知领·报告 | 实现碳中和目标—国外能源领域的关键技术和政策措施

2021-11-23 16:53:21, 辛洪川


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报 告 图 解


摘 要

2020年9月,我国宣布2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标。这意味着中国必须用30年的时间完成发达经济体60年完成的任务,任务十分艰巨。因此,中国需要充分借鉴国际经验。

近年来,在全球碳中和目标的引导下,能源领域的关键技术发展趋势和相应的政策措施都发生了很大变化。为了更好地学习国外先进经验,应用于我国的双碳战略,本报告详细总结了当前以及未来国外能源领域的关键技术发展趋势以及相关政策措施的部署情况。


国外能源领域的关键技术

国际可再生能源机构(IRENA)认为,实现2050年的气候目标,超过90%的解决方案都将涉及能源领域关键技术的应用。全球快速推进能源清洁低碳转型,一批清洁能源技术、核能技术、储能技术、氢能技术、碳捕集利用与封存技术、能源数字化和智能化技术等具有颠覆性的关键技术将成为当前和未来能源领域技术研发和攻关的重点。

国际能源署(IEA)认为,实现净零排放需要立刻大量部署所有可用的清洁高效能源技术。可再生能源技术的成本不断降低,使得电力在净零排放路径中的作用凸显。国际上普遍提出要在2050年实现净零排放,这需要清洁能源技术创新的强力支撑。2013年以来,全球可再生能源领域投资约为年均3000亿美元,太阳能和风能是最大投资热点。


1·海上风电技术

据联合国环境署、彭博新能源财经统计,2020年海上风电投资增长至500亿美元左右,成为增速最快的领域,中国、美国和欧洲投资规模位居世界前列。

2·水上光伏技术

相对于陆上光伏技术,水上(海上)光伏技术具有节约土地资源和水资源、对生态环境影响小、发电效率高、成本低等优势。在人口密度高、闲置土地有限的地区,漂浮式太阳能电站有望扩大装机容量规模。

3·地热能技术

目前约70%的地热能被用于发电,但前期成本高、钻井不确定性大。随着石油公司加入地热能开发,可提供收入来源多样化以及绿色转型的机遇。

4·核能技术

2021年7月,经合组织核能机构发布《核电厂长期运行与脱碳战略》报告,认为核电每年帮助全球避免至少29亿吨碳排放,相当于2020年全球能源相关碳排放量的近10%。

2021年9月,国际原子能机构发布2021年版年度报告《直至2050年能源、电力和核电预测》,报告概述了2020年全球核电发展情况。截至2020年底,全球共有442台在运核电机组,总装机容量为392.6吉瓦。另有52台核电机组在建,总装机容量为54.4吉瓦。

5·储能技术

随着太阳能、风能和其他分布式能源的占比和构建新型电力系统对灵活性资源刚性需求不断提升,储能技术对于保障电网的稳定性和安全性至关重要。

6·氢能技术

目前为止,大多数氢气仍是由化石能源制备而来,这个过程高污染且高耗能。随着太阳能和风能发电成本的迅速下降,可以通过耦合可再生能源利用技术与电催化分解水技术制备。通过绿电电解水(“绿氢”)或由甲烷转化并配合碳捕集与封存技术(“蓝氢”)可以生产出低碳或零碳氢气,进而利用这些氢气生产氢基燃料(如氨或者合成燃料)。

7·碳捕集利用与封存技术

据国际能源署统计,全球范围内碳捕集利用与封存(CCUS)的捕集规模在2010-2020年期间翻了三倍,2020年超4000万吨。各国对CCUS、配备碳捕集和封存的生物能源(BECCS)、空气直接碳捕集(DAC)等技术日益重视。

下一代碳捕集技术将在技术投资运营成本降低的同时提高碳捕集效率,具体体现在采用模块化、金属有机框架材料和先进溶剂等方面。

8·能源数字化和智能化技术

据世界经济论坛分析,到2030年,5G、物联网、人工智能、云等数字技术可以助力全球15%的碳减排。随着能源系统加快向智能化、数字化、网联化转型升级,能源生产和消费各个环节将更优化高效。


国外能源领域的政策

欧盟一直致力于引领世界低碳能源技术的发展,其绿色技术产业领先全球,也是主要先进能源技术输出地区之一。

欧盟从2018年提出“全人类的清洁星球:建立繁荣、现代、有竞争力且气候中和的欧盟经济体的长期战略愿景”,到2019年发布“欧洲绿色协议”,再到2020年提出“欧洲气候法”,不断地修正碳中和政策和行动,旨在到2050年实现温室气体净零排放的目标。


