碳中和背景下低碳科技關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展與機(jī)遇20211271

碳中和背景下低碳科技關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展與機(jī)遇前瞻碳中和戰(zhàn)略研究院2021年12月01

“碳中和”發(fā)展環(huán)境概述03

“碳中和”背景下關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展機(jī)遇02

“碳中和”背景下產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)研判目錄CONTENT011.1

“碳中和”的發(fā)展背景1.2

中國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳中和”面臨的挑戰(zhàn)Sea-level1.1.1

“碳中和”的提出：全球氣候變暖NASA觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前全球溫室氣體濃度較19世紀(jì)升高了1.2℃，過(guò)去170年CO2濃度上升47%，這種極速變化使得物種和生態(tài)系統(tǒng)的適應(yīng)時(shí)間大大縮短，進(jìn)而造成全球氣候變暖、海平面上升、作物產(chǎn)量降低、人類(lèi)心血管和呼吸道疾病加劇等種種危害。在此背景下，代表可持續(xù)發(fā)展的“碳中和”目標(biāo)被提出，即追求凈零排放，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與資源消耗脫鉤?！疤贾泻汀笔疽鈭D排放吸收溫室氣體排放的危害

GHGs

2.5Air

pollutionSLCPs

Temperature

riseSea-level

riseCrop

yielddecreases

資料來(lái)源：Stockholm

Environment

Institute

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理1.1.2

“碳中和”目標(biāo)：中國(guó)承諾將于2060年實(shí)現(xiàn)“碳中和”在“碳中和”大背景下，我國(guó)首次明確提出碳達(dá)峰、碳中和是在2020年9月份的第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上。國(guó)家主席習(xí)近平向全世界承諾：力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”的宏遠(yuǎn)目標(biāo)。

“3060”雙碳目標(biāo)已經(jīng)上升到國(guó)家戰(zhàn)略和行動(dòng)方案

習(xí)主席在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)發(fā)言：

“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)

于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和?！?/p>

習(xí)近平主席多次在國(guó)際會(huì)議上宣誓：中國(guó)2030年前碳達(dá)峰，2060年前碳中和

2020年9月22日第七十五屆聯(lián)合國(guó)

大會(huì)一般性辯論2020年11月12日

第三屆

巴黎和平論壇

2020年9月30日

聯(lián)合國(guó)生物多樣性峰會(huì)

2020年11月17日金磚國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人

第十二次會(huì)晤2020年12月12日

2020年

氣候雄心峰會(huì)“守護(hù)地球”邊會(huì)

2020年11月22日二十國(guó)集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)人

利雅得峰會(huì)

2021年1月25日

世界經(jīng)濟(jì)論壇“達(dá)沃斯議程”

對(duì)話會(huì)資料來(lái)源：根據(jù)公開(kāi)資料整理

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理1990199119921993199419951996199719981999200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014201520162017201820191.1.2

“碳中和”目標(biāo)：已有54個(gè)國(guó)家實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目前，全球約73%的碳排放來(lái)源于能源領(lǐng)域。2019年，全球能源相關(guān)的CO2排放量約為330億噸，其中，發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的排放量約占三分之一。截至2020年，全球已有54個(gè)國(guó)家的碳排放實(shí)現(xiàn)達(dá)峰，占全球碳排放總量的40%。11311392220發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體其他地區(qū)1990-2019年全球能源相關(guān)的CO2排放量（單位：億噸）資料來(lái)源：Our

World

in

Data；江蘇省碳中和聯(lián)合研究中心等

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理注：發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體：澳大利亞、加拿大、智利、歐盟、冰島、以色列、日本、韓國(guó)、墨西哥、挪威、新西蘭、瑞士、土耳其和美國(guó)。截至2020年全球已實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”的國(guó)家數(shù)量（單位：家）1850541990年2000年2010年2020年德國(guó)、捷克、挪威、烏克蘭、匈牙利、哈薩克斯坦、拉脫維亞、羅馬尼亞、克羅地亞等

法國(guó)、盧森堡、丹麥、瑞典、

31

瑞士、英國(guó)、波蘭、比利時(shí)等加拿大、美國(guó)、葡萄牙、澳大利亞等

巴西、日本等1.1.2

“碳中和”目標(biāo)：中國(guó)時(shí)間緊、任務(wù)重全球“碳中和”目標(biāo)方面，不丹和蘇里南已實(shí)現(xiàn)了“碳中和”，同時(shí)已有29個(gè)國(guó)家和地區(qū)通過(guò)頒布政策或立法的方式做出了“碳中和”承諾。預(yù)計(jì)2021年末，占全球碳排放量65%以上、占全球經(jīng)濟(jì)總量70%以上的國(guó)家將作出“碳中和”承諾。與美歐國(guó)家相比，中國(guó)尚處于經(jīng)濟(jì)上升期，且實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和的間隔年限較短，實(shí)現(xiàn)“碳中和”愿景可謂是“時(shí)間緊、任務(wù)重”。1970198019902010205020602000

中國(guó)

2020美國(guó)

71年2030

2040

EU

2843年美國(guó)碳達(dá)峰EU28碳達(dá)峰

中國(guó)碳中和30年美國(guó)凈零排放歐盟碳中和中國(guó)、美國(guó)、EU28：實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和的間隔年限

中國(guó)碳達(dá)峰資料來(lái)源：聯(lián)合國(guó)；EDGAR

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理已實(shí)現(xiàn)2030年2035年2040年2045年2050年?

不丹?

蘇里南?

挪威?

烏拉圭?

芬蘭?

奧地利?

冰島?

瑞典?

美國(guó)加利

福利亞?????丹麥英國(guó)日本韓國(guó)歐盟等全球主要國(guó)家（地區(qū)）“碳中和”目標(biāo)時(shí)間表1.2.1

中國(guó)“碳中和”挑戰(zhàn)：CO2排放量位列全球第一

近十年來(lái)，中國(guó)二氧化碳排放量始終居于全球首位，2020年，中國(guó)排放二氧化碳近99億噸，占全球排放比重高

達(dá)30.66%，到2030年中國(guó)碳排放總量預(yù)計(jì)將進(jìn)一步上升至104-110億噸之間的峰值水平。從碳排放結(jié)構(gòu)來(lái)看，

中國(guó)電力與熱力部門(mén)和工業(yè)部門(mén)的碳排放占比遠(yuǎn)超全球整體水平。減小排放絕對(duì)量和調(diào)整用能結(jié)構(gòu)是中國(guó)實(shí)現(xiàn)

碳中和所面臨的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。資料來(lái)源：英國(guó)BP石油公司；國(guó)際能源署（IEA）

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理2010-2020年全球及各國(guó)二氧化碳排放量變化（單位：億噸）44.57200240220280260322.84

340

98.99

320

3000204060120100

8020102011201220132014201520162017201820192020印度德國(guó)中國(guó)日本韓國(guó)美國(guó)俄羅斯沙特阿拉伯歐盟伊朗全球（右軸）注：以上為2020年二氧化碳前十排放國(guó)。2019年全球及主要國(guó)家二氧化碳排放結(jié)構(gòu)對(duì)比（單位：%）53.11%47.92%41.84%30.77%

35.82%28.00%17.90%18.60%13.20%

9.26%19.03%24.45%31.14%

37.04%9.17%

9.72%15.15%15.10%24.89%

17.88%0%100%中國(guó)日本全球歐盟美國(guó)

20%電力與熱力部門(mén)40%

工業(yè)部門(mén)

60%交運(yùn)部門(mén)

80%其他部門(mén)199019911992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010201120122013201420151.2.2

中國(guó)“碳中和”挑戰(zhàn)：經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開(kāi)能源消耗碳排放與經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展必然伴隨著能源消耗需求的增長(zhǎng)。中國(guó)GDP單位能耗為世界平均水平的1.5倍，表明我國(guó)經(jīng)濟(jì)對(duì)能源的依賴程度還很高。作為發(fā)展中國(guó)家，中國(guó)完成經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)的過(guò)程中，由高碳驅(qū)動(dòng)的工業(yè)化、城鎮(zhèn)化發(fā)展將推動(dòng)“碳達(dá)峰”峰值高度抬高，為“碳中和”的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)更大的“斜率”壓力。資料來(lái)源：世界銀行；紅杉中國(guó)

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理086421816141210中國(guó)英國(guó)日本美國(guó)德國(guó)全球中國(guó)GDP單位能耗1990-2015年世界主要經(jīng)濟(jì)體及世界平均GDP單位能耗對(duì)比（單位：2011年不變價(jià)購(gòu)買(mǎi)力平價(jià)美元/千克石油當(dāng)量）注：2025年城鎮(zhèn)化率為十四五規(guī)劃目標(biāo)；2035年為中國(guó)社科院財(cái)經(jīng)院的《中國(guó)城市競(jìng)爭(zhēng)力第17次報(bào)告（總報(bào)告）》中的預(yù)期水平。63.89%65%20202025E2035E城鎮(zhèn)化率到2025年到2035年

70%實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)總量翻一番人均GDP達(dá)到“高收入國(guó)家”標(biāo)準(zhǔn)“十四五”時(shí)期中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展預(yù)期性目標(biāo)1.2.3

中國(guó)“碳中和”挑戰(zhàn)：能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主“富煤、少氣、缺油”的能源資源特征決定了我國(guó)能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，而煤炭是排放因子最大的一次能源，煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)是中國(guó)碳排放強(qiáng)度較高的一個(gè)重要原因，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)將是未來(lái)中國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的一道重要關(guān)卡。資料來(lái)源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局；清華大學(xué)氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院（ICCSD）等

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理2020年中國(guó)能源生產(chǎn)及消費(fèi)結(jié)構(gòu)（單位：%）1.3%0.8%-1.3%-1.2%-1.2%0.8%

