“双碳”目标下广东低碳发展的技术路径

王增栩， 张佳銮， 李金惠

(广东省技术经济研究发展中心， 广州 510070)

2020年9月22日，习近平主席在第75届联合国大会上发表重要讲话，提出中国“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”。中国是目前全球碳排放第一大国，其排放量为美国的2倍多、欧盟的3倍多。广东是经济第一大省，也是能源消耗大省，2020年，广东省能源消费总量3.45亿吨标准煤，碳排放达69 350.4万吨二氧化碳，在全国的排名第5[1]。2021年上半年，广东能耗强度不降反升，能耗强度降低进度目标、能源消费总量控制目标均为一级预警，形势严峻[2]。

《广东省国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》(以下简称《规划纲要》)提出“十四五”期间“广东单位地区生产总值能源消耗、单位地区生产总值二氧化碳排放的控制水平继续走在全国前列，有条件的地区率先实现碳达峰”，2020年，广东非化石能源消费比重达30.3%[3]，远高于全国平均水平[4]，单位GDP二氧化碳为0.85吨二氧化碳当量/万元，位居全国前列[1]，能耗水平提升和能源结构调整空间有限。《规划纲要》提出“到2025年，全省GDP年均增长5%左右”，保持经济中高速增长需合理能耗增量支撑[5-6]。广东要实现上述减排目标，任务异常艰巨。碳排放涉及面及其广泛，跨越了能源、工业、交通、建筑、农业农村等诸多领域，有效控制碳排放、降低碳强度迫切需要跨领域综合交叉，突破技术创新瓶颈。大力发展核能、太阳能、风能、生物质能、氢能等清洁能源技术，降低煤炭等高碳能源消费比例；严格过程管理，开展工业流程绿色技术改造，实施绿色建筑工程，大力发展新能源汽车等低碳交通，开展资源循环利用；优化末端排放处理，开展CCUS(二氧化碳捕集利用与封存)、生态碳汇等关键技术研发，建立“源头减量-过程控制-末端利用”的技术创新链条，为广东“十四五”期间单位地区生产总值能源消耗、单位地区生产总值二氧化碳排放的控制水平继续走在全国前列提供技术保障，在2030年前实现碳达峰提供全面技术支撑，2060年前实现碳中和提供技术储备。

1 广东低碳发展现状分析

1.1 广东能耗水平、碳排放水平分析

2019年，广东全省能源消费总量3.41亿吨标准煤，以全国7%的能源消费(48.6亿t)，支撑了全国10.8%的GDP，煤炭、石油、天然气、一次电力及其他能源的比重为33.2%、25.9%、8.7%、31.2%，就煤炭、石油、天然气三大化石能源消费情况而言，广东在全国已处于先进水平，三大化石能源消费/能源消费总量的比例为68.8%，而北京、浙江、山东、福建等地区均超过70%，分别达到70.37%、70.1%、86.2%、75.1%，全国平均水平更是达到了84.7%。2019年广东与国家及部分省市能源消费结构对比见表1。

表1 2019年广东与国家及部分省市 能源消费结构对比 %

而从碳排放方面来看，广东已处于全国较低水平。2016—2020二氧化碳排放总量均为全国第5，而人均碳排放处于全国中游水平，单位GDP二氧化碳排放量连续多年为全国第2低位，仅高于北京。2016—2020年广东碳排放量见表2。

表2 2016—2020年广东碳排放量

从全国来看，广东能源利用结构已经较为先进，在全面保障能源安全的情况下，能源结构进一步优化空间有限。《规划纲要》提出“到2025年，全省GDP年均增长5%左右，到2025年GDP约为14万亿元”，要保持经济中高速增长，势必需要大量新增能耗进行保障，因此《规划纲要》也明确在“十四五”期间，广东还将建设东莞宁洲天然气热电联产、广州珠江天然气电厂二期、深圳光明燃机电源基地、河源电厂二期、江门新会双水热电联产扩建工程等以传统化石能源为主的能源工程，新上马的以传统化石能源为主的能源工程必然带来更多的二氧化碳排放，要确保碳达峰碳中和目标的顺利实现，广东需要在经济持续增长和社会低碳发展之间找到一条“协同”之路。

