码观 | 可持续发展中的“碳中和”技术创新

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7月11日是世界人口日。在中国，“黑河-腾冲一线”是划分人口密度的对比线，因在1935年被中国地理学家胡焕庸首次提出，又称“胡焕庸线”。

胡焕庸线的东南方，36％的国土居住着96％的人口；而西北方，人口密度极低。这条线不仅表征着国家宏观发展的地理不均衡性，也反映了我国社会经济发展水平的不同。

改革开放以来，国家推进区域间协调发展，特别是“西气东输”“西电东送”等各项工程。胡焕庸线，以前是能源分布的分界线，现在更是可再生能源分布的分界线。未来，在“双碳”目标背景下，合理配置资源、优化能源结构、促进我国社会经济可持续发展具有重要意义。

一、“碳中和”面临的发展环境

NASA观察数据显示，当前全球温室气体浓度较19世纪升高了1.2度，过去170年二氧化碳浓度上升了47%，这种急速变化使得物种和生态系统的适应时间大大缩短，进而造成全球气候变暖、海平面上升、作物产量降低、人类心血管和呼吸道疾病加剧等种种危害。在此背景下可持续发展的“碳中和”目标被提出。

在“碳中和”大背景下，我国首次明确提出“碳达峰”、“碳中和”是在2020年9月22日第七十五届联合国大会一般性辩论上，中国国家主席习近平向全世界承诺：力争于2030年前达到峰值，2060年前实现“碳中和”的宏远目标，并后续在多次国际会议宣言承诺3060目标。

目前，全球约73%的碳排放来源于能源领域。2019年，全球能源相关的CO2排放量约为330亿吨，其中，发达经济体的排放量约占三分之一。截至2020年，全球已有54个国家的碳排放实现达峰，占全球碳排放总量的40%。能源领域“减碳”成为最重要的主题。

时间紧、任务重、压力大

全球“碳中和”目标方面，已有29个国家和地区通过颁布政策或立法的方式做出了“碳中和”承诺。与美欧国家相比，中国尚处于经济上升期，且实现碳达峰与碳中和的间隔年限较短，实现“碳中和”愿景可谓是“时间紧、任务重、压力大”。

近十年来，中国二氧化碳排放量始终居于全球首位——2020年，中国排放二氧化碳近99亿吨，占全球排放比重高达30.66%，到2030年中国碳排放总量预计将进一步上升至104-110亿吨之间的峰值水平。从碳排放结构来看，中国电力与热力部门和工业部门的碳排放占比远超全球整体水平。减小排放绝对量和调整用能结构是中国实现碳中和所面临的一项重大挑战。

中国“富煤、少气、缺油”的能源资源特征决定了我国能源结构以煤炭为主，这也是中国碳排放强度较高的一个重要原因，经济增长的同时调整能源结构将是未来中国实现“碳中和”目标的一道重要关卡。与此同时，第二产业特别是工业的增长仍是当前中国经济快速增长的主要动力之一——作为“世界工厂”，我国生产了全球一半以上的钢铁（2020年占比56.5%）与水泥（2019年占比55.7%），根据测算中国第二产业的能源终端消费占比高达67%。可见，中国经济产业结构的调整是中国实现“碳中和”过程中的一项必要举措。

经济发展需要能源消耗，碳排放与经济发展密切相关，经济发展必然伴随着能源消耗需求的增长。中国GDP单位能耗为世界平均水平的1.5倍，表明我国经济对能源的依赖程度还很高。作为发展中国家，中国完成经济发展目标的过程中，由高碳驱动的工业化、城镇化发展将推动“碳达峰”峰值高度抬高，为“碳中和”的实现带来更大的“斜率”压力。

“碳中和”领域的资金缺口也成为重大考验。按照2020年清华大学的报告，中国要实现碳中和目标，大概需要新增138万亿元，而碳交易从试点启动到2020年末，交易额才100多亿元，筹措的资金大概是2.15亿美元。根据中国银行估计，中国实现碳中和需数百万亿元资金支持，年均资金缺口近2万亿元，在可再生能源、土壤污染修复等领域缺口较大；绿色低碳技术仍处于攻坚期，碳汇、碳捕集、碳封存等技术应用性和商业性不足。

二、“碳中和”背景下产业趋势研判

供给侧与消费侧

我国实现“碳中和”目标的技术路径需要从供给端和需求端共同发力，一方面含“碳”量高的化石能源，煤炭要面对供给侧改革；控制化石能源总量，提高利用效能，从化石能源转换为电能方面需要将继续提高效率；另一方面在需求侧，依托技术改造的节能减排是核心。