0.8%

1.0%-1.8%煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的占比非化石能源占比

-4.6%二氧化碳排放量2015-20202020-20252025-20302030-2050碳中和達(dá)成所需的各階段能源結(jié)構(gòu)和排放變化平均速率（單位：%）56.8%

煤炭15.9%

其他能源消費(fèi)總量占比

18.9%

8.4%

石油

天然氣“富煤、少氣、缺油”的資源特征決定

3.0%67.6%6.8%6.0%19.6%煤炭石油天然氣其他能源生產(chǎn)總量占比1.2.4

中國(guó)“碳中和”挑戰(zhàn)：第二產(chǎn)業(yè)仍為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)主要?jiǎng)恿?/p>

第二產(chǎn)業(yè)特別是工業(yè)的增長(zhǎng)仍是當(dāng)前中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿χ弧Ｗ鳛椤笆澜绻S”，我國(guó)生產(chǎn)了全球

一半以上的鋼鐵與水泥，工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)具有明顯的高碳消費(fèi)特征。根據(jù)紅杉中國(guó)測(cè)算，中國(guó)第二產(chǎn)業(yè)的能源終

端消費(fèi)占比高達(dá)67%?？梢?jiàn)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整是中國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳中和”過(guò)程中的一項(xiàng)必要舉措。資料來(lái)源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局；美國(guó)商務(wù)部經(jīng)濟(jì)分析局；世界鋼鐵協(xié)會(huì)；《全球水泥報(bào)告》；紅杉中國(guó)

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理

中國(guó)占

比

56.5%2020年鋼鐵產(chǎn)量

中國(guó)占

比

55.7%2019年水泥產(chǎn)量中國(guó)鋼鐵產(chǎn)量、水泥產(chǎn)量居全球第一2020年中美經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)比54.50%

中國(guó)81.50%

美國(guó)

第三產(chǎn)業(yè)7.70%第二產(chǎn)業(yè)第一產(chǎn)業(yè)

0.80%2019年中國(guó)能源終端消費(fèi)結(jié)構(gòu)

17.70%37.80%

第二產(chǎn)業(yè)67%1.2.5

中國(guó)“碳中和”挑戰(zhàn)：達(dá)峰后資金缺口將進(jìn)一步擴(kuò)大根據(jù)紅杉中國(guó)對(duì)碳中和資金缺口的測(cè)算，2021-2060年，中國(guó)綠色投資年化缺口約3.84萬(wàn)億元；且資金缺口將在“碳達(dá)峰”后出現(xiàn)進(jìn)一步擴(kuò)大，2031-2060年，中國(guó)綠色投資年化缺口將達(dá)到4.1萬(wàn)億元。調(diào)動(dòng)社會(huì)資本的參與積極性也是“碳中和”實(shí)施過(guò)程中的一大考驗(yàn)。資料來(lái)源：紅杉中國(guó)

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理6421816141210

8020202030204020502060綠色財(cái)政投資綠色投資缺口2021-2030年化投資

缺口約2.7萬(wàn)億元2031-2060年化投資缺口約4.1萬(wàn)億元

2021-2060年化投資缺口約3.84萬(wàn)億元中國(guó)碳中和投資需求和缺口預(yù)測(cè)（2020年價(jià)格）（單位：萬(wàn)億元）

碳達(dá)峰

碳中和022.1

“碳中和”背景下能源結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)2.2

“碳中和”背景下區(qū)域結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)2.3

“碳中和”背景下產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)2.4

“碳中和”背景下消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)2.1

能源結(jié)構(gòu)：化石能源向清潔能源轉(zhuǎn)變我國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)的技術(shù)路徑需要從供給端和需求端共同發(fā)力，一方面含“碳”量高的化石能源，煤炭要面對(duì)供給側(cè)改革；控制化石能源總量，提高利用效能，從化石能源轉(zhuǎn)換為電能方面需要將繼續(xù)提高效率；另一方面在需求側(cè)，依托技術(shù)改造的節(jié)能減排是核心。資料來(lái)源：中信證券

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理碳排放來(lái)源能源活動(dòng)工業(yè)過(guò)程農(nóng)業(yè)等能源生產(chǎn)終端能源消費(fèi)

石油天然氣

煤炭太陽(yáng)能

風(fēng)能

核能

水能化石能源非化石能源電力氫能一次能源二次能源乘用車(chē)交通

商用車(chē)航空航海

鐵路

鋼鐵

水泥

玻璃

煤、油化工

居民生活

……石灰石（CaCO3）等非化石能源礦物

農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、林業(yè)等注：灰色箭頭代表目前主要的能源結(jié)構(gòu)，紅色和藍(lán)色箭頭代表2060年碳中和時(shí)的能源結(jié)構(gòu)2030年前，鋼鐵、有色等高耗能行業(yè)或?qū)⒊霈F(xiàn)需求量達(dá)峰生產(chǎn)水泥過(guò)程中，石灰石分解會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，現(xiàn)有技術(shù)難以找

到脫碳方案植物光合作用吸收二氧化碳，植物燃燒和動(dòng)物呼吸作用排出二氧化碳，植樹(shù)造林受制于土地面積政策情景強(qiáng)化政策情景情景情景1.5℃2℃資料來(lái)源：IEA；IRENA；清華大學(xué)氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理2.1.1

能源供給端：可再生能源占比提升能源生產(chǎn)方面，控制化石能源總量、提高能效、大力發(fā)展可再生能源發(fā)電成為“雙碳”目標(biāo)發(fā)展關(guān)鍵點(diǎn)。隨著新增裝機(jī)容量上升，光伏、風(fēng)能在能源中的比重將大幅提升，預(yù)計(jì)2050年將超過(guò)70%?；诳稍偕茉吹陌l(fā)電（主要是風(fēng)能和太陽(yáng)能光伏發(fā)電），在2020年至2060年間將增加7倍，屆時(shí)將占發(fā)電總量的約80%。30.865.137.6

13.930.96.48.74.4200.8

20.156.1煤炭天然氣太陽(yáng)能

核能其他可再

生能源

風(fēng)能2015-20202020-20602015-2060年中國(guó)不同能源年均新增裝機(jī)容量

（單位：GW）2018-2050年中國(guó)清潔能源占比預(yù)

測(cè)（單位：%）2%18%23%4%29%51%20182030E2050E光伏風(fēng)能太陽(yáng)能發(fā)電風(fēng)電水電煤電2050年不同情景下發(fā)電量構(gòu)成

（單位：PWh）2.1.2

能源消費(fèi)端：終端能源消費(fèi)電氣化助力碳減排工業(yè)、建筑、交通是主要終端用能部門(mén)，伴隨大比例可再生能源電力系統(tǒng)發(fā)展，終端消費(fèi)以電力替代煤炭、石油等化石能源直接利用，可有效減少終端部門(mén)乃至全經(jīng)濟(jì)尺度的二氧化碳排放。我國(guó)2015年電力在終端能源消費(fèi)比例為21.3%，2030年將超過(guò)30%，2050年將達(dá)70%左右，將對(duì)減排二氧化碳發(fā)揮重要作用。2020-2050年中國(guó)工業(yè)部門(mén)終端電氣化水平（單位：%）

30.0%25.7%

37.0%25.7%

31.0%

26.1%25.7%

39.8%

27.8%25.7%58.2%69.5%政策情景強(qiáng)化政策情景2℃情景1.5℃情景2020203020502020-2050年中國(guó)工業(yè)部門(mén)終端CO2排放（單位：億噸）37.7

42.137.7

38.237.727.6

45.4

36.937.726.2124.6政策情景強(qiáng)化政策情景2℃情景1.5℃情景20202030205020202021202220232024202520262027202820292030203120322033203420352036203720382039204020412042204320442045204620472048204920502051205220532054205520562057205820592060

資料來(lái)源：IEA；清華大學(xué)氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理化石能源低碳能源2020-2060年一次能源消費(fèi)情況（單位：EJ）2.2.1

區(qū)域結(jié)構(gòu)：能源中心將向西部和東部沿海地區(qū)擴(kuò)散現(xiàn)階段，我國(guó)能源主要依賴于煤炭，而原煤產(chǎn)區(qū)主要集中在中部地區(qū)，未來(lái)光伏、風(fēng)能等清潔能源在能源中的比重將大幅提升，我國(guó)能源中心也將由中部地區(qū)向太陽(yáng)能、風(fēng)能資源豐富的西部和東部沿海地區(qū)擴(kuò)散。中國(guó)太陽(yáng)能資源分布圖

（光伏發(fā)電潛力）

中國(guó)風(fēng)資源分布圖

（附風(fēng)電場(chǎng)）資料來(lái)源：SOLARGIS；全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理單位：公里

2.2.2區(qū)域結(jié)構(gòu)：特高壓輸電和分布式發(fā)電為能源供需錯(cuò)配的解決方案東部沿海地區(qū)是中國(guó)電力負(fù)荷的中心，而西部?jī)?nèi)陸省份的風(fēng)能、太陽(yáng)能等能源資源最為豐富，中國(guó)電力資源分布和能源需求存在明顯的錯(cuò)配問(wèn)題。對(duì)此，特高壓輸電和分布式發(fā)電成為解決能源供需錯(cuò)配的兩大方向：一方面，在大力開(kāi)發(fā)西部清潔能源基地的同時(shí)推動(dòng)特高壓輸電線路建設(shè)，優(yōu)化能源資源配置；另一方面，因地制宜地發(fā)展東中部地區(qū)分布式能源，推廣屋頂光伏系統(tǒng)及分散式風(fēng)電系統(tǒng)。資料來(lái)源：國(guó)家電網(wǎng)；國(guó)家能源局

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理能源區(qū)域供需錯(cuò)配能源資源配置優(yōu)化特高壓輸電分布式發(fā)電2020年2025年E清潔能源在長(zhǎng)距離輸送項(xiàng)目中的占比

