“雙碳”目標(biāo)下能源科技的多能融合發(fā)展路徑

中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊 2020年9月22日，習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上鄭重宣示：中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和（以下簡(jiǎn)稱“雙碳”），是以習(xí)近平同志為核心的黨中央統(tǒng)籌國(guó)內(nèi)國(guó)際兩個(gè)大局作出的重大戰(zhàn)略決策，是著力解決資源環(huán)境約束突出問題，實(shí)現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展的必然選擇，是構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的莊嚴(yán)承諾。二氧化碳排放與能源資源的種類、利用方式和利用總量直接相關(guān)。我國(guó)成為全球碳排放量最大國(guó)家的根本原因在于能源及其相關(guān)的工業(yè)體系主要依賴化石資源。為此，科學(xué)有序推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)及相關(guān)工業(yè)體系從高碳向低碳、綠色發(fā)展，形成先進(jìn)的“清潔低碳、安全高效”能源新體系，才能實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，同時(shí)支撐我國(guó)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。挑戰(zhàn)前所未有，任務(wù)異常艱巨，在此過程中，科技創(chuàng)新必須發(fā)揮至關(guān)重要的引領(lǐng)作用。

“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的必要性和緊迫性

習(xí)近平總書記多次強(qiáng)調(diào)，應(yīng)對(duì)氣候變化不是別人要我們做，而是我們自己要做，是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求。我國(guó)有14億人口，要全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化，延續(xù)過去發(fā)達(dá)國(guó)家高耗能、高排放的老路是行不通的，必須轉(zhuǎn)到綠色低碳的發(fā)展軌道上來，這是我國(guó)現(xiàn)代化的必由之路。

“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的必要性

能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整。我國(guó)是全球最大的能源生產(chǎn)國(guó)、消費(fèi)國(guó)，充足穩(wěn)定的能源供應(yīng)仍然是經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的必要條件?！案幻骸⒇氂?、少氣”的能源資源稟賦和現(xiàn)有的能源基礎(chǔ)設(shè)施決定了我國(guó)以化石能源，特別是以煤為主的能源結(jié)構(gòu)還需持續(xù)較長(zhǎng)一段時(shí)間。近年來，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化、能源利用效率不斷提高，但仍面臨著較大的能源安全和生態(tài)環(huán)境治理壓力。針對(duì)能源安全問題，2014年6月13日，在中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第六次會(huì)議上，習(xí)近平總書記提出了推動(dòng)能源的消費(fèi)革命、供給革命、技術(shù)革命、體制革命和國(guó)際合作的“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略。在“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略的指引下，我國(guó)能源發(fā)展在“十三五”時(shí)期取得歷史性成就，以能源消費(fèi)年均低于3%的增速支撐了經(jīng)濟(jì)的中高速增長(zhǎng)，建立起了多元清潔的能源供應(yīng)體系，到2020年底，清潔能源發(fā)電裝機(jī)達(dá)到10.83億千瓦，首次超過煤電裝機(jī)容量。在百年未有之大變局下，能源安全的底線作用更加凸顯。但是，我國(guó)石油和天然氣對(duì)外依存度仍然不斷攀升，2020年分別達(dá)到73%和43%，能源革命仍然任重道遠(yuǎn)。針對(duì)生態(tài)環(huán)境治理壓力，我國(guó)必須加速推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)綠色低碳轉(zhuǎn)型?！半p碳”目標(biāo)提出后，非化石能源因其低碳/零碳屬性，獲得加速發(fā)展。2021年9月，《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》中提出到2025年、2030年和2060年，我國(guó)非化石能源占能源消費(fèi)比重將分別達(dá)到20%、25%和80%的目標(biāo)，風(fēng)、光、生物質(zhì)等可再生能源及核能將逐漸成為新型能源體系發(fā)展的重點(diǎn)。值得指出是，無論是能源安全新戰(zhàn)略還是“雙碳”目標(biāo)，都是為推動(dòng)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)向綠色低碳發(fā)展。二者目標(biāo)一致，各有側(cè)重，相輔相成。我們必須要立足國(guó)情，先立后破，安全、穩(wěn)步優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。

