［提要］　“双碳”战略是我国一个重大战略决策，直接关系到中华民族和全人类的永续发展。“双碳”目标的实现需要各行各业配合协同，不断创新，围绕“能源”进行一场全方位的系统性变革。本文在“双碳”目标解析基础上，从能源生产、能源存储与配置、能源应用的“碳减排”环节和生态碳汇与CCUS应用的“碳移除”环节分析我国以“低峰值”“早中和”实现“双碳”目标的创新发展路径，为相关行业战略制定提供借鉴和参考。

关键词：“双碳”战略；碳达峰；碳中和；创新路径

基金项目：教育部人文社科基金项目（项目编号：20YJCZH066）；北京市教委青年拔尖人才培育计划项目（项目编号：1759-009）；北方工业大学毓优人才培养计划项目（项目编号：XN085）阶段性成果

中图分类号：F124.3；X22 文献标识码：A

收录日期：2022年11月1日

引言

环境的污染、自然灾害的频发、温室气体形成的全球变暖现象，让人们开始意识到人类赖以生存的环境已面临史无前例的危险。基于学者已有研究展现出的人类活动与自然之间的矛盾，越来越多的国家开始反思旧有的发展模式，并在联合国环境与发展大会上先后提出并签署了《联合国气候变化框架公约》《京都议定书》和《巴黎协定》。这些协议书的出台为2020年后各国在世界气候政策领域建立共识、构建方案奠定了基础，深刻影响世界经济和社会的发展。

尽管我国地大物博，但拥有的资源却并不富裕，人均资源与世界平均水平相差甚远，若干战略矿产资源高度依赖进口，因此必须摆脱改革开放早期的粗放型发展方式和生产结构与技术水平偏低的情况，降低单位GDP能耗。目前，我国二氧化碳的总排放量大约占世界总碳排放量的29%，居于首位；平均碳排放量水平较全球高出约65%。为此，我国领导人和相关专家在保增长的同时，早已开始关注生态文明建设和温室气体排放问题。在2020年第七十五届联合国大会上，习近平向世界宣布，我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。“双碳”目标已经成为我国的国家战略和方向性指引。

但是，“双碳”目标的实现绝非易事，需要全体上下齐心协力，以全局性战略思维，从技术创新到产品创新到创新应用形成一条系统化的发展路径，推动各行各业形成齿轮效应。在这一过程中，必须处理好发展和减排的关系，确保发展中能源需求的同时，促进能源系统绿色转型，为此需要在战略层面理清思路。

一、“双碳”战略的内涵

“双碳”战略制定的目标是2030年前，我国二氧化碳的排放量达到峰值，随后开始下降；2060年前，能够通过二氧化碳的移除，包括碳汇和负碳技术，将排放的二氧化碳抵消，从而达到净零排放，实现碳中和。这一目标的提出，不仅是我国向世界的一个宣誓，更是我国经济发展的阶段性需求。首先，新能源开发对我国是十分必要的。2020年底，我国原油需求依赖进口的比例达到73%，天然气达到40%以上，从能源保障的角度出发，必须进行新能源的开发。其次，“碳减排”这一着力点能够激发行业和企业对“碳效率”的追求，促进我国制造业的结构性变革，加快新兴产业的布局和发展。再次，我国的国际化和对外贸易的发展要求我国必须早日实现“双碳”目标，以免受到因“碳减排”不到位产生的“碳关税”带来的贸易摩擦问题的影响。最后，我国在新能源方面已经确立相当的优势，在一定程度上能够支持“双碳”目标的实现。譬如，我国在风电、光伏发电、水力发电、可再生能源、生物质发电等方面均稳居世界首位。其中，风力发电的产业链已经相当完整，且有7家风电整机制造企业处于全球前十位；光伏产业也同样居于世界领先地位，多晶硅、硅片、电池片和组件分别占世界总量的76%、96%、83%和76%；水电具备百万千瓦级的水轮机组自主设计制造能力，特高坝和大型地下洞室设计施工能力也世界领先。

但是，我国碳减排仍将经历一段艰苦的历程。由于发展阶段的不同，发达国家基本上已经经过“碳达峰”期，基于他们的经验，从“碳达峰”到“碳中和”大约需要经历50～70年的时间，只要保持原有的减排斜率，2050年能够较平稳地达到“碳中和”目标。但我国从“碳达峰”到“碳中和”的目标实现期仅仅30年，对碳排放下降斜率的要求非常大，也就意味着相关的技术创新水平及其应用要更高更快。鉴于2030年和2060年都是我们期望的保守期限，因此还要力争碳的低达峰，以免峰值越高造成后期碳中和难度越大。

