碳中和背景下的清洁能源科技创新能力分析报告

01

“碳中和”目标发展现状分析03

“碳中和”背景下的低碳科技发展动向与趋势02

“碳中和”背景下的清洁能源科技创新机遇目录

CONTENT011.1

“碳中和”目标推进的紧迫性1.2

中国实现“碳中和”面临的挑战1.3

“碳中和”目标驱动向绿色转型01“碳中和”目标发展现状分析1.1.1

“碳中和”的提出NASA观测数据显示，当前全球温室气体浓度较19世纪升高了1.2C，过去170年CO2浓度上升47%，这种极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，代表可持续发展的“碳中和”目标被提出，即追求净零排放，实现经济增长与资源消耗脱钩。“碳中和”示意图资料来源：StockholmEnvironment

Institute

排放吸收温室气体排放的危害GHGsSLCPsAirpollution2.5Sea-levelriseTemperatureriseSea-levelriseCropyielddecreases1.1.2 “碳中和”目标：中国承诺将于2060年实现“碳中和”第七十五届联合.国大会发言：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，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。”国.际会议上宣誓：中国2030年前碳达峰，2060年前碳中和在“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月份的第七十五届联合.国大会一般性辩论上。中国向全世界承诺：力争于2030年前达到峰值，2060年前实现“碳中和”的宏远目标。“2060”双碳目标已经上升到国家战略和行动方案第七十五届联合.国大会一般性辩论2020年9月22日第三届巴.黎和平论.坛2020年11月12日联合.国生物多样性峰会2020年9月30日金砖国家领.导人第十二次会.晤2020年11月17日2020年气候雄心峰会2020年12月12日二十国集团领.导人利雅得峰会

“守护地球”边会2020年11月22日世界经济论.坛

“达沃斯议程”对话会2021年1月25日资料来源：根据公开资料整理

1.1.2 “碳中和”目标：已有54个国家实现碳达峰目前，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%113113922201990199119921993199419951996199719981999200020012002200320042005200620072008200920102011201220132014201520162017201820191990-2019年全球能源相关的CO2排放量（单位：亿吨）发达经济体 其他地区资料来源：Our

WorldinData；江苏省碳中和联合研究中.心等

注：发达经济体：澳大利亚、加拿.大、智利、欧盟、冰岛、以色列、日.本、韩国、墨西哥、挪威、新西兰、瑞士、土耳其和美国。截至2020年全球已实现“碳达峰”的国家数量（单位：家）183150541990年2000年2010年2020年德国、捷克、挪威、乌克兰、匈牙利、哈萨克斯坦、拉脱维亚、罗马尼亚、克罗地亚等法国、卢森堡、丹麦、瑞典、瑞士、英国、波兰、比利时等加拿.大、美国、葡萄园、澳大利亚等巴西、日.本等1.1.2

“碳中和”目标：中国时间紧、任务重1970

1980

1990

2000

2010

2020

2030

2040

2050

2060中国71年43年30年美国碳达峰EU28碳达峰中国碳中和美国净零排放欧盟碳中和美国

EU

28资料来源：联合.国；EDGAR

已实现2030年2035年2040年2045年2050年不丹苏里南挪威乌拉圭芬兰奥地利冰岛瑞典美国加利福.利亚丹麦英国日.本韩国欧盟等全球“碳中和”目标方面，不丹和苏里南已实现了“碳中和”，同时已有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。预计2021年末，占全球碳排放量65%以上、占全球经济总量70%以上的国家将作出“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”。全球主要国家（地区）“碳中和”目标时间表 中国、美国、EU28：实现碳达峰与碳中和的间隔年限中国碳达峰2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020美国 欧盟俄罗.斯 伊朗沙特阿拉.伯 全球（右轴）1.2.1

中国“碳中和”挑战：CO2排放量位列全球第.一资料来源：英国BP石油公司；国.际能源署（IEA）

98.9944.57200220240260280300320322.84

340020406080100120印度德国中国日.本韩国注：以上为2020年二氧化碳前十排放国。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。2010-2020年全球及各国二氧化碳排放量变化（单位：亿吨）

2019年全球及主要国家二氧化碳排放结构对比（单位：%）53.11%47.92%41.84%35.82%30.77%28.00%17.90%18.60%9.26%13.20%19.03%24.45%37.04%31.14%15.15%15.10%17.88%24.89%0%中国日.本全球美国欧盟20%电力与热力部门40%工业部门60%交运部门9.17%

9.72%80%

100%其他部门1.2.2

中国“碳中和”挑战：经济发展离不开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。18161412108642019901991199219931994199519961997199819992000200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015中国英国日.本美国

德国

全球资料来源：世界银行；红杉中国

中国GDP单位能耗1990-2015年世界主要经济体及世界平均GDP单位能耗对比（单位：2011年不变价购.买力平价美元/千克石油当量）63.89%65%70%2020

2025E

2035E注：2025年城镇化率为十四五规划目标；2035年为中国社科院财.经院的《中国城市竞争力第.