生產(chǎn)方式的變革。我國(guó)碳排放量高的根本原因在于能源及其相關(guān)的工業(yè)體系主要依賴化石資源。我國(guó)電力工業(yè)及高能耗工業(yè)（鋼鐵、石化、水泥、有色等）的二氧化碳排放占全國(guó)二氧化碳排放總量的80%左右，是需要重點(diǎn)關(guān)注的行業(yè)。在“雙碳”目標(biāo)下，現(xiàn)有的能源及工業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)難以長(zhǎng)期維持，必須進(jìn)行全面的革命性調(diào)整，才能與全球氣候治理目標(biāo)和我國(guó)高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)相適應(yīng)?？v觀世界工業(yè)發(fā)展歷程，能源革命與工業(yè)革命歷來交互發(fā)展、共同作用促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)變革。我國(guó)的能源革命已經(jīng)拉開序幕，在“雙碳”目標(biāo)的牽引下，能源革命也必然會(huì)促進(jìn)我國(guó)工業(yè)革命的迅速開展。推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，促進(jìn)傳統(tǒng)高耗能行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型，大力發(fā)展綠色低碳產(chǎn)業(yè)是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的必然要求。

生活方式的改變。黨的十九大報(bào)告指出，形成綠色發(fā)展方式和生活方式，堅(jiān)定走生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路。習(xí)近平總書記明確要求，到21世紀(jì)中葉，綠色發(fā)展方式和生活方式全面形成，人與自然和諧共生，生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域國(guó)家治理體系和治理能力現(xiàn)代化全面實(shí)現(xiàn)，建成美麗中國(guó)。2019年，我國(guó)居民人均生活能源消費(fèi)僅0.31噸標(biāo)準(zhǔn)煤，人均生活能源消費(fèi)產(chǎn)生的二氧化碳排放為0.98噸。同期，美國(guó)居民人均生活能源消費(fèi)2.28噸標(biāo)準(zhǔn)煤，人均生活能源消費(fèi)產(chǎn)生的二氧化碳排放2.6噸。在碳中和目標(biāo)下，如果要達(dá)到與美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相近的消費(fèi)水平，除了需要發(fā)展價(jià)格低廉的非化石能源，我們還必須在全社會(huì)提倡綠色低碳生活，推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展和創(chuàng)造高品質(zhì)生活有機(jī)結(jié)合。這同每個(gè)人息息相關(guān)，人人都應(yīng)該做綠色低碳生活方式的踐行者、推動(dòng)者。

“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的緊迫性

時(shí)間緊。中國(guó)承諾的從實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰到實(shí)現(xiàn)碳中和的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于發(fā)達(dá)國(guó)家所用時(shí)間。世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了碳達(dá)峰，歐盟早在1979年實(shí)現(xiàn)，美國(guó)在2007年前后，日本在2005年進(jìn)入碳排放峰值平臺(tái)期后最終在2013年達(dá)峰。這些國(guó)家和地區(qū)從進(jìn)入峰值平臺(tái)期到要實(shí)現(xiàn)2050年碳中和的目標(biāo)，都有40—70年的時(shí)間。而我國(guó)要在短短30年左右的時(shí)間內(nèi)從碳達(dá)峰實(shí)現(xiàn)碳中和，完成全球最高碳排放降幅，這需要付出十分艱苦的努力⑤。