50%

43%2015年2020年2025年E

國(guó)家電網(wǎng)特高壓工程累計(jì)線路長(zhǎng)度

40825

3586810977特高壓工程建設(shè)分布式光伏2020年中國(guó)累計(jì)光伏裝機(jī)規(guī)模結(jié)構(gòu)

69.17%

30.83%

集中式光伏

分布式光伏2021年H1中國(guó)新增光伏裝機(jī)規(guī)模結(jié)構(gòu)

集中式光伏

分布式光伏

5.36吉

7.65吉

瓦

瓦2.3.1

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)：推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與碳排放脫鉤碳排放與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)之間互相影響、互相作用，一方面產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)能夠減少碳排放、提升碳排放績(jī)效，另一方面碳排放政策對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)也有推動(dòng)作用。“碳中和”目標(biāo)作為硬約束，加速推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型，大力發(fā)展新型綠色低碳經(jīng)濟(jì)，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級(jí)，降低工業(yè)產(chǎn)業(yè)的能源消費(fèi)和碳排放，逐步實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和碳排放的脫鉤?！笆奈濉睍r(shí)期中國(guó)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變動(dòng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)

7.1%38.6%

7.7%37.8%

7.3%37.3%

7.0%36.9%

6.8%36.4%

6.6%36.0%

6.5%35.5%54.3%

201954.5%

202055.4%2021E56.1%2022E56.8%2023E57.4%2024E58.0%2025E第三產(chǎn)業(yè)第二產(chǎn)業(yè)第一產(chǎn)業(yè)資料來(lái)源：國(guó)務(wù)院《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》；國(guó)家信息中心經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)部

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理工業(yè)碳減排是“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的重中之重工業(yè)領(lǐng)域鋼鐵行業(yè)有色金屬行業(yè)

低碳改造

產(chǎn)能置換壓減鋼鐵產(chǎn)能；廢鋼利用；提高集中度；余熱供暖清潔能源替代；綠色低碳技術(shù)；再生有色金屬

建材行業(yè)石化化工行業(yè)輕型化、集約化、制品化轉(zhuǎn)型；因地制宜利用可再生

能源；低碳建材產(chǎn)品；節(jié)能技術(shù)設(shè)備轉(zhuǎn)變用能方式；原料輕質(zhì)化；副產(chǎn)氣體高效利用；能

量梯級(jí)利用、物料循環(huán)利用10資料來(lái)源：《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》；生態(tài)環(huán)境部《2020中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r報(bào)告》；國(guó)務(wù)院《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理減少碳排放ü

傳統(tǒng)能耗產(chǎn)業(yè)注重降低碳排放ü

新能源產(chǎn)業(yè)供需空間加速擴(kuò)張ü

清潔設(shè)備及環(huán)保產(chǎn)業(yè)需求向好2.3.2

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)：減少碳排放、增加碳吸收兩大轉(zhuǎn)型升級(jí)方向推動(dòng)中國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)主要從減少碳排放和增加碳吸收兩大方向入手，一方面，為實(shí)現(xiàn)碳排放的減少，對(duì)于傳統(tǒng)高耗能、重化產(chǎn)業(yè)要控制新增產(chǎn)能，推動(dòng)其進(jìn)行節(jié)能改造，與此同時(shí)加速發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)及環(huán)保產(chǎn)業(yè)；另一方面，通過(guò)森林、海洋和土地碳匯增加碳吸收，林業(yè)等碳匯相關(guān)產(chǎn)業(yè)比重將迎來(lái)進(jìn)一步提升。

“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)下產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)兩大方向10增加碳吸收

森林、海洋和土地碳匯相關(guān)產(chǎn)業(yè)比重將進(jìn)一步提高23.04%25%2020年2030年E全國(guó)森林覆蓋率預(yù)測(cè)

175億立方米

190億立方米2020年2030年E全國(guó)森林蓄積量預(yù)測(cè)

1.93萬(wàn)

億元2020年

4.68萬(wàn)

億元2025年E環(huán)保產(chǎn)業(yè)規(guī)模預(yù)測(cè)純電動(dòng)車(chē)成為新銷(xiāo)售車(chē)輛的主流

到2035年新能源車(chē)銷(xiāo)量達(dá)到汽車(chē)總銷(xiāo)量的20%

到2025年新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃原材料的提取和加

工生產(chǎn)包裝運(yùn)輸使用與維

護(hù)廢棄處置回收利用廢物處理資料來(lái)源：中汽協(xié)；《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》；AVC等

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理

2.4

消費(fèi)結(jié)構(gòu)：終端電氣化、低能耗家電為消費(fèi)端減排主要方式根據(jù)IEA數(shù)據(jù)，2019年居民部門(mén)碳排放量占我國(guó)碳排放總量的3%。降低居民生活消費(fèi)碳排放總量與占比是“碳中和”行動(dòng)的重要一環(huán)，主要途徑包括使用新能源汽車(chē)（終端消費(fèi)電氣化）以及低能耗智能家居產(chǎn)品。此外，垃圾分類(lèi)、對(duì)可回收、有價(jià)值的材料進(jìn)行再利用助力循環(huán)經(jīng)濟(jì)，有助于從居民消費(fèi)端節(jié)能減排。1.3%1.8%2.7%4.5%4.7%5.4%20%2015201620172018201920202025E新能源汽車(chē)滲透率持續(xù)上升67.5%64.3%

重復(fù)再利用

19.1%17.6%2017智能彩電2018

智能空調(diào)

2019智能洗衣機(jī)

2020智能冰箱重點(diǎn)家電品類(lèi)產(chǎn)品零售量智能化滲透率循環(huán)經(jīng)濟(jì)背景下產(chǎn)品生命周期

自然資源資料來(lái)源：清華大學(xué)氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院；國(guó)泰君安

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理2.5

“碳中和”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)向綠色轉(zhuǎn)型在“碳中和”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，中國(guó)將從能源革命、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和科技創(chuàng)新三個(gè)方向促進(jìn)綠色轉(zhuǎn)型。技術(shù)進(jìn)步將是碳中和的核心驅(qū)動(dòng)力。

中國(guó)“碳中和”

驅(qū)動(dòng)綠色轉(zhuǎn)型方向100.3104.7碳排量（2020）經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)技術(shù)進(jìn)步能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)碳排量（2030）+50.3-18.7-15.5-11.7104.716.7碳排量（2030）經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)技術(shù)進(jìn)步能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)負(fù)碳技術(shù)碳排量（2050）+62.4-78.2-50.1-10.0-12.1三大減排貢獻(xiàn)因素0302能源變革

01經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型科技創(chuàng)新033.1

“碳中和”愿景的技術(shù)支撐體系3.2

“碳中和”背景下能源供給端技術(shù)創(chuàng)新機(jī)遇3.3

“碳中和”背景下能源消費(fèi)端技術(shù)創(chuàng)新機(jī)遇3.4

“碳中和”背景下“負(fù)碳”技術(shù)創(chuàng)新機(jī)遇3.1

“碳中和”愿景的技術(shù)支撐體系：供給端和需求端共同發(fā)力首先，在實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)時(shí)期，能源供給端應(yīng)依托新能源發(fā)電技術(shù)、氫能技術(shù)與儲(chǔ)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)化石能源的替代；在能源需求端，創(chuàng)新并推廣節(jié)能減排技術(shù)，科技企業(yè)利用其數(shù)字化技術(shù)助力“碳中和”平臺(tái)搭建和傳統(tǒng)企業(yè)的綠色化轉(zhuǎn)型；最后，創(chuàng)新并逐步應(yīng)用CCUS技術(shù)，輔助高排放部門(mén)有效減碳。資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理2021年2060年能源供給端能源需求端零碳發(fā)電技術(shù)零碳非電能源技術(shù)

新能源發(fā)電技術(shù)ü

新興光伏技術(shù)ü

風(fēng)能發(fā)電技術(shù)等

儲(chǔ)能技術(shù)ü

電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)ü

長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)

新能源并網(wǎng)技術(shù)ü

能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)ü

分布式能源等

氫能技術(shù)ü

綠色制氫技術(shù)ü

氫氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)ü

氫燃料電池技術(shù)等鋼鐵節(jié)能技術(shù)低碳水泥技術(shù)電力節(jié)能技術(shù)建筑節(jié)能技術(shù)新能源、氫燃料動(dòng)力無(wú)化石鋼鐵技術(shù)低碳混凝土技術(shù)電能替代技術(shù)綠色建筑新能源汽車(chē)、氫電力航空等碳捕集封存利用海洋碳匯土地碳匯垂直農(nóng)場(chǎng)森林碳匯資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理……能源互聯(lián)網(wǎng)煤炭、石油、天然氣新能源發(fā)電發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能H2氫能工業(yè)

居民交通業(yè)建筑業(yè)輸電側(cè)儲(chǔ)能用戶側(cè)儲(chǔ)能輸電側(cè)儲(chǔ)能3.2

能源供給端：以新能源發(fā)電技術(shù)為起點(diǎn)、推廣氫能及儲(chǔ)能技術(shù)“零碳”技術(shù)是實(shí)現(xiàn)能源供給結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)，其中既包括零碳電力技術(shù)，也包括零碳非電能源技術(shù)。一方面，以零碳電力技術(shù)-新能源發(fā)電技術(shù)為起點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)化石能源的大比例替代，從源頭“減碳”；其次，通過(guò)零碳非電能源技術(shù)-儲(chǔ)能技術(shù)，提升新能源電力的利用率，并貫穿運(yùn)用于發(fā)電側(cè)、輸電側(cè)和用戶側(cè)；同時(shí)，創(chuàng)新研發(fā)并推廣制氫技術(shù)，助力構(gòu)建多元化清潔能源供應(yīng)體系。