1·全人类的清洁星球

建立繁荣、现代、有竞争力且气候中和的欧盟经济体的长期战略愿景

2018年11月,欧盟发布“全人类的清洁星球:建立繁荣、现代、有竞争力且气候中和的欧盟经济体的长期战略愿景”。该愿景提出:到2050年实现温室气体净零排放。该愿景的战略重点包括:最大限度提高能源效率的效益,包括零排放建筑;最大限度利用可再生能源和电力,使欧洲的能源供应系统完全脱碳;支持清洁、安全、互联的出行方式;通过有竞争力的欧盟产业和循环经济推动温室气体的减排;建设充足的智能网络基础设施和互连网络;从生物经济中全面获益并建立基本的碳汇;通过碳捕获与封存处理剩余的二氧化碳排放。

2·欧洲绿色新政

2019年12月,欧盟发布《欧洲绿色新政》。该协议旨在将欧盟转型为一个公平、繁荣的社会以及富有竞争力的资源节约型现代化经济体,到2050年实现温室气体净零排放以及经济增长与资源消耗的脱钩。其中提出如下转型路径:提高欧盟2030年和2050年的气候目标;提供清洁、可负担的和安全的能源;推动工业向清洁循环经济转型;高能效和高资源效率建造及翻新建筑;实现无毒环境和零污染目标;保护与修复生态系统和生物多样性;“从农场到餐桌”:建立公平、健康、环境友好的食品体系;加快向可持续及智慧出行的转型。

3·欧洲气候法

2020年3月,欧盟提出《欧洲气候法》,旨在将2050年实现温室气体净零排放的目标载入法律。其中提出要采取如下必要步骤:将2030年欧盟新目标(将温室气体排放与1990年水平相比,削减至少55%)纳入“欧洲气候法”;将在2021年6月完成审核所有相关政策工具并在必要时出台修改提案,以实现2030年额外减排目标;将提议通过2030-2050年欧盟范围温室气体减排路线图,以测量减排进展,并为政府、企业和公民提供可预测性;将于2023年9月评估欧盟及其成员国的减排措施是否与气候中和目标及2030-2050年减排路线保持一致性,且随后每五年一次;将有权向未达成气候中和目标的成员国提出建议,成员国有义务对建议加以考虑,如果不采纳建议,则必须说明理由;成员国还必须制定并落实适应策略以增强抵御力,降低气候变化带来的脆弱性。

2021年4月,欧盟就“欧洲气候法”条例达成了临时协议,其中包括:设立宏伟的2030年气候目标,即与1990年相比至少削减55%的温室气体净排放量,并明确减排量和去除量的贡献;认识到有必要通过更雄心勃勃的土地利用、土地利用变更和林业(LULUCF)条例来加强欧盟的碳汇,欧盟将就此于2021年6月提出建议;尽快明确2040年气候目标,同时要考虑到欧盟将发布的2030-2050年指示性减排预算;做出2050年后负排放量的承诺;设立欧洲气候变化科学咨询委员会,提供独立的科学意见;制定更强有力的规定以适应气候变化;保持欧盟各项政策与气候中和目标之间的高度一致性;承诺与各部门合作,制定针对具体部门的路线图,带领经济各领域走向气候中和。

4·欧盟甲烷战略

2020年11月,欧盟发布首份限制甲烷排放的纲要性草案《欧盟甲烷战略》。该战略将能源、农业和废弃物处理列为甲烷减排的重点对象,尤其侧重能源领域甲烷的排放和泄漏问题。2021年7月,欧盟就应对气候变化提出了名为“Fit for 55”的一揽子提案,旨在将其净零排放气候目标转化为具体行动。提案涉及气候、能源、交通运输、税收等多个方面,预计这些政策组合将引发欧盟能源、交通等诸多行业的重大变革。

5·海上可再生能源战略

2020年11月,欧盟发布《海上可再生能源战略》,提出了海上可再生能源的中、长期发展目标。为助力欧盟实现2050年碳中和目标,该战略提出到2030年海上风电装机容量从当前的12吉瓦提高至60吉瓦以上,到2050年进一步提高到300吉瓦,并部署40吉瓦的海洋能及其他新兴技术(如浮动式海上风电和太阳能)作为补充。欧盟将向海上风能投资近8000亿欧元,约三分之二用于电网基础设施建设,另三分之一用于发电设施建设。此外,欧盟还将支持海上风电全产业链建设,在推动零部件生产制造工业的同时,也推动岸上港口基础设施的建设。

6·碳边境调节机制

碳边境调节机制(Carbon Border Adjustment Mechanism,简称CBAM),也被称作碳关税或碳边境调节税,是指在实施国内严格气候政策的基础上,要求进口或出口的高碳产品缴纳或退还相应的税费或碳配额。

2019年12月,欧盟绿色新政提出CBAM计划。2020年3月,欧盟委员会提交CBAM影响评估报告。2020年9月,欧盟委员会主席宣布将CBAM纳入到2021年立法提案。2021年3月欧洲议会投票通过设立“碳边境调节机制”的决议。尽管这项决议并没有强制性的法律效力,但被视为其迈入立法程序的重要一步。2021年7月14日,在欧盟委员会发布的“Fit for 55 package”气候方案中也公布了CBAM提案细则。