任務(wù)重。①應(yīng)對(duì)地球升溫是人類社會(huì)共同面臨的新問題，對(duì)應(yīng)著能源以化石資源向可再生資源的大轉(zhuǎn)變，國(guó)際國(guó)內(nèi)都沒有成熟經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，是人類社會(huì)走向可持續(xù)發(fā)展面臨的共同難題。要在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)的巨大甚至顛覆性轉(zhuǎn)變，需要克服一系列技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的巨大挑戰(zhàn)。②要實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興，“能源的飯碗必須端在自己手里”。我國(guó)仍處于工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程的中后期，伴隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平提高，人民群眾生活水平不斷改善，能源消費(fèi)還將繼續(xù)增長(zhǎng)。據(jù)中國(guó)科學(xué)院學(xué)部重大咨詢項(xiàng)目——“中國(guó)碳中和框架路線圖研究”項(xiàng)目組估算，為滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，我國(guó)能源消費(fèi)總量峰值將在2030—2040年達(dá)到，為60億—64億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。即使實(shí)現(xiàn)非化石能源大規(guī)模發(fā)展，對(duì)于以化石能源特別是煤炭為主導(dǎo)能源、處于高速發(fā)展階段的中國(guó)，如何在保障產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定的前提下，科學(xué)有序推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)，仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)。

科技創(chuàng)新不足。科技創(chuàng)新是支撐“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的根本動(dòng)力。經(jīng)過多年發(fā)展，我國(guó)能源科技創(chuàng)新取得重要階段性進(jìn)展，有力保障了能源安全，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，為“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定了良好基礎(chǔ)。但是，“雙碳”目標(biāo)下的能源結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)生活方式都將發(fā)生顛覆性變革，現(xiàn)有技術(shù)體系還難以支撐“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，不僅需要突破各領(lǐng)域眾多關(guān)鍵技術(shù)，更需要破除各能源種類及各能源相關(guān)行業(yè)之間的壁壘，跨領(lǐng)域突破多能融合互補(bǔ)及相關(guān)重點(diǎn)行業(yè)工業(yè)流程再造的關(guān)鍵瓶頸及核心技術(shù)，加強(qiáng)能源技術(shù)體系創(chuàng)新，重構(gòu)能源及相關(guān)工業(yè)體系?？珙I(lǐng)域系統(tǒng)化布局有巨大的創(chuàng)新空間，并帶來巨大的總體節(jié)能減排效果，但同時(shí)也面臨巨大挑戰(zhàn)，是我國(guó)新能源體系構(gòu)建和相關(guān)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重點(diǎn)方向和難點(diǎn)。

國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)加劇。2020年以來的新冠肺炎疫情對(duì)全世界安全與經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了新的沖擊，也引起了對(duì)全球危機(jī)問題的深刻思考。某種程度上，氣候變化問題是另一種更為嚴(yán)重的全球危機(jī)。比爾·蓋茨預(yù)言：“到2060年，氣候變化可能和新冠肺炎疫情一樣致命；到2100年，它的致命性可能是新冠肺炎疫情的5倍。而氣候變化造成的經(jīng)濟(jì)損失將相當(dāng)于每10年就有一次新冠肺炎疫情”。在疫情肆虐的當(dāng)下，全球深刻體會(huì)到人類命運(yùn)共同體的內(nèi)涵。氣候變化作為對(duì)人類命運(yùn)影響最大的問題，對(duì)其的態(tài)度與治理成為國(guó)際政治的重要角力點(diǎn)。中國(guó)作為全球最大的碳排放國(guó)家，必須積極參與并引領(lǐng)全球氣候治理，塑造和維護(hù)負(fù)責(zé)任大國(guó)形象。此外，如何應(yīng)對(duì)氣候變化問題已經(jīng)逐漸從政治領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的議題轉(zhuǎn)向經(jīng)濟(jì)貿(mào)易的全方位競(jìng)爭(zhēng)議題。2021年7月，歐盟委員會(huì)向歐洲議會(huì)和歐盟理事會(huì)提交了設(shè)立碳邊境調(diào)節(jié)機(jī)制（俗稱“碳關(guān)稅”）的立法議案，預(yù)計(jì)從2023年起開始對(duì)歐盟進(jìn)口的部分商品征收碳稅。歐盟碳關(guān)稅政策將對(duì)溫室氣體排放量高的企業(yè)帶來重大挑戰(zhàn)。波士頓咨詢公司提出碳關(guān)稅對(duì)行業(yè)利潤(rùn)的侵蝕影響可高達(dá)40%，而且整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上的企業(yè)都將受到成本增加帶來的影響，產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力格局也將被重塑。中國(guó)作為世界上最大的產(chǎn)品出口國(guó)，將面臨巨大的挑戰(zhàn)。