从供给侧看，可再生能源比重上升。随着新增装机容量上升，光伏、风能在能源中的比重将大幅提升，预计2050年将超过70%。基于可再生能源的发电（主要是风能和太阳能光伏发电），在2020年至2060年间将增加7倍，届时将占发电总量的约80%。

从消费侧看，终端电气化比例上升。终端消费以电力替代煤炭、石油等化石能源直接利用，可有效减少终端部门乃至全经济尺度的二氧化碳排放。我国2015年电力在终端能源消费比例为21.3%，2030年将超过30%，2050年将达70%左右，将对减排二氧化碳发挥重要作用。

根据IEA国际能源署数据，2019年居民部门碳排放量占我国碳排放总量的3%，终端电气化、低能耗家电为消费端减排主要方式。主要途径包括使用新能源汽车（终端消费电气化）以及低能耗智能家居产品，以及垃圾分类、对可回收、有价值的材料进行再利用等循环经济。

图片来源：源码资本

区域结构与产业结构

从能源区域看，能源中心将向西部和东部沿海地区扩散。现阶段，我国能源主要依赖于煤炭，而原煤产区主要集中在中部地区，未来光伏、风能等清洁能源在能源中的比重将大幅提升，我国能源中心也将由中部地区向太阳能、风能资源丰富的西部和东部地区扩散。

从产业结构看，“碳中和”目标作为硬约束，将速推动传统产业从两个方向来进行低碳转型。一方面，为实现碳排放的减少，对于传统高耗能、重化产业要控制新增产能，推动其进行节能改造，与此同时加速发展新能源产业及环保产业；另一方面，通过森林、海洋和土地碳汇增加碳吸收，林业等碳汇相关产业比重将迎来进一步提升。

三、能源供给端技术革新

零碳技术是实现能源供给结构转型的关键技术，其中既包括零碳电力技术，也包括零碳非电能源技术。以零碳电力技术——新能源发电技术为起点，从源头减碳，实现对化石能源的大比例替代。通过零碳非电能源技术——发电侧和用户侧储能技术，提升新能源电力的利用率。创新研发并推广制氢技术，助力构建多元化清洁能源供应体系。

新能源发电技术革新

海上风电规模化开发和智能运维技术：海上风电自2018年起步入发展快车道，各省开始加紧核准海上风电项目，并于2019年进入抢装潮。2019-2021年抢装潮后，中国海上风电或进入短暂低迷期，但高速增长的电力需求与国家发展目标，将促使未来十年中国海上风电的年新增并网装机，仍保持在4-5GW以上。远海风电基础技术及配套技术、海洋岩土勘测技术值得关注。

BIPV：光伏建筑一体化（即BIPV Building Integrated PV，PV即Photovoltaic）是一种将太阳能发电（光伏）产品集成到建筑上的技术。光伏建筑一体化可分为两大类：一类是光伏方阵与建筑的结合。另一类是光伏方阵与建筑的集成。如光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等。在这两种方式中，光伏方阵与建筑的结合是一种常用的形式，特别是与建筑屋面的结合。技术并非关键决定性因素，与目标客户快速衔接和拓展的渠道、整合资源的模式是关键，类似分布式光伏。

码荟成员企业联盛新能源集团是中国分布式光伏产业领跑者与创新驱动者，也是国内唯一一家以分布式光伏电站投建为主业，且进入产业化发展阶段的公司。集团旗下拥有联盛电力、优得运维、傲普能源科技三大产业板块，是国内光伏分布式投建项目最多、装机规模最大、运维规模最大的企业之一，业务遍布全国近300座城市、2000多座电站，运营规模总量近5GW，为中国首家以分布式为主业且步入产业级发展规模的清洁能源电站运营商。

先进太阳能热发电技术：钙钛矿(CaTiO3)型太阳能电池(perovskite solar cells)是指利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池。相比传统转化方式而言，钙钛矿太阳能电池能够提升太阳光的利用水平，此外，还具备价格低、投资小、制备简单等优势。未来，稳定性或将成为钙钛矿光伏技术商业化应用前景的决定性因素。

光热发电技术：光热发电是当前唯一同时具有清洁发电和大容量储能的可再生能源技术，作为调节性电源，在中西部地区将成为替代火电的主要技术，能较好的应对风电、水电的季节性缺电问题，同时与光伏发电能协同匹配进行日内调节。截至2021年底，我国太阳能热发电累计装机容量 538MW（含 MW 级以上规模的发电系统）；2021年底全球太阳能热发电累计装机容量约6800MW（含已退役电站容量）。

