能源转型是推动中国经济社会碳中和系统性变革的重大战略！
在双碳目标下，我国能源如何实现转型，面临哪些挑战，针对我国能源发展现状，院士又提出了哪些发展建议呢？本文将对以上问题进行解答，希望大家通过阅读今天的文章，能更加全面的了解能源领域的发展现状及未来发展方向。
在上一篇文章中，我们分享了来自上海交通大学的PPT《碳中和背景下的能源转型》，并进行了解读。
01中国能源转型三大挑战
能源转型是推动中国经济社会碳中和系统性变革的重大战略，在实现过程中面临诸多挑战。目前，以煤为主的能源结构、能源增长的刚性需求以及碳达峰至碳中和的时间紧迫性共同构成中国能源系统碳中和迫切需要解决的三大问题。
1、以煤为主的能源结构
煤炭资源相对丰富是我国化石能源资源禀赋的基本国情，以煤为主的能源结构决定了实现碳中和任务的艰巨性。
按发电煤耗法折算，中国2022年一次能源消费总量约为54亿吨标准煤，煤炭消费量占能源消费总量的56.2%。在世界主要工业国中，中国煤炭消耗占比最高，因此减少煤炭碳排放是中国能源系统实现碳中和的关键所在。
综合考量技术-经济-政治-社会多维因素，煤炭在短期内仍然是中国能源系统中不可缺少的压舱石，也是解决能源供给不足最“短平快”的选择，这种短期需求与长期规划的矛盾进一步增加了制定煤炭相关能源转型的难度。
2、能源增长的刚性需求
如何在碳排放的约束条件下保障中国经济增长与人民生活水平持续提高需要的能源供给，是我国能源系统实现碳中和的另一大挑战。
我国化石能源以煤炭为主导，油气资源相对缺乏，煤炭和水力资源人均拥有量相当于世界平均水平的50%,石油和天然气人均资源量仅为世界平均水平的1/15左右。
相比较而言，我国拥有较丰富的可再生能源资源，截至2021年底，我国可再生能源发电装机达到10.64亿kW，占发电总装机的44.8%，风电、光伏发电、水电和生物质发电装机分别达到3.28亿，3.06亿，3.91亿和0.38亿kW,连续多年稳居世界第一。
因此，探索可再生能源在我国能源需求刚性增长中的作用具有重要价值。
3、碳达峰至碳中和的时间紧迫性
英国、法国和德国等欧洲发达国家在20世纪70年代就实现了碳达峰，宣布2050年为实现碳中和的时间，具有至少70年的时间间隔；美国2007年实现碳达峰，宣布到2050年实现碳中和，则争取到43年的时间间隔。然而，中国承诺2030年实现碳达峰到2060年实现碳中和，只有30年的时间间隔，这就决定了实现碳中和目标的紧迫性。
从当前中国的产业结构看，人均能耗和人均GDP仍然处于上升阶段，当前的经济增长在很大程度上依靠扩大资源能源密集型产业，而西方发达国家主要产业多为信息技术密集型的高附加值产业，人均能耗与人均GDP已在一定程度上实现解耦。
因此，与欧美发达国家相比，中国碳中和目标的实现意味着在更短的时间内完成更迅速的产业转型以及经济增长方式的转变，这种时间上的紧迫性构成中国能源系统实现碳中和的第三大挑战。
02中国能源转型路径
以碳中和为导向的中国能源系统转型主要包括三个方面：在能源供应侧大幅推广可再生能源；在能源需求侧提高能源效率和实现燃料转换；大规模使用负排放技术。
1、能源供应清洁化
中国能源转型的当务之急是能源供应部门的脱碳！
对于能源结构而言，最明显的特征就是可再生能源的普及和煤炭的退出。目前，煤炭消费的比重正缓慢下降。在2025年以后，煤炭占比将以更快速度降低，这有助于能源消费总量和二氧化碳排放达峰。
相比之下，可再生能源目前占一次能源消费的10%，同时增长缓慢，主要是为了满足增量能源需求。未来，可再生能源将最有希望填补由煤炭消费下降造成的缺口，从而逐步取代化石燃料。
电力部门对于能源脱碳至关重要，发电结构的变化主要是因为煤电厂的退役和风能及光伏发电的增加。可以预计，煤电厂将很快进入转型最关键的10年。在此期间，煤电厂要么需要提前退役，要么将进行灵活性改造以进入辅助服务市场，或者转变为生物质-煤混燃电厂甚至纯BECCS电厂，从而能够产生负排放。研究表明，碳达峰的时间在很大程度上取决于燃煤电厂退出发电序列的速度。
2、能源消费清洁化
产业结构调整、能源效率提高和清洁燃料替代是能源需求部门能耗和排放下降的三大支柱。
工业部门作为最大的能源消费部门，在能源转型中受到的影响最大。工业部门终端能源消费将在2025年达峰，并迅速下降，但在2050年仍然占据中国终端能源消费的50%。
2019年，中国的建筑总面积约644亿平方米，到2050年还将继续增加20%，这无疑会导致能源服务需求的增加。提前达峰能够降低峰值水平，2050年的碳排放目标对建筑部门2040年以后的转型有较大影响。建筑部门在所有需求部门中电气化率最高。目前，建筑部门消耗了大量的化石燃料（特别是中国并不充裕的天然气）来满足采暖、炊事和热水相关的能源服务。在未来，许多能源需求将由电力来满足，到2050年化石燃料的份额将下降到20%以下。