17次报告（总报告）》中的预期水平。城镇化率到2025年到2035年实现经济总量翻一番人均GDP达到“高收入国家”标准“十四五”时期中国经济发展预期性目标1.2.3

中国“碳中和”挑战：能源结构以煤炭为主1.3%0.8%-1.3%

-1.2%

-1.2%0.8%

0.8%

1.0%-1.8%3.0%煤炭在能源结构中的占比非化石能源占比-4.6%二氧化碳排放量2015-2020 2020-2025 2025-2030 2030-2050资料来源：国家统.计局；清华大学气候变化与可持续发展研究院（ICCSD）等

56.8%18.9%8.4%15.9%煤炭其他能源消费总量占比“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，而煤炭是排放因子最.大的一次能源，煤炭为主的能源结构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。2020年中国能源生产及消费结构（单位：%）

碳中和达成所需的各阶段能源结构和排放变化平均速率（单位：%）“富煤、少气、缺油”的资源特征决定67.6%6.8%6.0%19.6%煤炭石油天.然气其他石油

天.然气能源生产总量占比1.2.4

中国“碳中和”挑战：第.二产业仍为经济增长主要动力资料来源：国家统.计局；美国商.务部经济分析局；世界钢铁协会；《全球水泥报告》；红杉中国

中国占比56.5%中国占比55.7%2020年钢铁产量2019年水泥产量54.50%81.50%37.80%17.70%7.70%中国美国第三产业第.二产业第.一产业0.80%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与水泥，工业生产技术具有明显的高碳消费特征。根据红杉中国测算，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。2020年中美经济产业结构对比 中国钢铁产量、水泥产量居全球第.一

2019年中国能源终端消费结构第二产业67%1.2.5

中国“碳中和”挑战：碳达峰后资金缺口将进一步扩大资料来源：红杉中国

04261614121082020203020602040

2050绿色财政投资 绿色投资缺口碳达峰碳中和2021-2030年化投资缺口约2.7万亿元2031-2060年化投资缺口约4.1万亿元2021-2060年化投资缺口约3.84万亿元根据红杉中国对碳中和资金缺口的测算，2021-2060年，中国绿色投资年化缺口约3.84万亿元；且资金缺口将在“碳达峰”后出现进一步扩大，2031-2060年，中国绿色投资年化缺口将达到4.1万亿元。调动社会资本的参与积极性也是“碳中和”实施过程中的一大考验。中国碳中和投资需求和缺口预.测（2020年）（单位：万亿元）181.3

“碳中和”目标驱动向绿色转型资料来源：清华大学气候变化与可持续发展研究院；国泰君安

在“碳中和”目标驱动下，中国将从能源革.命、经济转型和科技创新三个方向促.进绿色转型。技术进步将是碳中和的核心驱动力。中国“碳中和”

驱动绿色转型方向100.3104.7碳排量（2020）经济增长技术进步能源结构产业结构碳排量（2030）+50.3-18.7-15.5-11.7104.716.7碳排量（2030）经济增长技术进步能源结构产业结构负碳技术碳排量（2050）+62.4-78.2-50.1-10.0-12.1三大减排贡献因素010302能源变革经济转型科技创新022.1

“碳中和”背景下科技创新实践路径总结2.2 化石能源“碳中和”技术创新与实践现状2.6

碳汇技术发展与实践现状2.7

“碳中和”背景下的技术实践路径总结2.5储能技术发展与实践现状2.4氢能技术发展与实践现状2.3清洁能源“碳中和”技术创新与实践现状02“碳中和”背景下的清洁能源科技创新机遇2.1

“碳中和”背景下科技创新实践路径：化石能源向清洁能源转变碳排放来源能源活动工业过程农业等我国实现“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。能源生产 终端能源消费石油天.然气煤炭化石能源核能风能太阳能水能非化石能源电力氢能一次能源二次能源乘用车商用车航.空航海铁路交通钢铁水泥玻璃煤、油化工居民生活……石灰石（CaCO3）等非化石能源矿物农业、畜牧.业、林业等注：灰色箭头代表目前主要的能源结构，红色和蓝色箭头代表2060年碳中和时的能源结构2030年前，钢铁、有色等高耗能行业或将出现需求量达峰生产水泥过程中，石灰石分解会产生二氧化碳，现有技术难以找到脱碳方案植物光合作用吸收二氧化碳，植物燃烧和动物呼吸作用排出二氧化碳，植树造林受制于土地面积资料来源：中信证券

2.2 化石能源“碳中和”技术：高排放行业节能减排势在必行资料来源：国家统.计局、清华大学气候变化与可持续发展研究院等

能源生产与转换,47%钢铁,17%交通,9%其他工业,5%化工,6%建材,8%建筑,8%钢铁节能减排技术 建筑节能减排技术废铁回收利用之电弧炉炼钢技术氢气直接还原炼钢氨气直接还原铁矿石技术装配式建筑——建设过程减排暖通系统——使用过程减排建材节能——建筑材料减排交通节能减排技术化工节能减排技术火电厂降低煤耗技术油田采油污水余热综合利用技术变换气制碱及其清.洗新工艺技术纯电动汽.车——电动化公共交通/共享交通——共享化智能交通——智能化根据“生产过程的能耗和排放口径”口径统计，钢铁、化工、建筑、交通等工业部门为我国主要温室气体排放来源。在“碳达峰、碳中和”愿景下，高能耗产业不得不优化产业布局，调整能源结构及供给方式，同时国家发.改.委也提出了新要求——研究制定钢铁、有色金属、建材等行业碳达峰方案。中国温室气体排放核算方.法及排放结构