“碳中和”愿景下的能源供給體系

汽車(chē)技術(shù)名稱適用范圍綜合效益技術(shù)申報(bào)企業(yè)10MW海上風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)技術(shù)新能源裝備制造2977013000單臺(tái)機(jī)組每年：減少能源消耗碳減排東方風(fēng)電高效PERC單晶太陽(yáng)能電池及組件應(yīng)用技術(shù)12052.51GW光伏裝機(jī)每年:發(fā)電量碳減排晶澳太陽(yáng)能太陽(yáng)能熱發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)687300每kW裝機(jī):節(jié)能碳減排/太陽(yáng)能PERC+P型單晶電池技術(shù)78.334.2每GW光伏電站年均:節(jié)能碳減排正泰新能源復(fù)雜工況下直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)風(fēng)力發(fā)電與傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相比，發(fā)電效率提升2%-3%/綠色技術(shù)推廣目錄（2020年）-

新能源發(fā)電領(lǐng)域“十四五”期間重大技術(shù)方向

在新能源發(fā)電技術(shù)中，風(fēng)電和光

伏技術(shù)是中國(guó)能源消費(fèi)轉(zhuǎn)型的重

點(diǎn)。

“十四五”時(shí)期，我國(guó)新能源發(fā)

電及利用技術(shù)的重點(diǎn)如下：

ü

海上風(fēng)電規(guī)模化開(kāi)發(fā)和智能運(yùn)維技術(shù)

ü

新能源發(fā)電并網(wǎng)主動(dòng)支撐控制技術(shù)

ü

海量分布式新能源自主運(yùn)行與智能控制技術(shù)

ü

先進(jìn)太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)

ü

新一代核能發(fā)電技術(shù)資料來(lái)源：《綠色技術(shù)推廣目錄（2020年）》；中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理3.2.1

新能源發(fā)電技術(shù)：重點(diǎn)推廣風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)根據(jù)《綠色技術(shù)推廣目錄（2020年）》及相關(guān)規(guī)劃，風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)是“零碳”技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)。56%50%3.2.1

新能源發(fā)電技術(shù)：海上風(fēng)電進(jìn)入搶裝潮、產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)將受益從全球風(fēng)電新增裝機(jī)分布來(lái)看，我國(guó)無(wú)論是陸地風(fēng)電還是海上風(fēng)電新增裝機(jī)規(guī)模均位列全球第一。隨著陸地風(fēng)電逐漸成熟，中國(guó)海上風(fēng)電自2018年起步入發(fā)展快車(chē)道，各省開(kāi)始加緊核準(zhǔn)海上風(fēng)電項(xiàng)目，并于2019年進(jìn)入搶裝潮。伍德麥肯茲分析認(rèn)為，2019-2021年搶裝潮后，中國(guó)海上風(fēng)電或進(jìn)入短暫低迷期，但高速增長(zhǎng)的電力需求與國(guó)家發(fā)展目標(biāo)，將促使未來(lái)十年中國(guó)海上風(fēng)電的年新增并網(wǎng)裝機(jī)，仍保持在4-5GW以上。

2020年中國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)容量全球占比（%）陸地風(fēng)電海上風(fēng)電

2018-2030年中國(guó)海上風(fēng)電新增裝機(jī)容量預(yù)測(cè)（GW）

7.5

7

7

6.5

6

6

5

5

4

4

3.06

2.491.662018

2019

2020

2021E

2022E

2023E

2024E

2025E

2026E

2027E

2028E

2029E

2030E

資料來(lái)源：GWEC；伍德麥肯茲等

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理10資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理第一代晶體硅太陽(yáng)能電池?單晶硅太陽(yáng)能電池3.2.1

新能源發(fā)電技術(shù)：新興光伏技術(shù)迭代加速隨著社會(huì)發(fā)展，人類(lèi)對(duì)能源的需求日益增長(zhǎng)，太陽(yáng)能作為一種永不枯竭的綠色清潔能源，得到了廣泛的科學(xué)研究。根據(jù)半導(dǎo)體材料的不同，太陽(yáng)能電池可被分為第一代晶體硅太陽(yáng)能電池、第二代薄膜太陽(yáng)能電池，以及第三代新型太陽(yáng)能電池。在碳中和背景下，太陽(yáng)能的應(yīng)用逐漸加深，新型光伏技術(shù)迭代加速發(fā)展。

第三代新型太陽(yáng)能電池??染料敏化太陽(yáng)能電池

10有機(jī)太陽(yáng)能電池?鈣鈦礦太陽(yáng)能電池?多晶硅太陽(yáng)能電池10第二代薄膜太陽(yáng)能電池

?

非晶硅薄膜電池

?

碲化鎘

(CdTe)薄膜電池

?

銅銦鎵硒（CIGS）薄膜電池?砷化鎵（GaAs）薄膜電池資料來(lái)源：Oxford

PV

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理3.2.1

新能源發(fā)電技術(shù)：穩(wěn)定性將決定鈣鈦礦光伏技術(shù)前景鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是利用鈣鈦礦型的有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的太陽(yáng)能電池。相比傳統(tǒng)轉(zhuǎn)化方式而言，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池能夠提升太陽(yáng)光的利用水平，此外，還具備價(jià)格低、投資小、制備簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。然而，由于鈣鈦礦材料的耐水性不高，其穩(wěn)定性和使用壽命較晶硅和無(wú)機(jī)薄膜材料有明顯差距。未來(lái)，穩(wěn)定性或?qū)⒊蔀殁}鈦礦光伏技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用前景的決定性因素。鈣鈦礦疊層電池大幅提升太陽(yáng)光利用水平穩(wěn)定性ü

價(jià)格低廉ü

設(shè)備投資小ü

制備簡(jiǎn)單ü

可印刷制備15-20年3-5年顛覆性廉價(jià)清潔能源技術(shù)大規(guī)模發(fā)電集中式電站分布式電站特色便攜式能源技術(shù)環(huán)境式能源柔性電源自驅(qū)動(dòng)裝飾室內(nèi)弱光3.2.2

能源互聯(lián)網(wǎng)：依托“互聯(lián)網(wǎng)理念+互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”實(shí)現(xiàn)資料來(lái)源：中國(guó)信息通信研究院

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理能源互聯(lián)網(wǎng)是以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，以電能為主體載體的綠色低碳、安全高效的現(xiàn)代能源生態(tài)系統(tǒng)。遵循信息互聯(lián)網(wǎng)原則，能源互聯(lián)網(wǎng)可以若干個(gè)能源子網(wǎng)，所有的能源網(wǎng)絡(luò)可以獨(dú)自以自己的能源形式在各自的資源網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)能源傳輸與共享能源互聯(lián)網(wǎng)的體系由下至上可以分為能源層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層：大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)及人機(jī)交互無(wú)線網(wǎng)絡(luò)（4G，5G，NB-loT）有線網(wǎng)絡(luò)（IP4/IPV6）智能控制器各類(lèi)傳感器和計(jì)量?jī)x表智能控制器發(fā)電技術(shù)輸配電儲(chǔ)能用電火力發(fā)電新能源發(fā)電其他高壓傳輸柔性直流低壓配電鉛酸蓄電池鋰離子電池新型電池工業(yè)用電交通用電居民用電等應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層能源層儲(chǔ)

能源物聯(lián)云一體化運(yùn)維

運(yùn)維服務(wù)一體化運(yùn)營(yíng)

運(yùn)營(yíng)服務(wù)

多元化投資服務(wù)投資服務(wù)

多租戶用戶服務(wù)用戶服務(wù)

EaaS能源服務(wù)平臺(tái)能源微服務(wù)引擎區(qū)塊鏈人工智能大數(shù)據(jù)eCloud

平臺(tái)...PV風(fēng)其他配

電分布式微網(wǎng)（源/儲(chǔ)）

燃

機(jī)分布式微網(wǎng)

（負(fù)荷）分布式微網(wǎng)

（負(fù)荷）配電微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

eMCS電網(wǎng)3.2.2

分布式能源：物聯(lián)網(wǎng)智慧能源系統(tǒng)是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)區(qū)塊鏈、人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用，為建筑運(yùn)行節(jié)能減排提供了一種新的技術(shù)路徑。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)智能傳感器等新技術(shù)對(duì)各種能量流進(jìn)行智能平衡調(diào)控，達(dá)到能源的循環(huán)往復(fù)利用，實(shí)現(xiàn)能耗的精細(xì)化管理。右圖中的“能源即服務(wù)”的分布式園區(qū)智慧能源管理解決方案，可滿足一體化運(yùn)維與多元化服務(wù)需求。

分布式

微網(wǎng)資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理3.2.3

儲(chǔ)能技術(shù)：支撐新能源發(fā)電規(guī)?；l(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)是支撐我國(guó)大規(guī)模發(fā)展新能源、保障能源安全的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，抽水儲(chǔ)能技術(shù)是發(fā)展最成熟、建設(shè)規(guī)模最大的蓄能方式；以鋰電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)初步進(jìn)入商業(yè)化、規(guī)模化應(yīng)用。不同儲(chǔ)能技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀已初步商業(yè)化，適用于新能源汽車(chē)、電網(wǎng)領(lǐng)域儲(chǔ)能技術(shù)主要應(yīng)用領(lǐng)域能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)電站新能源汽車(chē)氫領(lǐng)域資料來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所；董舟、王寧等《儲(chǔ)能技術(shù)分類(lèi)及市場(chǎng)需求分析》

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理成本（￥）時(shí)長(zhǎng)（小時(shí)）長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能成本長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能價(jià)值對(duì)抗極端天氣提升新能源穩(wěn)定性延緩設(shè)備重置削峰填谷電價(jià)套利輔助市場(chǎng)資料來(lái)源：ARPA-E‘s

