中國網/中國發展門戶網訊 2020年9月22日，習近平主席在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上宣布，“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”。實現碳達峰、碳中和目標（以下簡稱“雙碳”目標）是黨中央統籌國內國際兩個大局作出的重大戰略決策，是我國推動國家高質量發展的內在需求，事關中華民族永續發展，事關人類前途命運。

中國科學院作為國家戰略科技力量的主力軍，為深入貫徹落實黨中央、國務院關于碳達峰、碳中和的重大決策部署，面向國家重大戰略需求，啟動實施“中國科學院科技支撐碳達峰碳中和戰略行動計劃”（以下簡稱“雙碳”行動計劃）。“雙碳”行動計劃以“解決核心問題為抓手”，系統提出了八大行動、18項重點任務，為中國科學院強化頂層設計、聚焦科技內涵、注重示范應用、加強能力建設和強化國際合作等工作進行了系統設計；“雙碳”行動計劃將作為中國科學院服務國家“雙碳”目標的綱領性文件，指導中國科學院開展相關領域的改革工作，使中國科學院在“雙碳”目標實現中作出更大創新貢獻，更好地起到國家戰略科技力量主力軍的骨干引領作用。本文聚焦“雙碳”行動計劃中新技術綜合示范行動展開討論，對不同區域面向“雙碳”目標開展能源技術綜合示范的區域特征、示范定位和技術路線等方面進行討論，供廣大科研人員和科技管理人員參考。

“雙碳”能源技術區域綜合示范的意義

“雙碳”能源技術區域綜合示范是指針對典型區域資源和產業特征及發展所面臨的問題，專門制定系統性技術方案和產業發展路徑，通過“技術集成示范”探索典型區域低碳化高質量發展新途徑，為促進全國“雙碳”目標的實現提供技術和思路。技術集成示范和區域綜合示范是“雙碳”能源技術區域綜合示范的2個基本特征。

促進“雙碳”能源技術的集成示范

“割裂”的能源系統亟待變革。長期以來我國能源體系中，如煤炭、石油、天然氣、水電、核電、電網等基于各自的管理體系形成了相對獨立的分系統。在能源發展基礎較弱的背景下，各分系統相對獨立運行能夠保障各系統運行的專業性，從能源供應端保障了能源供應。但隨著我國發展進入新階段，能源發展也進入了新時代，能源需求及能源的生態環境外部效應對能源供應系統提出了更高要求，能源各分系統的獨立優化運行已經難以滿足經濟社會發展對能源系統“清潔低碳、安全高效”的整體要求。因而，需要對能源系統進行變革，開展“能源革命”。理論上，從能源需求的角度，各能源系統提供的能源服務比較一致，無外乎電力、熱力、動力和化學品。既然能源服務的目標相同，從系統的角度就存在“合并同類項”的優化空間，如通過技術創新，可推動各能源分系統相對優勢的互補融合，對沖消除各能源種類的劣勢，從而提升系統整體效能，這具有巨大的技術創新空間。實際上，由于煤、油、氣、風、光、水、核等各分系統相對獨立，存在系統壁壘，難以“合并同類項”，導致能源系統結構性矛盾突出，整體效率不高，這已經成為制約我國能源高質量發展的核心問題。能源系統條塊割裂的原因除了管理體系、政策體系的歷史沿革外，更為根本的原因在于缺乏能聯系不同能源種類、打破系統壁壘、促進多能互補融合的關鍵技術。因此，必須將能源技術革命放在能源革命的核心位置，以能源技術革命推動能源革命。

多能融合是解決能源系統條塊割裂的有效理念。以中國科學院為代表的一批國內能源領域的科研機構經過多年研究，針對現有能源系統中系統割裂的問題，提出通過技術創新實現多種能源之間互補融合的多能融合理念，布局并積累了一批多能融合技術。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（原料/材料）屬性，通過新技術、新模式破除各能源種類之間條塊分割、互相獨立的技術和體制壁壘，促進化石能源與非化石能源、各能源分系統之間、各能源資源加工利用不同過程之間的能量流、物質流和信息流的互補融合，實現能源資源利用的能量效率、物質效率、環境效益、生態效益、經濟效益和社會效益等多目標的優化。