7·创新基金

2020年6月,欧盟投入100亿欧元的创新基金(Innovation Fund)开始接收项目申请;这是全球规模最大的低碳技术推广项目。2021年7月,欧盟委员会在“创新基金”资助框架下投入1.22亿欧元,支持推进低碳能源技术商业化发展。其中1.18亿欧元用于资助14个成员国的32个低碳技术小型创新项目,支持能源密集型工业脱碳、氢能、储能、碳捕集和可再生能源等领域创新技术的迅速部署,涉及行业包括炼油、钢铁、造纸、玻璃、食品、电力、交通等。另外440万欧元将支持10个成员国的15个技术成熟度较低的低碳项目,包括可再生能源、绿氢生产、零碳交通、储能、碳捕集等,旨在推进其技术成熟以便在未来获得“创新基金”的进一步支持。此外,欧盟委员会根据欧盟国家援助规则批准了法国支持可再生电力生产的援助计划。该计划将在2021年至2026年期间援助可再生能源装机容量共计34吉瓦,包括水电、陆上风电、地面太阳能、建筑屋顶太阳能、创新太阳能、发电自用太阳能和技术中性可再生能源在内的七类能源项目。该措施的总预算约为305亿欧元。

8·“减碳55%”一揽子立法提案

2021年7月,欧盟委员会提交了“减碳55%”(“Fit for 55”)一揽子立法提案。提出实现到2030年将温室气体排放量较1990年减少55%、节约32.5%的能源等气候和环境目标。其中包含13项具体立法提案,这些提案是一个有机整体,具体提案之间相互关联。具体包括:(1)提高使用电动汽车、氢能源汽车便利化程度,降低其使用成本;到2025年在欧盟建设100万个电动汽车充电桩,到2030年建设300万个;对汽车实行更为严格的二氧化碳排放限制;自2035年起,禁止销售新的汽油和柴油汽车。(2)对航空业征收化石燃料(煤油、石油、柴油)使用税,在未来十年内逐步提高征税标准。提高可持续航空燃油使用比例,力争在2025年将其占航空燃料比重提升至2%以上,到2050年提升至63%以上。(3)拟在海运领域设立“温室气体强度目标”以及相关机制。(4)欧盟将以法律形式设立到2030年节能32.5%的能效目标,为该目标的实现赋予法律约束力。(5)欧盟将提出林业战略,制定在2030年前种植30亿棵树木的目标;制定林业可持续性标准,详细制定特定植被物种能否被认定为可再生资源的鉴定标准;保护原始森林。(6)拟在建筑和交通运输部门建立独立的碳排放交易体系。(7)欧盟或将建立碳边境调节机制,避免企业通过将生产转移至欧盟外国家和地区规避欧盟碳交易税,提前封堵可能出现的法律漏洞。


英国

2008年,英国通过《2008年气候变化法》,承诺到2050年碳排放量比1990年水平降低80%。2019年,英国修订了《2008年气候变化法》,将英国2050年减排目标从“至少比1990年基线降低80%”改为实现“至少降低100%”(2050年目标修正案)。该方案还催生出《天然气法》、《电力法》和《公用事业法》,规定了能源生产商和供应商减少浪费并提升能效的责任。

2021年4月,英国宣布最新气候目标:2035年,将英国的二氧化碳排放量在1990年基础上减少78%,比原计划提前了近15年;此举将确保其对气候变化的贡献,并与《巴黎协定》的温度目标保持一致,将全球变暖限制在2摄氏度以下,并朝着1.5摄氏度努力。

2021年8月,英国发布《国家氢能战略》。该战略提出:2030年,为全行业实现 5吉瓦的低碳氢生产能力,相当于英国每年超过300万个家庭消耗的天然气量的氢气;2030年,氢能将在化工、炼油、电力和重型运输(如航运、重型货车和火车)等高污染、高耗能行业的脱碳过程中发挥重要作用;2030年前,英国的氢能经济价值将达到9亿英镑,并将创造超过9000个高质量的工作岗位;2050年,20-35%的能源消耗将以氢为基础,最终为英国2035年减少78%排放和2050年净零排放目标作出重要贡献;2050年前,有可能增加到10万个就业机会,氢能经济价值将高达130亿英镑。英国氢经济路线图分为四个阶段:2020年代早期(2022-2024年)、2020年代中期(2025-2027年)、2020年代末期(2028-2030年)以及2030年代中期以后。

2021年8月,英国商业、能源与工业战略部发布“下一代核电反应堆”计划。该计划提出:将投资1.7亿英镑用于研究“先进模块堆”示范计划,力争未来十年内将最新核电技术投入应用,并利用最新核电技术制取低碳氢气,位于英国英格兰地区的Sizewell C核电站将是首个核电制氢试验基地。


德国

2018年,德国联邦政府于成立了经济增长、结构转型与就业委员会(KWSB,又称“退煤委员会”)。2019年,该委员会发布了一份关于逐步退出煤电的计划报告,这为后续立法奠定了基础。