为了让我国能够尽早、尽快地实现碳达峰，需要从两个方向着手进行全方位的布局：一是实现碳减排，主要是优化产业结构，通过节约、提升效率等方式来减少燃料消费的规模；同时，利用新能源，减少燃料的碳强度，达到资源的洁净化和电气化。二是实现碳移除，主要通过生态碳汇和人为技术的碳捕集方式实现碳收集、封存和负排放。

二、基于“碳减排”的创新发展路径

从我国碳排放的结构来看，电力行业和工业所占比重最高，在35%～40%之间，建筑行业和交通行业分别占10%左右。其中，电力行业涉及到能源生产和能源的存储与传输；工业、建筑行业和交通行业涉及到能源的应用，因此需要从能源系统转型角度来剖析实现“碳减排”的创新发展路径。

（一）能源生产领域的创新路径。在“双碳”战略指引下，能源生产领域未来的重心是转向生产清洁能源，构建新型能源体系和相应的新型电力系统，主要涉及到原料选择和生产过程优化，以清洁、低碳、安全、高效实现能源生产零碳化。

在原材料方面，使用氢能、风电、太阳能、地热能等低碳可再生能源替代其他能源，以达到控制化石能源总量的核心目标。基于研究者测算，我国化石能源总量达峰的时间在2028年左右；煤炭消费总量2013年后稳定在28亿吨左右，2025年电煤达峰后开始下降；石油消费总量在2030年达峰，峰值约7.4亿吨，之后逐渐下降；天然气消费总量在2035年前后达峰，约5，000亿立方米。为了实现“双碳”目标，2030年前，我国清洁能源比重每年需提高1.3个百分点，从目前15.3%提高到31%。2030～2050年是清洁能源发展增速最快的阶段，清洁能源比重需要每年提高2.2个百分点，使其在2040年前成为主导能源，到2050年占比达到75%。2050～2060年清洁能源发展仍需保持较高水平，占比每年提高1.5个百分点。2060年实现90%的能源需求由清洁能源满足，实现能源生产体系全面转型。

随着经济的发展，我国电力需求还将快速增长，预计到2060年我国发电量将增加130%，其在终端能源需求中的占比将翻一番，达到50%以上。因此，需要加快推动可再生能源取代化石燃料的过程。同时，我国电力部门要在2055年成为第一个实现净零排放的部门，并在2060年达到轻微负排放。其中，涉及到多种减排措施，这些减排措施对2060年减排的贡献，电网约占1%、风能占25%、太阳能占44%、核能占8%、生物能源占5%、其他燃料转换占11%、CCUS（人工碳捕获、利用和封存技术）占7%。根据IEA（国际能源署）发布的《中国能源体系碳中和路线图》（下称《路线图》）可知，可再生能源的主要组成部分为风能与太阳能光伏，在2060年二者的发电量将增加7倍，占发电总量的80%，随之煤电的份额将从大于60%下降到5%。

（二）能源储存与配置领域的创新路径。电力系统脱碳路径中，对电力系统的灵活性要求非常高，目前几乎所有对峰值负荷的灵活性需求都由化石燃料和水力发电满足。风电与光伏作为清洁能源的主力，波动性较强，必须依赖储能才能实现效率发电。目前的储能技术中，抽水蓄能是主力，未来稳定发展，但受地理条件限制大；储热和储冷技术具有很大的应用潜力，可实现光伏和风力发电储能，应用于电网储能调峰电站；电化学储能中，我国钠原料较为丰富，价格低，安全性好，钠电池研发具有非常好的发展前景。此外，氢气储运技术和各种长时间储能技术也是研发的重要方向。

电力系统脱碳还需要优化电网的能源配置能力，实现能源互联互通和智能化控制。首先，需要按照广域配置、统筹兼顾的原则，在我国内部加快建设以特高压为骨干网架的东部、西部同步电网；在国外加强与周边国家的合作，实现电网间多能互补、跨国互联。其次，需要构建中国电-碳交易市场，促进电力市场与碳市场的整体融合，逐步形成完整的电-碳市场管理体系，打造全国零碳能源优化配置平台，以扩大清洁能源的开发规模，并提高消纳效率。

电网优化配置中，能源互联技术和分布式能源配置技术尤为重要。根据信息互联网原则，现代能源生态系统将能源网分为能源层、网络层和应用层。在能源层需要创新开发发电技术、输配电及储能技术和用电技术；网络层需要创新开发无线或有线网络技术、智能控制器技术、各类传感器技术和计量仪表技术等；应用层需要实现基于大数据、云计算、移动互联的人机交互系统，综合利用区块链、人工智能、大数据以及物联网等技术，对各类能量流进行智能调控以达平衡，做到能源循环利用，实现精细化管理能耗，形成“能源即服务”的分布式园区智慧能源管理解决方案。

