明，目前全球平均温度较1850年工业革命初期上升了近1 ℃，且气温上升速率明显加快;近百年来，我国地表温度显著上升，北方冬春增暖趋势明显，1950年以来，我国极端降水、极端天气发生频率趋高。如果温室气体排放量没有大幅减少， 到21世纪末， 全球将升温3 ℃左右[3]。根本改变能源生产结构和能源消费结构与方式，大幅度降低二氧化碳排放量，是全球面临的共同问题;根本推进能源工业转型升级，创新能源工业发展转型路径，促进低碳化、绿色化转型，是中国能源工业未来发展的不二选择。

1 双碳承诺体现中国担当

2020年9月22日，习近平主席《在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话》中郑重承诺“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”（解放军报，2020 - 09 - 23）[4]。在2020年12月12日的气候雄心峰会上，习近平主席宣布：“到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右”（新华社，2020 - 12 - 12）。

“碳达峰”（peak carbon dioxide emissions）是指CO2排放（以年为单位）在一段时间内达到峰值，之后进入平台期并可能在一定范围内波动，然后进入平稳下降阶段。由于经济因素、极端气象自然因素等，视情况可以适度允许城市在平台期内出现碳排放上升的情况，但不能超过峰值碳排放量。“碳中和”（carbon neutrality）则是指人为CO2排放量（化石燃料利用和土地利用）被人为努力（木材蓄积量、土壤有机碳、工程封存等）和自然过程（海洋吸收、侵蚀-沉积过程的碳埋藏、碱性土壤的固碳等）所吸收，即：实现CO2的净零排放。

“双碳目标”是中国基于推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的内在要求做出的重大战略决策，实现“双碳目标”是一场硬仗，也是对党和政府治国理政能力的一场大考;实现“双碳目标”是我国向世界做出的庄严承诺，也是一场广泛而深刻地经济社会变革，决不是轻轻松松就能实现的，要求各级党委和政府要拿出抓铁有痕、踏石留印的劲头，明确时间表、路线图、施工图，推动经济社会发展建立在资源高效利用和绿色低碳发展的基础之上。“双碳目标”是中共中央从“内促高质量发展、外树负责任形象”的战略高度提出，应对气候变化既是我国可持续发展的内在要求，也是负责任大国应尽的国际义务。

2 能源工业转型研究综述

我国能源总消费中，煤炭占比56.7%，化石能源总计占比75.6%（2020年），中国能源体系高碳、高煤系统的本质[5]，决定了能源结构调整是实现二氧化碳减排的理想途径;反之，以煤炭为主的能源结构不根本转变，中国的碳排放将难以有效控制，中国能源工业将在2030年前后出现重大转型，高耗能产业快速发展支撑经济的模式无法持续，能源产业结构调整势在必行[6]。

从欧洲碳中和方案来看，截止2020年已有15个国家宣布退煤计划，比利时、奥地利、瑞典三国更是率先实现了电力系统去煤;欧洲明确在2030年前关闭燃煤电厂总计35.4 GW，相当于全欧洲在运煤电装机的21%;德国煤电占全国发电量40%，也已于2020年7月通过退煤法案，有可能在2035年前实现彻底退煤;而且，欧洲还叠加了碳排放交易体系、实施碳排放配额、征收碳税、溢价补贴、差价合约、绿色证书、绿色投融资政策等碳定价机制增加碳排放成本，来促进能源工业转型，激励新能源成为新的增长点[7]。

在碳减排路径方面，电力（2020年中国火电发电占比67.56%，国家统计局前瞻产业研究院）和工业部门是减排的重点和优先领域。2050年一次能源需求中非化石能源占比将达到65.6%。为实现碳中和目标，强化节能优先战略，推动能源消费尽早达峰，统筹能源安全与能源工业低碳转型，打造多元化、有韧性的低碳能源供给体系是必然选择[8]。就我国火电企业来说，加强CO2的封存或捕集利用，及早介入CCUS技术和产业发展培育，并改善机组调峰能力、爬坡速度、加强电网负荷的差异化管理水平，开发退役火电机组回收利用与氢能系统集成改造，引入制氢储氢功能，培育新的增长点，同时关注火电与新能源的打捆调度，增强协同优势，通过加装氢能，充分发挥火储调频的成熟商业模式，提升盈利能力[9]。实际上，2016年《巴黎协定》生效后，显然是意识到传统化石能源刚需越来越弱的外在威胁，中石油、壳牌、道达尔、BP、沙特阿美、雷普索尔等10家全球性石油公司随即联合成立清洁能源发展基金，未来10年投资10亿美元开发碳捕集和温室气体储存技术，而且深度介入太阳能、生物质和燃料电池等你新型能源技术储备;从1997—2016年油气公司专利实力看，道达尔和壳牌在可再生能源技术专利申请量上已经遥遥领先（表1）[10]。

