“碳中和”目标下的关键节点——2035美丽中国低碳发展路径研究专栏

    在中国2030年前碳达峰、2060年前碳中和(简称“双碳”)背景下,2035美丽中国目标是中国达成2060年前碳中和目标的关键时间节点。美丽中国目标为生态文明建设和生态环境保护指明了前进方向、提供了根本遵循。体现了中国在改善国内生态环境、推动生态文明建设以及构建人类命运共同体方面的大国责任和担当。从减排和低碳发展的角度来看,2035美丽中国这个关键时间节点,不但承接了2030前碳达峰、2030可持续发展目标,还面向2050低排放发展战略目标,以及2060前碳中和目标。如何将美丽中国目标更好地协同到碳中和的长期目标中,实现碳中和目标和2035美丽中国目标的有效衔接,对中国的中长期发展至关重要,同时也面临着巨大的挑战和不确定性。为此,中国能源模型论坛(CEMF)联合国内外相关机构和专家就2035美丽中国与2060前碳中和目标展开了探讨和研究。
    本专栏由陈文会、江亿、王彦哲、闫书琪等围绕“碳中和”目标下的关键节点——2035美丽中国低碳发展路径研究主题,分别探讨了我国燃煤电厂CCUS集群部署优化、面向屋顶光伏的我国农村新型能源系统转型、氢能及相关产业在我国未来的发展路径,以及国内特定区域的电力生产水足迹推演分析。从不同角度展开,在能源系统层面,燃煤电厂的CCUS集群化是我国实现煤炭资源可持续利用,保障电力系统安全稳定发展的重要技术选项之一;在城乡差别层面,屋顶光伏的推广是农村清洁能源利用的重要措施;在技术层面,氢能是未来碳中和重要的颠覆性技术;综合来看,水资源的利用与能源系统发展和转型又是强相关关系。受我们认知能力和篇幅局限,难免存在一定的不足或错误,期待同行们不吝赐教。

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碳中和目标下中国燃煤电厂CCUS集群部署优化研究
陈文会, 鲁玺
气候变化研究进展    2022, 18 (3): 261-271.   doi: 10.12006/j.issn.1673-1719.2021.258
摘要77)   HTML0)    PDF (7759KB)(70)   

燃煤电厂作为中国最大的CO2排放源,是中国实现碳中和目标的关键点。CO2捕集、利用与封存(CCUS)技术是目前煤电行业实现深度减排的唯一途径,碳约束情景下,CCUS技术将在实现煤电碳达峰、碳中和目标中发挥不可或缺的作用。研究中首先使用综合环境控制模型(IECM)对燃煤电厂捕集技术环节的成本构成和经济性进行核算,得到中国燃煤电厂逐厂CO2捕集成本和捕集量;其次,基于地质利用封存潜力及分布特征,构建CCUS源汇匹配优化模型,得到碳中和目标下的煤电CCUS项目分阶段布局方案;最后,以优化基础设施建设并通过规模经济降低成本为前提,使用聚类分析方法对煤电CCUS项目集群进行识别,进一步构建改进成本最小生成树模型,得到CCUS项目集群最低成本CO2输送管道网络的路线优化策略。研究表明:碳中和目标约束下,需要对总装机容量约为355 GW的300个燃煤电厂进行CCUS技术改造,2030—2060年间可实现累积减排190.11 亿t CO2。煤电CCUS项目集群主要分布在华中、华北和西北地区,通过建立CCUS枢纽以实现CO2运输基础设施共享,在松辽盆地、渤海湾盆地、苏北盆地和鄂尔多斯盆地优先开展CCUS早期集成示范项目,能显著降低运输成本,推动CCUS技术大规模、商业化发展。

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屋顶光伏为基础的农村新型能源系统战略研究
江亿, 胡姗
气候变化研究进展    2022, 18 (3): 272-282.   doi: 10.12006/j.issn.1673-1719.2022.024
摘要94)   HTML0)    PDF (3991KB)(91)   

当前我国农村仍然面临着经济发展、清洁用能、环境保护、减少碳排放等多重问题,文中对我国农村地区发展屋顶光伏系统的资源潜力、技术方案、融资模式和重要意义进行了深入探讨和定量分析,结果表明,我国农村地区面临着能源、环境、经济发展的多重问题,“双碳”战略给解决“三农”问题提供了新的发展契机。发展以农村屋顶光伏系统为基础的新型农村能源系统是解决“三农”问题、实现乡村振兴的重点工作,也是我国建成新型电力系统、实现能源系统低碳转型的突破口和着力点。

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基于学习曲线的中国未来制氢成本趋势研究
王彦哲, 欧训民, 周胜
气候变化研究进展    2022, 18 (3): 283-293.   doi: 10.12006/j.issn.1673-1719.2021.248
摘要122)   HTML0)    PDF (2169KB)(126)   

氢能是中国能源系统低碳转型和实现2060年前碳中和目标的重要技术选择之一。根据原料来源可以将氢分为绿氢、蓝氢和灰氢,其制备成本和碳排放强度存在较大差异。文中以中国氢能生产现状为基础,建立基于学习曲线的平准化制氢成本(LCOH)模型,测算不同制氢技术从2020年到2060年的成本变化趋势。结果表明:现阶段灰氢成本最低,绿氢成本最高;到2030年绿氢成本将下降至20~25元/kg;2050年后,绿氢将成为成本最低的制氢方式(含碳排放成本),而且PEM(质子交换膜)电解水制氢的成本将低于AE(碱性)电解水制氢,光伏+PEM电解水制氢成本将下降至12元/kg。电解槽和电力成本下降是未来绿氢成本下降的主要驱动因素。敏感性分析表明,运营维护成本和关键技术学习率是影响绿氢成本下降速度的重要参数。

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基于混合LCA的新疆地区电力生产水足迹分析及碳中和目标下的变化
闫书琪, 李素梅, 吕鹤, 陈莎, 刘影影, 王宏涛, 刘会政, 陈前利
气候变化研究进展    2022, 18 (3): 294-304.   doi: 10.12006/j.issn.1673-1719.2021.274
摘要30)   HTML0)    PDF (1806KB)(58)   

新疆是我国电力生产的主要地区,同时存在严重的水资源短缺问题。作为综合评价指标,水足迹可以用来量化分析电力生产中的水资源消耗及其水环境影响。文中基于投入产出和生命周期的混合生命周期模型对新疆地区2012年和2017年电力生产水足迹进行了量化研究,并对不同发电技术的水足迹贡献部门进行了分析。结果发现:因电力生产结构的变化和燃煤发电技术革新,新疆电力生产的单位水足迹由2012年的4.26×10-3 m3/(kW∙h)下降到2017年的3.08×10-3 m3/(kW∙h)。对不同发电技术的水足迹贡献部门分析发现,煤电和水电的间接水足迹分别主要来自采矿业和重工业,占比分别为60.3%和52.8%。风电和光伏发电的间接水足迹分别主要来自重工业和轻工业,占比分别为38.1%和56.0%。最后针对碳中和目标下新疆电力结构转型带来的水足迹变化进行分析,2017—2050年高比例的可再生能源发电将使新疆电力生产单位水足迹下降75%。

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