“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的科技路徑

理念是行動(dòng)的先導(dǎo)，“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)必須依靠變革性的理念引領(lǐng)。中國(guó)科學(xué)院面向國(guó)家發(fā)展清潔低碳、安全高效能源體系建設(shè)要求，基于能源領(lǐng)域長(zhǎng)期研究基礎(chǔ)，提出通過技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)多種能源之間互補(bǔ)融合的多能融合理念，布局了一批多能融合技術(shù)的研發(fā)與示范，為科技支撐國(guó)家“雙碳”目標(biāo)開展了先行探索。

多能融合理念的內(nèi)涵

能源、材料和信息是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的三大支柱。多能融合是指綜合考慮能源資源在加工利用過程中的能源屬性和物質(zhì)（原料/材料）屬性，通過新技術(shù)、新模式破除各能源種類之間條塊分割、互相獨(dú)立的技術(shù)和體制壁壘，促進(jìn)化石能源與非化石能源、各能源分系統(tǒng)之間、各能源資源加工利用不同過程之間的能量流、物質(zhì)流和信息流的互補(bǔ)融合，實(shí)現(xiàn)能源資源利用的能量效率、物質(zhì)效率、環(huán)境效益、生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益等多目標(biāo)的優(yōu)化。

多能融合技術(shù)是實(shí)現(xiàn)多能融合理念的根本。多能融合技術(shù)是指在能源資源加工利用過程中涉及的原料產(chǎn)品、反應(yīng)過程、工程過程、系統(tǒng)集成等多層次、多尺度范疇中充分利用各種能源自身的相對(duì)優(yōu)勢(shì)，對(duì)沖消除各類能源劣勢(shì)，實(shí)現(xiàn)能源與物質(zhì)的跨系統(tǒng)、能源系統(tǒng)內(nèi)跨類型的融合，達(dá)到提升能源資源綜合利用效率，緩解能源和原料（材料）供需矛盾，降低能源利用的環(huán)境影響等多目標(biāo)優(yōu)化要求的先進(jìn)技術(shù)。

基于多能融合理念，根據(jù)能源系統(tǒng)特征，筆者提出適合我國(guó)國(guó)情的多能融合技術(shù)“四主線、四平臺(tái)”體系（圖1）?！八闹骶€”是指：化石能源清潔高效利用與耦合替代（能源安全）、非化石能源多能互補(bǔ)與規(guī)模應(yīng)用（能源結(jié)構(gòu)）、工業(yè)低碳/零碳流程再造（工業(yè)變革）、數(shù)字化/智能化集成優(yōu)化（系統(tǒng)優(yōu)化）；“四平臺(tái)”是指：合成氣/甲醇平臺(tái)、儲(chǔ)能平臺(tái)、氫能平臺(tái)、二氧化碳平臺(tái)?！八闹骶€、四平臺(tái)”構(gòu)成多能融合技術(shù)體系的四梁八柱，有望為“雙碳”目標(biāo)下我國(guó)能源技術(shù)的系統(tǒng)研發(fā)提供引導(dǎo)。

多能融合技術(shù)的“四主線”