尽管不同公司的转型战略方向有所差异，道达尔和沙特阿美坚守太阳能、壳牌重点发展风能和氢能、BP和埃克森美孚着重于生物燃料、挪威国家石油公司重点投资海上风电和CCUS技术、雪佛龙决心发展地热能源等，但是短期转型重点由油转气、长期布局新能源的趋势一目了然。

总体意义上，基于世界能源工业转型的政治、技术、管理、商业等四方面内涵[11]，必须清醒认识到：能源資源型向能源技术型转变是能源工业转型的技术内涵;智慧能源体系是能源工业转型的管理要义;同时，我国单一型能源公司向综合能源供应商转型是能源工业转型的必然内涵，应该成为基本共识，也对我国能源工业转型路径，给出了未来方向。但是，也必须清醒认识到，煤基能源产业在支撑我国国民经济发展方面发挥着巨大作用，在传统能源尚未成功转型前，必须综合考量我国的能源战略安全，还不能够因噎废食而简单化地去煤、去煤电，未来我国煤基能源产业应谋定而后动，以现存挑战和发展趋势为导向，借助碳捕集利用与封存等新兴低碳清洁技术，实现整体产业链的低碳转型升级[12]。

3 立足国情，统筹有序推进能源工业转型

国内外经验表明，能源、环境和气候可以协同治理相互促进。要总结能源结构优化升级与环境治理的已有经验，取得化石能源消费总量控制、污染物和温室气体减排的有机统一，并为构建“清洁低碳安全高效能源体系”和实现“碳中和”、加强生态环境保护、建设美丽中国做出制度安排。应当看到，我国实现碳中和的时间短、起点强度高，从碳达峰到实现碳中和仅有30年左右的行动时间。更重要的是，我国工业化和城市化的历史使命尚未完成，碳排放规模和能源高碳化程度远远超出发达国家。习近平主席提出碳达峰和碳中和目标，特别是2020年12月12日宣布自主贡献行动目标后，国内有关碳中和的讨论迅速升温。在能源、气候领域专家普遍亢奋情况下，应保持更加清醒的头脑、更加深入的研究、更加冷静的分析，需要更加立足我国国情的能源转型方案。从碳达峰到碳中和既是大势所趋，又非一蹴而就。虽然我国有后发优势、特别是新一轮技术革命给我们带来的极大机遇，但仍要在碳中和“热”中保持冷静思考。既要关注长期问题，也要解决紧迫的现实问题;既要借鉴发达国家经验，更要探索适合中国国情的绿色低碳之路，以较低成本实现碳中和目标，以能源低碳可持续利用支撑中国经济社会的可持续发展。中共中央要求，要统筹有序做好碳达峰、碳中和工作，尽快出台2030年前碳达峰行动方案，坚持全国一盘棋，纠正运动式“减碳”（光明网，2021 - 08 - 01）[13]，将“双碳”问题短期化、脱离能源不可能三角（可及性、经济性、绿色低碳）的单向思维、简单“一刀切”式“减碳”，必将带来时间和供需错配，导致价格大幅上涨，给经济社会的正常发展带来困扰。

3.1 “双碳战略”转型是大势所趋

能源工业转型已经是大势所趋，双碳目标的确定，使得这一变化上升为国家战略。“双碳战略”本质上是能源问题，我国化石能源燃烧碳排放量占总温室气体排放的78%，占CO2排放量88%，而燃煤发电占CO2总排放量的86.5%[14]。能源最主要的属性是支撑经济社会的可持续发展，能源安全也是国家安全的重要组成部分，能源消耗水平一定程度上反映了经济社会的发展水平。2021年5月24日欧盟碳市场配额收盘价格达到52欧元/吨CO2（约408元人民币），如果国内碳税锚定400元/吨，则1吨商品煤需要缴纳碳税700元，煤炭价格优势顿失。我省能源行业必须深刻认识到“双碳战略”对于能源工业发展转型的挑战和机遇，主动求变，积极应对。

