中国双碳行业发展白皮书：双碳产业链的技术难点及应对措施
中国双碳行业发展白皮书：双碳产业链的技术难点及应对措施
实现双碳目标需要对现行社会经济体系进行深刻的系统性变革。然而产业链各阶段改革的成本和新技术应用便利程度仍然面临着较大的挑战与难点，可再生能源消纳及存储、深度脱碳技术等技术难点延缓着双碳目标的实施。
双碳纪元下的电力系统正在从过去相对稳定的集中式结构，转变为分散化、可再生能源主导的新型系统。这种转变在产业链多领域增大了电力供给和双碳纪元发展下的挑战，需要能源、电网和电力系统进行调整与改革，以确保能源及电力供给稳定。
能源生产领域
技术难点
- 可再生能源技术成熟度与效率
电力供应从集中式数量相对较少的大型火电厂转向分散的、不稳定的风能、太阳能等可再生能源，系统出力波动性明显加大。尽管可再生能源技术已取得显著进展，但其技术成熟度和转换效率仍有待提高，尤其是对于太阳能光伏板的光电转换效率、风电设备的风能捕获效率等，需要进一步的技术创新来降低成本并提高能源产出，有效解决随机、波动、分散的能源问题。
- 储能技术革新
由于可再生能源所具备的间歇性和不稳定性等特点，需要高效的储能技术来平衡供需关系。当前储能技术如电化学储能以及其他的新型储能方式仍存在成本较高、效率较低、安全性较差等问题：
- 度电成本：以电化学储能度电成本来看，相较抽水蓄能仍然偏高，综合度电成本为0.4～0.5元/千瓦时，尚不能完全依赖峰谷价差实现盈利。
- 商业模式效率较低：储能盈利性很大程度上依赖峰谷价差，在用户侧等应用场景下投资建设储能系统的机制仍待完善。
- 安全性有待优化：电化学储能在应用于调频等高频次、高倍率充放电场景时，安全性会受到更严格的考验，仍需优化。
- 二氧化碳捕集利用与封存技术优化
中国正面临着实现碳达峰和“碳中和”目标的挑战，这对碳捕集、利用和储存（CCUS）技术的发展提出了新的要求，推动CCUS技术的优化，以下为主要涵盖的痛点：
- 技术成本较高：CCUS减排技术成本较高，社会尚未做好大宗商品价格上浮的准备，制约CCUS技术推广应用，存在一定的市场竞争压力。例如煤电行业在CCUS技术和设备的应用下发电效率会下降近20%，而相对来说发电成本增长超50%。
- 技术需求大但商业模式有待开发：为了避免大量高排放的行业资产停产并满足足够的资本回收时间，2030年后大量电力与工业设施的CCUS技术改造需求将迅速增加。目前，CCUS项目开发中企业长期运营的积极性仍有待推动。
应对措施
- 有效的可再生能源消纳措施推动技术发展
多项措施积极引导可再生能源项目通过市场化方式扩大消纳空间。自2021年交易试点，全国新能源参与电力市场化交易的比例已从22%提升至2023年的超过40%。这些举措将推动可再生能源项目具备长期盈利稳定性，持续推动技术创新与发展，逐渐解决可再生能源潜在的随机、分散的能源问题。
- 新型储能支撑技术突破，助力多路线并进
目前储能设备的“同质化”竞争仍困扰于行业中，阻碍着业内企业可持续发展。行业内大容量电芯、耐高温电池、长时储能等技术的开发与应用有效提升储能的可靠性和本质安全水平，解决行业痛点，实现对电网的高效支撑。
- CCUS技术针对性部署与激励机制
CCUS技术作为双碳纪元的保障性措施，由于其能实现永久减排，在中国实现双碳目标中具备重要战略意义，是目前实现化石能源大规模低碳化利用的核心技术选择，以下为主要的应对措施：
- 超前部署及规模化示范：进行负排放技术的示范部署，开展全链条集成示范工程。依据国家支持性战略，争取在2030年前建成千万吨级CCUS产业集群。
- 激励性商业模式的开发：探索将CCUS纳入碳交易市场，引导开展跨行业、跨企业的CCUS技术示范合作，最终实现CCUS的低成本投融资渠道，与国际机构持续保持良好合作关系，形成国际化的行业规范及制度法规。