高排放工业部门代表性节能减排技术燃烧火炬过程回收净购入电力/热力2.2.1

钢铁行业“碳减排”技术：节能降耗、废钢利用等为主要路径钢铁行业是我国碳排放最多的工业部门，碳排放主要集中于长流程的高炉和烧结工序，电炉短流程碳排放强度较低。若要实现本世纪末全球平均气温上升不超过1.5℃的情景，到2050年中国钢铁行业须减排近100％。综合考量成本、技术成熟度和资源可用性，需求减少、能效提升，以及废钢再利用、碳捕集利用与封存（CCUS）、氢气直接还原炼钢（H2-DRI-EAF）等技术的加速推动是中国钢铁行业碳中和的重要抓手。2020-2050年中国钢铁行业CO2排放变化（单位：百万吨）-57%-99%资料来源：《钢铁工业CO2排放的计算须科学》、麦肯锡

73.6%11.5%8.7%钢铁工业各工序CO2排放所占比重（单位：%）1.7%

0.1%4.4%高炉烧结炼钢焦化轧钢及下游加工发电2.2.1

钢铁行业“碳减排”技术：钢铁企业加速减排节能降耗通过优化技术，开发新

的产品比如低温催化剂，系统优化、智能化手段

等手段降低能耗球团大规模替代烧结，球团链篦机回转窑脱

硝等减少传统高耗能建材生产过程大气污染物排放和碳排放流程优化循环经济产业链推广以高炉渣、钢渣为原料的矿渣微粉、钢渣微粉生产应用二氧化碳利用技术资料来源：德勤冶金规划院公司公告等

降低能源消耗总量：提高窑炉热效率，深挖余能回收潜力，提升能源转换和利用效率压缩粗钢产量：逐步建立以碳排放、污染物排放、能耗总量为依据的存量约束机制国内钢铁厂从本世纪初开始实践钢铁低碳生产技术，这些技术在原理上主要包括三大类：提高能.量利用效率、提高副产品利用效率、新近的突破性冶炼技术。钢铁产业“碳减排”技术路径 代表性钢铁企业“碳减排”技术实践减排类型钢铁企业减排技术提高能.量利用效率鞍钢鲅鱼圈高炉喷吹焦炉煤气山钢莱钢氧气高炉炼铁基础研究八一钢铁富氧冶铁提高副产品利用效率首钢京唐转炉煤气制燃料乙醇山钢日钢、达钢焦炉煤气制天.然气沙钢、马钢转底炉处理固废生产金属化球团首钢、莱钢钢铁尾气制乙醇突破性冶炼技术中晋太行焦炉煤气直接还原铁宝武集团核能制氢与氢能炼钢河钢集团富氧气体直接还原铁酒钢集团煤基氢冶金日照钢铁氢冶金及高.端钢材制造宝钢湛江钢铁工业CCUS（碳捕获、利用与封存）2.2.1

交通行业“碳减排”技术：电气化成为趋势、同时面临挑战智能交通工具的发展包括各类型交通工具的电气化转型和节能减排的技术升级。在低碳趋势下，人们逐渐以新能源汽.车替代传统燃油车、以共享单车解决公共交通最.后一公里问题、以电动公交车替代燃油公交车、以地铁替代私家车出行等。推行新能源车虽然可以有.效的实现碳排放量的减少，行业目前仍面临较大的挑战。2020年不同燃料类型汽.车平均单位行驶里程碳排放2015-2020年新能源汽.车销量及占比情况50.777.7125.633.11.3%1.8%2.7%4.5%120.64.7%136.75.4%20152016

2017

2018

2019

2020新能源汽.车销量（万辆）占汽.车销量比重（%）发电来自传统石化能源电动车电池充电、续航等问题电池报废处理问题氢燃料技术还处于起步阶段241.9331.3196.6211.1146.5汽油柴油常规混合动力插电式混合动力纯电动碳排放（gCO2e/km）资料来源：中汽协、《中国汽.车低碳行动计划研究报告2021》等

2.2.1

交通行业“碳减排”技术：纯电动汽.车减碳潜力较大40.965.298.497.1111.650.777.7125.6120.680.7%83.9%78.3%80.5%81.6%136.70%10%20%30%40%50%60%70%80%90%02040608010012014016020162017201820192020纯电动汽.车销量新能源汽.车销量纯电动汽.车销量占比纯电动汽.车是新能源汽.车最.重要的一个分支，其销量会随着新能源汽.车销量的不断扩大而扩大。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）,具体来看，对纯电动车减排贡献最.大因素为电网清洁化，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；使用能效与电网清洁化两者共同作用于纯电动车燃料周期的碳减排。2016-2020年中国纯电动汽.车销量及占新能源汽.车比重情况

