谢和平院士：碳中和目标下我国能源战略研判

  碳达峰碳中和目标已成为中国社会共识，不仅是负责任大国对国际社会的庄严承诺，更是推进我们国家的经济高水平发展的国家战略，将推进经济社会广泛而深刻的系统性变革。实现碳达峰碳中和国家战略目标任务，一定要立足国情，立足我国的能源资源禀赋，立足我国两个一百年的奋斗目标，来谋划未来部署。

  我们认为，应以实现碳中和为目标，以实现高水平发展(生产力增长)为主线，以碳中和技术攻关为突破点(为王)来统筹协调实现我国的“双碳”目标和碳中和战略，并以碳中和目标和高质量经济发展(生产力)来促进我国碳中和技术创新的自立自强。

  能源领域是我国实现碳达峰碳中和的核心所在，但不意味着要完全退出煤炭，要完全退出化石能源。借鉴欧美等发达国家和地区碳达峰前后的能源消费、碳排放强度等基本特征和变化规律，结合我国能源资源禀赋和经济社会所处发展阶段，提出碳中和目标下我国能源发展主要有五大战略方向。

  节能可直接减少能源消费，是最显著、最直接的碳减排。节能提效是实现碳中和目标的优先发展路径，以节能提效促少用，通过少用减少碳排放。特别需要强调的是，节能不是简单地少用或者不用能源，而是通过全方面提高能源利用效率来减少能源消费总量以及不必要的能源浪费。我国单位国内生产总值(gross domestic product，GDP)能耗自1988年以来呈现迅速下降趋势，由29.77tce(吨标准煤)/万美元降低到2020 年的3.38tce/万美元，降低了88.6%，但距离世界中等水准和发达国家还有很大的差距，是世界中等水准的1.4～1.5 倍，是美国的2 倍。若能达到世界中等水准，每年可少用能源13 亿tce，减排CO₂ 34 亿t，约占2020 年我国碳排放量的1/3。因此，提高能源利用效率，减少能源消费，是我国实现碳达峰碳中和的最重要途径。

  近年来，我国风、光等新能源发电技术加快速度进行发展，装机容量快速提升，风、光发电量占比由2011 年的1.5%增加到2020 年的9.4%，推动非化石能源电力在我国电力结构中的占比显著上升，由2011 年的18.3%增加到2020 年的31.5%，但依然没改变我国以火电(煤电)为主的电力结构。2020 年我国电力结构中火电发电量占比68.5%。

  通过与欧美发达国家现代化进程和碳达峰前后电力结构对比，我国电力结构还需要持续优化，然而我国天然气增产有限，难以像美国那样将天然气作为发电的第一大能源。碳中和目标下，我国应全力发展风能、太阳能、地热能等可再次生产的能源发电，慢慢地提高非化石能源发电占比，持续优化电力结构，重点发展“风电/光电+储能”技术，提高新能源发电稳定性与可持续性。

  燃煤发电占我国煤炭消费的一半左右，是最主要的利用方式，并且燃煤发电主要利用煤炭的热值，碳元素几乎全部转变为CO₂，是煤炭利用碳排放最集中的领域。我国建成了全球最大的清洁煤电体系，86%的燃煤发电机组实现了常规污染物超低排放，制约煤电发展的不再是常规污染物排放问题，而主要是碳排放问题。虽然新能源电力发展速度较快，但是基数小，在发电量中占比还比较低，同时由于新能源电力的不稳定性，需要燃煤发电作为基底支撑电力调峰。我国的清洁煤电还将长期存在，并发挥重要作用。

  碳达峰碳中和并不是不产生CO₂，而是产生的CO₂ 被利用或封存了，碳捕集与封存(carbon capture and storage，CCS)以及碳捕集、利用与封存(carbon capture utilization and storage，CCUS)被认为是实现碳达峰碳中和的关键技术之一，受到世界各国的格外的重视，纷纷加大研发力度，在CO₂ 驱油等方面取得了积极进展。虽然，当前该类技术成本还比较高，封存1t CO₂ 需要数百元，但是随技术的进步，成本有望逐步降低到可接受的水平。全力发展“清洁煤电+CCUS”，是从以煤为主的能源资源禀赋等国情出发，推进“煤电清洁高效利用”等国家需求的重要内容，也是推动我们国家能源绿色低碳转型的战略方向。

  传统化石能源的利用方式具有高碳排放的固有特性，依靠现存技术延续式创新，很难实现零碳排放，亟须推进少碳-用碳-零碳能源原理创新，加快颠覆性研发技术：研究和应用煤基燃料电池发电新技术等低碳燃烧、低碳转化技术，推进利用过程少碳；研发和应用CO₂ 制甲醇等碳转化技术，推进碳资源化利用；研发和应用低成本碳捕集及井下封存技术，为不能资源化利用的CO₂ 提供最后的处置保障。