DAYS

2020、南方能源觀察等

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理1鐵空氣技術(shù)電池3固態(tài)電池5液態(tài)空氣2“熱巖”儲(chǔ)能4重力儲(chǔ)能6石灰石基材儲(chǔ)能7液態(tài)金屬8液流電池3.2.3

儲(chǔ)能技術(shù)：長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能迎來(lái)發(fā)展機(jī)遇可實(shí)現(xiàn)跨天、跨月，乃至跨季節(jié)充放電循環(huán)的儲(chǔ)能系統(tǒng)為長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能系統(tǒng)。此時(shí)我國(guó)正處在短時(shí)平穩(wěn)電網(wǎng)波動(dòng)階段，儲(chǔ)能項(xiàng)目主要是和風(fēng)光配套，來(lái)增加消納以及減少電網(wǎng)波動(dòng)，現(xiàn)階段仍以鋰電儲(chǔ)能為主，待其他儲(chǔ)能成本下降以及新能源發(fā)電到達(dá)一定比例后，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能將走上發(fā)展的快車(chē)道。長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能要想突破短時(shí)儲(chǔ)能的商業(yè)壁壘，必須要解決短時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)當(dāng)前所無(wú)法解決的痛點(diǎn)，展示其在更長(zhǎng)時(shí)間維度的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能前沿技術(shù)研究方向

鋰電池成本資料來(lái)源：MIT

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理初始狀態(tài)充電過(guò)程放電過(guò)程固體銻和鈣合金在室溫下與固體電解質(zhì)結(jié)合，并放在一個(gè)用陶瓷材料絕緣的密封室中。

3.2.3

儲(chǔ)能技術(shù)：新型液態(tài)金屬電池為革命性儲(chǔ)能技術(shù)可再生能源的能量存儲(chǔ)能力一直是阻礙可再生能源發(fā)展的一大障礙，來(lái)自麻省理工學(xué)院（MIT）的一組研究人員開(kāi)發(fā)出了一種新型全液態(tài)金屬電池系統(tǒng)，這種系統(tǒng)能夠在更低的溫度下工作，具有更長(zhǎng)的使用壽命以及更低的主題成本。在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)十年的日常充放電后，這種電池仍能保持初始轉(zhuǎn)化效率的85%（初始轉(zhuǎn)化效率約為70%）。

電流將它們加熱到500攝氏度，金

屬和鹽電解質(zhì)轉(zhuǎn)移到熔融狀態(tài)；然

后在重力的作用下，根據(jù)它們的密

度將它們分離出來(lái)；銻下沉，熔鹽

停留在中間，鈣合金上升到頂部銻比鈣的負(fù)電性更強(qiáng)，它們之間存在電位差。當(dāng)設(shè)備被放置在電路中時(shí)，鈣合金分解成鈣離子和電子，離子被吸引到銻上，電子通過(guò)外部電路流到那里。放電后，這個(gè)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一種全新的銻和鈣的合金，上面還有熔融的電解液。3.2.3

儲(chǔ)能技術(shù)：“熱巖”儲(chǔ)能為前沿長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)之一“熱巖”儲(chǔ)能技術(shù)也是長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的一大前沿技術(shù)。其基本原理是空氣中的熱能從一個(gè)大的儲(chǔ)氣罐移動(dòng)到另一個(gè)儲(chǔ)氣罐，然后再返回，在某個(gè)點(diǎn)截取能量作為有用功的輸出。“熱巖”

儲(chǔ)能系統(tǒng)包括兩個(gè)進(jìn)程——第一個(gè)進(jìn)程為系統(tǒng)充電，第二個(gè)進(jìn)程為其放電。充電過(guò)程放電過(guò)程

初始狀態(tài)兩個(gè)裝有碎石和空氣的氣罐第一罐的溫度：385℃第二罐的溫度：75℃

資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理

充電狀態(tài)儲(chǔ)存著600℃熱能的熱儲(chǔ)氣罐；還有一個(gè)-30℃的冷儲(chǔ)氣罐。

放電狀態(tài)系統(tǒng)完全放電后，回到初始狀態(tài)熱空氣從1號(hào)儲(chǔ)氣罐的頂部抽出來(lái)，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)，加熱到600℃。泵入2號(hào)儲(chǔ)氣罐，將熱能傳遞到碎石中。同時(shí)從2號(hào)儲(chǔ)氣罐底部抽出75

℃的空氣，通過(guò)熱交換器降到

25℃。通過(guò)渦輪膨脹機(jī)降到-30℃，然后將其送入1號(hào)儲(chǔ)氣罐底部，取代從頂部拉出的熱空氣。兩個(gè)氣罐中空氣的推拉會(huì)產(chǎn)生冷熱之間非常陡峭的溫度梯度，以確保系統(tǒng)中的能量損失最小化。把空氣從熱儲(chǔ)氣罐中抽出，通過(guò)另一個(gè)渦輪膨脹機(jī)。將空氣通過(guò)發(fā)電機(jī)來(lái)產(chǎn)生電能。這種能量傳遞將空氣的熱量從600℃降低到385℃，并送入冷儲(chǔ)氣罐的頂部。-30℃的空氣從冷儲(chǔ)氣罐的底部被拉出，并產(chǎn)生陡峭的溫度梯度。冷空氣通過(guò)壓縮機(jī)加熱到75℃，并在極熱的空氣從頂部流出時(shí)將其推入熱儲(chǔ)氣罐的底部，再次保持系統(tǒng)優(yōu)化效率所需的陡峭的溫度梯度。資料來(lái)源：CSP

PLAZA前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理3.2.3

儲(chǔ)能技術(shù)：熱巖長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)市場(chǎng)關(guān)注度高漲近年來(lái)，西門(mén)子一直在研究通過(guò)加熱巖石來(lái)儲(chǔ)存可再生能源。雖然目前巖石儲(chǔ)能是一項(xiàng)冷門(mén)的技術(shù)，但市場(chǎng)關(guān)注度卻十分高漲。相對(duì)于電池儲(chǔ)能技術(shù)而言，它的原料易得，擁有極大地成本優(yōu)勢(shì)，更為重要的是，這一儲(chǔ)能技術(shù)更為環(huán)保安全。

熱巖儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖3.2.4

氫能技術(shù)：終極“零碳”

綠色清潔能源氫能是最環(huán)保、最容易獲得的能源，可以做到“零”排放，被譽(yù)為是一種“終極清潔能源”。氫能是未來(lái)能源變革的重要組成部分。氫能產(chǎn)業(yè)科技含量高、資本投入大、產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)、帶動(dòng)的產(chǎn)業(yè)范圍廣，是推動(dòng)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和動(dòng)力系統(tǒng)革命的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。氫能源有望開(kāi)啟下一個(gè)萬(wàn)億級(jí)市場(chǎng)。制氫儲(chǔ)氫&運(yùn)氫加氫用氫天然氣

石油

煤炭可再生能源

綠氫（無(wú)碳排放）

LH2液態(tài)儲(chǔ)氫MCH化石燃料燃燒

灰氫（較高排放）電解水制氫

藍(lán)氫（較低排放）CCUS有機(jī)氫化物

3H2CH3CH3MCHtoluene燃料電池汽車(chē)

發(fā)電燃料電池氨氣直燃輪機(jī)燃料電池氨燃燒爐NH3氨氣脫氫直接使用氣化資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理水電解制氫方式兩級(jí)室分隔物電極電解槽結(jié)構(gòu)電解液電解槽內(nèi)電傳導(dǎo)方式PEM水電解制氫分子級(jí)微孔離子膜，不易產(chǎn)生氫反滲漏零極距催化電極，反應(yīng)面積大，轉(zhuǎn)換效率高電解槽重量輕，體積小，重量?jī)H為相同產(chǎn)氫量普通電解槽1/3純水，無(wú)腐蝕性液體，無(wú)污染，氣體純度高氫離子在具有活性的質(zhì)子交換膜中移動(dòng)，陰極產(chǎn)生還原氫氣堿性水電解制氫非分子級(jí)微孔，易產(chǎn)生氫反滲漏電極間有最小距離限制，發(fā)熱量高，轉(zhuǎn)換效率低槽內(nèi)兩極室集電器無(wú)彈性，電熱損失高，轉(zhuǎn)換效率低腐蝕性強(qiáng)，易產(chǎn)生沖液污染負(fù)載管路正、負(fù)離子在水溶液中分別運(yùn)動(dòng)，在兩極產(chǎn)生氫氧氣體3.2.4

電解水制氫：PEM電解水制氫技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯、市場(chǎng)空間廣闊PEM電解槽相比于堿水電解槽，由于兩級(jí)室的分隔物、電極、電解槽結(jié)構(gòu)、電解液，電解槽內(nèi)的電傳導(dǎo)方式不同，在反應(yīng)過(guò)程中，具有一系列結(jié)構(gòu)上帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。在雙碳背景下，能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，可再生能源應(yīng)用的大幅上升，PEM水電解槽最主要的優(yōu)勢(shì)是系統(tǒng)響應(yīng)速度快，適應(yīng)動(dòng)態(tài)操作，因此更加適合可再生能源發(fā)電的間歇性與不均勻性，未來(lái)發(fā)展空間較大，預(yù)計(jì)2050年滲透率有望達(dá)到40%，制氫規(guī)模有望達(dá)到2713萬(wàn)噸。資料來(lái)源：中國(guó)氫能聯(lián)盟研究院、《基于可再生能源純水電解制氫技術(shù)展望》、《2020中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》、申萬(wàn)宏源等

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理969070%40%30%20%10%0%50%60%70%80%600040002000