“双碳战略”是可持续发展的战略，对国家经济社会健康可持续发展有很强的现实意义。从宏观上看，事关中华民族永续发展和人类命运共同体;从微观上看，环境承载力和资源是有限的，高能耗、高排放的模式不可持续。我国单位GDP能耗3.4吨标煤，是全球平均的1.5倍，美国的2.3倍，德国的2.85倍;我国单位GDP碳排放量6.9吨，约为全球平均的1.8倍，美国的3倍，德国的3.8倍（2021年BP世界能源统计年鉴）[15];在排放强度上，我国仍然处于世界高位水平。

3.2 站在中国能源工业全局视角看双碳战略

众所周知，我国能源赋存禀赋特征是“富煤、贫油、少气”。长期来看，我国资源禀赋极有可能会向“富煤、贫油、少气、多新（能源）”的结构转型。我国煤炭开发总体布局是压缩东部、限制中东部、优化西部，煤炭开发向陕西、内蒙古、新疆3个省区转移是大势所趋。我国煤炭赋存区域高度集中于晋陕蒙新四大区域，占全国煤炭储量99.9%;如表2所示，晋陕蒙新四省区原煤产量占全国的77.16%（2020年），相比2000年提高40.9%，显示出了明显的上升趋势;其中，陕西煤炭产量占到晋陕蒙新四省区的22%，相比2000年提高15.8%。2020—2030这十年是碳达峰前能源工业发展的重要窗口期。这一时期，煤炭工业进入转型期，石油工业将进入稳定发展期，天然气进入黄金发展期，新能源进入全面提速的扩展期，传统化石能源仍将发挥主导作用。据国家能源集团科技研究院估计，我国一次能源消费将于2030年达峰，峰值约59亿吨标煤，2040年约57亿吨标煤;按国家有关部门预估的煤炭占比46%测算，2030年煤炭消费量仍将保持在27亿吨标煤左右（约合原煤37.8亿吨）;预计到2040年我国煤炭消费占比降至35%，需求约为20亿吨标煤（约合原煤28亿吨），到2050年煤炭消费量下降至25亿吨左右，煤炭基本由燃料转为原料，煤电基本转型为应急能源和调峰能源。在这一重大转型过程中，看似形势逼人，实则蕴含全新机遇。国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要提出，要推动煤炭生产向资源富集地区集中，能源产业重心要逐步西移。为实现“双碳战略”，陕西省周边的四川、重庆、湖北和东部沿海省份，已明确提出逐步完全退出煤炭产能;这些省份退出煤炭产能，也在相当程度上给包括陕西在内的煤炭主产省份提供了阶段性的市场空间和宝贵发展机遇。从我国未来煤炭工业发展趋势看，山西受资源逐步枯竭制约，未来煤炭产能不会超过10亿吨;内蒙古煤炭产量较高的东部地区以褐煤为主，比较适合发电，在煤电消费逐步下降趋势下，褐煤产能也会跟着下降;新疆煤炭资源丰富，但进入内地市场运距太长，供给内地的数量也不会太多。陕西省地处我国地理版图中心，不仅有丰富的优质煤炭资源，而且靠近消费地，煤炭在未来能源工业发展中，仍具有得天独厚的优势。

近年来，以风电、光伏、核电、生物质能源为典型的新能源发展风起云涌，页岩气、干热岩、地热资源、氢能等新型能源也正方兴未艾。据碳中和保守方案估计，2030年我国非化石能源整体占比为18%，2060年占比将达到70%。在新能源迅猛发展的同时，却面临“消纳难”“外送难”“调峰难”等顽疾，西北地区的风电和光伏发电，相对较弱的火电调峰能力甚至一度造成了严重的弃风弃光问题。可以预见，在商业化、高效化的储能技术创新彻底突破之前，新能源无法满足工业生产和居民用电的稳定供应，必须依靠煤电削峰填谷。未来可行的能源供应方案只能是：新能源为主，煤炭发电为辅;新能源满足日常需求，煤炭发电应急调峰。尤其是在遭遇极端灾害天气、重大公共危机事件、重大国际危机事件等情况下，煤炭的应急作用更加不可替代。煤炭是新能源发展过程中最为重要的基础能源支撑，也是国家断然决然明确碳達峰、碳中和战略目标真正的底气所在;没有煤炭作为国家基础能源的兜底，新能源的发展不可能一帆风顺。据国家能源集团科技研究院估计，我国一次能源消费将于2030年达峰，峰值约59亿吨标煤，按照煤炭占比46%预计，2030年煤炭一次能源消费量需求将在27亿吨以上。煤炭对于国家能源供应的兜底作用不仅体现在能源消费的稳定供应，也体现在能源供应的价格兜底方面。缺少了煤炭稳定供应的兜底作用，我国油气供应的国际形势将会高度复杂化。陕西省由于其特殊的区位优势、资源优势、煤质优势等，对于国家能源供应的重要性不言而喻。

