碳中和的技术体系：零碳电力系统中的零碳电源技术

零碳电力系统包括三个部分：零碳电源、储能和电网。可利用生产成本有望持续下降的可再生能源(光伏、风能、水力等)，通过零碳方式生产电力，并通过配合零碳能源使用的综合利用服务，包括储能技术的规模化应用，以及电网的智能调控，实现新型电力系统。零碳电力系统并非局限于单独的能源产业，还包括新能源汽车、物联网、人工智能等多个战略新兴技术产业共同支撑能源系统安全稳定运行。

（一）风电和光伏发电

风电和光伏发电(利用风能和太阳能)是较为成熟的零碳电源技术。风能技术主要是指利用风的动能将其转化为电能等可利用的能源过程中所需要的技术。中国的风力资源非常丰富，目前可用的风能仅部分使用了风的动能，现有风能技术具有间歇性、波动性、能量密度较低的缺陷，距利用风电更高比例取代化石能源还需要进行技术研发以及配套技术发展。太阳能技术主要是将太阳光中的能量转化为电能、热能或者其他形式的能量的技术。目前，利用太阳能的方式主要包光伏发电(PV)和集中太阳能(GSP)，前者是迄今为止可持续提供世界未来能源需求最有希望的选择之二，后者主要用于在大型发电厂中发电。风电和光伏发电是十分成熟的新能源发电技术，“十四五"初期，风电、光伏发电将逐步全面实现无补贴平价上网。总的来说，风电和光伏发电具有正面的就业、局地环境和健康效益，以及相对较高的技术成熟度和公众接受度，成本均随累积装机容量的增加而下降，在经济成本和技术水平上均具有较为明显的优势，可以作为面向碳中和新能源技术中的优先发展领域，但仍需注意避免相关设施建设时造成生态风险。

(二)水电

水电是指将水能转换为电能的技术。水电具有技术成熟度较高、能源密度高以及经济性优良的特点，长期以来在我国能源系统的低碳转型中发挥着重要作用。然而，水电资源相对有限，随着各流域的下游地区首先完成开发，未来可开发水电资源主要集中在四川、云南、青海、西藏等中上游地区，开发造价成本持续提升，发展潜力有限。在具备相关条件的情况下可优先探索水电进一步发展。

(三)核能

核能技术是指通过原子核的裂变或聚变过程得到的能量，包括已达到实用阶段的重核裂变和尚处于研究试验阶段的轻核聚变，核能的主要应用方式为核能发电。与光伏或生物质发电相比，核电具有更加显著的减排效益，IEA评估核电是当前仅次于水电的第二大低碳电源，可保障清洁、安全、可靠的电力供应；核电具有积极的就业红利；随着未来核电规模化的应用，核电成本将迅速下降，进一步扩大减排效益。目前，中国已全面掌握三代核电技术，并正在积极推动四代核电技术的发展，具有国际市场竞争力。但同时，核电面临着来自供应链建设、经济性、核安全、政治因素、公众接受度等多方面的挑战。核能在我国未来发展潜力被普遍看好，具有清洁能源属性的核在中国能源系统转型中的地位持续提高。中国核电进一步发展仍需有力政策支持，积极攻关下一代核电技术。

(四)地热能

地热资源包括温泉、通过热泵技术开采利用的浅层地热能、通过人工钻井直接开采利用的地热流体以及干热岩体中的地热资源等。地热能的利用除了发电，还包括直接利用，如供暖、制冷、医疗保健、温泉洗浴、旅游、水产养殖、温室种植等，在零碳电力系统中主要考虑地热能的发电作用。地热能具有储量丰富、分布较广、稳定可靠的优点，不受昼夜、季节、气候等因素影响，能源利用系数高，平均为73%,是太阳能的5.4倍、风能的3.6倍。然而，目前地热资源开发利用程度较低，探明的地热储量规模小、品质差，产业尚处在起步阶段，地热开发以供暖、医疗保健、温泉洗浴等直接利用为主，地热发电比重偏低，地热能发电的发展受到资源分布不均衡、勘查程度较低、核心技术欠成熟和政策管理体制不成熟的制约，其中政策因素较为关键。2020年财政部发布《关于加快推进可再生能源发电补贴项目清单审核有关工作的通知》,指出符合我国可再生能源发展相关规划的地热发电项目可分批纳入补贴清单，在此之前地热无法享受可再生能源电价补贴。未来地热发展具有巨大的市场潜力与向好的政策支持，国家能源局2021年发布《关于促进地热能开发利用的若干意见(征求意见稿)》，对各地区地热资源开发进行了部署，"在京津冀晋鲁豫以及长江流域地区，结合供暖(制冷)需求因地制宜推进浅层地热能利用……在京津冀、山西、山东、陕西、河南、青海等区域大力推进中深层地热能供暖……在西藏、川西、滇西等高温地热资源丰富地区组织建设中高温地热能发电工程"。各地可因地制宜开发利用地热能，着力在高温地热资源丰富的地区规划建设地热发电项目，进一步完善地热能政策管理体系，鼓励核心技术研究攻关。