0800010000120003550

5%

3%

5.3

2025E3715

10%

37.2

2030E

40%

27132050E氫需求總量（萬(wàn)噸）電解水制氫滲透率PEM水電解制氫規(guī)模（萬(wàn)噸）PEM電解槽占比PEM水電解市場(chǎng)空間預(yù)測(cè)PEM水電解制氫相比于堿性水電解制氫的優(yōu)點(diǎn)儲(chǔ)運(yùn)方式運(yùn)輸工具壓力（MP）載氫量體積儲(chǔ)氫密度3（kg/m）質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度（wt%）成本能耗經(jīng)濟(jì)距離（km）氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)長(zhǎng)管拖車(chē)20300-40014.51.12.021-1.3≤150管道1-4/3.2/0.30.2≥500液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)液氫槽罐車(chē)0.67000641412.2515≥200固體儲(chǔ)運(yùn)貨車(chē)4300-400501.2/10-13.3≤150有機(jī)液體儲(chǔ)運(yùn)槽罐車(chē)常壓200040-50415/≥200資料來(lái)源：中國(guó)鋼研科技集團(tuán)、中國(guó)氫能聯(lián)盟研究院

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理注：體積和重量?jī)?chǔ)氫密度均以儲(chǔ)氫裝置計(jì)算。3.2.4

氫能儲(chǔ)運(yùn)

：提高儲(chǔ)氫密度和安全性及降低成本成為關(guān)鍵氫氣固有的物理化學(xué)性質(zhì),給大規(guī)模存儲(chǔ)和運(yùn)輸帶來(lái)諸多困難和挑戰(zhàn)。氫氣的單位體積能量密度極低且液化極其困難，而且容易引發(fā)燃燒和爆炸，導(dǎo)致儲(chǔ)運(yùn)成本高。氫能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)突破在于提高儲(chǔ)氫密度和安全性，因此優(yōu)良?xì)漭d體的選擇也成為構(gòu)建氫能源系統(tǒng)的關(guān)鍵。此外，基于氨的清潔運(yùn)輸燃料方式也是一個(gè)方向。

氣態(tài)儲(chǔ)氫（35MPa,70MPa）

體積密度小、建站運(yùn)營(yíng)成本高、高壓風(fēng)險(xiǎn)大

液態(tài)儲(chǔ)氫（-253C）

能耗高，成本高

固態(tài)儲(chǔ)氫

質(zhì)量密度低，熱效率低

有機(jī)物儲(chǔ)氫（CH3OH等）

裝置復(fù)雜，副產(chǎn)物多，催化效率低氨儲(chǔ)氫氨的生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸設(shè)施和技術(shù)十分成熟且成本相對(duì)較低，催化效率低H2液氫氨液態(tài)有機(jī)氫載體工藝和技術(shù)成熟度轉(zhuǎn)化小規(guī)模：高大規(guī)模：低高中等罐儲(chǔ)高高高運(yùn)輸船運(yùn)：低管輸：高罐車(chē)：高船運(yùn)：高管輸：高罐車(chē)：高船運(yùn)：高管輸：高罐車(chē)：高再轉(zhuǎn)化高中等中等供應(yīng)鏈整合中等/高高中等風(fēng)險(xiǎn)可燃；無(wú)氣味或明火可燃；急性毒性；空氣污染的前兆；腐蝕性甲苯；易燃物；中等毒性轉(zhuǎn)換和再轉(zhuǎn)換所需能量目前：25-30%將來(lái)：18%轉(zhuǎn)換過(guò)程：7-18%再轉(zhuǎn)換過(guò)程：＜20%目前：35-40%將來(lái)：25%改進(jìn)技術(shù)、擴(kuò)大需求生產(chǎn)裝置效率；蒸發(fā)管理提高轉(zhuǎn)換效率提高再轉(zhuǎn)換過(guò)程效率注：1）成熟度高-已得到驗(yàn)證且已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，成熟度中等-處于原型演示階段，成熟度低-已通過(guò)論證或正處于開(kāi)發(fā)階段；2）小規(guī)模：<5噸/天；大規(guī)模：>100噸/天。N2可再生能源H2

氨合

成

氨運(yùn)

輸氨分解制氫加氫站氫燃料電池汽車(chē)氨燃料電池汽車(chē)氨流化床鍋爐

直接還原煉鐵

內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)

電網(wǎng)

鐵資料來(lái)源：IEA等

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理

3.2.4

液氨儲(chǔ)氫：基于氨的清潔運(yùn)輸燃料方式成為發(fā)展方向液氨儲(chǔ)氫技術(shù)是指將氫氣與氮?dú)夥磻?yīng)生成液氨，作為氫能的載體進(jìn)行利用。在同等條件下，液氨在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下-33℃就能夠?qū)崿F(xiàn)液化，與之相比，如果直接運(yùn)輸液氫溫度則需要降至-253℃左右，液氨運(yùn)輸難度相對(duì)更低；且液態(tài)氨單位質(zhì)量?jī)?chǔ)氫密度高達(dá)17.8wt%、單位體積儲(chǔ)氫密度高達(dá)10.7

kgH2/100L（常溫，10個(gè)大氣壓），因此氨（NH3）被認(rèn)為是最佳的氫載體之一。

H2/kWh3.2.4

氫燃料電池：燃料電池汽車(chē)商業(yè)化技術(shù)路徑推動(dòng)燃料電池汽車(chē)商業(yè)化發(fā)展將主要圍繞降低燃料電池發(fā)電成本、降低燃料電池鉑催化劑的單位用量、提高催化劑耐久性和提高電堆功率密度四個(gè)技術(shù)方向展開(kāi)。資料來(lái)源：工程與材料科學(xué)部；平安證券

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理提高功率密度提高耐久性降低發(fā)電成本降低鉑使用量0543210.60.70.80.91車(chē)“電”成本電池工作電壓

V燃料電池發(fā)電成本元

60元/kWh氫氣價(jià)格下降

30元/kWh

鋰離子電池汽電池效率提升11.252.5國(guó)內(nèi)催化劑進(jìn)口催化劑高性能燃料電池催化劑催化劑耐久性對(duì)比（歸一化）4.4kW/L6~9kW/L先進(jìn)水平功率密度（豐田）國(guó)際目標(biāo)功率密度（2030）燃料電池電堆功率密度發(fā)展目標(biāo)0.4g/kW國(guó)內(nèi)水平先進(jìn)水平目標(biāo)水平燃料電池催化劑鉑載量發(fā)展目標(biāo)

0.2g/kW

0.09g/kWCO2

2OCO3H3.2.4

氫能燃料電池：關(guān)鍵材料與零部件的核心技術(shù)突破氫能源汽車(chē)?yán)锏娜剂想姵叵到y(tǒng)就如同燃油車(chē)?yán)锏陌l(fā)動(dòng)機(jī)，是整車(chē)最核心的部件。我國(guó)的氫燃料電池產(chǎn)業(yè)正處于產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入的關(guān)鍵時(shí)期，但是由于關(guān)鍵材料與零部件的核心技術(shù)并未完全掌握，產(chǎn)業(yè)鏈條并不完備，國(guó)產(chǎn)化程度仍然較低，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)氫燃料電池產(chǎn)品的發(fā)電效率、功率、成本、可靠性與耐久性與國(guó)際先進(jìn)水平相比仍具有很大差距。陽(yáng)極尾氣陰極尾氣空氣燃料氣600-1000℃

650-800℃

60-120℃

160-210℃50-120℃固體氧化物燃料電

池2-熔融碳酸鹽燃料電

池

2-

堿性燃料電池

OH-

硝酸鹽燃料電池

H+質(zhì)子交換膜燃料電

池

+

電解質(zhì)陽(yáng)極陰極H2O2CO2O2

O2

H2O

CO2H2O

CO

HH2O

CO

H2

H2O

H2

H2

H2OO2陽(yáng)極：2H2?

4H++4e-陰極：4H++4e-+O2?

2H2

氣體擴(kuò)散層2H2O2H2O24e-膜電極

質(zhì)子

交換層

4H+PEM質(zhì)子燃料電池構(gòu)造及作用示意圖

雙極板燃料電池類(lèi)別

荷載資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理3.2.4

氫能燃料電池：以可再生能源為動(dòng)力的氫電力航空航空業(yè)占交通運(yùn)輸排放總量的12%以上，且航空排放是在高海拔地區(qū)釋放氣體，航空排放對(duì)環(huán)境的影響是類(lèi)似地源排放的2-4倍。目前，可以通過(guò)光伏與風(fēng)力發(fā)電，電流通往氫氣電解槽，電解槽里會(huì)進(jìn)行水電解制氫。所制備的氫氣會(huì)快速填充至氫氣罐，氫氣罐位于機(jī)翼處。同時(shí)氫燃料電池系統(tǒng)為電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，推出氫氣，同時(shí)氧氣氣流流入，這個(gè)系統(tǒng)所排出的物質(zhì)有且僅有水，從而達(dá)到環(huán)保的目的。可再生能源——?dú)潆姾娇?/p>

技術(shù)優(yōu)勢(shì)新穎的零排放動(dòng)力系統(tǒng)有助于降低成本

75%

50%燃料和維護(hù)成本降低總行程成本降低資料來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理3.3

能源消費(fèi)端：高排放行業(yè)節(jié)能減排勢(shì)在必行根據(jù)“生產(chǎn)過(guò)程的能耗和排放口徑”口徑統(tǒng)計(jì)，鋼鐵、化工、建筑、交通等工業(yè)部門(mén)為我國(guó)主要溫室氣體排放來(lái)源。在“碳達(dá)峰、碳中和”愿景下，高能耗產(chǎn)業(yè)不得不優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)及供給方式，同時(shí)國(guó)家發(fā)改委也提出了新要求——研究制定鋼鐵、有色金屬、建材等行業(yè)碳達(dá)峰方案。能源生產(chǎn)

與轉(zhuǎn)換,

47%

交通,

9%

其他工

業(yè),

5%化工,

6%

建材,

8%

建筑,

8%鋼鐵,

17%10101010??????鋼鐵節(jié)能減排技術(shù)廢鐵回收利用之電弧爐煉鋼技術(shù)氫氣直接還原煉鋼氨氣直接還原鐵礦石技術(shù)化工節(jié)能減排技術(shù)火電廠降低煤耗技術(shù)油田采油污水余熱綜合利用技術(shù)變換氣制堿及其清洗新工藝技術(shù)???