（三）能源应用领域的创新路径。能源应用领域属于能源系统的终端环节，对应的减排成效具有成本低、收益大、成效显著等特点。其减排的主要路径是通过加快清洁电力能源的应用，以电气化促进全社会脱碳，主要涉及工业、建筑、交通等重要的能耗部门。

工业部门的碳排放仅次于能源，是“双碳”战略实现的关键。根据《路线图》，到2060年我国工业碳排放需要下降近95%，其中靠各种减排技术使碳排放量降低90%，剩余将被电力和燃料转化行业的负排放抵消。在工业领域，化工、钢铁、水泥是重要的碳排放行业。长远来看，化工碳减主要依赖于CCUS、电解制氢等创新技术，到2060年，采用这两种技术生产的初级化学品将占初级化学品的85%。钢铁行业的碳减，一方面来自废钢供应量和以废钢为原料的电炉炼钢产量的增加；另一方面来自材料效率和能源效率的提升。水泥行业排放强度的关键是化石燃料和熟料的使用，节能降耗及CCUS等创新技术部署是水泥行业减排的最大动力，到2060年约有85%的熟料生产设备将配备CCUS。

建筑领域涉及百姓日常生活起居，提升节能标准，使人们形成良好的节能习惯是减排的关键所在。按照战略部署，将通过三个阶段来实现建筑减排。2021～2035年为第一阶段，这一阶段内完善家电能效标准，不断提高建筑节能设计标准，大规模翻新老旧建筑，加强对分布式光伏发电和高效生物质利用技术的应用，提升其在农村建筑中的占比。在采暖环节中推广热泵、氢能采暖等技术设备，使2030年供暖领域的电气化率达到20%以上。2036～2050年为第二阶段，将以生物质、不产生碳排放的工业余热以及太阳能热等替代建筑部门的电力需求，继续提高建筑部门电气化率。2050年则整体提升系统与设备效率，推广电炊事技术，使用电热水器等，全面降低能源消耗。2051～2060年为深度脱碳的第三阶段，将电力的脱碳和CCUS、BECCS（生物能源与碳捕获和储存技术）等负排放技术应用于建筑领域。

交通行业要加速形成绿色低碳的运输方式，也将通过三个阶段来实现。第一阶段，在2020～2030年间碳达峰，并控制峰值。这一时期要加快交通用油结构优化，使燃油等传统能源改造升级和氢能等新能源开发利用齐头并进。第二阶段，在2030～2050年间通过优化交通体系，继续提升用能效率，保持稳定脱碳。预计2035年传统燃油车不再使用，电动和氢动力车将占50%以上，低耗油车会少量运用。2050～2060年为第三阶段的全面中和期，我国交通运输部门的能源需求将在经过上述阶段转型后实现完全重塑。在公路运输方面，加快电动汽车、氢燃料电池汽车的发展，力争到2060年，电动汽车替代率超过90%，保有量约3.9亿辆；在铁路运输方面，还需要加快高速电气化铁路建设和改造；同时，电动飞机等技术的发展也不容忽视。

综上，“碳减排”需要在各个领域积极部署低碳前沿技术研发，推动绿色技术和减污降碳科技的尽快突破与运用；同时，需要从管理层面形成和完善绿色低碳科技评价、交易制度和技术服务平台等。

三、基于“碳移除”的创新发展路径

“碳中和”目标的实现仅靠碳减排是做不到的，必须有针对排放碳的“碳移除”工作来加以处理，实现碳汇和碳的负排放。具体实现路径主要有两个方面：一是生态碳汇技术；二是人工碳捕获、利用和封存（CCUS）技术。

（一）生态碳汇的创新路径。生态碳汇是目前可实现固碳和负碳的主要方法。要提升生态碳汇能力，需要强化国土规划和用途管控，有效发挥森林、草原、湿地、海洋、土壤、冻土的固碳作用，提升生态系统碳汇增量。目前，生态碳汇以陆地碳汇为主，包括森林生态系统、草地生态系统、湿地生态系统、农田生态系统等，其中人工造林是最重要的手段。与此同时，海洋固碳技术也在进一步发展和应用。

在森林碳汇方面，林业部门将重点实施四个方面的工作，一是“保碳”，即通过保护现有森林生态系统，减少毁林和森林退化带来的碳排放；二是“扩碳”，通过人工造林、农林复合系统、国土绿化等方面来予以实现；三是“增碳”，通过再造林、退化林改造、森林管理，使森林得到更新、恢复和恰当经营，通过混交树种、引入固氮树种、加强大径材的培育、延长轮伐期等，实现增碳效果；四是利用生物能源林、木质林产品、生物质能源等，实现碳资源化利用。

