来源：邹才能,熊波,薛华庆,郑德温,葛稚新,王影,蒋璐阳,潘松圻,吴松涛.新能源在碳中和中的地位与作用[J].石油勘探与开发,,48(02):-.

摘要：

二氧化碳是全球碳循环的重要介质，具有实现生态系统有机物的转换和造成温室效应的双重属性。将大气圈中被固定或可利用的二氧化碳定义为“灰碳”；无法被固定或利用，并留存在大气圈中的二氧化碳定义为“黑碳”。碳中和是人类发展的共识，但在实施过程中面临着政治、资源、技术、市场、能源结构等诸多挑战。提出碳替代、碳减排、碳封存、碳循环是实现碳中和的4种主要途径，其中碳替代将是碳中和的中坚力量。新能源已经成为第3次能源转换的主角，未来将成为碳中和的主导。目前，太阳能、风能、水能、核能、氢能等是新能源的主力军，助力电力部门实现低碳排放；“绿氢”是新能源的后备军，助力工业与交通等领域进一步降低碳排放；人工碳转化技术是连接新能源与化石能源的桥梁，有效降低化石能源的碳排放。预测年中国碳达峰的峰值约*t。按照高、中、低3种情景预测年中国碳排放将分别降至22*，33*，44*t。针对中国实现碳中和提出7项实施建议。构建中国新的“三小一大”能源结构，推动实现中国能源“独立自主”战略。

一、碳中和的进展与做法

截至年1月，根据英国能源与气候智库（EnergyClimateIntelligenceUnit）统计显示，全球已有28个国家实现或承诺碳中和目标（见表1）。其中，苏里南共和国和不丹已经实现碳中和。

表1各国家及地区承诺实现碳中和时间表

主要国家和地区碳中和的做法有如下几点：①逐步退出煤发电计划。②加快太阳能、风能、氢能等新能源产业应用与推广。③发展碳封存与碳转化技术。④出台碳定价机制，增加碳排放成本。

二、碳中和面临的主要挑战与对策

1、全球碳排放现状据

国际能源署（IEA）统计，年全球与能源相关的二氧化碳排放量与年持平（为*t），前5名碳排放量国家分别为中国、美国、印度、俄罗斯、日本，亚洲的碳排放主要来自中国、印度和日本，美洲的碳排放主要来自美国、加拿大和巴西，欧洲的碳排放主要来自俄罗斯、德国和英国，非洲的碳排放主要来自南非、埃及和阿尔及利亚，大洋洲的碳排放主要来自澳大利亚。

化石燃料消费是二氧化碳排放增加的主要来源。年以来，煤炭消费一直是二氧化碳排放的第1大来源。

图—年全球能源相关主要大洲（a）及主要国家（b）二氧化碳排放量统计

2、碳中和面临的主要问题

政治层面上，实现碳中和是全球性目标，需要世界各国合作应对，联合国常任理事国应率先在碳中和目标上做出表率，但是美国和俄罗斯两个常任理事国尚未承诺实现碳中和。

资源层面上，新能源替代化石燃料是实现碳中和的根本措施。全球太阳能、风能等新能源分布存在时空差异性，为新能源规模发展带来挑战。

技术层面上，新能源技术成熟度决定了碳中和进程的快慢。

市场层面上，碳中和进程中，新能源的推广与应用取决于成本优势和应用便利程度。

能源结构层面上，全球能源消费结构仍然以化石能源为主，新能源占比偏低。

3、实现碳中和的对策

减少碳排放，实现碳中和的对策可以分为碳替代、碳减排、碳封存、碳循环4种主要途径。依据技术成熟度或与常规化石能源价格的竞争性，预测—年全球碳中和目标下二氧化碳减排趋势（见图3）。—年，二氧化碳减排速度相对较慢，主要原因是新能源的价格优势尚未显现，未能实现大规模应用，且碳封存技术尚未成熟。—年，随着相关技术的成熟，新能源成本可与化石能源竞争，新能源项目快速推广落地，二氧化碳排放大幅度下降。碳封存技术达到推广应用要求，为碳中和做出主要贡献。总体看，碳替代将成为碳中和进程中的中坚力量，预测到年，贡献率占全球碳中和的47%，碳减排、碳封存和碳循环贡献率分别占21%、15%和17%。