主線1：化石能源清潔高效利用與耦合替代

“雙碳”轉(zhuǎn)型應(yīng)以保障國(guó)家能源安全為底線，以高質(zhì)量發(fā)展為目標(biāo)，必須首先用好化石資源特別是煤炭資源，堅(jiān)持清潔高效利用道路，發(fā)揮好煤炭的“壓艙石”作用。2021年9月，習(xí)近平總書記考察榆林時(shí)指出：“煤化工產(chǎn)業(yè)潛力巨大、大有前途，要提高煤炭作為化工原料的綜合利用效能，促進(jìn)煤化工產(chǎn)業(yè)高端化、多元化、低碳化發(fā)展，把加強(qiáng)科技創(chuàng)新作為最緊迫任務(wù)，加快關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，積極發(fā)展煤基特種燃料、煤基生物可降解材料等”，這明確了現(xiàn)代煤化工發(fā)展的定位和方向。

煤炭清潔高效利用應(yīng)主要從煤炭清潔高效燃燒和煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化兩方面開展。①煤炭燃燒方面。我國(guó)燃煤發(fā)電的能效指標(biāo)、污染物排放指標(biāo)均已達(dá)到世界先進(jìn)水平，但工業(yè)領(lǐng)域煤炭清潔高效燃燒利用的科技支撐不足。持續(xù)推進(jìn)煤炭清潔高效發(fā)電和靈活高效發(fā)電，提高電力系統(tǒng)對(duì)清潔電力的接納能力、工業(yè)鍋爐（窯爐）高效燃燒和多污染物協(xié)同治理是煤炭燃燒技術(shù)發(fā)展的方向。②煤炭轉(zhuǎn)化方面。以現(xiàn)代煤化工為代表的轉(zhuǎn)化技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化均走在了世界前列，攻克了煤氣化、煤制油、煤制烯烴等一大批技術(shù)和工程難題；但是，仍面臨如何通過發(fā)展前瞻性和變革性技術(shù)，提高煤、水資源利用效率，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的高效率轉(zhuǎn)化利用，解決煤化工長(zhǎng)期以來面臨的高能耗、高水耗、高碳排放的難題。

現(xiàn)代煤化工的快速發(fā)展，使得煤經(jīng)合成氣/甲醇生產(chǎn)多種清潔燃料和基礎(chǔ)化工原料成為可能，這也給石油化工和煤化工耦合替代、協(xié)調(diào)發(fā)展帶來了新的機(jī)遇。采用創(chuàng)新技術(shù)大力發(fā)展現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)，既可以保障石化產(chǎn)業(yè)安全，促進(jìn)石化原料多元化，還可以形成煤化工與石油化工產(chǎn)業(yè)互補(bǔ)、協(xié)調(diào)發(fā)展的新格局，例如石腦油和甲醇反應(yīng)生產(chǎn)烯烴。石腦油是原油加工重要產(chǎn)品，甲醇是煤化工重要產(chǎn)品，二者都是烯烴生產(chǎn)的重要原料。在現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)下，石腦油制烯烴和甲醇制烯烴是完全不同的生產(chǎn)路線。但從生產(chǎn)過程來看，石腦油制烯烴是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，甲醇制烯烴是強(qiáng)放熱反應(yīng)，且反應(yīng)條件和催化劑類似，存在反應(yīng)過程耦合的可能。基于此原理，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所創(chuàng)造性地將石腦油原料和甲醇原料耦合起來制取烯烴，利用反應(yīng)過程中的吸熱-放熱平衡，提高了整個(gè)系統(tǒng)的能效和碳原子利用率。相比傳統(tǒng)技術(shù)路線，噸烯烴產(chǎn)品能耗降低1/3—1/2，石腦油利用率提高10%。