2020年7月,德国议会通过了《减少和终止煤炭发电法》,即德国《退煤法案》和《加强煤炭地区结构调整法》,也称为《结构调整法》。《退煤法案》确定了德国逐步淘汰煤炭的具体路径和法律规定的最终日期。最迟退煤期限为2038年,如果定期审查认为可行,则可选择提前至2035年完成退煤。由于褐煤发电厂和采矿业对社会经济影响更大,因此与硬煤相比,褐煤的淘汰速度将相对缓慢。德国最后一个硬煤煤矿已于2018年停止运营。尽管硬煤开采在德国已不再具备经济性,但在作出退煤决定之际,褐煤仍具竞争力。此外,由于欧盟碳排放交易体系下的碳价会带来燃煤电厂经济效益相关的变化,因此燃煤电厂也可能会在法定最终退煤日期之前就由于经济性原因提前关闭。德国联邦政府与几大褐煤电厂运营商于2021年2月签署了公私合作协议。协议规定了共计43.5亿欧元的补偿金,从第一个燃煤电厂片区退役开始,按15个年度等额支付。燃煤电厂运营商必须用这些补偿金来支付其露天褐煤矿的修复费用。作为交换,煤电运营商同意放弃国家或国际法庭上对退煤法案的诉讼权。

2021年1月,德国启动了全国燃料排放交易体系,以减少供暖和运输部门的二氧化碳排放。到2022年,汽油、柴油、燃料、液化石油气和天然气将成为该交易体系的一部分,其他燃料将逐渐包含在系统中。德国政府计划为能源转型提供巨大的经济补贴。

2021年5月,德国宣布将实现碳中和的时间从2050年提前到2045年。

2020年6月,德国发布了《国家氢能战略》。该战略推出38项具体措施。2021年,德国围绕氢能推出了一系列举措,政府资助总额超过87亿欧元。2021年1月,德国联邦教研部投资7亿欧元启动三个氢先导研究项目“H2Giga”“H2Mare”和“TransHyDE”,分别探索水电解器批量生产、海上风能制氢和氢气安全运输问题,重点解决氢经济发展中的技术障碍,特别是降低大量生产和运输氢的成本。2021年2月,德国联邦教研部发布了新的科研资助指南,即“绿氢国际未来试验室”,希望吸引该领域国际顶尖人才来德国工作。2021年3月,联邦教研部推出“绿氢国际研究合作”框架,资助1500万欧元推动德国在绿氢研发领域的国际合作。首批项目的合作伙伴是新西兰,重点是绿氢不同的生产、供应和运输方法。2021年5月,德国宣布将提供80亿欧元资助62个大型氢能项目。这些项目覆盖整个氢能市场价值链,包括氢能生产、运输以及工业等领域应用。德国联邦经济部资助其中的50个项目,包括用于生产绿氢的2吉瓦的发电站建设和长度约1700公里的氢运输管道建设。


美国

2020 年 11 月,美国能源部发布最新版《氢能计划发展规划》,提出未来10年及更长时期氢能研究、开发和示范的总体战略框架,并设定了2030年美国氢能发展的技术和经济指标,主要内容包括:(1)设定氢能全链条中重点技术的技术和经济指标,通过技术创新,提高技术稳定性和效率,降低成本,加快氢能技术或产品的商业化应用;(2)加大对氢能其他技术的设计和攻关,进一步为美国氢能经济提供更多的多元化选择;(3)开展氢能标准的研究和制定。2021年6月,美国能源部启动“氢能攻关”(Hydrogen Shot)计划,在未来10年(2020-2030 年)使清洁氢能(通过可再生能源、核能和热能转化制备氢能)的价格降低至1美元/千克(降低80%,目前可再生能源制氢价格为5美元/千克),使清洁氢能产量增加5倍,进一步加大减少碳的排放。

2021年1月,美国宣布重新加入《巴黎气候协定》。计划建立一个专注于解决气候问题的跨领域和跨部门研究机构“气候高级研究计划署”(Advanced Research Projects Agency-Climate,ARPA-C);对油、气运营商制定严格的甲烷污染排放限值;加大对生物液体燃料(如沼气、燃料乙醇、生物柴油等)的研发投入;通过维护和实施现有的《清洁空气法案》,并制定严格的燃油经济性新标准以确保新销售的轻型和中型车辆温室气体100%零排放,重型车辆的电气化水平逐年增加。

2021年3月,美国政府宣布了雄心勃勃的风电目标:到2030年海上风电装机容量将达到30吉瓦,这相当于在2020年的水平上增加1000倍,大致达到2020年全球总装机容量(约34.4吉瓦)。

2021年6月,美国能源部宣布为68个项目提供超过3000万美元的联邦资金和超过3500万美金的私营部门资金,这些项目将加速清洁能源、先进制造技术、建筑节能、新一代材料等有前途的能源技术的商业化。