纯电动乘用车2020-2060年生命周期碳减排潜力百分比资料来源：中汽协、《中国汽.车低碳行动计划研究报告2021》等

其他,48.8%建筑材料,

28.3%运行阶段,

21.9%施工阶段,

1.0%其他,51.2%2.2.1

建筑行业“碳减排”技术：高耗能推动节能技术发展从能源终端碳排放来看，建筑部门的碳排放量与工业和交通领域大体相当；但若从建筑全过程的碳排放来看，建筑部门几乎是碳排放量最.高的部门。由此可见，建筑领域推行高标准的节能技术，是实现碳中和目标的重要手段。节能建筑通过被动式技术手段及可再.生能源，大幅提高能源设备与系统效率，降低建筑能耗水平。资料来源：中国建筑节能协会等

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+自然气候条件+被动式技术手段，提供日常供能超低能耗建筑-不借助可再.生能源+自然气候条件+被动式技术手段，提供日常供能注：被动式节能指通过节能保温材料和施工手段达到节能目的，如：多层玻璃的窗户、最.大程度利用日光；主动式节能指从用电量源头着手，比如使用1级能效标识的空调、冰箱等。建筑领域全过程碳排放占比钢铁、水泥、铝材……城镇居建、公共建筑、农村建筑……节能建筑发展技术阶段2.2.1

建筑行业“碳减排”技术：装配式建筑节能减排效果显著装配式建筑是由预制部品部件在工地装配而成的建筑。与现浇式建筑相比，装配式建筑施工方式在建材生产及施工阶段碳排放量均有一定程度的节约。根据《装配式建筑综合效益分析方.法研究》中的测算结果显示，装配式建筑在整个生命周期内可减少碳排放，在建造阶段减少碳排放645.66吨，在使用阶段减少碳排放2415.9吨。15%30%50%60%10%15%20%25%装配率 能耗降低2209.201563.548265.4110474.617413.055849.51建造阶段 使用阶段 合计装配式混凝土建筑与传统建筑能耗对比（单位：%）装配式与现浇式建筑碳排放对比（单位：吨）现浇建筑碳排放 装配式建筑碳排放资料来源：《装配式建筑工程投资估算指标》、《装配式建筑综合效益分析方.法研究》

碳捕集、利用与封存（Carbon

Capture,

Utilization

and

Storage，简称CCUS），即把生产过程中排放的二氧化碳进行提纯，继而投入到新的生产过程中进行循环再利用或封存。CCUS技术可实现化石燃料利用过程的二氧化碳近零排放，可以在为经济发展保障能源安.全稳定供.应的前提下，既降低碳排放总量，同时显著控制总减排成本。2.2.2 碳捕集、利用与封存技术：推动生产活动CO2减排03CCUS

主要过程和技术环节化工利用地质封存将二氧化碳注入地下，生产或强化能源、资源开采的过程地质利用利用与封存以化学转化为主要手段，将二氧化碳和共.反应物转化成目标产物，实现二氧化碳资源化利用的过程以生物转化为主要手段，将二氧化碳用于生物质合成生物利用通过工程技术手段将捕集的二氧化碳储存于地质构造中，实现与大气长期隔绝的过程资料来源：IEA全球碳捕集与封存研究院等

捕集将化工、电力、钢铁、水泥等行业利用化石能源过程中产生的二氧化碳进行分离和富集的过程；可分为燃烧后捕集、燃烧前捕集和富氧燃烧捕集01

02运输将捕集的二氧化碳运送到利用或封存地的过程，包括陆地或海底管道、船舶、铁路和公路等输送方式2.2.2

碳捕集、利用与封存技术：各环节进展速度加.快燃烧前-化学吸收燃烧前-物理吸收燃烧前-物理吸附燃烧前-膜分离

燃烧后-化学吸收燃烧后-吸附法

燃烧后-膜分离富氧燃烧-常压富氧燃烧-增压富氧燃烧-化学链车运陆地管道海底管道海上船舶强化石油开采强化煤层气开采强化天.然气开采强化页岩气开采增强地热开采

铀矿地浸开采强化深部咸水开采2011

2018重整制备合成气制备液体燃料合成甲醇合成有.机碳酸酯合成可降解聚合物合成聚合物多元醇合成异氰酸酯/聚氨酯钢渣矿化利用石膏矿化利用低品位矿加工联合矿化转化为食品和饲料转化为生物肥料转化为化学品和生物燃料气肥利用陆地咸水层封存海底咸水层封存枯竭气田封存

枯竭油田封存地质封存捕集输送地质利用化工利用生物利用从捕集环节来看，部分技术已达到或接近达到商业化应用阶段；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；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。概念阶段 基础研究 中试阶段 工业示范 商业应用 概念阶段 基础研究 中试阶段 工业示范 商业应用2011

2018资料来源：中国碳捕集利用与封存技术发展路线图（

2

0

1

9

）

2.2.2 碳捕集、利用与封存技术：加氢催化推动CO2资源化利用CO2

+

H2COCH4HydrocarbonsHCONR2HCOOHCH3OCH3OlefinsHigher

alcoholsCO2资源化利用是解决温室效应、发展绿色能源、实现碳中和的重要途径。加氢催化转化是CO2最.有.效的利用方式之一。CO2选择性转化为CO、CH4、CH3OH、二甲醚，烯烃，芳烃、碳氢化合物和高.级醇已被广泛研究，主要是通过多相和多功能催化。CO2加氢催化转化利用