  加快CCS/CCUS 技术攻关，不断的提高CO₂ 大规模低能耗捕集、资源化利用与可靠封存技术水平，突破大容量富氧燃烧、燃烧后CO₂ 捕集、CO₂ 驱油/气/水、CO₂ 封存、监测预警等关键技术；同时利用现代煤化工高浓度、高压CO₂ 排放的特征，推进驱油、化工等CO₂ 捕集、利用与封存商业化示范，探寻低成本碳处理途径；以百万吨级示范工程为抓手，推进CCS/CCUS 技术商业应用；探索CO₂ 埋存与油田提高采收率(enhanced oil recovery，EOR)工程一体化实施路径，形成完整的CO₂捕集、利用和封存产业链。

  重点探索CO₂ 矿化利用的CCUS 减排技术路线，将CO₂ 作为资源加以利用，进行CO₂ 矿化输出能源、加工天然矿物、处理工业固废；研究固体氧化物燃料电池开发利用技术，在电池组内对CO₂ 催化、转化、矿化再能源化，实现循环利用、零碳排放；研究CO₂ 催化转化制甲醇等碳转化技术，将CO₂ 作为原料，推进CO₂ 资源化利用；将废弃煤矿地下空间碳封存、CO₂ 矿化发电、CO₂ 制备化工产品、与煤矿区生态环保深层次地融合的碳吸收等新型用碳、固碳、吸碳技术作为优先突破方向。

  我国的现代化水平同发达国家相比还有很大的差距，现代化进程的持续推进仍需要较大的能源消费支撑。为降低碳排放，“一刀切”限制能源生产和消费，过早过紧控制能源消费总量和强度，将会影响经济持续增长，影响我们国家现代化如期实现。为实现减排不减生产力的目标，应将控制能源消费总量和强度的“双控”政策，转变为控制能源消费碳排放和提高能源利用效率的新“双控”政策，引导和倒逼碳减排技术进步，促进碳中和技术自立自强。

  20 世纪90 年代，我国由于燃煤粗放等问题造成了严重的酸雨污染问题。一些地区燃用高硫煤，燃煤设备未采取脱硫措施，致使SO₂排放量持续不断的增加，由城市局地污染向区域性污染发展，出现了大面积的酸雨污染。1995 年，我国煤炭消费量12.8亿t，SO₂ 排放量2370万t，酸雨污染面积高达300 多万平方千米，是继欧洲、北美之后的世界第三大酸雨区。

  针对酸雨污染问题，国家连续出台了一系列政策措施推动SO₂ 减排。1995 年8 月，国务院批准将已经产生、可能会产生酸雨的地区或者其他SO₂ 污染严重的地区划定为酸雨控制区和SO₂ 污染控制区；1996年8 月，国务院发布《关于环境保护若干问题的决定》，提出实施包括SO₂ 在内的污染物排放总量控制；此后逐步严格排放标准、收缩排放总量控制限值，以政策倒逼燃煤污染物控制技术进步，既破解了我国酸雨问题，同时倒逼我国的除尘脱硫技术发展到世界领先水平。

  第一阶段(1995～2000 年)。限期淘汰列入国家和地方淘汰名录的技术落后小煤电、小锅炉等；推动条件合适的小火电机组改造为热电联产、综合利用机组，实施先停后改，并按项目审批程序报批环境影响评价等有关文件，落实污染物总量控制指标。同时电力管理部门、物价部门等管理部门加强监督管理力度，采取下达解网通知，取消其上网电价等强制措施。通过小煤电、小锅炉淘汰改造，该阶段我国煤炭消费量虽然增长6.0%，但SO₂ 排放量下降超过10%。

  第二阶段(2000～2010 年)。实施已有燃煤电厂规定期限建设烟气脱硫设施、新建燃煤电厂同步配套烟气脱硫设施等措施，加快燃煤电厂脱硫设施建设与配套，同时实施连续在线监测，要求所有电厂一定得安装烟气连续在线监测仪器，监测燃煤机组SO₂ 等污染物排放。通过这一些措施实施，该阶段我国煤炭消费量增长157.2%，但SO₂ 排放量仅增长9.5%，并实现SO₂ 排放达峰(2006 年，2588.8 万t)后稳步下降。

  第三阶段(2010～2020 年)。对燃煤电厂SO₂ 排放控制越发严格，出台了《火电厂大气污染物排放标准》《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014－2020 年)》《全方面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》等多项政策，要求所有具备改造条件的燃煤电厂力争实现超低排放，要求在基准含氧量6%条件下，SO₂ 排放浓度不高于35mg/m³。通过持续研发并应用燃煤SO₂ 超低排放技术，86%的燃煤电厂实现了包括SO₂在内的常规污染物超低排放。该阶段我国煤炭消费量增长15.8%，而SO₂排放量下降了近80%。

  技术进步彻底颠覆了“控制SO₂ 排放必然减少煤炭消费”的原有认识，突破了SO₂ 减排对煤炭消费的约束。

  我国SO₂ 减排历程充分说明了减排不是简单地减少煤炭使用，而是要以政策倒逼技术进步，以先进的技术推进减排。

  因此，我们多次提出“清洁能源应不论出身，只论排放”（谢和平，2014年全国两会、2017中美绿色能源高峰论坛），应将国家“双控”（控能源消费强度、控能源消费总量）政策调整为控能源利用的CO₂和污染物排放量低于多少（即最高限值）、控能源利用效率应高于多少（即最低限值）（谢和平，2014年全国两会、2021年中国工程院拉闸限电问题分析及对策讨论会）。