建筑節(jié)能減排技術(shù)

?

裝配式建筑——建設(shè)過(guò)程減排

?

暖通系統(tǒng)——使用過(guò)程減排

?

建材節(jié)能——建筑材料減排

交通節(jié)能減排技術(shù)純電動(dòng)汽車(chē)——電動(dòng)化公共交通/共享交通——共享化智能交通——智能化高排放工業(yè)部門(mén)代表性節(jié)能減排技術(shù)

中國(guó)溫室氣體排放核算方法及排放結(jié)構(gòu)燃燒

火炬

過(guò)程

回收凈購(gòu)入電力/熱力

資料來(lái)源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、清華大學(xué)氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院等

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理3.3.1

無(wú)化石鋼鐵：氫還原鐵無(wú)化石鋼為最終解決方案長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，使用氫氣代替煤將鐵礦石還原為鐵是鋼鐵行業(yè)最具可持續(xù)性和技術(shù)前景的替代方案。目前具有代表性的低碳先進(jìn)技術(shù)為瑞典的突破性氫能煉鐵技術(shù)（HYBRIT）項(xiàng)目，該項(xiàng)目由鋼鐵生產(chǎn)商SSAB、鐵礦石開(kāi)采公司LKAB和電力公司Vattenfall共同開(kāi)發(fā)，SSAB計(jì)劃在2045年完全實(shí)現(xiàn)無(wú)化石鋼鐵制造。相較于焦炭與高爐系統(tǒng)的現(xiàn)有煉鋼工藝而言，由氫還原與電弧爐組成的HYBRIT技術(shù)能夠?qū)⒍趸寂欧沤抵连F(xiàn)有煉鋼排放的2.8%。資料來(lái)源：HYBRIT

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理HYBRIT-無(wú)化石氫還原鐵礦石煉鋼工藝示意圖鐵礦石球團(tuán)礦電弧爐可再生能源發(fā)電電解水制氫軋鋼煉鐵

H2

+

H2OH2注：HYBRIT為SSAB、LKAB和Vattenfall

三家公司的合作研發(fā)項(xiàng)目，得到瑞典能源署的財(cái)政支持，該項(xiàng)目預(yù)計(jì)將為瑞典碳減排10%。中試階段儲(chǔ)氫

示范階段2016

2017

2018201920202025202220302045試驗(yàn)研究HYBRIT項(xiàng)目推進(jìn)計(jì)劃

3.3.1

無(wú)化石鋼鐵：氨還原鐵技術(shù)同為未來(lái)發(fā)展方向盡管氫還原鐵是鋼鐵領(lǐng)域減碳的一種有效方法，但氫氣的儲(chǔ)運(yùn)一直是氫動(dòng)力技術(shù)發(fā)展的主要瓶頸。相較于氫氣，氨氣更容易液化，在同等條件下，液氨在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下-33℃就能夠?qū)崿F(xiàn)液化，而直接運(yùn)輸液氫溫度則需要降至-253℃左右，氨氣的儲(chǔ)運(yùn)成本遠(yuǎn)低于氫氣且燃料效率更高。因此，氨直接還原鐵技術(shù)逐漸受到關(guān)注，國(guó)外相關(guān)研究表明，氨還原相較于傳統(tǒng)煉鐵工藝，所需的溫度較低，能夠最大限度地減少溫室氣體排放。資料來(lái)源：A

feasibility

study

of

implementing

an

Ammonia

Economy

Ironmaking

with

Ammonia

at

Low

Temperature

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理氨氣與氫氣生產(chǎn)、運(yùn)輸和儲(chǔ)存成本對(duì)比048121620H2NH3H2NH3生產(chǎn)運(yùn)輸儲(chǔ)存H2NH3

生產(chǎn)和運(yùn)輸注：*氨值標(biāo)準(zhǔn)化為氫。生產(chǎn)、運(yùn)輸和15天儲(chǔ)存生產(chǎn)、運(yùn)輸和182天儲(chǔ)存

成本（$/kg

H2）H2N2氨合成直接還原煉鐵氨運(yùn)輸可再生能源氨直接還原鐵工藝Fe2O3

+

2NH32Fe

+

N2

+

3H2O530℃10-15%3.3.2

低碳混凝土：降低混凝土碳排放的關(guān)鍵點(diǎn)為水泥和骨料混凝土是地球上消耗量?jī)H次于水的第二大耗材，而水泥作為混凝土的粘合劑是混凝土中碳排放最大的成分。水泥的碳排放過(guò)半源自于制作過(guò)程中的釋放。中國(guó)是水泥生產(chǎn)大國(guó)，減少水泥的使用量或降低水泥熟料系數(shù)是混凝土領(lǐng)域的主要減碳措施。此外，基于砂石骨料在混凝土中的重量占比達(dá)60%以上，發(fā)展骨料減碳技術(shù)也是一條很好的思路。資料來(lái)源：中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理過(guò)程排放

56%機(jī)器驅(qū)動(dòng)

8%

水泥碳排放來(lái)源結(jié)構(gòu)煅燒36%注：每生產(chǎn)一噸水泥直接排放0.55噸二氧化碳；混凝土成分為重量占比。改變混合方式

Solidia

鋼渣替代水泥

CarbiCrete碳捕獲&碳固化骨料

Blue

Planet水泥生成化學(xué)原理低碳混凝土主要技術(shù)路徑

碳捕獲&注入混凝土

CarbonCure5CaCO3(

3CaO

SiO2

)

+

(

2CaO

SiO2

)5CO2

2SiO21500℃高溫加熱水泥碳排放大骨料占比最大1-8%60-75%空氣水水泥骨料

混凝土成分

碳排放在

90%以上14-20%資料來(lái)源：CarbonCure官網(wǎng)

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理3.3.2

低碳混凝土：CarbonCure通過(guò)鎖碳和水泥減量實(shí)現(xiàn)可持續(xù)減少水泥碳排放的一個(gè)解決方案是將二氧化碳排放困在混凝土中。加拿大公司CarbonCure的技術(shù)將回收的CO2在攪拌時(shí)注入新鮮混凝土中，二氧化碳遇水生成的碳酸鹽CO3就會(huì)與水泥中的鈣離子發(fā)生反應(yīng)，形成納米大小的礦物碳酸鈣，使其經(jīng)過(guò)固化過(guò)程并永久嵌入。這項(xiàng)技術(shù)能夠在鎖定二氧化碳的同時(shí)，增加混凝土的壓縮強(qiáng)度，減少水泥的使用量。CaCO3Ca2+CO32-CarbonCure的可持續(xù)混凝土解決方案CarbonCureWithout

CO2CO2利用（Mt）

4.2

65.3

0.4

95.8

166減少水泥（Mt）

126.1

229.6

12.3

/

368凈影響（Mt）

130.3

294.9

12.7

80.7

519

預(yù)拌

再造水砌體和預(yù)制

再生骨料

總計(jì)CarbonCure混凝土的特性與減排影響

特性一致Solidia3資料來(lái)源：Solidia官網(wǎng)

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理3.3.2

低碳混凝土：Solidia混凝土可實(shí)現(xiàn)減碳和節(jié)水的雙重效益美國(guó)的一家初創(chuàng)企業(yè)Solidia提出了一種通過(guò)改變混合方式并利用二氧化碳進(jìn)行固化的混凝土減碳方案。首先通過(guò)水泥和砂石比例的調(diào)整將反應(yīng)溫度降低至1200℃左右，能源使用減少可在制造過(guò)程中減少30-40%的溫室氣體排放。其次，Solidia采用新型的二氧化碳固化工藝，在現(xiàn)有設(shè)備和相同原材料的基礎(chǔ)上，利用少量的水和大量二氧化碳實(shí)現(xiàn)固化效率和混凝土性能的雙重提升。普通硅酸

鹽水泥砂石混凝料H2O最多28天硅酸鹽水泥混凝土Solidia

水泥Solidia混凝土

砂石現(xiàn)有設(shè)備混凝料相同的原材料

小于

1天更短的

時(shí)間

CO2更小的碳足跡

Solidia

混凝土性能提升Solidia混凝土的比較優(yōu)勢(shì)1將5.5:4.5的固體水泥粉和沙石混合，形成的松散結(jié)構(gòu)砂?？障队蒙倭克痛罅慷趸继畛?/p>

碳酸鈣

和硅膠

2

少量H2O和

多量CO2Solidia

水泥與

CO2反應(yīng)生成碳酸鈣和二氧化硅，使結(jié)構(gòu)硬化，形成

Solidia混凝土混凝土技術(shù)原理CoentalTCarbret資料來(lái)源：CarbiCrete官網(wǎng)

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理注：CarbiCrete表示每個(gè)典型工廠采用該項(xiàng)技術(shù)生產(chǎn)混凝土能夠減少2萬(wàn)噸的二氧化碳排放。1

kg

CO21

kg

CO2nvion水28

days

20

℃固化達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的95~100%強(qiáng)度ü

14

days

28

days更低的材料成本：降低20%üü更快的完全固化：24小時(shí)之內(nèi)更好的抗壓強(qiáng)度：提升30%1

kg

CO2iCeCMU特有吸收室鋼渣其他材料標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備CMU

VS

3.3.2

低碳混凝土：CarbiCrete推出無(wú)水泥負(fù)碳混凝土解決方案加拿大的一家創(chuàng)業(yè)公司CarbiCrete開(kāi)發(fā)了無(wú)水泥負(fù)碳混凝土技術(shù)，這家公司的碳化活化過(guò)程用煉鋼產(chǎn)生的礦物廢料代替水泥，并利用二氧化碳來(lái)固化混凝土混合物。這種“負(fù)碳”混凝土技術(shù)每生產(chǎn)一個(gè)18公斤的標(biāo)準(zhǔn)混凝土砌塊，就可因避免生產(chǎn)水泥而節(jié)省2公斤的二氧化碳，并在固化過(guò)程中鎖住1公斤二氧化碳，同時(shí)，還能減少水資源的浪費(fèi)，并在更短的時(shí)間內(nèi)降低材料成本、提升產(chǎn)品性能。