CO2加氢催化转化技术的机遇与挑战机遇挑战α-烯烃是高.端化工原料，需求增长下游产业链及技术链趋于成熟反应条件接近高温费托合成CO2催化加氢反应的转化率和收率较低工艺过程仍存在用能过大的问题来源氢供给成本较高资料来源：公开资料

2.3 清洁能源“碳中和”技术： “零碳”技术从能源供给端“减碳”资料来源：

……能源互联网煤炭、石油、天.然气新能源发电发电侧储能H2

氢能工业居民交通业建筑业输电侧储能用户侧储能输电侧储能“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。一方面，以零碳电力技术-新能源发电技术为起点，实现对化石能源的大.比例替代，从源头“减碳”；其次，通过零碳非电能源技术-储能技术，提升新能源电力的利用率，并贯穿运用于发电侧、输电侧和用户侧；同时，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。“碳中和”背景下的能源供给体系汽.车2.3.1 “零碳”新能源技术：有潜力实现50%的“碳减排”、提升空间大核能太阳能风能海洋能生物质能注：非化石能源包括新能源及可再.生能源。可促.进温室气体去碳化新能源发电技术包括：风力发电、太阳能发电、核能发电等技术。据预.测，随着清洁能源发电技术的不断成熟和发电成本的下降，新能源及可再.生能源技术将有潜力促.进中国约50%的人为温室气体排放“去碳化”，是中国实现“碳中和”目标中最.重要的技术。目前，包括新能源在内的非化石能源消费占比仍然较低，预计到2035年，将提升至40%。新能源的分类及碳减排贡献度

中国能源消费结构及预.测16%22%40%69%81%20202025E

2035E

2050E

2060E资料来源：国家统.计局国网能源研究院；德勤；高盛

非化石能源

煤炭、石油、天.然气2.3.1

“零碳”新能源技术：重.点推广风能、太阳能发电技术技术名称适用范围综合效益技术申报企业10MW海上风电机组设计技术新能源装备制造单台机组每年：13000减少能源消耗29770碳减排东方风电高.效PERC单晶太阳能电池及组件应用技术1GW光伏装机每年:52.5发电量120碳减排晶澳太阳能太阳能热发电关键技术每kW装机:300节能687碳减排/太阳能PERC+P型单晶电池技术每GW光伏电站年均:34.2节能78.3碳减排正泰新能源复杂工况下直驱永磁风力发电机组技术风力发电与传统风力发电技术相比，发电效率提升2%-3%/海上风电规模化开发和智能运维技术新能源发电并网主动支撑控制技术海量分布式新能源自主运行与智能控制技术先进太阳能热发电技术新一代核能发电技术资料来源：《绿色技术推广目录（2020年）》；中国电机工程学会

根据《绿色技术推广目录（2020年）》及相关规划，风能、太阳能发电技术是“零碳”技术的发展重.点。绿色技术推广目录（2020年）-

新能源发电领域 “十四五”期间重大技术方向

在新能源发电技术中，风电和光伏技术是中国能源消费转型的重.点。“十四五”时期，我国新能源发电及利用技术的重.点如下：2.3.2

能源互联网：实现多能源互补、互联互通、实时调配新能源出力存在随机性和波动性新能源出力>电力系统调节范围产生弃风、弃光现象由于风、光等资源特性，新能源出力存在随机性和波动性，当新能源出力超过系统调节范围时，必.须控制出力以保证系统动态平衡，就会产生弃风、弃光现象，而攻破这一难题是现代电力系统的发展趋势之一，能源互联网、综合能源系统、智能电网都是热点研究方向。由于智能电网依然遵循了传统电网的调度控制模式，而综合能源系统的本质是一种面向应用的综合系统，能源互联网或成为解决“新能源充分利用问题”的重要方向。新能源消纳痛点：弃风、弃光现象 能源互联网和综合能源系统的对比类型能源互联网综合能源系统应用范围广域范围局域范围能源表现形式电能多种能源研究对象面向电能传输面向用户能源应用研究内容可再.生能源的充分利用通过多能互济提高现有能源利用率资料来源：吴克河等《面向能源互联网的新一代电力系统运行模式研究》

2.3.2

能源互联网：依托“互联网理念+互联网技术”实现资料来源：中国信息通信研究院

能源互联网是以互联网技术为基础，以电能为主体载体的绿色低碳、安.全高.效的现代能源生.态系统。遵循信息互联网原则，能源互联网可以若干个能源子网，所有的能源网.络可以独自以自己的能源形式在各自的资源网.络中实现能源传输与共享能源互联网的体系由下至上可以分为能源层、网.络层和应用层：大数据、云计算、移动互联及人机交互无线网.络（4G，5G，NB-loT）有线网.络（IP4/IPV6）智能控制.器各类传感器和计量仪表智能控制.器发电技术输配电储能用电火力发电新能源发电其他高压传输柔性直流低压配电铅酸蓄电池锂离子电池新型电池工业用电交通用电居民用电等应用层网.络层能源层2.4 氢能技术：终.极“零碳” 绿色清洁能源氢能是最.环保、最.容易获得的能源，可以做到“零”排放，被誉为是一种“终.极清洁能源”。氢能是未来能源变革的重要组成部分。氢能产业科技含量高、资本投入大、产业链长、带动的产业范围广，是推动我国能源结构调整、装备制造业转型升级和动力系统革.命的战略性新兴产业。氢能源有望开启下一个万亿级市场。天.然气石油