海洋碳汇方面，碳汇技术包括海洋施肥、海洋碱性技术和人工上升流能量泵技术等。其中，施肥技术通过向海洋投放相应物质以增加生物活力；碱性技术是指利用化学反应增加海洋的碱性，使海洋从大气中吸收更多的碳。研究表明，深度超过300米的海水具有高浓度的溶解硝酸盐、磷酸盐和铁等微量矿物质，当深层海水在阳光下混合时，会生长出浮游植物，它们可以吸收二氧化碳并产生氧气，在其死亡后，它们的尸体会牢牢锁住二氧化碳，并将其永远沉在深海的海底当中，从而增加海洋固碳，促进海洋碳汇。海洋人工上升流能量泵技术利用能力泵，人为地从500米深海将富含营养物质的海水提升至阳光能够照射的浅海表面，加速浅海区域浮游生物的生长，进一步提升海洋固碳能力。

（二）CCUS技术应用创新路径。目前，CCUS技术作为新兴技术受到了学界及社会的高度重视。CCUS是一种将二氧化碳从排放源中分离出或直接加以利用或封存，以实现二氧化碳减排的工业过程。因其有望实现化石能源的大规模低碳利用，所以成为减少二氧化碳排放、保障能源安全和实现可持续发展的一种重要手段。

IEA于2019年发表《通过CCUS改造工业》一文，对2060年各部门在清洁技术的情景下CCUS累计量进行了预测，数量级均在百亿吨，该技术还将实现38%的化工行业减排、15%的水泥和钢铁行业减排。由此可见，CCUS值得世界范围内各级政府、组织、企业为其提供支持。根据我国2019年统计报告显示，我国已开展9个纯捕集示范项目、12个地质利用与封存项目，其中半数为全流程示范项目，此外还进行了数十个化工、生物利用项目。

CCUS技术目前常见的有BECCS技术（生物能源和碳捕获与封存）及DACCS技术（直接空气碳捕集和封存）。前者通过植物将空气中的二氧化碳吸收，同时捕获并贮存生物质能源燃烧产生的二氧化碳，可应用于发电、供热、制气、制油、制生物质炭等多个方面。其中，生物质主要包括木质素、农林废弃物、畜禽粪便、生活垃圾等，将生物质转化成的生物炭可用于土壤改良。后者与其他在发电或加热过程中捕获二氧化碳排放的除碳技术不同，它可以部署在世界上任何有电力供应的地方，可将其理解为工业光合作用。DACCS系统借鉴光合作用的思想，使用化学剂捕获二氧化碳形成化合物。具体过程为：通过电力风扇将空气吸入系统，利用化学溶液去除二氧化碳并将脱碳的空气返还，被分离的二氧化碳在覆盖有化学剂的过滤器表面形成化合物，然后通过加热该化合物释放二氧化碳使其与化学剂分离，最终被回收。被捕获的二氧化碳通常有两种处理方式：第一种为“封存”，由于二氧化碳可与玄武岩发生反应，自然矿化后，几年内变成石头，因此可利用这一原理在高压下压缩二氧化碳，并通过管道泵输送到深层地质层进行永久存储；第二种为商业应用，可在低压下泵送二氧化碳，作为碳化饮料或水泥等产品的原材料。DACCS虽然成本较高，但对于最终实现低碳可能是最有效的方式。

四、结论与展望

本文在“双碳”目标解析的基础上，从能源生产、能源存储与配置、能源应用的“碳减排”环节和生态碳汇与CCUS的“碳移除”环节分析我国以“低峰值” “早中和”实现“双碳”目标的创新发展路径。即：建立以清洁能源为核心的新型电力生产体系；以储能和智能电网技术实现电能灵活优化的配置；以创新减排技术的应用带动各行各业的升级改造；以开拓陆地碳汇和海洋碳汇技术提升生态碳汇能力；以降低CCUS技术成本和推广CCUS技术应用实现碳移除和负碳目标。

“双碳”目标的实现需要全社会各方通力配合，其推进过程也需要符合我国发展的实际国情，因此正如习近平所说，“双碳”的实现，需要加强国际合作，处理好整体和局部的关系，充分考虑各区域的客观现实，将长期目标和短期目标相结合，把握好降碳的节奏和力度，建立健全“双碳”工作的激励约束机制，循序渐进，持续发力。在“双碳”目标实现的过程中，要着重培育战略性新兴产业，优化传统高耗能产业，加速优化产业结构。为此，相关的支持和引导政策研究以及企业的联动机制构建是值得进一步探讨的课题。

（作者单位：北方工业大学经济管理学院）

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