能源转换领域
技术难点
- 电网调度技术有待智能化提升
中国电网规模庞大、信息量巨大、实时性要求很高，且由于电网负荷在短时间内以及长时间内都是在不断变化，智能的电网调度能力可以极大程度上规避电网的偶然性。智能电网需要实现各种能源的集成和优化调度，以满足不同用户的能源需求。然而，当前智能电网技术在系统集成、通信协议、数据安全等方面仍存在挑战。
应对措施
- 多业态协同保障电网智能化调度
分布式新能源、新型储能、虚拟电厂、负荷聚合商等各类新业态的融合应用将成为电网智能化调度管理的重点应用方向，强化主配微网协同的有源配电网调度模式，从电网测完善主配网稳定管理、故障处置等电网智能调度核心业务的协调机制，配合上电力市场化改革，保障电网智能化的调度以及能源转换过程中的高效 应用与普及。
能源消费领域
技术难点
- 工业企业能耗管理缺乏推广
工业领域是能源消耗和碳排放的主要来源之一。目前中国工业企业缺乏完整的能耗管理体系以及长期有效的监测和历史数据记录，导致信息获取滞后，缺乏快速报告分析和统计功能。
- 建筑节能技术应用不充分
建筑节能是双碳纪元下减少能源消耗和碳排放的重要途径。节能工作横跨建材生产与运输、建筑施工、建筑运行以及建筑拆除的建筑全生命周期。当前的建筑节能技术很难在建筑全生命周期中提供经济效益较高的减碳技术。且中国为了实现“碳中和”，预计需要在新能源发电、先进储能和绿色零碳建筑等核心领域新增投资超130万亿元，建筑节能技术应用仍待完善。
应对措施
- 工业企业碳管理计划深入实施
引入信息化和智能化管理手段，考虑从地方层面建立双碳综合评价考核制度。同时，工业企业梳理工艺环节能耗、碳排情况，实现减排从产能端、用能端和碳汇端的三端发力，在碳排放核算能力深入规划落地谈管理计划。
- 全生命周期建筑节能管理
从建筑方案审核、建筑建设阶段到建筑拆除管理，实现全寿命的建筑节能监控与管理，推动新型节能管理模式，例如推进供热计量和按供热量收费等，为配置能源管理系统的楼宇提供激励性措施。同时在新技术的应用外，在基础的设施规划建设中推广各系统的节能措施，实现全方位的能源计量管理。
能源及材料科学领域
技术难点
- 新型能源及材料研究仍存瓶颈
新型能源与材料的应用将助力减碳、优化能源结构。其中代表性的新型能源即氢能源。目前氢能制取、储运技术薄弱，绿氢价格短期或将较高。且氢能的应用场景仍未得到有效的拓展，局限性较大。未来氢能材料如催化剂、储氢材料等也面临技术瓶颈和成本问题，新型能源及材料发展还存在着瓶颈。
应对措施
- 综合能源及材料耦合式过渡
短时间内转变为应用未来较具潜力的脱碳燃料具备较大的产业链挑战。以潜在的主要脱碳燃料，氢燃料为例，绿氢的应用还面临着较大的成本压力。除去补贴等政策支持外，掺氢掺氨发电、燃料电池热电联供、可再生能源制氢等多领域进行综合式过渡及商业实践，形成链接传统能源、可再生能源和氢能的耦合解决方案。
信息技术领域
技术难点
- 信息技术落地需实践
大数据和云计算技术通过收集和分析各种能源数据，可以实现对能源生产和消费的精准管理和优化调度。然而，当前大数据和云计算技术在能源领域的应用仍处于落地初期，需要进一步加强技术研发和应用推广。
应对措施
- 数智应用价值体现与普及
在信息技术高速发展的背景下，5G、大数据、云计算、人工智能、物联网、数字孪生、区块链等技术需要与创新双碳平台相融合，以赋能企业数据摸底、情景预测、路径明确等双碳全管理过程。在信息技术及平台整合的加持下，精准施策也将是未来应用数字经济推进双碳纪元的关键。应用价值在应用中的展现将推动信息技术领域在双碳软硬件推广的普及。