(五)生物质能

生物质能是将有机物通过现代技术转化为固态、液态和气态燃料，从而用于电力及运输等领域，满足人们的能源需求。其来源广泛，易于获得，污泥、农林残留物、能源作物、多年生木质纤维素植物等生物质原料均可作为生物质能的来源。②生物质能技术相对成熟，但总体体量较小，仅依赖边际土地和雨水灌溉种植能源作物无法满足我国深度减排需求；发电成本较高，亟待技术突破和政策调整来继续降低成本；对局地环境影响和人群健康影响不确定性较大，取决于生物质燃料的具体种类和利用方式；大规模发展可能带来占用土地资源、增加水资源压力等生态风险。因而，要尽量集中使用生物质能并与其他领域进行结合。在近期，能源作物主要服务于交通行业，可作为促进交通行业低碳及零碳化的过渡技术；在远期，能源作物主要服务于电力行业，末端需配合CCS技术进行使用。对待生物质能的发展应持有相对谨慎的态度，注意平衡生物质能大规模发展对其他可持续发展目标的影响。

(六)火电+CCS

通过CCS技术对二氧化碳进行捕捉封存是火电企业碳减排的方式之一。鉴于我国煤电仍处于规模扩张阶段，燃煤电厂等能源设施往往具有长周期性，且天然气火电厂可能成为煤电与新能源发电间的过渡能源等种种原因，在中短期内仍可能有部分火电厂难以退役，需要通过加装CCS装置使其实现零碳。在各类CCS技术中，燃烧后捕集技术最为成熟，已进入工程示范阶段，主要可应用于低浓度燃煤电厂。CCS技术的成熟度在中短期来看尚未达到商业应用水平，其成本高昂。据测算，现阶段煤电若增加CCS装置，发电成本或将远高于可再生能源；其电能消耗和水资源消耗可能对局地环境造成负面影响；CCS技术与化石能源结合，或导致现有化石能源的路径“锁定”,延缓传统高碳火电淘汰。然而，火电+CCS模式可一定程度上拉动就业，对整体经济发展带来一定积极作用，煤电CCS的就业贡献超过风电、太阳能等可再生电力部门;且CCS技术代际更替及其电厂应用成本与能耗变化的预期前景较为乐观。总的来说，火电加装CCS装置在传统技术经济、社会接受度、局地环境影响等方面仍面临较大挑战，其大规模部署取决于技术成熟度、技术经济性、自然条件承载力等因素，随技术逐渐成熟，经济成本和局地环境影响在一定程度上有望改善。因而，转型清洁能源仍为火电企业减排的主要路径，可将火电十CCS模式作为在2030年后我国从化石能源为主的能源结构向零碳多元供能体系转变的重要战略储备技术，即难退役火电厂进行改造的备用选项，加大研究力度，保障能源结构稳定变革。公众号：

(七)生物质能+CCS(BECCS)

BECCS技术将生物质能技术与CCS结合，通过CCS技术将生物质能使用过程中排放的CO2进行分离、压缩并运输至封存地点，使其与大气长期隔离封存，农业剩余物、林业剩余物和能源植物是主要的生物质资源。BECCS相比于火电CCS有一个重要优势，火电CCS仅能实现零排放，而生物质中的碳来自光合作用，本身就是碳中性的，结合CCS技术使用时全过程就可以实现负排放。目前，生物质发电、生物质液体燃料和沼气是生物质能利用的主要方式。其中，生物质发电和生物质液体燃料由于容易与CCS相结合，是未来生物质能利用的主要方式。①与生物质能技术相近，BECCS技术目前仍存在较大不确定因素及道德风险，包括生物质资源供应量、BECCS技术成熟度、BECCS技术大规模实施的经济性以及BECCS技术对社会和生态影响的不确定性。②如何协调各区域BECCS的需求，平衡BECCS对土地、淡水、粮食和生态环境的影响是未来技术大规模使用过程中的重大挑战。
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