主線2：非化石能源多能互補(bǔ)與規(guī)模應(yīng)用

實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)必須逐漸穩(wěn)步改變我國(guó)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展可再生能源和安全先進(jìn)核能，實(shí)現(xiàn)非化石能源的多能互補(bǔ)和規(guī)模應(yīng)用?？稍偕茉吹母弑壤⒋笠?guī)模利用將會(huì)對(duì)現(xiàn)有能源體系產(chǎn)生巨大沖擊。風(fēng)能、太陽能等可再生能源存在與生俱來的能量密度低、波動(dòng)性強(qiáng)等問題，具有隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性等特點(diǎn)。近年來，風(fēng)、光發(fā)電并網(wǎng)消納問題日益突出。隨著風(fēng)、光能源更大規(guī)模發(fā)展，僅靠單項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步將難以完全解決風(fēng)、光發(fā)電并網(wǎng)消納問題，需從能源系統(tǒng)整體角度加以考慮。因此，可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用必須考慮多種能源的系統(tǒng)融合，以風(fēng)、光資源作為發(fā)電和供能的主力資源，以核電、水電和其他綜合互補(bǔ)的非化石能源為“穩(wěn)定電源”，以少量的火電作為應(yīng)急電源或者調(diào)節(jié)電源，通過可再生能源功率預(yù)測(cè)技術(shù)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制技術(shù)、電力系統(tǒng)靈活互動(dòng)技術(shù)等構(gòu)建新型電力系統(tǒng)管理和運(yùn)行體系。

儲(chǔ)能技術(shù)可有效平抑大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電接入電網(wǎng)帶來的波動(dòng)性，促進(jìn)電力系統(tǒng)運(yùn)行的電源和負(fù)荷的平衡，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和靈活性。

根據(jù)2021年國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、國(guó)家能源局《關(guān)于加快推動(dòng)新型儲(chǔ)能發(fā)展的指導(dǎo)意見》，2025年新型儲(chǔ)能技術(shù)的裝機(jī)規(guī)模達(dá)到3 000萬千瓦以上，2030年實(shí)現(xiàn)全面市場(chǎng)化發(fā)展。除電化學(xué)儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能外，氫能也是一種廣義上的儲(chǔ)能方式。利用可再生能源、高溫核能等制取的綠氫，可以實(shí)現(xiàn)電力的長(zhǎng)時(shí)期存儲(chǔ)，并推進(jìn)可再生能源向物質(zhì)的無碳轉(zhuǎn)化。氫作為能源的載體，可為能源的儲(chǔ)、運(yùn)、用等問題提出一系列新的解決方案。

主線3：工業(yè)低碳/零碳流程再造

工業(yè)部門是二氧化碳的排放大戶，2020年其二氧化碳排放占全國(guó)總排放量的68%，主要包括鋼鐵、建材、化工、有色等領(lǐng)域。要實(shí)現(xiàn)這些領(lǐng)域的“雙碳”目標(biāo)，就必須對(duì)現(xiàn)有的工業(yè)流程進(jìn)行低碳/零碳再造。①通過深度電氣化，利用非化石能源發(fā)電實(shí)現(xiàn)深度脫碳；② 對(duì)于難以電氣化的工業(yè)流程，需借助綠氫、合成氣/甲醇、二氧化碳等平臺(tái)，通過技術(shù)突破和行業(yè)間的協(xié)調(diào)、融合實(shí)現(xiàn)低碳零碳流程再造，促進(jìn)化石能源和二氧化碳的資源化利用，實(shí)現(xiàn)行業(yè)低碳零碳工藝革新。

案例1：綠氫與煤化工融合。煤氣化變換是煤化工行業(yè)產(chǎn)生二氧化碳的主要過程。如果在煤氣化過程中補(bǔ)入綠氫，可實(shí)現(xiàn)煤制烯烴過程的碳減排近70%；如果補(bǔ)入過量的綠氫，則可引入二氧化碳作為部分碳源，實(shí)現(xiàn)全過程的負(fù)碳排放。

案例2：鋼鐵與煤化工融合。鋼廠尾氣富含一氧化碳和氫氣，可作為化工生產(chǎn)的原料氣。如果利用鋼廠尾氣中含有的合成氣生產(chǎn)乙醇，初步估算，全國(guó)鋼廠25%剩余尾氣約可制1 000萬噸乙醇，減少二氧化碳排放近2 000萬噸。