多能融合技術是實現多能融合理念的根本途徑。中國科學院根據已有研究，提出“四主線、四平臺”的多能融合技術體系。“四主線”即4條技術主線，分別為：化石能源清潔高效利用與耦合替代；非化石能源多能互補與規模應用；工業低碳/零碳流程再造；數字化/智能化集成優化。“四平臺”即在多能融合技術主線中發揮“紐帶”作用的平臺性技術，分別為：合成氣/甲醇、儲能、氫能、二氧化碳。以上4條主線重點依托4個平臺，從而實現多能融合（圖1）。

中國科學院在開展多能融合關鍵核心技術突破行動的基礎上更強調技術集成示范。隨著“雙碳”行動計劃開展，中國科學院整合集結精銳力量，圍繞多能融合“四主線、四平臺”體系，在能源領域實施了化石能源高效清潔利用、可再生能源、先進核能、儲能與多能融合4個方面的關鍵核心技術突破行動，預期將產生一大批旨在解決“雙碳”目標實現面臨的關鍵核心問題的技術和裝備。但是，我們也認識到，僅有單項關鍵核心技術的突破還難以支撐經濟社會系統性變革。這也造成了長期以來我國原始創新成果與產業技術、區域發展需求存在脫節現象。為此，本文提出通過系統設計，推動多種技術的集成示范，研究跨技術、跨系統、跨領域、跨行業的優化組合，最終形成適用不用場景綠色低碳發展的系統方案，支撐不同場景下“雙碳”目標實現。

促進典型區域“雙碳”能源技術的綜合示范

我國幅員遼闊，能源生產地與消費地，以及東、中、西部各地的能源狀況、產業結構、經濟社會發展水平不同且極不均衡。因此，難以用一套技術方案實現全國所有地區“雙碳”目標的實現，必須因地制宜、分類施策。國務院《2030年前碳達峰行動方案》指出，“各地區要準確把握自身發展定位，結合本地區經濟社會發展實際和資源環境稟賦，堅持分類施策、因地制宜、上下聯動，梯次有序推進碳達峰”，并根據產業、能源、碳排放情況初步區分了4類地區，分別為碳排放已經基本穩定的地區，產業結構較輕、能源結構較優的地區，產業結構偏重、能源結構偏煤的地區，以及資源型地區。“雙碳”行動計劃將基于中國科學院已有院地合作基礎，在各類地區中選擇一批典型的區域，通過具體區域場景的分析，組合集聚一批科研力量和技術，通過試驗示范形成一批適用不同區域的系統解決方案，并以點帶面，帶動全國整體“雙碳”目標的達成。此外，各系統解決方案中針對具體問題形成的單項技術也能運用到其他地區，形成“分能解決具體問題，合能實現系統優化”的技術體系。

多能融合技術綜合示范典型案例思考

多能融合理念和4條技術主線，不僅涉及眾多關鍵核心技術的突破，還需要選取典型區域應用場景，推進多種技術的集成優化，提高技術方案的問題導向和目標導向。本文圍繞多能融合理念與技術主線，基于中國科學院大連化學物理研究所（以下簡稱“大連化物所”）近年來的院地合作工作和研究布局，對陜北、遼寧、山東3個典型區域綜合示范的背景、目標和技術路徑進行闡述。