1.2 广东低碳发展技术创新基础

“创新是引领发展的第一动力”，坚持科技创新是广东统筹经济社会高质量发展、实现碳达峰碳中和目标的重要抓手。碳达峰碳中和是一项全面、复杂的系统工程，需要在方方面面加强技术创新布局，以科技创新全方位支撑节能降碳。而广东在低碳创新方面已有良好基础。

1)在重点领域研发计划中有所布局。2018年，广东开始设立重点领域研发计划，在新能源、新能源汽车、污染防治与修复等碳达峰碳中和相关领域已布局了一批绿色低碳关键核心技术攻关项目。广东省重点领域研发计划已布局绿色低碳项目见表3。

表3 广东省重点领域研发计划已布局绿色低碳项目

2)“双碳”重大创新平台抢先建设。创新平台建设是推动核心技术攻关的关键，在“双碳”领域，广东下好“先手棋”，先进能源科学与技术广东省实验室、松山湖材料实验室、南方海洋科学与工程广东省实验室等省实验室，广东省科学院、中科院广州分院、华南环科所等科研机构，中山大学、华南理工大学、华南农业大学、广东工业大学等高等院校，南方电网、湛江钢铁、比亚迪等企业已在各自优势领域(学科)开展低碳核心技术攻关。广东“双碳”重大创新平台见表4。

表4 广东“双碳”重大创新平台

2 国外及国内部分省市在碳达峰碳中和技术的布局

2.1 国外主要发达国家低碳科技发展规划

全球已有30个发达国家和地区达到碳排放峰值，占全球发达国家和地区77%，英、法、德等老牌发达国家分别于1973、1979、1979年实现碳达峰，日本、美国也分别于2004、2005年实现碳达峰。同时据不完全统计，全球已有100多个国家或地区以不同形式提出了碳中和目标，在全球十大煤电国家中的5个已做出相应碳中和承诺。而这些国家也针对低碳/零碳发展技术需求纷纷出台相应科技发展规划。欧盟为实现2050年碳中和目标于2019年颁布了《欧洲绿色新政》，明确能源、工业、建筑、交通、消费等重点领域的技术需求，围绕需重点突破与推广的核心技术，通过加大“地平线”项目投入等方式支持技术创新；2020年7月，韩国宣布“绿色新政”计划，将在2020—2025年投资73.4万亿韩元支持绿色基础设施、新能源及可再生能源、绿色交通、绿色产业和碳捕集利用和封存等绿色技术发展；2020年9月，法国推出《国家经济复苏计划》将投入300亿欧元支持发展绿色交通、清洁能源技术创新、建筑节能翻新等具有长期减排潜力新技术的研究与实践；日本面向2050年碳中和目标于2020年12月发布《绿色增长战略》，提出了海上风力发电、电动车、氢能源、航运业、航空业、住宅建筑等14个重点领域深度减排的详细技术路线图、技术发展目标和主要措施等；2021年3月，美国发布《清洁未来法案》提出将投入1 000亿美元推动整个经济领域实施绿色清洁能源解决方案，支持太阳能、碳捕集利用和封存、生物能源等低碳能源技术研发。