案例3：綠氫與鋼鐵融合。以氫氣代替煤炭來還原鐵礦石（氫冶金），二氧化碳排放可降至傳統(tǒng)工藝的20%。

案例4：水泥和化工融合。水泥行業(yè)的排放主要是由于原料中碳酸鈣分解產(chǎn)生的過程排放（約60%），這部分“不得不排放”的二氧化碳無法通過燃料替代實(shí)現(xiàn)減排。但如果以氫為介質(zhì)與化工過程耦合，可將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇等化學(xué)品，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的資源化利用。此外，從多能融合的理念出發(fā)，在甲烷等氣氛下進(jìn)行熟料焙燒，可使碳酸鈣與甲烷反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣，再作為原料制備化學(xué)品，從而實(shí)現(xiàn)水泥的低碳、經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

主線4：數(shù)字化/智能化集成優(yōu)化

數(shù)字化、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，將與第四次能源革命、工業(yè)革命和科技革命相疊加，推動(dòng)社會(huì)的快速變革和發(fā)展。數(shù)字化/智能化能源系統(tǒng)的構(gòu)建，將云計(jì)算、人工智能、5 G通信等新一代數(shù)字化、智能化技術(shù)與現(xiàn)代能源體系的構(gòu)建相融合，加速推進(jìn)能量流、物質(zhì)流與信息流的融合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化，推動(dòng)以綠色、數(shù)字化、高質(zhì)量為核心的能源領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展。例如，以信息化、數(shù)字化構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，建設(shè)具備云資源儲(chǔ)存、大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)分析、高度智能化等能力的電力控制管理平臺(tái)，使電網(wǎng)可見、可知、可控，實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)行，提高電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性等。

推進(jìn)多能融合科技路徑實(shí)施的建議

進(jìn)一步加強(qiáng)研發(fā)與應(yīng)用的系統(tǒng)性布局。系統(tǒng)性布局是多能融合技術(shù)路徑的核心。在現(xiàn)有能源系統(tǒng)框架下，面向碳中和遠(yuǎn)景目標(biāo)，必須推進(jìn)跨領(lǐng)域綜合交叉，打破能源與其他行業(yè)、能源內(nèi)各分系統(tǒng)間相互獨(dú)立分割的局面，解決依靠單領(lǐng)域科技發(fā)展難以突破的跨系統(tǒng)問題。建議充分發(fā)揮舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)，統(tǒng)籌全國(guó)科技優(yōu)勢(shì)力量，基于多能融合理念框架，跨領(lǐng)域系統(tǒng)化部署支撐“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的研發(fā)系統(tǒng)，加速碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)所需的科技研發(fā)。對(duì)其中的顛覆性技術(shù)，應(yīng)探索建立適合顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的項(xiàng)目申報(bào)和管理機(jī)制，如建立科技創(chuàng)新容錯(cuò)免責(zé)機(jī)制、引入社會(huì)資本進(jìn)入機(jī)制等，促進(jìn)顛覆性技術(shù)突破和技術(shù)成果快速轉(zhuǎn)化。同時(shí)，科技成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的過程也是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及政策設(shè)計(jì)、科技攻關(guān)、產(chǎn)業(yè)承接和市場(chǎng)需求等環(huán)節(jié)，各個(gè)環(huán)節(jié)的有效銜接缺一不可。應(yīng)加強(qiáng)有利于多能融合科技成果轉(zhuǎn)化的生態(tài)建設(shè)，構(gòu)建政策鏈、科技鏈、產(chǎn)業(yè)鏈和資本鏈“四鏈”融合的科技成果轉(zhuǎn)化體系。