陜北高碳資源地區低碳化發展的減碳示范

示范區建設基礎與定位

“雙碳”目標下，以陜北榆林為代表的化石能源資源富集區綠色低碳轉型要求迫切。陜北榆林是我國能源“金三角”的重要組成部分，被賦予了多項國家能源安全保障任務，是我國“西煤東運”“西氣東輸”“西電東送”的重要基地，是國家現代煤化工示范基地。但是，該區域資源富集與生態環境脆弱并存，人均水資源量低于全國水平，開發和保護矛盾突出；能源化工產業水平整體處于中低端，科技創新力度亟待提升；能源產業結構以煤及煤加工為主，能耗、污染物和碳排放等要素制約凸顯。根據估算，2020年榆林全市碳排放量約1.6億噸二氧化碳，單位國內生產總值（GDP）碳排放近4噸/萬元（約為全國平均水平的4倍），人均碳排放達到45噸/人（約為全國平均水平的6.3倍），低碳轉型要求尤其迫切。

榆林具有獨特的資源優勢和產業特點，具備開展多能融合示范的基礎和條件。①榆林煤、油、氣、風、光等能源資源富集，是國內罕見的多種能源資源富集區，這為多能融合技術與產業示范提供了資源條件。②榆林已建成以煤、油、氣開發為基礎，電力、化工、載能工業為主導的能源工業體系和產業集群，為多能融合技術示范提供了豐富場景。③榆林已經是國內能源技術創新的重要試驗和推廣區。已經承接和完成了多項國家級工業示范項目，形成了多項自主知識產權煤化工核心技術，在研在試在建多個國際國內首臺（套）設施設備，并集聚了中國科學院在內的眾多科研機構、高校和能源企業；初步形成了以大型能源企業為主體，重大項目為龍頭，協同推進先進技術的研發、試驗、工業化示范和產業化推廣的技術研發體系，人才集聚效應逐步顯現，可為示范區建設提供關鍵的科技支撐。④以榆林為代表的西部資源富集地區，是我國未來能源安全保障、區域發展和“雙碳”目標實現矛盾最為尖銳的地區，可能是“雙碳”目標實現的最困難區域，具有重大示范意義。

示范區建設思路

基于榆林地區基礎和綠色低碳發展需求，作者提出集結中國科學院優勢力量，圍繞化石能源清潔高效開發利用與耦合替代、可再生能源多能互補與規模應用、低碳化智能化多能融合與區域示范3個方面，創建以多能融合為特征、以能源技術革命為引領，協同推進能源生產、消費和體制革命的能源革命創新示范區。①推動化石能源清潔高效開發利用與耦合替代示范。立足榆林“富油煤”資源優勢和國家級煤制油氣戰略基地定位要求，在煤炭綠色開采、煤炭轉化利用、高效燃燒發電與供熱、大宗廢棄物處理與利用4個領域推進現有技術升級示范和跨產業融合示范，重點推進如煤炭高效開采及智能礦山建設、煤提取焦油與制合成氣一體化計劃、煤油共煉技術、新一代甲醇制烯烴技術、甲醇制乙醇技術、煤基合成氣一步法制烯烴技術、煤炭超臨界水氣化制氫發電多聯產技術、煤基固廢協同活化制備生態環保材料技術等先進技術的示范。②推動可再生能源多能互補與規模應用示范。立足構建以新能源為主體的新型電力系統，加速研究可再生能源高效利用和多能互補技術的研發示范，攻克更高效、更低成本太陽能電池技術及產業化應用、光伏直流升壓并網、不同類型風電場運行優化及運維、大功率風電機組設計優化與電氣控制、煤礦井下分散式抽水蓄能和太陽能集熱儲熱多能互補零碳供熱等技術，推動可再生能源大規模、高比例應用。③推動低碳化智能化多能融合與區域示范。借助綠氫、綠電、綠氧等可再生能源為基礎的低碳能源載體，通過互聯網、大數據、人工智能、第五代移動通信（5 G）等智能化技術，加速多能融合過程；提高煤炭作為化工原料的綜合利用效能，促進煤炭原料化利用和二氧化碳資源化利用，實現二氧化碳的減排和負排。例如，在園區級化石能源與可再生能源的低碳融合示范方面，打造面向碳中和目標的高值低碳含氧化合物產業園區，開展園區級化石能源與可再生能源的低碳融合示范，先行先試，為煤化工產業走出一條兼顧經濟性、創新性及可持續性的新路。