2.2 国家层面及其他省市高度重视碳达峰碳中和科技创新

2021年3月召开的中央财经委员会第九次会议强调“要推动绿色低碳技术实现重大突破，抓紧部署低碳前沿技术研究，加快推广应用减污降碳技术，建立完善绿色低碳技术评估、交易体系和科技创新服务平台。[7]” 围绕碳达峰碳中和目标实现的科技需求，国家以及各部委积极开展相关工作。2021年9月、10月相继出台《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》，为碳达峰碳中和工作提供指引。科技部正在编制《碳中和技术发展路线图》，在电力、能源、工业、建筑、交通、碳汇、CCUS、“非二”、前沿颠覆性技术等领域进行技术布局[8]；印发了《国家高新区绿色发展专项行动实施方案》，提出要“加强绿色技术研发攻关、构建绿色技术标准及服务体系、实施绿色制造试点示范”。教育部出台《高等学校碳中和科技创新行动计划》，提出要加快碳减排、碳零排、碳负排关键技术攻关，提升碳中和创新能力。对碳达峰碳中和科技创新，不仅国家层面高度重视，各省市层面也高度关注，紧密衔接国家战略部署。浙江在全国率先出台省级层面《碳达峰碳中和科技创新行动方案》，部署零碳电力技术创新、零碳非电能源技术、零碳流程、低碳技术集成与优化、CCUS 技术、生态碳汇六大技术任务。江苏提出要开展碳排放、碳捕获监测技术探索，碳捕集和利用试点，加强生态碳汇能力。山东出台《科技引领产业绿色低碳高质量发展的实施意见》，提出“开展碳捕集、利用和封存等绿色原始技术创新和应用示范，突破可再生能源多能互补与规模应用关键技术”。上海在全国率先启动科技支撑碳达峰碳中和科研布局，聚集前沿/颠覆性技术、二氧化碳捕集利用与封存(CCUS)技术、新型能源技术、工业/产业低碳/零碳技术四大方向，开展绿色低碳技术攻关。安徽则布局新型能源技术、工业/产业低碳/零碳技术、二氧化碳捕集利用(CCU)技术三大方向，开展低碳技术攻关。国家及各省市碳达峰碳中和技术攻关布局(节选)见表5。

表5 国家及各省市碳达峰碳中和技术攻关布局(节选)

3 广东碳达峰碳中和技术发展路径分析

广东实现碳达峰碳中和技术发展主要聚焦源头减量、过程控制、末端利用三大方面。源头减量主要是降低煤炭等化石能源消费总量，通过科技创新推动能源结构优化调整，促使核能、太阳能、风能等绿色低碳能源成为能源消耗增量主体，积极构建以新能源为主的新型电力系统，实现零碳电力。从行业碳排放来看，2019年广东工业、建筑、交通、农业农村的碳排放占比分别为58.0%、24.6%、15.6%、1.8%，工业、建筑、交通3个行业的碳排放占比超过98%，开展工业/产业过程节能减碳关键技术创新，有效降低生产过程中所产生的碳排放，同时积极研发资源循环利用的关键技术，提升整体资源利用效率，从而降低整体碳排放水平。末端利用主要是加强碳汇、CCUS等技术研发、应用，积极吸收、利用已排放二氧化碳。

3.1 积极构建以新能源为主体的新型电力系统

煤炭、天然气价格高企、传统火力发电企业成本增加，发电亏损，而在新能源发电领域又存在“弃风弃光”等由于新能源发电无法消纳而带来的问题，导致在2021年7、8月全国各地出现了“拉闸限电”潮[9]。从2020年广东电源结构来看，排名第1的是火电，占比达到了35%的[10]，传统高碳发电比例仍然较高，下一步广东应大力推进核能、太阳能、风能等低碳清洁能源技术研发应用，进一步加大清洁能源装机量，提高低碳清洁能源在能源消费中的比例；同时积极构建以新能源为主要能源，智能电网、新型储能、分布式能源相互融合的“源网荷储” 一体化的新型电力系统，提高核电、风电、光伏等新能源消利用纳能力。其中要重点关注氢能技术研发应用。氢能是公认的清洁能源，也是良好的储能介质，氢储能技术是智能电网和可再生能源发电规模化发展的重要支撑。广东燃料电池汽车产业总体发展水平领先于中国国内，已建成加氢站39座，在建10座，数量居全国第一，利用好燃料电池汽车示范应用广东城市群建设契机，加快形成“制、储、运、加、用”的氢能技术研发和创新一体化链条。

3.2 强化工业过程控制技术研发

传统工业如钢铁、石化等目前还是以煤炭等高碳燃料进行能源供应，因此需要做好以下几方面工作：一是要提高传统工业电气化水平，加快低碳燃料替代，开发研制电锅炉、电窑炉、电熔炉等工业电器，开展工业热泵、微波/红外/感应加热等供热技术研究，促进企业摒弃传统燃煤炉窑[11]。二是加快工业过程节能降碳。在钢铁、化工等行业加速工艺流程低碳再造，氢冶金、氢基化工、钢化联产等技术和工艺的研发与应用，加强工业生产过程中的中低温余热资源回收利用；加强工业互联网技术研发，实现生产全流程智慧管控；有条件的产业园区建设数字化能效综合平台。三是在关注传统工业节能减碳的同时，加强数据中心、5G基站等高能耗新型基础设施的节能降碳技术研发。数据中心可通过建设海底数据中心、全时自然冷数据中心等手段利用资源自然降低能源，5G基站方面则可建立设备级、站点级和网络级三级节能技术体系，有效降低能耗。