美国资助的最新能源技术创新包括以下四方面:(1)氢能技术:美国能源部资助5250万美元支持31个氢能项目;推出“能源攻关计划”(Energy Earthshots Initiative)加速低成本清洁氢能发展,目标是在未来十年使清洁氢成本降低80%至1美元/千克。(2)先进核能技术:美国能源部资助6100万美元支持先进核能技术研发。(3)生物燃料技术与地热技术:美国能源部先期能源研究计划局(ARPA-E)投入3500万美元支持先进生物燃料技术研发,提供近3400万美元的资金资助11个生物能源项目研发,这些项目包括利用城市固体废物和藻类生产生物燃料、生物能源和生物产品;投入4600万美元用于“地热能研究前沿观测研究”(FORGE)计划框架,支持17个增强型地热系统(EGS)前沿技术开发项目。(4)储能技术:实施为期10年的大容量电池发展计划,打造能够支撑电动汽车发展需求的本土化电池供应链;投入7500万美元成立“电力储能工作站(GLS)”的国家级电力储能研发中心,加快推进先进的、电网级别的低成本长时储能技术研发和部署工作,从而并网消纳更多的可再生能源,有效应对日益增长的电动汽车电力需求。


日本

2020年10月,日本宣布到2050年温室气体净零排放的计划。

2020年12月,日本发布《2050碳中和绿色增长战略》,提出到2050年实现碳中和的目标,构建“零碳社会”:预计到2050年,该战略每年将为日本创造近2万亿美元的经济增长。该战略针对14个产业提出了具体的发展目标和重点发展任务,主要包括海上风电,氨燃料,氢能,核能,汽车和蓄电池,半导体和通信,船舶,交通物流和建筑,食品、农林和水产,航空,碳循环,下一代住宅、商业建筑和太阳能,资源循环,生活方式等。2021年6月,日本更新了《2050碳中和绿色增长战略》。

(1)海上风电:2030年,海上风电装机容量将达到10吉瓦;2040年,达到30-45吉瓦;2030-2035年,将海上风电成本降至8-9日元/千瓦时;2040年,风电设备零部件国产化率提升到60%。通过强化国际合作,重点推进新型浮动式海上风电技术研发,参与国际标准制定。

(2)太阳能:2030年,太阳能光伏发电成本将降至14日元/千瓦时,家用太阳能电池安装成本需控制在7万日元/千瓦时(包含建设工程费)。重点研究钙钛矿等具有潜在应用价值的材料,开发下一代太阳能电池技术;优化太阳能的分布式能源利用;扩大太阳能电池在住宅、建筑等领域的市场化应用;合理利用荒废耕地,大力加强农业太阳能发电的引进政策。

(3)地热:2030年,将实施调查井的钻井试验,对钻井技术和外立面材料等构件进行验证。2040年,完成包括涡轮等地面设备在内的整个发电系统的验证。2050年,在国际上率先开展下一代地热发电技术示范。重点开发超高温高压环境下的钻孔套管材料和涡轮等材料抗腐蚀技术;促进地热能多元化利用,结合本地资源进行可持续开发。

(4)氢能:2030年,氢能供应量将达到300万吨/年,其中清洁氢(由化石燃料+CCUS/碳循环或可再生能源等方式生产的氢)供应量力争超过德国2030年可再生氢供应目标(约42万吨/年)水平;2050年,氢能供应量达到2000万吨/年;2030年,在发电和交通运输等领域将氢能成本降至30日元/立方米;2050年,氢能成本降至20日元/立方米。重点发展氢燃料电池动力汽车、船舶和飞机;开展氢燃气轮机发电技术示范;推进氢还原炼铁工艺技术开发;开发废弃塑料制氢技术;开发新型高性能低成本燃料电池技术;开展长距离远洋氢气运输示范,参与制定氢气输运技术国际标准;推进可再生能源制氢技术的规模化应用;开发电解制氢的大型电解槽技术;开展高温热解制氢技术研发和示范。

(5)氨燃料:2021-2024年,将在火电厂完成20%掺混氨燃料的示范验证;2050年,在火电厂实现含50%氨混合燃料的应用;2030年,推进配套设备的制造,构建稳定的氨燃料供应链体系;2050年,提高在发电领域的氨混烧率和开发燃烧纯氨技术,并应用于船舶和工业领域;2030年,实现氨燃料产量300万吨/年;2050年,氨燃料产量达到3000万吨/年。重点开展掺混氨燃料/纯氨燃料的发电技术实证研究;建造氨燃料大型存储罐和输运港口;2050年氨供应能力实现1亿吨/年。