煤炭可再.生能源绿氢（无碳排放）液态储氢制氢 储氢&运氢

加氢

用氢LH2MCH化石燃料燃烧灰氢（较高排放）电解水制氢蓝氢（较低排放）CCUS有.机氢化物3H2CH3CH3MCHtoluene燃料电池汽.车发电

燃料电池氨气直燃轮机燃料电池氨燃烧炉氨气NH3脱氢直接使用气化资料来源：

2.4.1

制氢技术：助力构建多元化清洁能源供.应体系氢气属于二次能源，可以采用化石能源、可再.生能源等多种原料制取，因此成为推动传统能源清洁利用、扩大可再.生能源利用规模的理想媒介。目前，我国氢气制取原料以化石能源为主，但在“碳中和”愿景下，可再.生能源将逐步替代化石能源成为氢气制取的主要原料，低碳清洁类制氢技术也将成为研发应用重.点。资料来源：中国氢能联盟研究院

67%60%45%20%30%23%5%3%15%45%70%5%10%2020年2030E2040E2050E化石能源制氢 工业副产氢

可再.生能源电解制氢 其他2020-2050年中国制氢技术结构5%10%20%203020502060中国氢气占终端能源体系比重预.测1819碳减排量占当前碳排放量的比重2060年低碳清洁氢供氢体系碳减排贡献度2.4.1

制氢技术：低碳制氢、降低成本是发展重.点及趋势资料来源：中国氢能联盟研究院；科技部

注：P2G，即电转气化石能源制氢1、CCS技术可再.生能源制氢2、P2G降本技术3、纯化技术高碳排放低成本高成本低碳排放中国低碳清洁氢技术路线基础研究类光伏/风电等波动性电源电解制氢材料和过程基础低成本PEM水电解制氢电堆关键材料制备技术高.效大功率碱水电解槽关键技术开发与装备研制共性关键技术类应用示范类十万吨级可再.生能源电解水制氢合成氨示范工程010203电解制氢加CO2制甲醇工程技术及中试装备开发电解制氢-低温低压合成氨关键技术及应用“十四五”国家“氢能技术”重.点专项：氢能绿色制取与规模转存体系010203中期目标（2026-2035）远期目标（2036-2050）近期目标（2020-2025）平均制氢成本≤20元/公斤平均制氢成本≤15元/公斤平均制氢成本≤10元/公斤2.4.2 氢能储运 ：提高储氢密度和安.全性及降低成本成为关键储运方式运输工具压力（MP）载氢量（kg/车）体积储氢密度（kg/m3）质量储氢密度（wt%）成本（元/kg）能耗（kwh/kg）经济距离（km）气态储运长管拖车20300-40014.51.12.021-1.3≤150管道1-4/3.2/0.30.2≥500液态储运液氢槽罐车0.67000641412.2515≥200固体储运货车4300-400501.2/10-13.3≤150有.机液体储运槽罐车常压200040-50415/≥200资料来源：中国钢研科技集团、中国氢能联盟研究院

注：体积和重量储氢密度均以储氢装置计算。氢气固有的物理化学性质,给大规模存储和运输带来诸多困难和挑战。氢气的单位体积能.量密度极低且液化极.其困难，而且容易引发燃烧和爆.炸，导致储运成本高。氢能储运技术突破在于提高储氢密度和安.全性，因此优良氢载体的选择也成为构建氢能源系统的关键。此外，基于氨的清洁运输燃料方式也是一个方向。气态储氢（35MPa,70MPa）体积密度小、建站运营成本高、高压风险大液态储氢（-253C）能耗高，成本高固态储氢质量密度低，热效率低有.机物储氢（CH

OH等）3装置复杂，副产物多，催化效率低氨储氢氨的生产、储存和运输设施和技术十分成熟且成本相对较低，催化效率低H22.4.3

氢能燃料电池：关键材料与零部件的核心技术突破氢能源汽.车里的燃料电池系统就如同燃油车里的发动机，是整车最核心的部件。我国的氢燃料电池产业正处于产业导入的关键时期，但是由于关键材料与零部件的核心技术并未完全掌握，产业链条并不完备，国产化程度仍然较低，导致国内氢燃料电池产品的发电效率、功率、成本、可靠性与耐久性与国.际先进水平相比仍具有很大差距。荷载阳极尾气阴极尾气空气燃料气600-1000℃650-800℃60-120℃160-210℃50-120℃熔融碳酸盐燃料电池质子交换膜燃料电池固体氧化物燃料电池O2-3CO