中国交通部门目前仍在快速扩张，2019年中国私人汽车千人保有量为174辆，预计到2050年千人汽车保有量将上升至400辆。此外，到2050年，卡车数量也会较当前增长超过20%，航空需求将增加150%，这将给交通部门的减排带来更严峻的挑战。在周转量大幅增长的情况下，能源消费的最终下降主要源于电动汽车和氢燃料电池汽车效率远高于当前的内燃机汽车。
3. 应用生物能源和CCS技术
生物能源是一种可持续的零碳能源，而CCS技术可以捕获电力、工业和上游部门产生的二氧化碳并实现长期储存。然而由于整体投资成本高昂和公众认知度不足，这些技术难以得到充分发展。由于负排放技术是实现碳中和的关键，融合了零碳特性的生物能源和CCS的BECCS技术，因此是一种具有广阔前景的负排放来源。2035年以后，低成本的脱碳手段已经基本耗尽，为了实现碳中和，预计将开始快速部署BECCS技术以抵消剩余的难以解决的排放。
除了BECCS外，2035年后，部分现存的燃煤发电和供热机组将进行CCS改造以减少碳锁定，避免转型带来的资产搁置风险。未来10年仍会新建煤电厂，到2050年带CCS的燃煤电厂的二氧化碳捕集量将达到4亿吨。在工业部门，CCS也被用于解决钢铁、水泥和制氨环节产生的排放，在2050年将捕获3亿~4亿吨二氧化碳。
03能源转型发展建议
黄震院士在中国工程院院刊《中国工程科学》中，发表了深度研究《“双碳”背景下我国中长期能源需求预测与转型路径研究》，对我国未来能源转型发展提出了五大建议：
1、强力推进节能战略，减少能源消耗和碳排放
强力推进节能战略是减少消耗、降低碳排放的重要手段。我国是能源消费大国，能源强度显著高于世界平均水平。能源、工业、交通等终端用能领域节能潜力巨大，在这些领域全面推行节能战略可显著降低全社会能源消费和碳排放。
在电力领域，需大力推进发电效率的提高；在工业领域特别是高耗能行业，大力推广节能技术和节能新工艺，提升工业能效；在交通领域着力提升交通运输装备的能效，加强节能技术的研发、应用与推广。
2、大力发展可再生能源，建设以新能源为主体的新型电力系统
传统电力系统转向以新能源为主体的新型电力系统是实现碳达峰、碳中和的必然之路。
因地制宜大力发展可再生能源，建设基于电网安全运行的高比例风光发电的源‒网‒储‒荷新型电力系统，加快煤电灵活性改造，发展火电CCUS技术，用于灵活性调峰和保障电力供应安全。
加强跨省、跨区输电通道建设，发展分布式微电网，提升电网侧的传输能力以及需求侧的消纳能力，突破新型储能关键技术。
3、发展可再生燃料替代，推动终端用能低碳化，提高终端电气化水平
以电力的低碳化零碳化为基础，加快突破制氢、合成燃料等新型燃料技术的研发，实现燃料的零碳化。
在工业领域加强前沿技术攻关，推动绿色工艺技术应用，实施电能替代、氢能、生物质能等清洁能源替代，推动工业用能尽早达峰。
在交通运输领域进一步提升交通运输电气化进程，以绿电为基础推进可再生燃料、氢能等替代燃料的研发以及应用。
4、加强技术创新，发挥技术创新在能源转型中的支撑作用
“双碳”目标的实现需要发挥科技创新的支撑引领作用，依靠一系列颠覆性、变革性能源技术突破作为战略支撑。在新能源和智能化等技术进步和成本快速下降的推动下，全球能源沿着低碳和零碳化、数字化的方向加速转型，正在进入一个能源转型发展的时代，颠覆性技术的研发应用将带来能源体系发生结构性的变化。
重点聚焦新型电力系统、氢能、储能、可再生合成燃料、可控核聚变、CCUS等关键技术方向，加大“双碳”前沿技术的基础研究和关键技术攻关的支持力度，设定短期、中期、长期的技术开发目标，给予政策鼓励以及资金支持，实现颠覆性、变革性能源系列技术突破。此外，要建立完善、绿色、低碳的技术评估和交易体系，加快创新成果转化与应用。
5、统筹法制、技术和市场，多措并举推进“双碳”工作
加快“双碳”法制体系构建，加强应对气候变化的相关立法，为实现碳中和提供法律保障。统筹推进“双碳”法律法规与配套规章“立改废”，重点加快面向双碳目标的环境保护法体系、能源法体系和相关法律构建。
大力推进低碳、零碳、负碳科技创新与革命。加快能源与碳市场体系建设，大力推进全国电力、石油、天然气和二氧化碳排放权交易系统建设。通过碳配额、碳排放权交易和碳税等，推动能源“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变，发挥市场机制，形成有效的激励约束机制，让碳排放成本越来越高，减碳收益越来越大，不断降低绿色溢价。
04结语
中国能源转型面临重大挑战，需要从以煤为主向清洁化、高效化转型。要实现这一转型，必须采取多元化策略，包括提高能源供应侧的可再生能源比例，推动能源需求侧的节能和效率提升，以及发展负排放技术。同时，政府、科研机构和企业应加强合作，加速技术创新和推广，构建完善的法制和市场体系，共同推动中国能源系统的根本变革。