遼寧高碳產業地區能源轉型升級的控碳示范

示范區建設基礎與定位

“雙碳”目標下，遼寧面臨著發展與減排的問題，急需貫徹新發展理念、積極調整經濟與產業結

構，有效擴大內需、持續增強創新能力，實現經濟綠色低碳轉型，為全國高碳產業地區能源轉型升級的控碳示范作出遼寧貢獻。遼寧是我國重要的工業基地、裝備制造基地、石化基地和鋼鐵生產基地，長期以來，承擔著維護國防安全、糧食安全、生態安全、能源安全、產業安全的重任。但是，遼寧也面臨著能源消費偏煤、產業結構偏重的問題。根據初步估算，2018年遼寧全省碳排放約5.4億噸，約占國內碳排放總量的5.4%，在全國31個省（自治區、直轄市）中居第6位；每萬元 GDP碳排放量為2.3噸二氧化碳，位居全國倒數第6位。

基于遼寧科技、產業優勢基礎，建議遼寧把握戰略機遇，加強頂層設計，打造高碳產業地區能源轉型升級的控碳示范。科技創新方面，依托大連化物所、中國科學院沈陽應用生態研究所等中國科學院在遼科研機構和大連理工大學、東北大學等高等院校，打造面向“雙碳”目標的科技創新策源地；產業基礎方面，依托核電、化工、鋼鐵等產業集聚優勢和沿海區域優勢，打造科技支撐引領產業轉型升級示范。通過科技創新與產業優勢協同發展，推動遼寧突破一批重大綠色產業核心關鍵技術，建設一批產業化示范基地，加快形成全面支撐我國實現“雙碳”目標的技術體系，推動能源體系及工業結構全面升級，實現率先振興。

示范區建設思路

基于遼寧產業基礎和轉型升級需求，作者提出遼寧可重點圍繞化石能源清潔高效利用與耦合替代、非化石能源多能互補與規模應用、工業低碳/零碳流程再造3個方面開展多能融合綜合示范。①推動化石能源清潔高效利用與耦合替代示范。可依托遼寧當地石化基地優勢和技術基礎，結合恒力石化股份有限公司的企業前期技術鋪墊和大連化物所的技術儲備，設立區域中試和產業化基地，開展石油化工與煤化工多能融合試點，推進石化行業精細化、高端化發展。②推動非化石能源多能互補與規模應用示范。可依托遼寧核電產業優勢，推進核能非電綜合利用，如核能供熱、核能高溫蒸汽制氫等技術的示范和應用。依托遼寧海上風電資源優勢，推進風能大規模應用，探索海上風電制氫新模式。針對可再生能源大規模高比例發展要求，可依托大連化物所的大規模儲能技術優勢，開展以儲能為平臺的多能融合示范。例如，建設新一代百兆瓦級液流電池儲能項目，推進儲能電池用關鍵材料、核心部件及電池系統的設計、優化與集成應用示范，探索大規模長周期儲能技術對區域電網調峰、調頻作用。③推動工業低碳/零碳流程再造示范。可依托遼寧的大型鋼鐵企業和大連化物所在合成氣轉化方面的技術優勢，推進能源化工與鋼鐵行業融合發展。例如，積極推進20萬噸/年鋼廠尾氣制備無水乙醇技術工業示范。隨著系列先進技術的試驗示范，將有力推動一批先進技術的突破與產業化發展，推動遼寧省創新示范基地的建設和東北老工業基地的振興。

山東新舊動能轉換地區推進綠色增長的去碳示范

示范區建設基礎與定位

山東是我國能源消耗和碳排放量第一大省，其經濟結構、產業結構和能源消費結構與全國相似度高，典型示范性強①。根據山東省統計數據，山東化石能源消費占一次能源消費約88%，其中煤炭消費占比67.3%，煤電占電力總裝機容量比重66%，煤炭的消費比重過高。根據初步估算，當前山東每年二氧化碳排放總量約10億噸，占全國碳排放總量10%左右，人均排放量約10噸二氧化碳，高于全國7噸二氧化碳/人的平均水平。山東能源消費碳排放在全國碳排放中的貢獻占比高，與其能源/產業結構不盡合理、能源及其相關的工業體系主要依賴化石資源有直接關系。