3.3 站在国家能源战略安全视角看双碳战略

即使到2050年，煤炭的低碳洁净高效利用仍应作为低碳清洁安全高效能源体系的重要组成。双碳战略对于我国煤炭行业来说，当然是挑战，但同时更是机遇。中国仍然是世界上最大的能源消费国，占全球能源消费量的24%和全球能源消费增长的34%[5]。《中国油气产业发展分析与展望报告蓝皮书（2019—2020）》表明，2019年原油进口50 572万吨，同比增长9.5%，成品油进口3 056万吨，同比减少8.7%;石油对外依存度达到70.8%，比2018年高1个百分点;2019年天然气进口 9 656万吨（约1 333亿立方米），同比增长6.9%，天然气对外依存度约43%。2019年进口煤及褐煤29 967万吨，同比增长6.3%，出口603万吨，同比增加22.1%，同比增加24.7%，达到十年内第二高[16]。2020年，我国原油进口量5.4亿吨，同比增长7.3%，石油对外依存度达73%，我国石油供应存在极大的安全供应风险;天然气进口量10 166.1万吨，同比增长5.3%，对外依存度达43%[16 - 18]。我国能源战略安全风险的担忧继续强化。因此，保障国家能源战略安全的关键问题，不是简单化地“去煤”，更不是“去煤电”，而是去高能耗、高碳排放的“煤电”。我国煤炭生产和消费量分别占世界总产量和消费量的47.3%和51.7%（2019年数据），现实来看，煤炭资源可以实现完全的自主供应。短期来看，煤炭行业需要做出发展转型的总体思路和具体方案，积极应对双碳目标战略转型趋势;长期来看，考虑国家能源战略安全和经济发展能源需求，应该清醒认识到陕西、内蒙古、新疆三省区能源资源优势对于保障国家能源战略安全的保障作用，认识到陕、蒙、新的煤炭产业对于我国推动能源工业发展转型的兜底作用。因势利导，发挥优势，扩大机遇，以低碳化、绿色化、清洁化为特征，推动煤炭行业发展转型。

3.4 站在中华民族复兴视角看双碳战略

人类迄今已有400万年的历史。在这期间，人类从刀耕火种，经过石器、铁器时代，直到近代工业化革命，各种技术发明使人类文明到达了前所未有的高度。同时，人类消耗的能源也在日益增长，如今能源已是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，在国民经济中具有特别重要的战略地位。保障能源安全与发展对建设社会主义现代化国家有着重要意义。习近平总书记在党的十九大报告指出：“中国共产党人的初心和使命，就是为中国人民谋幸福，为中华民族谋复兴”。而高能耗、高排放的模式，在经济高速发展的同时，造成了严重的环境破坏、水土污染、常年不退的雾霾天气，给广大人民的工作生活带来了极大困扰;如果不解决这一问题，人类社会不但会停止发展，遭受环境的反嗜，甚至对我们的生存造成威胁，发展低碳清洁能源是人类发展的必经之路。2005年8月15日，时任浙江省委书记的习近平在浙江安吉余村提出了“绿水青山就是金山银山”的理念，为我国社会发展指明了生态发展、绿色发展的方向。

据《中国能源大数据报告2020》，2019年我国能源消费总量48.6亿吨标准煤，比上年增长3.3%;煤炭消费量增长1.0%，原油消费量增长6.8%，天然气消费量增长8.6%，电力消费量增长4.5%。十年来，能源消费总量持续上升，2019年较2010年增长了12.5亿吨标准煤。南方电网能源发展研究院《中国能源供需报告》显示，2018年我国能源消费总量为46.4亿吨标准煤，占全球一次能源消费总量的23.6%，连续十年居全球第一位。同时，2019年，我国能源在加大国内勘探开发的同时加大进口力度，特别是深化周边和“一带一路”沿线国家能源合作，全年原煤、原油、天然气进口保持较快增长。

站在中华民族伟大复兴的历史关口，我国作为全球能源进口大国，国际国内形势的发展变化与我国能源市场息息相关。如今世界正经历百年未有之大变局，国内形势稳定但国际形势愈加动荡。自从2018年中美贸易摩擦以来，我国的能源战略安全一直受到较大威胁;直到2021年与沙特阿拉伯签订50年合作协议、与伊朗签订25年合作协议，沙特与伊朗的石油储量分别为全球第一、第四，中国与两国签订的合作协议极大地保障了我国的能源外部安全，为中华民族伟大复兴打下了坚实的能源战略基础。基于“双碳战略”带动传统能源工业深度转型升级，进而系统建成以多种新能源融合发展的现代能源体系，逐渐减小对传统化石能源的高度依赖，可以大大提升我国能源战略安全的自主性、可控性，提升国家总体安全水平。

