“雙碳”目標下需重視的十大技術方向

如期實現“雙碳”目標離不開重大技術突破和科技創新支撐，其中關鍵性的技術方向可分為三個層次。首先是電氣化技術，電氣化是終端能源消費的重要方向，也是實現“雙碳”目標的基礎條件，智能電網、儲能、核能、動力電池技術等都是有助于推動提升電氣化水平的技術。其次是在無法電氣化的領域通過新型燃料替代實現深度脫碳，包括在航運、工業和供暖等領域難以脫碳環節實現對化石能源的替代。再次是通過節能提效或負碳技術等，實現成效顯著的降碳。以上三個層次的技術方向是確保“雙碳”目標高效實現的重要支撐，在“十四五”及今后一個時期需給予高度重視和重點支持。

01適應高比例可再生能源并網的智能電網技術

電力行業的減碳脫碳是我國“雙碳”目標實現的基礎。電力行業減碳脫碳的路徑是大幅提升風光等可再生能源發電裝機容量和發電量占比。由于可再生能源發電的間歇性、波動性特征，大規模、高比例接入電網將給電力供應穩定性帶來挑戰。電網作為電力資源優化配置的平臺，不同時間尺度電力供需平衡調度難度將大幅提升，對電網高效穩定安全技術方面提出更高要求。為實現大規模、高比例可再生能源并網，需加強遠距離、大容量直流輸電與電網柔性互聯技術，以及電網穩定運行控制技術研發，加快柔性直流輸配電、新型電力系統仿真和調度運行等技術的研發應用。同時，需加強需求側響應與虛擬電廠技術，通過發揮需求側作用，提升電力系統整體靈活性。

02長周期大容量的儲能技術

隨著可再生能源并網比例持續提高，需要配置大規模儲能以保障電力系統安全穩定。當前以電化學儲能為主的儲能方式更適用于平抑短時的電力波動，未來隨著非水可再生能源發電占比提升，需要平抑數日、數周乃至季節性的電量波動，必采用長時間、大容量的儲能技術，以實現更廣時間和空間范圍內的能量轉移。從儲能技術看，可實現這一儲能要求的儲能方式較少。從國際趨勢與國內技術示范看，固態鋰離子儲能電池技術、壓縮空氣儲能、液流電池、氫儲能等都將是大規模儲能的主要技術方向，應鼓勵開展不同儲能技術路線探索，加強技術儲備，開展源網荷側多類型儲能技術示范應用。

03安全高效的核能技術

推動我國能源綠色低碳轉型，需要多種能源品種的相互配合，核電是其中的重要選項。特別是可再生能源發電占比不斷提升將給電力系統的安全穩定帶來沖擊，核電作為出力穩定、清潔無碳的電源，其在電源結構中的重要作用仍難以替代。我國須堅持在安全的前提下有序發展核能，確保持續支持先進核能技術研發，特別是先進和創新型反應堆和燃料設計技術，關注并探索具備成本低、靈活性強等特點的小型模塊化核反應堆技術等，更好發揮我國核能技術優勢，使核能成為助力能源轉型的重要選擇之一。

04推動道路交通降碳的先進電池技術

經過多年發展，我國新能源汽車技術路徑已較為清晰，鋰電池電動汽車技術水平有較大提升，成為道路交通領域降碳的重要保障。目前制約電動汽車發展的主要障礙是續航里程和安全性問題，相對目前的液態鋰電池技術來說，固態鋰電池安全性更高、能量密度更高，對于電池正極材料的選擇范圍更廣，可大幅提高電動汽車安全性和續航里程。固態鋰電池技術是支撐電動汽車大規模替代燃料油車的關鍵技術，是動力電池技術的重要方向。與鋰電池相比，氫燃料電池在能源密度、系統容量、加注時間、耐低溫方面都有明顯優勢，可在中重型車輛中應用。從目前看，固態鋰電池技術、氫燃料電池技術將是支撐道路交通領域碳達峰、碳中和的關鍵技術。