(6)核能:2030年,争取成为小型模块化反应堆(SMR)全球主要供应商;2050年,将相关业务拓展到全球主要的市场地区(亚洲、非洲、东欧等);2050年,将利用高温气冷堆过程热制氢的成本降至12日元/立方米;2040-2050年,开展聚变示范堆建造和运行。重点参与SMR国际合作(技术开发、项目示范、标准制定等),融入国际SMR产业链;开展利用高温气冷堆高温热能进行热解制氢的技术研究和示范;参与国际热核聚变反应堆计划(ITER),学习先进的技术和经验,同时利用国内的JT-60SA聚变设施开展自主聚变研究,为最终的聚变能商用奠定基础。

(7)新一代热能产业:2030年,将向所有供热基础设施中掺混1%的合成甲烷,结合其他方式实现5%的气体燃料脱碳;2050年,将掺混90%合成甲烷的气体燃料通入供热设施,结合其他方式实现供热气体燃料的完全脱碳。2030年,用于船舶动力的天然气燃料逐步用合成甲烷替代;2050年,实现年度合成甲烷2500万吨,价格与当前的液化天然气价格(40-50日元/立方米)相当。在过渡时期重点推进向天然气燃料转化,在2021年制定包括天然气在内的各个领域路线图;构建区域直接氢能供应网络;利用数字技术实现区域能源综合控制;提供设备维护等综合服务和脱碳解决方案;推进氢能直接利用和CCUS等技术的应用。

(8)汽车和蓄电池产业:2035年,将实现新车销量全部转变为纯电动汽车和混合动力汽车的目标,实现汽车全生命周期的碳中和目标;2050年,替代燃料价格将降至比传统燃油还低的水平。重点制定更加严格的车辆能效和燃油指标;加大电动汽车公共采购规模;扩大充电基础设施部署;出台燃油车换购电动汽车补贴措施;大力推进电化学电池、燃料电池和电驱动系统技术等领域的研发和供应链的构建;利用先进的通信技术发展网联自动驾驶汽车;推进碳中性替代燃料的研发降低成本;开发性能更优异但成本更低廉的新型电池技术。

(9)船舶产业:2025-2030年,开始实现零排放船舶的商用;2050年,将现有传统燃料船舶全部转化为氢、氨、液化天然气等低碳燃料动力船舶。重点促进面向近距离、小型船只使用氢燃料电池系统和电推进系统的研发和普及;推进面向远距离、大型船只使用氢、氨燃料发动机以及附带燃料罐、燃料供给系统的开发和实用化进程。

(10)交通物流和建筑产业:2050年,实现交通、物流和建筑行业的碳中和目标。重点推进交通电气化、自动化发展,优化交通运输效率,减少排放;在物流行业中引入智能机器人、可再生能源和节能系统,打造绿色物流系统;推进路灯、充电桩等公共基础设施节能技术开发和部署;推进建筑施工过程中的节能减排,如利用低碳燃料替代传统的柴油应用于各类建筑机械设施中,制定更加严格的燃烧排放标准等。

(11)航空产业:2030年,实现电动飞机商用;2035年,实现氢动力飞机的商用;2050年,航空业全面实现电气化,碳排放较2005年减少一半。重点开展混合动力飞机和纯电动飞机的技术研发、示范和部署;开展氢动力飞机技术研发、示范和部署;研发先进低成本、低排放的生物喷气燃料;发展回收二氧化碳,并利用其与氢气合成航空燃料技术。

(12)下一代住宅、商业建筑和太阳能产业:2050年,实现住宅和商业建筑的净零排放。重点利用大数据、人工智能、物联网等技术实现对住宅和商业建筑用能的智慧化管理;建造零排放住宅和商业建筑;先进的节能建筑材料开发;加快包括钙钛矿太阳电池在内的具有发展前景的下一代太阳电池技术研发、示范和部署;提高太阳能建筑的部署规模,推进太阳能建筑一体化发展。

(13)资源循环产业:2050年,实现资源产业的净零排放。重点发展各类资源回收再利用技术(如废物发电、废热利用、生物沼气发电等)。


韩国

2020年10月,韩国正式宣布到2050年实现碳中和。

2020年12月,韩国政府公布了《2050碳中和推进战略》。该战略提出三项目标,即实现碳中和、发展经济和提高生活质量,并制定了三大政策方向的十大课题。政策方向一是实现经济结构低碳化,包括四个课题:加速实现能源转型、对高碳排放产业结构进行变革、向未来移动出行转型、实现国土低碳化转型。政策方向二是构建低碳产业生态系统,包括三个课题:培育朝阳产业、构建创新生态系统、激活循环经济。政策方向三是向碳中和社会转型,包括三个课题:保护弱势产业和弱势群体、实现地方的碳中和、提高公民对碳中和的认识。

2021年3月,韩国环境部发布“2021年碳中和实施计划”。该计划提出:韩国2021年将致力于完善碳中和整体方案,各部门制定相关的碳中和推进战略,构建稳固有效的实施体系。该计划明确了中央政府有关部门在本年度应该完成的主要事项,如国土交通部要制定2050年实现车辆100%无公害化的相关计划;产业通商资源部要制定氢能经济基本规划;金融委员会要制定金融界绿色投资指南等。