4 中国能源工业发展转型路径

为了探寻我国能源工业转型的有效路径，依托陕西省决策咨询委员会研究课题，课题组历时5个月，先后赴国家能源投资集团、中国石化集团、中国石油集团、中煤能源集团、中煤科工集团、中国煤炭协会、陕西省发改委、榆林市政府、榆林市发改委、陕煤化工集团、榆能集团、陕煤陕北矿业公司、陕煤榆北煤业公司、榆能集团佳县盐化有限公司、陜西有色榆林循环经济工业园区等单位，开展深入调研、访谈及现场考察，并在2021年6月4～5日的第九届中国煤炭科技大会上认真学习了中国工程院彭苏萍院士、顾大钊院士、康红普院士、中国煤炭加工利用协会张绍强理事长等业内专家的报告。经过综合专家们前瞻性的能源工业前景预测，结合相关研究文献梳理，形成了能源工业转型建议，提炼出中国能源工业发展转型的若干路径，简述如下。

4.1 终端能源电气化时代全面来临

长远来看，我国能源工业未来发展的3个方向势在必然：传统化石能源逐渐萎缩、新兴能源迅速发展、传统能源与新兴能源此消彼长[19]。可以想象，未来的终端能源消费，一定是以电气化方式为主，作为远景目标，甚至有可能是100%的电气化消费。虽然在短期内，某些特种工业生产需要的燃料煤种尚有不小的需求，无法完全实现完全替煤，但是长期来看，能源工业生产所需的一次能源消费趋势一定是电气化。在满足人民生产生活需要方面，大概率也是以电气化能源消费为主——这意味着能源电气化时代的全面来临。而能源电气化时代的全面来临也给“富煤贫油少气多新（能源）”结构转型的中国能源趋势提供了注脚。未来我国的能源消费，必然以光伏、太阳能、风电、核电、氢能、生物质能等多种可再生能源为主流，传统化石能源的一次消费占比必将逐渐减少，能源消费的绿色化、低碳化、新能源化趋势不可逆转。

2019年，在世界一次能源消费结构中，新能源占比17%，天然气和新能源合并占比41%，能源“四分天下”格局已然形成。2010年石油对世界政治经济至关重要的三重属性（物质、能量、金融）正式进入被替代程序[20]，进一步预示了化石能源将逐渐退出能源主力舞台的命运。

4.2 新能源和低碳能源迎来空前发展机遇

2019年，全球温室气体排放量591±59亿吨CO2当量，其中化石（包括化石燃料和碳酸盐）相关排放为380±19亿吨CO2当量，占比65%，加上土地利用变化带来的排放，CO2排放占比上升至75%左右[21];从能源消费角度来看，我国化石能源燃烧碳排放量占总温室气体排放的78%，占CO2排放量的88%。2006年，我国化石燃料燃烧排放CO2 61亿吨，首次超越美国成为全球第二大CO2排放国;2019年我国化石燃料燃烧排放CO2 98亿吨，占我国总碳排放的80%，占世界CO2排放总量的29%，全球第一;根据国际能源署统计，发电与供热、制造与建筑、交通运输三大领域占据我国89%的二氧化碳排放量，其中：发电与供热占51%（主要是燃煤排放CO2）、制造与建筑占28%、交通运输占10%（图1）;这意味着未来要实现碳达峰、碳中和，就要着力在上述3个重点领域进行变革。我国能源消费以高碳能源为主，低碳化转型任重道远。按照挪威船级社的保守型预测转型方案，我国能源消费在2030年达峰，峰值约为59亿吨标准煤;碳排放量2030年达峰，峰值约为104亿吨。到2030年，能源消费总量为58.7亿吨标准煤，煤油气三大类化石能源占比为74%，其中煤炭占比46%（即27亿吨），非化石能源占比26%;到2060年，能源消费总量为46.5亿吨标准煤，煤油气三大类化石能源占比约30%，其中煤炭占比为7%，即：3.255亿吨，非化石能源占比将达到70%。

不难预计，在全球掀起碳达峰、碳中和新一轮能源革命的情况下，中国必须迎头赶上，别无选择。中国乃至全球的能源消费，以光伏、太阳能、风电、核电、氢能、生物质能等为主流的新能源，必然迎来空前发展机遇，与之相关的技术创新、产业布局、新材料以及基础科学研究，都必将迎来巨大发展机遇。