图3—年4种途径对全球碳中和的贡献

三、新能源在碳中和进程中的重要地位

1、新能源是第3次能源转换的主角，碳中和的主导

年以来，全球能源变得更加清洁，除生物质能外的新能源呈现加速发展态势。

图4—年全球能源结构变化趋势图

从能源生产和消费结构看，世界能源已形成煤、油、气、新能源“四分天下”的格局。研究预测，到年将是新能源的转折年，多种新能源成本下降至可与化石能源竞争，能源去碳化趋势持续加强。预计年石油需求增速放缓，到年石油需求进入平台期，天然气由于其低碳属性，或将成为唯一有望保持增长的化石能源。预计年后，新能源成本基本低于化石能源。预计—年，世界一次能源消费总量将维持在较为平稳的水平。到年，世界一次能源消费量基本与年持平，其中煤炭占4%、石油占14%、天然气占22%、新能源占60%，世界能源消费结构发生根本性变化，新能源将超过煤炭、石油、天然气，成为主体能源。

图5—年全球能源结构变化趋势

2、新能源在碳中和进程中的作用

太阳能、风能、水能、核能、氢能等是新能源的主力军，助力电力部门实现低碳排放。年以来，新能源平均发电成本已实现低于燃气发电成本，但总体水平较煤发电仍高出16%。预计到年左右，大部分新建光伏发电、风电项目平均投资水平将低于新建煤发电厂，几乎所有亚太市场可实现光伏、风能发电成本低于煤发电。预计到年，新能源发电可满足全球电力需求的80%，其中光伏发电和风力发电量累计占总发电量的一半以上。

“绿氢”是新能源的后备军，助力工业与交通等领域进一步降低碳排放。电价占电解水制氢成本的60%～70%，随着电价大幅度下降，“绿氢”成本将快速下降。到年左右，“绿氢”有望比化石燃料制氢更具成本优势。到年，全球氢能占终端能源消费比重有望达到18%，“绿氢”技术完全成熟，大规模用于难以通过电气化实现零排放的领域，主要包括钢铁、炼油、合成氨等工业用氢，以及重卡、船舶等长距离交通运输领域。

人工碳转化技术是连接新能源与化石能源的桥梁，有效降低化石能源碳排放，将过剩电量转化为化工产品或燃料进行储存，对新能源电网起到削峰填谷作用。电转气是人工碳转化的主要形式，可以将二氧化碳重整制甲烷，被视为是欧洲实现能源转型的关键。预计到年，欧盟工业部门10%～65%的能源消耗来自电转气，供热行业和交通运输行业30%～65%的能源来自于电转气。

四、中国碳中和实施路径

与其他国家相比，中国在实现碳中和道路上将面临碳排放量大、能源消费以化石能源为主、碳达峰到碳中和缓冲时间短等诸多挑战。途径如下：

（1）推进煤炭高效清洁化利用

（2）加快清洁用能替代

（3）提升天然气在低碳转型中桥梁作用

（4）大力发展“绿氢”工业及其产业链

（5）加大二氧化碳埋藏及封存应用与推广

（6）发展碳转化及森林碳汇

（7）建立市场机制控制碳排放

在实现碳中和的道路上，中国需要在电力、工业、建筑、农业等领域共同努力，减少“黑碳”的排放量和发挥“灰碳”的可利用性（见表2）。

表2中国实现“碳中和”路径主要途径与技术成熟度

碳中和进程加速了全球能源从化石能源向新能源转型，新能源已成为第3次能源转换主角，未来将在碳中和发挥主导作用。预计年是新能源发展的转折年，新能源成本下降至可与化石能源相竞争；—年新能源将大规模推广应用，碳排放下降趋势加快。年全球大部分地区和国家将实现碳中和，新能源走上能源舞台中央成为主体能源。预计到年以前，能源消费结构由现阶段的“四分天下”转变为“一大三小”新格局（“一大”为新能源，“三小”为煤炭、石油、天然气）。未来中国也将逐步向世界能源消费结构新趋势靠拢发展，实现从现阶段“一大三小”（“一大”为煤炭，“三小”为石油、天然气、新能源）向“三小一大”（“三小”为煤炭、石油、天然气，“一大”为新能源）跨越。加快氢能、新材料储能、可控核聚变等颠覆性技术攻关及工业化，以新能源为主实现中国“能源独立”战略，为宜居地球、绿色地球作出贡献。本文观点是目前阶段性认识，未来不同时期，随着科技与世界格局变化，碳中和的认识将不断革新和发展。