2021年3月,韩国发布《碳中和技术创新推进战略》。该战略选定10项反映产业实际需求的碳中和核心技术,包括:能源转换(太阳能与风能、氢能、生物能源)、产业低碳消耗(钢铁与水泥、石油化学、产业工艺升级、碳捕集利用与封存)、运输效率、建筑效率、数字化。根据这10项核心技术进行现状和焦点问题分析,制定出到2050年的具体技术目标和实现战略,计划后期用作推进碳中和相关研发的蓝图。该战略还提出打造能够实际应用的“产业特色低碳技术研发”和面向未来的“中长期基础与源泉技术研发”双路径研发项目,推动这10项技术创新“全周期并跑”研发。支持大型研发项目,开展用于能耗产业的低碳新工艺开发与挑战性源泉技术开发。

 2021年8月,韩国通过《碳中和与绿色增长法》。该法案将2050年碳中和愿景及其实施机制纳入法律:明确规定2050年实现碳中和是韩国的国家愿景,并在法律中规定了实现该愿景所需的实施体系,包括制定国家战略、中长期温室气体减排目标、框架计划以及审查执行情况。该法案设定了实现2050年碳中和愿景的中期目标:到2030年将温室气体排放量在2018年的水平上减少35%以上(相当于将温室气体排放量从2018年记录的7.276亿吨至少降至4.72亿吨),比之前的目标提高了9%。该法案规定了社会成员的广泛参与式治理:重新定义2020年5月成立的2050年碳中和委员会为具有法律地位的委员会,而之前仅限于专家和企业的治理范围将扩大到青年和工人。该法案包括实施碳中和的各种政策措施:法案将引入气候影响评估体系,对国家重大计划和发展项目的气候影响进行评估。法案也将引入应对气候变化的预算体系,即在起草国家预算时设定减排目标。此外,法案还将新设立气候应对基金,支持产业结构转型。


俄罗斯

在全球应对气候变化、推动能源结构转型的背景下,俄罗斯能源战略也发生了相应的变化。俄罗斯能源转型依靠政策推动和技术进步,重点推动分布式能源、数字化、低成本能源储存、可再生能源、氢能等技术的发展。其中,氢能有望成为俄罗斯下一个重大出口选择。

2020年6月,俄罗斯通过《2035年能源战略》。该战略提出:将氢能作为“资源创新型发展”的重点方向;力争成为世界领先的氢生产国和出口国之一;2024年,氢出口达到20万吨/年;2035年,氢出口达到200万吨/年。

2020年7月,俄罗斯能源部出台《氢能行业发展规划》。该规划提出:将主要利用天然气中的甲烷制氢的基本思路,因为蓝氢成本低廉,仅相当于通过可再生能源制取绿氢成本的1/4甚至1/5。

2020年10月,俄罗斯通过《2020-2024年俄罗斯氢能发展路线图》。该路线图计划到2024年建成由传统能源企业主导的氢能全产业链。(1)在制造领域,重点倾向以天然气为原料制备的蓝氢和通过核电水解得到的黄氢,而非绿氢;除俄罗斯天然气工业公司外,俄罗斯国家原子能集团和诺瓦泰克公司也将启动制氢项目。(2)在应用环节,俄罗斯天然气工业公司将从2021年起建造并测试以天然气制氢为动力的涡轮机,2024年开始生产氢气并研究氢气的不同应用。俄罗斯原子能集团将负责氢动力载人火车试点项目,最早于2024年开始测试。到2030年,俄罗斯计划投资17亿美元建设1200个氢能充电装置。(3)在运输环节,俄罗斯计划采用天然气管网掺氢、改造现有天然气管道等方式建立氢气管网;借助“北溪-2”号天然气管道对欧洲输氢,提高该管道盈利能力;俄罗斯天然气工业公司估算,通过该管道输氢最高可达其设计输气量的70%。(4)在科研方面,俄罗斯托木斯克理工大学已建立全俄第一家制氢技术开发联合体,以开发“氢能全技术链”——从氢气生产到利用;俄罗斯和德国正研究建立氢能伙伴关系,德国计划为双方合作项目拨款20亿欧元,并在氢能技术领域开展合作。

2021年1月,俄罗斯成立新一代核技术开发联盟,旨在开发闭式核燃料循环技术、快堆、用于先进能源技术的新材料和核电站创新项目。俄罗斯国家原子能公司提议在科拉核电站建立一个基础设施,用于测试与核能制氢相关的技术。科拉核电站制氢项目在未来几年有可能提高核电站装机容量的使用效率,扩展产品线,开发基于兆瓦级反应堆的制氢以及氢的贮存、运输和使用技术。

2021年4月,俄罗斯公布《2024年前俄罗斯氢能发展构想》。该构想提出:2030年,俄罗斯力争在全球氢市场拥有20%的市场份额,成为全球最大的氢出口国;2050年,俄罗斯氢能出口量将达790-3340万吨/年,出口创收将达236-1002亿美元/年。