4.3 智慧能源网络成为新电网的重要支撑

未来多种新能源共同支撑我国电气化时代的能源消费，必然需要实时在线的智慧能源网络中心进行峰谷调配、地域协调、电网协同。加上我国明显不均衡的电力资源东西部差异，高效、协同、实时的智慧能源网络至关重要。围绕着集群配套可再生能源电站，扩大可再生能源市场化的交易范围，从省、区、市层面对数据中心集群进行统一的能耗指标调配，集中保障数据中心用地和用水资源。我国数字化最发达国家是东部地区，但东部地区恰恰没有电，电力保障很脆弱，西部地区的数字化虽然落后于东部地区，但拥有丰富的电力、水力、能源资源，这些客观基础条件为“东数西算”智慧能源中心布局提供了绝佳条件。“东数”就是把数据的应用放在东部、中部和全国;按照能源资源供应的就近原则“西算”即指国家能源网络算力的数据中心要往西部放，这既是西部地区电力资源的天然优势，也是西部地区成为智慧新电网战略纵深的必然。

4.4 特高压输配电系统是能源有效供给的关键

在“双碳目标”下，不应该是每一个省、每一个市都达到碳达峰碳中和目标，而是应该坚持“全国一盘棋”的原则思路，始终瞄准全国“30·60目标”的总体战略。即：有些省份可以早些实现碳中和，有些省份则可以晚些实现碳中和;有些省份可以实现负碳排放，而有些省份则可以超碳排放——总而言之，全国一盘棋，实现全国意义上的碳达峰、碳中和战略目标。据国家能源局统计，截止2020年底，全国全口径电力装机容量为220 018万千瓦时;其中：山东、内蒙古、江苏、广东、新疆、山西、云南、河南、浙江、四川等10大省份占据了电力装机容量前十名（图2），累计装机容量120 358万千瓦时，占全国总装机容量的54.7%。从新能源风电项目分布看（CWEA，中国风电产业地图），华北占比28.9%，西北占比24.2%，华东占比17.4%，东北占比9.5%，西南占比7.8%，可见风电产业明显集中于西北华北地区（总占比62.6%）。光伏铺设对土地利用具有极强的排他性，可以是戈壁荒滩沙漠，也可以是闲置的屋顶空地，但不宜占用原有的农地、林地，以及自然生态良好的山地。从光伏布设的基础条件看，在我国森林植被条件较好的江苏、浙江、贵州、云南等南方省份建设光伏电站，不仅灭失碳汇资源，而且可能造成水土流失，破坏生物多样性;而在植被条件较差的广袤西北地区，布设光伏电站，既能发展绿电，又利于保持水分资源，长远看有利于恢复当地植被覆盖，可谓一举多得。現实情况看，光伏发电量华东、华中、西南占比仅为34.3%，其余65.7%的光伏发电量分布于西部地区（Solarbe光伏网，2021 - 02 - 09）。可以预见，未来我国风电、光伏发电量将更加集中于西部地区，这就必然使得基于特高压远距离输配电技术的电力区域空间规划成为必要，从而获得规模和聚集效应[22]。以特高压为特征的远距离输配电系统是未来多新能源融合供给的必然选项，这可以大幅压缩能源总量的刚性需求，事半功倍地推进全国范围的碳中和革命。

4.5 煤电应急调峰的重要性必将凸显

近年来，以风电、光伏、核电、生物质能源为典型的新能源发展风起云涌，页岩气、干热岩、地热资源、氢能等新型能源也正方兴未艾。据挪威船级社碳中和保守方案估计，2030年我国非化石能源整体占比为18%，2060年占比将达到70%，终端电气化率将达到55%～60%[23]。在新能源迅猛发展的同时，却面临“消纳难”“外送难”“调峰难”等顽疾，西北地区的风电和光伏发电，相对较弱的火电调峰能力甚至一度造成了严重的弃风弃光问题。可以预见，在商业化、高效化的储能技术创新彻底突破之前，新能源无法完全满足工业生产和居民用电的稳定供应，必须依靠煤电削峰填谷。必须清醒地认识到，未来可行的能源供应方案只能是：新能源为主，煤炭发电为辅;新能源发电满足日常需求，煤炭发电应急调峰。尤其是在遭遇极端灾害天气、重大公共危机事件、重大突发国际危机事件等情况下，煤炭（煤电）的应急供应作用更加不可替代。