進(jìn)一步加強(qiáng)典型區(qū)域的示范帶動(dòng)。我國(guó)幅員遼闊，各地區(qū)資源環(huán)境稟賦和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r不同且極不均衡，難以用同一套技術(shù)方案解決所有地區(qū)的所有問題。因此，“雙碳”工作應(yīng)基于各地區(qū)資源環(huán)境稟賦、產(chǎn)業(yè)布局、發(fā)展階段等實(shí)際情況，結(jié)合區(qū)域重大戰(zhàn)略、區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略和主體功能區(qū)戰(zhàn)略，因地制宜推進(jìn)。建議從“全國(guó)一盤棋”的高度，統(tǒng)籌選取一批具有典型特征的區(qū)域，針對(duì)各典型區(qū)域的主要問題開展多能融合技術(shù)的集成示范，在驗(yàn)證一批關(guān)鍵核心技術(shù)的同時(shí)，為全國(guó)同類型區(qū)域提供可操作、可復(fù)制、可推廣的技術(shù)方案。并以點(diǎn)帶面，帶動(dòng)全國(guó)同類型區(qū)域綠色低碳發(fā)展。

進(jìn)一步加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)?？梢灶A(yù)見，在“雙碳”目標(biāo)的強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)在面向碳中和的能源和工業(yè)體系中將產(chǎn)生海量的多能融合新技術(shù)和相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。建議提早布局，進(jìn)一步加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，以此激勵(lì)不同創(chuàng)新主體、市場(chǎng)主體投入多能融合技術(shù)的研發(fā)、示范和推廣應(yīng)用。同時(shí)，進(jìn)一步完善知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的法律法規(guī)，并加大執(zhí)法力度，樹立典型，提高全社會(huì)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)重要性的認(rèn)識(shí)。此外，在科技成果轉(zhuǎn)化過程中，應(yīng)建立健全知識(shí)產(chǎn)權(quán)作價(jià)評(píng)估和知識(shí)產(chǎn)權(quán)確權(quán)分享體系，盤活知識(shí)產(chǎn)權(quán)價(jià)值，促進(jìn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)成為一種可估值、可定價(jià)和可流通的生產(chǎn)要素和資產(chǎn)。

進(jìn)一步加強(qiáng)“雙碳”相關(guān)人才培養(yǎng)。人才是創(chuàng)新的第一資源。由于“雙碳”問題的復(fù)雜性、技術(shù)的專業(yè)性等，需要跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的創(chuàng)新性復(fù)合型人才。面向“雙碳”新目標(biāo)，現(xiàn)有學(xué)科分類體系下的人才培養(yǎng)機(jī)制已然不能適應(yīng)，迫切需要以問題為導(dǎo)向，以任務(wù)帶學(xué)科，打破學(xué)科界限，完善“雙碳”教學(xué)體系，培養(yǎng)適應(yīng)“雙碳”要求的創(chuàng)新性復(fù)合人才。建議推動(dòng)“雙碳”相關(guān)學(xué)科與專業(yè)的融合，建立和完善“雙碳”教學(xué)體系，加快將“雙碳”理念和實(shí)踐融入人才培養(yǎng)體系。同時(shí)，深化科教融合，充分發(fā)揮“雙碳”領(lǐng)域科研項(xiàng)目、科研平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，大力培養(yǎng)高層次復(fù)合型創(chuàng)新人才，尤其是青年人才。

進(jìn)一步加強(qiáng)國(guó)際合作?！半p碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)是全球應(yīng)對(duì)氣候變化危機(jī)的共同追求。我國(guó)應(yīng)繼續(xù)積極參與全球環(huán)境治理、氣候治理，進(jìn)一步加強(qiáng)能源科技領(lǐng)域的國(guó)際交流與合作，為世界貢獻(xiàn)中國(guó)方案。在能源科技創(chuàng)新上，建議設(shè)立“碳中和國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃”，吸引國(guó)際智力參與能源科技研發(fā)；通過政策、資金支持，鼓勵(lì)國(guó)外能源領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)到國(guó)內(nèi)開展集中示范；進(jìn)一步促進(jìn)國(guó)際國(guó)內(nèi)科技領(lǐng)域的深度融合，促進(jìn)人才、智力、技術(shù)的雙向流動(dòng)，助力“雙碳”科技發(fā)展新格局的形成。

（作者：蔡睿 朱漢雄 李婉君 肖宇 劉中民，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所?！吨袊?guó)科學(xué)院院刊》供稿）