2-碱性燃料电池OH-硝酸盐燃料电池H+H+电解质阳极阴极O2CO2

O2O2H2H2H22COHCO2H2OCO22H

O2H

OHH2OCO2H2OO2阳极：2H2

®4H++4e-双极板气体扩散层膜电极质子交换层2H2O2H2O24e-4H+PEM质子燃料电池构造及作用示意图燃料电池类别阴极：4H++4e-+O2®

2H2资料来源：

2.5

储能技术：支撑新能源发电规模化发展储能技术是支撑我国大规模发展新能源、保障能源安.全的关键技术之一。目前，抽水储能技术是发展最成熟、建设规模最.大的蓄能方式；以锂电池为代表的电化学储能技术已经初步进入商业化、规模化应用。不同储能技术的特点及应用现状已初步商业化，适用于新能源汽.车、电网领域储能技术主要应用领域能源互联网新能源汽.车发电站

氢领域资料来源：中国科学院工程热物理研究所；董舟、王宁等《储能技术分类及市场需求分析》

2.5

储能技术：“十四五”将推动新型储能技术发展储能技术的应用成本因技术成熟度而有所差异，由于抽水蓄能技术是目前最成熟、建设最广的储能技术，其应用成本相对更低。而根据“十四五”国家“储能与国家电网技术”重.点专项，应用在可再.生能源、智慧电网领域的新型储能技术将成为研发、应用重.点。项目名称寿命投资成本锂电池组（1kW-10MW）5-8年509液流电池（5kW-100MW）5-10年435抽水蓄能（100-2000MW）30-40年31先进绝热压缩空气储能（示范60MW级）30-40年58深冷压缩空气储能（示范10MW级）20-40年40289.3%9.2%1.5%抽水蓄能

电化学储能

其他主要储能技术关键性能指标对比（单位：元/kWh/年）2020年中国储能技术市场应用格局短时高频储能技术高比例可再.生能源主动支撑技术特大型交直流混联电网安.全高.效运行技术多元用户供需互动与能效提升技术中长时间尺度储能技术////1项1项3项5项2项2项基础支撑技术

4项 3项资料来源：CNESA；董舟、王宁等《储能技术分类及市场需求分析》；科技部

“十四五”国家“储能与国家电网技术”重.点专项-技术方向基础研究类 共性关键技术类2.5

储能技术：长时储能迎来发展机遇成本（￥）时长（小时）长时储能成本长时储能价值对.抗极.端天气提升新能源稳定性延缓设备重置削峰填谷电价套利辅助市场资料来源：ARPA-E‘s

DAYS2020、南方能源观察等

1铁空气技术电池3固态电池5液态空气2“热岩”储能4重力储能6石灰石基材储能液态金属7

8液流电池可实现跨天、跨月，乃至跨季节充放电循环的储能系统为长时储能系统。此时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。长时储能要想突破短时储能的商业壁垒，必.须要解决短时储能技术当前所无法解决的痛点，展示其在更长时间维度的经济价值。长时储能前沿技术研究方向锂电池成本2.6 “负碳”碳汇技术：生.态固碳有助于CO2吸收当前，负排放技术主要包含CCUS及生.态碳汇技术。其中，碳汇是指通过植树造林、植被恢复等措施，吸收大气中的二氧化碳，从而减少温室气体在大气中浓度的过程、活动或机制。如果以绿色植物（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。负排放技术路径碳移除/碳捕捉途径形成的可利用产品碳移除/碳利用潜力（亿吨CO2/年）成本（美元，负值表示盈利）矿物碳化CO2→粉状硅酸盐岩.石农作物利用形成生物质20-40少于200植树造林森林的光合作用森林、木材等5-36/0.7-11-40-10土壤碳封存技术CO2→土壤有.机碳农作物利用形成生物质23-53/9-19-90--20生物炭CO2→木炭农作物利用形成生物质3-20/1.7-10-70--60资料来源：中国科学院Nature

2019等

821中国陆地生.态系统固碳速率（亿吨CO2/年）40139Piao,etal.Nature遥感评估Wang,etal.NatureJu,et

alChen,et

al,NC化石燃料燃烧、工业生产、废弃物处理、农业及土地利用人为碳排放人为碳吸收碳中和生.态碳汇：植树造林中.央经济工作会议碳中和部署任务之一：开展大规模国土绿化行动，提升生.态系统碳汇能力注：若碳捕捉成本低于碳价，则这一技术将拥有正收益。2.6

“负碳”碳汇技术：森林、耕地碳汇扮演重要角色森林碳汇人工林小林窗疏伐经营技术基于林木群体稀疏理论与森林林窗镶崁演替理论，模拟林窗形成，采取有限的人为疏伐措

施，消减冠层乔木间的竞争自耗（碳排放），去激.活乔木活.力，进而提高乔木净生产力。技术原理总体疏伐强度控制技术关键技术工艺流程林窗大小组合与布局应用技术主要包括林分结构特征调研与评估、林窗大

小、数量与布局的确定和设计、疏伐对象的确定与标记、疏伐时间选择、疏伐作业操作与采伐剩余物处理、补充操作与完善等过程典型案例凤仪林场云杉人工林疏伐技术示范项目、凤仪林场油松人工林疏伐技术示范项目耕地碳汇秸秆清洁制浆及其废液肥料资源化利用技术通过锤式备料、亚氨法置换蒸煮、机械疏解-氧脱木素工艺，实现木素高.效脱除、降低黑液粘度并提高黑液提取