4.6 储能技术成为世界能源科技创新关键

如上所述，在显然可以预见的多（新）能融合的能源供应前景下，新能源面临的“消纳难”“外送难”“调峰难”等问题必将得以凸显;此时，要么借助煤电的削峰谷填，要么就必须在储能技术上获得革命性突破。短期看，依靠煤电削峰填谷或许是新能源供应的不得已之举;长期看，科技创新将赋能能源化工产业高质量发展[24]，储能电池能量密度将逐渐得到提升。但是，就目前通行的锂电池来说，高能量密度就意味着单位体积内的活跃锂离子更多，锂离子多就意味着电池更容易燃烧;所以，理论上讲，盲目追求过高的能量密度，同时阻燃安全保护技术不过关的话，必然会导致电池安全性降低;这就是当前电池密度、也就是电池储能技术未能获得突破的技术瓶颈。展望未来，大力发展规模化储能技术研究、智能电网、分布式可再生能源和氢能等深度脱碳技术，加快工业技术与新材料、先进制造、信息化、智能化等融合创新，加快发展和推广电动汽车、氢燃料汽车，探索汽车电池租赁模式;推广节能清洁降碳的用能设计，研发实现资源循环利用的链接技术。同时，先进储能技术作为新能源、新材料与先进制造等跨学科交叉的颠覆性技术，是实现智慧能源网络的重要支撑。包括物理储能、电化学储能、储热、储氢等在内的多种储能技术类型，在可再生能源并网、电动汽车、智能电网、微电网、分布式能源系统、家庭储能系统、无电地区供电工程等不同应用场景有巨大发展潜力，将在电力能源系统中发挥强大的电源调节能力。

4.7 碳资源化利用成为新兴产业必然选择

碳排放以煤炭占比为最高，石油、天然气作为传统化石能源的重要组成，实际上也是重要的碳排放来源。同样热值的能源服务，煤炭的碳排放因子最高，每吨标煤热值的煤炭大约排放2.6吨CO2，每吨标准煤热值的原油排放2.1吨CO2，每吨标准煤热值天然气的排放系数为1.6吨CO2。事实上，从技术路线上讲，碳中和的路径包括：减碳、降碳、固碳、碳捕集、碳利用、碳封存等。短期看，减碳、降碳、碳封存是可以立竿见影的技术手段;但是，长期看，固碳、碳捕集、碳利用才是真正一劳永逸的解决之道。因此，在生产和利用过程中采取适当的工艺手段，做到“去碳、降碳”，或者实现“埋碳、封碳”，将是能源工业必须要关注的重要问题之一。同时，基于碳的资源化利用，开发“富碳农业”、“富碳工艺”、“富碳种植”等创新性技术，则CO2就从废弃物排放转而升级为一种关键的工业、农业资源，这当然就是全球能源产业低碳化发展转型与碳工业资源化应用的双重福音了。

5 政策建议

5.1 构建国际互认的碳核算、碳核查、碳认证体系是当务之急  实际上，碳达峰、碳中和对于我国大多数市场主体而言，更多的只是一个新鲜的名词。相当比部分企业既使想要推进碳达峰、碳中和工作，也是茫然无措，无从着手。企业根本不清楚自己究竟年排放多少碳量，哪些环节/工序/流程碳排放量大，哪些碳排放量小。既使企业拥有碳汇资源，也因为缺乏权威的、具备公信力的碳认证体系，因而不能得到业界认同，更无法变现为经营资源。国家相关部门应当主动作为，尽快构建具备中国特色、具备国际互认资格的碳核算、碳核查、碳认证体系，将有力推动我国碳达峰、碳中和行动迅速步入正轨，并有利于在未来的国际竞争中全面保障我国企业的正当权益不受损害，提高我国企业在国际市场的竞争力。

5.2 构建碳交易体系推动碳资源优化配置是有效市场应有之义  建立碳交易市场可以有效激发零碳负碳资源的市场竞争力，并激励多方主体低碳生产，低碳消费。习近平总书记在中共中央政治局第二十九次集体学习时强调：“要全面实行排污许可制，推进排污权、用能权、用水权、碳排放权市场化交易，建立健全风险管控机制。”建设碳排放权交易市场是落实我国二氧化碳排放达峰目标与碳中和愿景的核心政策工具之一。建设碳排放权交易市场，在应对气候变化和促进绿色低碳发展中充分发挥市场机制作用，能够有效推动碳资源配置优化，以成本效益最优的方式实现碳减排，并促进技术进步、产业升级，科学实现碳达峰、碳中和目标。