結合山東發展與碳減排突出矛盾，建議山東作為新舊動能轉換典型地區推進綠色增長的去碳示范。以科技創新推進能源結構及產業結構調整，實現能源綠色低碳轉型與生態環境保護協調共進，為全國能源轉型先行先試、提供示范。

示范區建設思路

“雙碳”目標下，山東將依托資源優勢和產業基礎，重點圍繞非化石能源多能互補與規模應用、工業低碳/零碳流程再造2個方面開展多能融合綜合示范。①推動非化石能源多能互補與規模應用示范。開展以海上風電、光伏發電為重點，以生物質、地熱能、海洋能等為補充的可再生能源多能互補示范。重點推進海上風電綜合利用示范，建設千萬千瓦級海上風電基地，推動海洋風電+海洋牧場融合發展；建設百萬千瓦級“光伏+”基地，推動千萬千瓦級風光儲輸一體化基地。因地制宜建設生物質能、海洋能、地熱能綜合利用示范，提升源清潔規模化利用水平。基于大規模儲能平臺，開展可再生能源+大規模儲能綜合示范，探索連接清潔電力和火電形成智能化供電系統的技術路徑和商業模式，提升電力系統運行效率。基于山東千萬千瓦級核電基地建設基礎，開展核能綜合利用示范，改變核能單一供電用途，發展核能供熱、制氫、海水淡化等多用途應用。例如，開展核能海水淡化+余熱供暖“水熱同產同送”的示范，拓展核能供暖和核能海水淡化新技術。②推動工業低碳/零碳流程再造示范。充分利用山東大規模可再生能源、核能制氫能力和副產氫資源，推動可再生能源、核能無碳化制綠氫，綠氫與石油化工、煤化工、鋼鐵等行業耦合發展的工業低碳/零碳流程再造示范，為化石能源與可再生能源體系融合、工業低碳/零碳流程再造提供探索。同時，基于氫能平臺，開展制氫、儲（運）氫、加氫、用氫的全產業鏈示范，推動副產氫純化、可再生能源制氫、管道輸氫、氫能交通、熱電聯供、氫能產業鏈數據監控等氫能生產和利用技術的工程化示范，推進氫能在交通、發電、供能等多領域全場景的示范推廣。

可以預見，隨著“雙碳”行動計劃開展，必然會在能源各領域中完成一大批關鍵核心技術的突破。但是，如何以關鍵技術的突破帶動產業、區域綠色低碳轉型，切實實現以科技創新驅動經濟發展，支撐國家“雙碳”目標實現，仍然是“雙碳”行動計劃實施中面臨的難題，這需要隨著示范區建設進程動態評估和調整。本文提出以“雙碳”能源技術區域綜合示范帶動技術集成，協同解決典型區域的重大問題，形成適用不同區域條件的“一攬子”系統解決方案，是現階段科技研發布局必須考慮的問題，將能有效加速技術創新轉變為現實生產力的速度，提高“雙碳”目標科技創新的問題導向和目標導向。需要指出的是，“雙碳”行動計劃綜合示范是一個開放、動態的科技創新示范行動，本文列舉的3個示范區還不能代表全國所有典型示范區，仍要發揮中國科學院全院力量甚至全國科技研發力量一起深入地區，推進多個典型示范區的建設，為“雙碳”目標實現提供不同場景的系統解決方案。

（作者：朱漢雄、王一、任曉光、蔡睿、劉中民，中國科學院大連化學物理研究所；茹加、曹大泉、何京東、陳海生，中國科學院重大科技任務局。《中國科學院院刊》供稿）

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