2021年7月,俄罗斯成立氢能工作组,旨在应对其欧洲和亚洲主要能源出口市场的能源转型需求。俄罗斯未来的氢气生产将主要依赖天然气,即以生产蓝氢为主(天然气重整制氢+二氧化碳捕捉及封存CCS技术)。

2021年8月,俄罗斯通过《氢能源的发展构想》。该构想提出:2024年,出口氢气达到20万吨/年;2035年,预计氢气出口量达到200-1200万吨/年,2050年,氢气出口量达到1500-5000万吨/年。该构想将分阶段实现:第一阶段,从2021年下半年到2024年,利用三年半的时间建成集生产、出口为一体的氢能源项目产业集群,实现俄罗斯国内市场氢能应用能源。第二、第三阶段(2025-2035年、2036-2050年),俄罗斯将主要以出口氢能为导向,并在多种行业领域使用氢能源技术。

2021年10月,俄罗斯表示将努力在2060年前实现碳中和。


国外能源领域技术趋势和政策对我国的启示

1·国外能源领域关键技术趋势和政策措施共同点

目前全球已有50多个国家的碳排放实现达峰,30多个国家和地区确立了在本世纪中叶前后实现碳中和目标。世界主要国家的碳中和战略部署有如下共同点。 

(1)加快零碳和低碳解决方案和技术的部署和推广力度。通过降低化石能源消费比例,建造大量零碳发电装机,推动发电低碳化,提升能效。引导公共和私营部门加大清洁能源技术、核能技术、储能技术、氢能技术、碳捕集利用与封存技术、能源数字化和智能化技术等关键技术的研发力度。

(2)创造有利于绿色低碳转型的政策与投资环境。世界主要国家通过不断完善政策体系,实现能源领域的低碳发展。这些政策包括提供税收优惠鼓励民众使用零碳排放车辆,建设绿色社区,加大植树造林力度,鼓励垃圾分类回收和循环再利用,气候立法,制定碳定价和碳税政策,加大清洁技术投资力度等。

2·国外能源领域关键技术趋势和政策措施对我国的启示

中国宣布在2030年实现碳达峰,到2060年左右实现碳中和,这意味着中国必须用30年的时间完成发达经济体60年完成的任务。从碳达峰到碳中和时间短是我国当前面临的主要挑战。因此,中国的双碳任务十分艰巨,这需要充分借鉴国际经验。 

(1)通过技术进步推动能源低碳转型。加快清洁能源技术、核能技术、储能技术、氢能技术、碳捕集利用与封存技术、能源数字化和智能化技术等关键前沿技术的部署、研发和突破。完善绿色低碳技术评估、交易体系和科技创新服务平台。推进工业领域的绿色制造,提升建筑领域的节能标准,加快形成交通领域的绿色低碳运输方式。

(2)通过政策完善推动能源低碳转型。通过顶层设计,优化能源结构和产业结构,明确重点领域和行业碳达峰、碳中和实施方案和一系列支撑保障措施(将陆续发布),坚持全国一盘棋,构建起碳达峰、碳中和“1+N”政策体系。鼓励地方政府因地制宜,探索低碳发展路径。根据我国不同阶段实际发展情况,不断调整和优化双碳政策体系。

注:本文内容呈现略有调整,若需可查看原文。

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参考资料

[1]International Atomic Energy Agency. Advances in Small Modular Reactor Technology Developments.2020.

[2]能源转型委员会.践行使命 打造全球零碳经济.2020.

[3]全球碳捕集与封存研究院.全球碳捕集与封存现状2020.2021.

[4]国际能源署.全球碳捕集与封存现状2020.2021.

[5]生态环境部环境规划院等.中国二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)年度报告(2021)——中国CCUS路径研究.2021.

[6]波士顿咨询公司.企业碳中和路径图——落实巴黎协定和联合国可持续发展目标之路.2021.

[7]绿色创新发展中心.碳边境调节机制:进展与前瞻.2021.

[8]德国国际合作机构. 多元、合作、创新,共建“后煤炭时代”——德国退煤计划与煤炭地区的未来.2021.

[9]联合国环境规划署.空气质量行动.2021.

[10]华为与德勤(中国).全球能源转型及零碳发展白皮书.2021.

[11]陈嘉豪,裴爱国,马兆荣,庞程燕.海上漂浮式风机关键技术研究进展[J].南方能源建设,2020,7(1):9-20.

[12]魏凤,任小波,高林,高国庆,周超峰.碳中和目标下美国氢能战略转型及特征分析[J].中国科学院院刊,2021,36(9):1049-1057.

[13]苏健,梁英波,丁麟,张国生.刘合碳中和目标下我国能源发展战略探讨[J].中国科学院院刊,2021,36(9):1001-1009.


执    笔:

辛洪川、田亚峻 中国科学院青岛生物能源与过程研究所


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