新型储能技术探索

我国正处在短时平稳电网波动阶段，储能项目主要是和风光配套，来增加消纳以及减少电网波动，现阶段仍以锂电储能为主，待其他储能成本下降以及新能源发电到达一定比例后，长时储能将走上发展的快车道，关键是合适的应用场景。

例如码荟成员企业安仕新能源，深耕锂电产品专注于锂离子和磷酸铁锂电池组的研发，在锂电池领域处于领军地位，特别是192V 磷酸铁锂高压UPS电池组领域，行业市场占有率处于第一位置。

同时，在电池安全领域，美克生能源以“更安心的绿能生活”为使命，汇聚全球顶尖科研团队，六十余项专利技术产研结合，不仅是全球较早推出商业化锂电池安全故障预警应用平台及数字化电池管理系统的企业，更是国内领先的绿能倡导者。

在场景应用层面，德兰明海是全球领先的新能源储能技术及完整储能电池应用方案提供商，公司旗下便携储能品牌BLUETTI铂陆帝现占据全球TOP3市场地位。在光伏储能一体化，离并网双向逆变器、能源互联网管理系统等方面的研究领先全球，产品远销全球70余个国家。

还有其他技术，例如，新型液态金属电池、“热岩”储能技术等为革命性储能技术。新型全液态金属电池系统，这种系统能够在更低的温度下工作，具有更长的使用寿命以及更低的成本。在测试中发现，经过10年的日常充放电后，这种电池仍能保持初始转化效率的85%（初始转化效率约为70%）。“热岩”储能技术也是长时储能的一大前沿技术。相对于电池储能技术而言，它的原料易得，拥有极大地成本优势，更为重要的是，这一储能技术更为环保安全。

氢能技术：2022年三月份刚刚颁布了氢能产业发展中长期规划（2021到2035年），氢能与电能和热能的系统融合，会是重要方向。强调跨界应用的潜力，因地制宜多元应用（关键还是在应用端和需求侧，紧密围绕应用示范工程）。在交通，工业等用能终端，实现能源消费转型以及高能耗，高排放行业的绿色发展减少温室气体排放。氢燃料电池存在极大发展空间，燃料电池汽车商业化技术路径，关键材料与零部件的核心技术突破是国产化替代的重要机遇。

四、能源消费侧的节能减排

钢铁、建筑、交通、农业侧的节能减排快速发展。

从钢铁行业看，长远来看，使用氢气代替煤将铁矿石还原为铁是钢铁行业最具可持续性和技术前景的替代方案。目前具有代表性的低碳先进技术为瑞典的突破性氢能炼铁技术（HYBRIT）项目，相较于焦炭与高炉系统的现有炼钢工艺而言，由氢还原与电弧炉组成的HYBRIT技术能够大幅降低将二氧化碳排放。

从建筑行业看，水泥的碳排放过半源自于制作过程中的释放。中国是水泥生产大国，减少水泥的使用量或降低水泥熟料系数是混凝土领域的主要减碳措施。加拿大的一家创业公司CarbiCrete开发了无水泥负碳混凝土技术，用炼钢产生的矿物废料代替水泥，并利用二氧化碳来固化混凝土混合物。这种“负碳”混凝土技术每生产一个18公斤的标准混凝土砌块，就可因避免生产水泥而节省2公斤的二氧化碳，并在固化过程中锁住1公斤二氧化碳。Blue Planet基于生物进化引发对石灰石形成的思考，研发出从骨料角度切入的永久性碳捕获混凝土技术；每吨Blue Planet的CaCO3骨料可实现440公斤CO2的永久性捕获封存，即使Blue Planet骨料混凝土建成的建筑物达到使用寿命并被拆除，二氧化碳仍会作为矿物质被锁定在聚合体中。

同时，在建筑节能方面的减排应用上，科技的力量更加凸显出来。根据IEA的数据，以空调为主的空间制冷设备已经占据全球电力消耗的10%以上，未来将进一步增长。压缩机作为空调最主要的耗能部件，线性磁铁压缩机打开空调节能新思路。同时还产生了一批通过算法控制空调实现节能减排的公司。

码荟成员企业，深度智控就是一家智慧能源创新服务商，在多场景中提供比节能更多的能力。通过AI数据驱动+机理模型的优化控制算法，深度智控让宁德时代、京东方、国家超级计算中心等工厂和数据中心的空调系统，在主流节能控制系统的基础上再节能10%-40%。在一个大型工厂中，深度智控通过系统控制软件优化，一年就为客户节省800多万度电。