5.3 培育挖掘林草资源固碳潜力是有为政府应有担当  碳汇是实现碳减排的自然基础途径。生态碳汇是指通过植被和生态恢复等措施达到减少二氧化碳在大气中的含量。近年来，我国森林、耕地以及草等陆生生态系统碳储量平均每年增加1.9～2.6亿吨碳;其中，森林碳汇是最有效的固碳方式，每年增加碳汇1.5亿吨左右。切实保护我国南方的森林覆盖率高、水资源丰富的天然优势，继续在广大的西北、旱原地区加大森林资源培育行动、国土绿化行动，不断增加森林面积和蓄积量，大幅度提高全国森林覆盖率，加强生态保护修复，增强草原、绿地、湖泊、湿地等自然生态系统固碳能力。应全面摸清全国森林生态系统的固碳潜力，开展森林、草原、湿地资源清查，分析估算林草资源碳汇潜力，绘制“全国林草湿地碳汇储备一张图”，为企业储备林草资源碳汇潜力;同时，继续大规模开展国土绿化行动，持续增加森林资源总量，提升草地资源的碳汇储备能力，加强河流、湖泊等湿地资源的保护和修复，提升固碳能力。

5.4 锚定能耗双控和双碳目标，政策包激发多方主动作为  实现碳中和，既是一场颠覆性的技术革命，也是一场系统性的社会变革。需要政府、企业、居民等社会多方主体积极参与，主动作为，针对多方主体不同诉求，制定激励政策包引导多方主体主动作为的积极性，必不可少。如：建立企业“用能预审制度”、建立“用能权交易制度”，出台“草地征占用管理办法和补偿标准”等成体系的政策激励措施，进一步健全完善“矿山地质环境治理恢复与土地复垦基金管理方法”和“土地复垦条例实施办法”等政策法规，有效激发矿山企业环境治理和土地复垦的主观能动性和积极性，并激发农户退耕还草、饲草养殖、发展林下经济的政策机制，探索林草结合、草农结合、草果结合、草蜜结合等多种经营模式，更有利于为我国能源工业积累大量的生态碳汇资源。

6 研究结论

6.1 能源工业低碳转型是毋庸置疑的时代大势

对于能源工业必须低碳转型的时代趋势，能源行业和相关企业必须具备清醒认识，不能存有半点侥幸心理，而应及时付出切实行动，直面传统能源工业的最严峻挑战，充分兼顾能源工业减碳和经济稳定增长，推动能源革命、科技革命和产业转型，致力于传统化石能源的绿色开发利用，助推我国能源工业低碳转型，乘势而上、超前布局、主动作为，坚定不移推进能源产业转型。

6.2 电气化时代为可再生能源孕育广阔前景

能源消费电气化趋势实际上已经来临，“绿电”必将是未来能源消费的主力。以太陽能光伏、风能、生物质能、水能、海洋能、潮汐能、地热能等为典型的可再生能源将迎来广阔前景，同时也为传统能源工业转型提供了可行路径。由“传统能源提供商”转型为“绿色能源供应商及新材料服务商”将是传统能源企业转型发展的不二选择。

6.3 煤炭原料化应用需要深度科技创新支撑

我国的资源禀赋特征和煤炭的高碳属性决定了煤炭是双碳战略转型的重中之重。由此，煤炭原料化应用层面的科技创新，必然成为制约我国能源工业顺利转型的根本原因。传统能源工业务必关注并重点投入的科技创新方向包括：低成本储能用能新材料新装备、碳捕集和碳封存及利用技术（CCUS）、超临界燃煤发电、煤基深加工技术、CO2资源化利用技术、电煤干馏与粉焦兰炭发电、兰炭零排放、先进干熄焦及焦炉气利用、全产业链/跨产业低碳技术集成耦合、矿区生态修复关键技术等科技创新与重大成果转化等。重点方向的科技创新成果将为传统能源工业带来全新生机。

6.4 碳金融政策体系需要中国智慧

“双碳战略”需要高水平的科技创新支持，这一点无可置疑。但同时，也需要以系统思维处理好发展和减排、整体和局部、长期和短期、政府和市场等四种关系，以保障国家能源战略安全为底线，有序减量替代。此时，构建具备中国特色、具备国际互认资格的碳核算、碳核查、碳认证、碳交易为整体的碳金融体系，在促进减碳的同时保障经济增长、发展权利和人民福祉，将更加有力地推动我国碳达峰、碳中和行动迅速步入正轨。

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（责任编辑：许建礼）