05實現船用燃料替代的關鍵技術

我國水路運輸僅次于道路運輸，占交通領域碳排放的8%左右。船用燃料油屬于重質燃油，相對車用燃料油品質量更低，燃料替代壓力更大。未來進一步提升船用燃料油的品質、尋找替代燃料以及提升供能效率將是航運業低碳發展的重要方向。液化天然氣（LNG）是船用燃料由高碳到低碳替代的重要選擇，需通過船用重型燃氣輪機技術，特別是回熱機組和中冷機組兩大核心部件功能提升，大幅提高熱效率和輸出功率，實現燃料替代，降低碳排放。未來燃氫燃氣輪機、船用氫燃料電池也是重要技術方向。從燃料替代看，生物燃料、合成燃料、氨等低碳燃料均有機會實現對船用燃料油的替代。

06實現工業深度脫碳的原料替代技術

工業領域是國際上公認的實現碳中和難度最大的領域。在工業生產中，化石能源被作為原料大量使用，特別是在鋼鐵、水泥、化工等碳排放大戶中，對化石能源類原料的替代技術是實現深度脫碳的主要技術方向。鋼鐵行業需實現利用氫氣或生物能代替焦炭作為高爐煉鋼還原劑的技術突破，以減少乃至完全避免鋼鐵生產中的碳排放。水泥行業需尋找石灰石作為原料的替代品和相關技術。化工行業中，合成氨、石油化工加氫裂解工藝中，通過可再生能源電解水制氫技術替代化石能源制氫，是這些用氫工藝脫碳的重要技術需求。

07工業高品位熱源替代技術

工業生產中超過三分之一的碳排放來自以化石能源作為燃料提供的熱源。據國際能源署統計，目前全球提供高品位熱源的仍是化石能源為主，約65%來自煤炭，20%來自天然氣，10%來自石油。在鋼鐵、水泥、化工品等產品生產過程中，需要溫度在400攝氏度以上的高品位熱源，電氣化手段只能實現對于中低品位熱能的替代，無法提供高品位熱源，而且電氣化改造意味著需重新調整窯爐設計，可能對生產工藝產生較大影響。在“雙碳”目標要求下，對高品位熱源的低碳替代將有較大需求，也是工業領域降碳的重要方面。目前看來，氫能和生物質能作為高品位熱源已具有技術可行性，主要的障礙仍是成本過高。

08低碳高效、因地制宜的供暖技術

近年來，我國持續推進冬季清潔供暖工作，探索選擇科學合理的供暖技術路線的要求十分迫切。在我國北方農村地區，適宜將生物質能作為供暖能源的主要選擇。國際上最大的可再生能源熱源就是生物質，我國利用生物質能供暖的技術和資源條件都已具備，需進一步完善提升相關技術水平，特別是加大大型高效低排放生物質鍋爐、工業化厭氧發酵等重大技術攻關力度，探索新型生物質能加工工藝，提高生物質能利用率。同時，應高度重視低品位熱源的利用空間，加大對工業余熱高效回收利用、基于低品位余熱利用的大溫差長輸供熱等技術的攻關。南方地區冬季取暖將是新增能源消費的重要來源之一，可探索氫燃料電池熱電聯供技術的試點應用，作為城市分布式供暖方式的選擇之一。

09系統性節能提高能效技術

節能和提高能效是實現“雙碳”目標最低成本的路徑。IEA報告分析，如要實現把全球溫升控制在2攝氏度以內的目標，到2050年前節能提高能效對全球碳減排的貢獻率為37%，而發展可再生能源貢獻率為32%。我國節能提高能效空間巨大，應加大基于信息技術的全局優化系統節能技術創新，特別是能源梯級利用技術、工業通用系統節能技術以及智能建筑管理系統技術等。同時，需重視新型業態高能耗問題，高能效比的存算一體芯片技術將是提升大數據中心等新興服務領域能效水平的關鍵技術。

10 CCUS等負排放技術

碳捕集、利用與封存技術（CCUS）等負排放技術是實現碳中和的必備技術之一。聯合國政府間氣候變化專門委員會發布的《IPCC全球升溫1.5攝氏度特別報告》提出將全球升溫幅度控制在1.5攝氏度的四種情景，其中三種情景都需要大規模運用CCUS技術。未來重要的技術方向包括生物質能碳捕集與封存（BECCS）、直接空氣捕集（DAC）、二氧化碳有效利用以及太陽輻射管理等地球工程技術。