在建筑节能技术方面，热水器是建筑运行阶段最常用的一种耗能设备，节能热水器减少热损失和智能化控制加热时间可最大限度利用能源，降低高达20%的能耗。同时，通过智能窗户可减少空调和照明的能耗，达到节能减排的效果。

码荟成员企业，杭州云谷科技研发系列产品和服务，通过“源、网、站、户”的全域管理，全过程数字栾生、人工智能与IoT智能产品等创新技术，解决低碳供热系统优化调度、全域协同等技术难题。目前，云谷科技同时掌握了全网平衡、流量传感器、表阀一体化、室温软测量、室温调控等核心技术，公司凭借全球领先的智能测控终端、热网平衡技术和云数据平台，为供热企业提供ENGRID智慧供热整体解决方案。其研发的平衡热量表（表阀一体电磁式热量表），居于全球领先地位，拥有十多项国家发明专利。

在交通行业，纯电动乘用车生命周期碳减排潜力较大，到2060年可实现减排至17%（以2020年为基准），随着时间的发展，动力蓄电池碳排放的对纯电动车碳减排的作用越加明显。码荟成员，理想汽车刚推出了新款车L9。

在农业行业，垂直农场的技术要点是照明（特定电磁波谱的专用LED等）和无土栽培系统，可以免去远程运输和地点、时间限制，大幅减少碳排放。

五、负碳技术

碳捕捉封存及利用（CCUS）

以绿色植物（秸秆等）作为燃料，并辅以碳捕捉技术，有望净减少大气中的二氧化碳。我国目前生态系统每年固碳速率在10到40亿吨二氧化碳左右，约抵消人为碳源10%-40%。

从捕集环节来看，部分技术已达到或接近达到商业化应用阶段，每顿二氧化碳300元，加上封存的话是500元左右。从运输环节来看，二氧化碳陆路车载运输和内陆船舶运输技术已成熟。从利用环节来看，化工利用取得较大进展，整体处于中试阶段；需要寻找高附加值的应用场景（储能、混凝土、生物质、微藻等），天然气合成塑料、乙烯塑料（现有是石化衍生品）、合成腊（高附加值化妆品、建筑外墙储热材料、食品添加剂）、合成油的市场空间大，目前也走过中试；经济性可期，也会随着应用场景而改变。对二氧化碳的浓度要求也不那么高了，从高浓度到低浓度发展了，捕集和利用环节也出现一体化技术，降低成本提高经济性。总体而言是百家争鸣的状态，类似光伏早期。未来碳价上来，结合碳资产的开发（配额和核证减排量），经济性值得期待。从封存环节来看，中国已完成了全国二氧化碳理论封存潜力评估，比特大陆正研究推进二氧化碳海底封存技术。

森林碳汇、耕地碳汇、海洋碳汇

“碳汇”一词来源于《联合国气候变化框架公约》缔约国签订的《京都议定书》，该议定书中将碳汇定义为：从大气中清除二氧化碳的过程、活动或机制。森林、耕地、海洋是人类目前拥有的重要碳汇，也是碳循环的重要环节。

森林是陆地生态系统中最大的碳库，在降低大气中温室气体浓度、减缓全球气候变暖中，具有十分重要的独特作用。农田土壤碳汇通过采用保护性耕作措施、扩大水田种植面积、增加秸秆还田、增加有机肥施用、采用轮作制度和土地利用方式等，让农田土壤由碳源转化为碳汇。海洋是地球系统中最大的碳库，海洋碳库是大气的50倍，陆地生态系统的20倍，全球大洋每年从大气吸收CO2约20亿吨，占全球每年CO2排放量的1/3左右，是大气CO2最大的汇。

2014年6月13日，习近平总书记提出“四个革命、一个合作”的能源安全新战略，一直以来都是能源工作者的最高工作指引。“四个革命”是指推动能源消费革命，抑制不合理能源消费；推动能源供给革命，建立多元供应体系；推动能源技术革命，带动产业升级；推动能源体制革命，打通能源发展快车道。“一个合作”是指全方位加强国际合作，实现先开放条件下的能源安全。

两个关键点——整合能源供给侧、储运和消费侧，全链条产学研用创新要素；以政策导向和需求侧的痛点和诉求为牵引，牢牢抓住其应用场景和市场，发挥源码资本专业投资机构的优势，实现产业链、创新链和政策链的融合。

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