  2021年12月8~10日，中央经济工作会议明白准确地提出“要科学考核，新增可再次生产的能源和原料用能不纳入能源消费总量控制，创造条件尽早实现能耗‘双控’目标向碳排放总量和强度‘双控’转变”。一些省份已开始将新增可再次生产的能源和原料用能不纳入能源消费总量，以政策倒逼碳中和技术进步的发展环境正在逐步形成。

  落实碳达峰碳中和国家战略，煤炭必须在保障能源安全稳定供应的同时，实现低碳、零碳，甚至负碳。《煤炭碳中和战略与技术路径》依托中国工程院咨询研究项目，聚焦实现煤炭碳中和目标，系统分析发达国家碳达峰前后现代化发展历史以及我国国情和能源资源禀赋，研判碳中和目标下我国煤炭需求与地位变化，分析碳中和目标下煤炭科学产能资源量及支撑能力，理清煤炭行业面临的挑战与机遇；描绘煤炭碳中和战略蓝图，提出煤炭碳中和发展的策略、重点任务和科学技术创新路径；从煤炭开发利用碳中和技术体系、“煤炭+”多能互补零碳负碳技术体系、煤矿区碳汇技术体系三个层次，提出煤炭碳中和的技术路径及其关键核心支撑技术。

  第1章阐述我国碳达峰碳中和战略的提出背景和目标任务，分析对能源发展的新要求，提出全力发展节能技术、全力发展新能源技术、全力发展“清洁煤电+CCUS”技术、全力发展少碳-用碳-零碳能源原理和颠覆性技术创新、以新“双控”政策倒逼技术进步等能源优化发展的五大战略方向。

  第2章梳理美国、德国、英国、日本等发达国家碳达峰前后现代化进程、能源消费结构、碳排放特征，分析这些国家促进碳达峰的有关政策措施，归纳实现碳减排的相关经验，为我国煤炭碳达峰碳中和提供经验借鉴。

  第3章论述我们国家的经济增长与能源消费“脱钩论”的不现实性，基于此预测未来不同时段我国能源需求总量；分析碳中和目标对煤炭行业的影响机制以及碳中和目标下煤炭的竞争力格局变化，从电力调峰、碳质还原剂、保障能源安全三个方面预测未来煤炭消费需求；研判碳中和目标下煤炭将经历从基础能源到保障能源、再到支撑能源和应急储备能源的定位变化。

  第4章剖析碳中和目标下提高煤炭科学产能的必要性和紧迫性；分关闭矿井和生产矿井两种类型，实证我国煤炭资源采出量与动用量的关系；预判碳中和目标强化生态约束、安全约束下我国煤炭资源可用量及煤炭科学产能规模，评估煤炭科学产能对我国碳达峰碳中和目标实现的支撑能力。

  第5章在前4章的基础上，总结归纳碳中和目标下煤炭行业面临的煤炭消费减量导致发展空间受限、新能源大比例接入要求提高煤炭供应柔性、零碳排放要求颠覆现有煤炭利用方式“三大挑战”，以及实现煤炭行业高水平质量的发展、煤炭升级高技术产业、煤炭与新能源融合发展的“三大机遇”。

  第6章综合碳达峰碳中和目标、国家能源安全、经济运行应急三大要求，描绘煤炭碳中和发展的战略蓝图，提出“能源安全兜底、绿色低碳开发、清洁高效利用、煤与新能源多能互补”四大战略；从资源保障、产能保障、经济运行应急保障、国家能源安全保障、技术保障、构建多能互补清洁能源系统等方面，提出煤炭碳中和发展的六项重点任务；按照“技术为王”的思路，着重提出煤炭保障能源供给安全、煤炭开发利用少碳用碳、煤与新能源多能互补、矿区生态碳汇四大技术路径。

  第7章从煤炭开发利用自身出发，以保障煤炭稳定供给并推动煤炭开发利用全过程碳减排为目标，提出煤炭开发利用碳中和技术体系，涵盖煤炭精准保供技术、煤炭开发少碳用碳技术、煤炭利用少碳用碳技术、煤炭开发利用减碳变革性技术。

  第8章从充分的发挥煤矿区优势出发，以煤炭与新能源优化组合实现零碳负碳能源供给为目标，提出“煤炭+”多能互补零碳负碳技术体系，涵盖煤炭+CCUS与太阳能耦合发电、风/光电+地下空间储能等“煤炭+”多能互补零碳技术体系，以及CO₂矿化发电、煤矿CO₂封存等“煤炭+”多能互补负碳技术体系。

  第9章聚焦煤矿区碳汇，以增强煤矿区碳汇能力为目标，提出煤矿区生态碳汇扩容、煤矿区生态碳汇防损、煤矿区碳汇管理三大技术体系及关键核心技术。

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