3.3 加强交通智慧化、低碳化技术研发

到2025年，广东新能源汽车公用充电桩将超过 15 万个，如何有效利用这些充电桩，助力低碳交通，车网互动技术将会是一个很好的方向。车网良好互动能将新能源汽车从交通工具变成一个个的移动分布式发电站，电动汽车接入充电桩，不仅可以充电，还能向电网放电。这使得电动汽车可以参与电网实时调控和调峰，交直流配网、分布式能源发电、充电设备、储能系统之间能量互动融合和多能互补融合、灵活调配。尽管新能源车的拥有量大幅度上升，但使用化石燃料为驱动的交通运输工具仍会在未来较长一段时期内存在，在高碳基能源短期无法替代的情况，在智慧交通基础设施网络和城市路网智慧管理的基础上，开展出行即服务(MaaS)系统设计，构建以公共交通为核心的一体化全链条便捷出行服务体系[12]。

3.4 实施绿色建筑工程

《广东省绿色建筑发展“十四五”规划》提出到2025年，装配式建筑占当年城镇新建建筑面积的比例达到30%，全省新增太阳能光电建筑应用装机容量1 000 MW，太阳能光热建筑应用集热面积300万m2以上，散装水泥使用率达到75%以上，预拌混凝土企业绿色生产全面达标，新型墙材在城镇新建建筑中得到全面应用，绿色建材应用比例大幅提升。围绕上述目标，广东应针对绿色建筑设计、绿色建材、绿色施工、室内节能设备研发、室内环境控制、建筑工业化等方面加强研发高效保温隔热外墙体系、高效门窗系统与构造技术、热桥阻断构造技术、相变材料与建筑围护结构蓄能一体化技术、光伏建筑一体化技术、建筑垃圾直接利用与加工利用技术。

3.5 推进资源循环利用

从实践经验来看，通过更好地生产、使用和再利用原材料和产品，可有效减少原料和产品在生产、运输、销售和处置的全生命周期中产生的大量温室气体排放[13]。2019年，广东一般工业固体废物产生量为1.01亿t、生活垃圾清运量达3 347.3万t，废弃物产生总量大、利用率低。广东应重点推进工业、农业、生活、建筑等传统领域废弃物的“减量化、再利用、资源化”的技术研发，改进生产/生活工艺，使用新型、绿色、低碳、耐用的原材料，促使固体废物减量化；加强工业生产的粉煤灰、煤矸石、尾矿、废石、废料、废气等工业废物综合利用技术研发，提高农林废弃物生物高效处理及资源化再生利用效率，实现生活垃圾的清洁无害化焚烧处理及资源化利用、建筑垃圾高效无害直接利用与加工再利用，推进退役动力电池、光伏组件、风电机组叶片等新兴产业废物循环利用。

3.6 加快负碳关键技术研发

要实现碳中和，不仅需要减碳，更需要增汇，必须大力发展各类“负排放”途径。广东森林覆盖率58.66%，森林蓄积量5.84亿m3，森林碳汇储量达到3.1亿t；海岸线长度4 314.1 km，41.9万km2的海域有1 963个海岛，海岸与近海湿地面积815 100 hm2，拥有良好的生态系统资源。下一步广东应积极探索林业增碳、海洋固碳、土地利用调节吸收等方面的人工固碳增汇途径及生态修复措施，加强提升生态碳汇能力的科学研究与技术开发，完善生态系统碳计量方法、监测设施和评价手段，建立碳计量体系，有效管理生态系统碳汇；加快CCUS等前沿技术的研究、开发多途径的CO2利用方式，实现碳汇与节能减排和碳捕集、利用、 封存3种途径的协同推进。