率，形成适于秸秆的本.色纸浆及纸制品制造技术技术原理锤式备料技术关键技术工艺流程草浆置换蒸煮技术机械疏解-氧脱木素技术本.色浆技术制浆黑液制有.机肥技术典型案例典型用户四川茂县林业.局、四川壤塘林业.局等典型用户山东泉林纸业有限责任公司、吉林泉德秸秆综合利用有限公司、黑龙江泉林生.态农业有限公司、山东和润浆纸有限公司等山东泉林纸业有限责任公司年处理150万吨秸秆综合利用项目资料来源：《国家重.点推广的低碳技术目录》

2.6

“负碳”碳汇技术：海洋碳汇发展潜力较大海洋碳汇是利用海洋活动及海洋生物吸收大气中的二氧化碳，并将其固定在海洋中的过程、活动和机制。海洋不仅储存了地球上93%的二氧化碳，每年还可吸收约30%的二氧化碳，是陆地碳汇的3倍。资料来源：中国自然资源报等

大.陆海岸线：1.8万公里岛屿海岸线：1.4万公里我国具备发展海洋碳汇的优良条件（海岸带海洋碳汇生.态系统生境总面积1623~3850

平方公里、碳储存量34.9~83.5

万吨/年）55%30%海洋生.态系统固定了全球55%的碳，每年吸收约30%的人类活动排放到大气中的二氧化碳海洋碳储量是陆地碳库的海洋碳储量是大气碳库的海洋碳汇技术海洋物理固碳藻类固碳深海封储固碳珊瑚礁固碳海洋生物固碳贝类固碳海海滨湿地固碳海洋生.态体系固碳2.7

“碳中和”的技术路径总结：各时期的技术布局路线遵循碳排放趋势与现有技术成熟度，在达峰期，将集中于节能减排技术的推广应用，并推动零碳技术、负碳技术进一步发展；在平台期和下降期，碳排放量显著下降，零碳技术将实现规模化应用，而负碳技术将广泛示

范；在中和期，我国将实现低碳转型，而零碳、负碳技术将进一步推广应用，以支撑“碳中和”愿景的实现。0资料来源：中科院《中国“碳中和”框架路线图研究》、王灿、张雅欣《碳中和愿景的实现路径与政策体系》；张贤、郭偲悦等《碳中和愿景的科技需求与技术路径》

14达峰期平台期下降期零碳技术负碳技术节能减排技术中和期零碳技术负碳技术节能减排技术1210节能减排技术86零碳技术4负碳技术22020年2025年E2030年E2035年E2040年E2045年E2050年E2055年E2060年E二氧化碳排放量（Gt/a）033.1“碳中和”背景下的前沿/颠覆性技术发展动向3.3“碳中和”背景下的低碳科技发展建议3.1“碳中和”背景下的前沿/颠覆性技术发展动向03“碳中和”背景下的低碳科技发展动向与趋势3.1

“碳中和”背景下的前沿/颠覆性技术发展动向从“碳达峰”过渡至“碳中和”，“节能减排”类技术的贡献将逐渐变小，而通过“生.态碳汇”、“工程封存”等技术来降低自然界“不得不排放的CO2”将成为关键，也是目前的研发热点。以上海市为例，根据上海市科委于2021年6月发布的2021年度“科技创新行动计划”科技支撑碳达峰碳中和专项第.一批项目申报指南，其中，前沿/颠覆性技术专题涉及：空气直接捕集、人工光合作用、可再.生合成燃料技术等。可再.生合成燃料技术空气直接捕集技术人工光合作用技术研发热点资料来源：中科院

实现碳中和自然过程吸收生.态碳汇工程封存木材土壤有.机质碳屑等……可人为努力尚难预计电力39%工业23%交通运输23%建筑10%其他5%3.1.1 空气直接捕集CO2技术：捕集分布源排放CO2空气直接捕集CO2（Directaircapture,DAC）技术指利用化学吸附剂，以空气作为CO2的输运媒介，直接从低浓度的气体分压（40Pa）下富集CO2的技术。DAC可对小型化石燃料燃烧装置以及交通工具等分布源排放的CO2进行捕集处理，并有.效降低大气中CO2浓度。2020年全球二氧化碳排放源分布及对应捕集技术（%）DAC技术流程示意图资料来源：IEA

E

T

R

I等

CO2分布源排放CO2工业固定源排放碳捕集与封存（CCS）技术空气直接捕集（DAC）技术空气输入CO2>400ppmCO2吸附系统-固体吸附-液体吸附CO2生产系统

煅烧、冷.却、分离天.然气、地热、太阳能、风能等清洁能源+水水CO2压缩、收集DAC闭环系统3.1.1 空气直接捕集CO2技术：成本不断下降，但依旧高昂不同来源CO2捕集成本对比610309232222124816420112014201820202030E2040E2050EDAC成本（美元/吨）2010-2050年DAC成本评估及预.测随着CO2吸收/吸附材料发展以及反应设备更新，DAC技术成本有所降低，但仍维持在较高价位。CCS技术主要是从排放源将CO2捕集并分离，整体来看，DAC技术捕集成本高于CCS技术捕集成本，为此目前DAC工艺大多以小试或中试