CarbiCrete無(wú)水泥負(fù)碳混凝土與傳統(tǒng)水泥基混凝土的對(duì)比

傳統(tǒng)水泥基混凝土

水泥

骨料CarbiCrete無(wú)水泥混凝土氣體替換比例（%）-600(lb/CO2

y

)

3.3.2

低碳混凝土：Blue

Planet從骨料切入實(shí)現(xiàn)減碳創(chuàng)新不同于其他技術(shù)從水泥的角度減排，Blue

Planet基于生物進(jìn)化引發(fā)對(duì)石灰石形成的思考，研發(fā)出從骨料角度切入的永久性碳捕獲混凝土技術(shù)。該技術(shù)將砂石或工業(yè)廢料浸泡在注入CO2的特定溶液中，反應(yīng)后會(huì)在廢料表面形成光滑的CaCO3結(jié)晶涂層。每噸Blue

Planet的CaCO3骨料可實(shí)現(xiàn)440公斤CO2的永久性捕獲封存，即使Blue

Planet骨料混凝土建成的建筑物達(dá)到使用壽命并被拆除，二氧化碳仍會(huì)作為礦物質(zhì)被鎖定在聚合體中。資料來(lái)源：Blue

Planet官網(wǎng)

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理-2000600400200碳排放負(fù)碳100

Blue

Planet

骨料

80

60

40

20

0-400隱含碳3Blue

Planet骨料替換傳統(tǒng)砂石骨料的減排效果Blue

Planet的CaCO3骨料制作工藝示意圖注：骨料在混凝土的成分中重量占比達(dá)到60%以上；Blue

Planet表示，若將現(xiàn)有砂石骨料的16%都替換為Blue

Planet骨料，便可以在2050年實(shí)現(xiàn)二氧化碳儲(chǔ)存量將溫度上升保持在1.5℃以下。

液體重整罐氨水碳酸鹽礦化室高礦物質(zhì)水氨鹽水

耗盡CO2的

氣體

碳酸銨水吸收室煙道氣中捕集的二氧化碳每噸Blue

Planet骨料包含440

kg

或970

lb的CO2

CO2砂石/鋼渣/混凝土廢料/鋁土礦渣等定義—調(diào)節(jié)、能照率明（及供可暖再、生空能源）其他,

48.8%建筑材料,

28.3%運(yùn)行階段,

21.9%施工階段,其他,

0.5123.3.3

建筑行業(yè)“碳減排”技術(shù)：高耗能推動(dòng)節(jié)能技術(shù)發(fā)展從能源終端碳排放來(lái)看，建筑部門(mén)的碳排放量與工業(yè)和交通領(lǐng)域大體相當(dāng)；但若從建筑全過(guò)程的碳排放來(lái)看，建筑部門(mén)幾乎是碳排放量最高的部門(mén)。由此可見(jiàn)，建筑領(lǐng)域推行高標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要手段。節(jié)能建筑通過(guò)被動(dòng)式技術(shù)手段及可再生能源，大幅提高能源設(shè)備與系統(tǒng)效率，降低建筑能耗水平。100%60%-75%50%零能耗建筑-可再生能源大于等于建筑物自身用能近零能耗建筑-利用可再生能源+自然氣候條件+被動(dòng)式技術(shù)手段，提供日常供能超低能耗建筑-不借助可再生能源+自然氣候條件+被動(dòng)式技術(shù)手

段，提供日常供能資料來(lái)源：中國(guó)建筑節(jié)能協(xié)會(huì)等

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理

1.0%注：被動(dòng)式節(jié)能指通過(guò)節(jié)能保溫材料和施工手段達(dá)到節(jié)能目的，如：多層玻璃的窗戶、最大程度利用日光；主動(dòng)式節(jié)能指從用電量源頭著手，比如使用1級(jí)能效標(biāo)識(shí)的空調(diào)、冰箱等。建筑領(lǐng)域全過(guò)程碳排放占比鋼鐵、水泥、鋁材……城鎮(zhèn)居建、公共建筑、農(nóng)村建筑……節(jié)能建筑發(fā)展技術(shù)階段Air

Magtopressor

PoC+88%+40%+13%性能比

（bar

x

lpm

/W）+29%

3.3.3

暖通空調(diào)系統(tǒng)：線性磁鐵壓縮機(jī)打開(kāi)空調(diào)節(jié)能新思路根據(jù)IEA的數(shù)據(jù)，以空調(diào)為主的空間制冷設(shè)備已經(jīng)占據(jù)全球電力消耗的10%以上，未來(lái)將進(jìn)一步增長(zhǎng)。壓縮機(jī)作為空調(diào)最主要的耗能部件，是空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能減排技術(shù)的突破重點(diǎn)。Magtor公司利用磁鐵的正負(fù)極轉(zhuǎn)向來(lái)推動(dòng)可移動(dòng)部件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，形成完全線性的雙向壓縮機(jī)。在相同的功耗下，Magtor以0.98的最佳性能比，提供了高出普通壓縮機(jī)平均水平90%的壓力，比目前市場(chǎng)上最好的壓縮機(jī)設(shè)備還高出約29%。資料來(lái)源：IEA；Magtor官網(wǎng)

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理全球空間制冷設(shè)備耗電量占比

16%

10%2016

2050E

Magtopressor?運(yùn)作簡(jiǎn)圖Magtopressor?性能明顯優(yōu)于所有傳統(tǒng)往復(fù)式壓縮機(jī)

Air

Magtopressor運(yùn)行范圍

傳統(tǒng)的往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行范圍0

10.90.80.70.60.50.40.30.20.10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

101112131415

氣壓（bar）0.980.770.680.55最先進(jìn)往復(fù)式壓縮機(jī)的性能比范圍性能比范圍

0.98

0.770.52

壓縮機(jī)平均性能比注：上圖耗電量占比為空間制冷設(shè)備在所有建筑用電設(shè)備耗電量中的比重。熱水器散熱熱水器吸熱冷卻模式加熱模式地源熱泵系統(tǒng)示意圖59.7%56.5%40.2%35.3%2.9%4.9%15.4%22.1%201020192025E2030E電氣設(shè)備可再生能源和氫基設(shè)備化石燃料設(shè)備區(qū)域供熱熱泵全球供暖技術(shù)市場(chǎng)需求結(jié)構(gòu)及可持續(xù)情景預(yù)測(cè)資料來(lái)源：IEA等

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理注：左圖的比例為居民購(gòu)買(mǎi)供熱和熱水設(shè)備的選擇占比；2025年和2030年的數(shù)據(jù)為實(shí)現(xiàn)IEA可持續(xù)發(fā)展情景的目標(biāo)比例。

3.3.3

暖通空調(diào)系統(tǒng)：地源熱泵技術(shù)為低密度建筑未來(lái)主要方式盡管熱泵在許多國(guó)家已成為新建房屋中最常見(jiàn)的技術(shù)，但截至2019年熱泵僅滿足全球建筑供暖需求的5%左右，而化石燃料供熱設(shè)備的需求仍占據(jù)了56.5%。地源熱泵技術(shù)利用地下相對(duì)溫度冬暖夏涼的穩(wěn)定特性，形成一個(gè)完全封閉的循環(huán)，建筑物通過(guò)供暖與冷卻系統(tǒng)模式的轉(zhuǎn)換，可節(jié)省20-40%的空調(diào)電費(fèi)。智能大腦資料來(lái)源：Mixergy官網(wǎng)

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理容積式

加熱燃?xì)忮仩t電力太陽(yáng)熱能熱泵

或光伏多種熱源注：長(zhǎng)方體從左到右為加熱過(guò)程中儲(chǔ)水罐內(nèi)部水溫變化情況。3.3.3

建筑節(jié)能技術(shù)：熱水儲(chǔ)存技術(shù)可最大限度利用能源熱水器是建筑運(yùn)行階段最常用的一種耗能設(shè)備，傳統(tǒng)的熱水器通常為整罐加熱，多余的熱水需要繼續(xù)耗能保溫或直接冷卻，長(zhǎng)期將造成大量的熱量損失和能源浪費(fèi)。Mixergy公司基于此研發(fā)了一種節(jié)能熱水器，利用水熱量傳導(dǎo)速度較慢的原理，在儲(chǔ)水罐內(nèi)部進(jìn)行自上而下的加熱。Mixergy熱水儲(chǔ)罐產(chǎn)生可使用熱水的速度大約是普通儲(chǔ)罐的五倍，并且，通過(guò)減少熱損失和智能化控制加熱時(shí)間可最大限度利用能源，降低高達(dá)20%的能耗。

Mixergy熱水器分層加熱VS普通熱水器整體加熱水體熱分層線3.3.3

建筑節(jié)能技術(shù)：智能窗戶可減少空調(diào)和照明的能耗硅谷的View團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種智能電致變色窗戶，通過(guò)微小電壓改變窗戶的著色，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)太陽(yáng)輻射能的透過(guò)率，使得室內(nèi)的溫度和亮度發(fā)生變化。這種智能窗戶能夠最大程度的利用自然光熱，降低空調(diào)和照明的能耗，從而達(dá)到節(jié)能減排的效果。資料來(lái)源：View官網(wǎng)

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院整理View電致變色智能窗戶產(chǎn)品設(shè)計(jì)

光

視可

熱

陽(yáng)

太量