论文部分内容阅读
应对全球气候变化，减少温室气体排放、降低能源消费强度、提高可再生能源比重是人类在21世纪的首要时代命题。当前，绿色技术正搭上新一轮科技革命和产业革命的快车深入发展，推动人类社会迈向绿色低碳发展的时代。碳中和（净零碳排放）的绿色发展目标已成为国际社会的强烈共识。2020年9月，习近平主席在联合国“气候雄心峰会”上宣布，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，力争2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。
中国的承诺为国际减排行动注入强大动能，全球低碳转型步伐不断加快。在亚洲，日本已宣布将于2050年前实现碳中和，还发布了“绿色增长战略”，韩国亦宣布将在2050年前实现碳中和。在欧洲，欧盟已公布《欧洲气候法》，以立法形式明确规定2050年前实现碳中和。为此欧盟还发布2020～2030年综合能源系统研发路线图，提出了未来十年投入40亿欧元推动欧洲实现2050年构建深度电气化、广泛数字化、完全碳中和的循环经济愿景。英国也推出绿色工业革命十点计划，以期在2050年之前实现碳中和目标。在低碳转型方面，美国拜登政府也表态积极，上任第一天就宣布美国重返《巴黎协定》，并签署系列行政令推进绿色复苏和清洁能源转型。综合看，世界各国已为绿色转型注入强大政治动力，绿色技术加速发展迎来战略机遇期。
作为应对气候变化的关键，新能源技术正酝酿新变革。其中，风能、太阳能技术的发展应用不断取得新进展。风能方面，海上风电发展成为新的增长点。根据“全球风能理事会”发布的《2020年全球海上风电报告》，2019年全球海上风电新增装机量6.1吉瓦，全球累计安装量达到29.1吉瓦。其中，中国的新增装机量连续第二年位居全球第一，达到创纪录的2.4吉瓦。据预测，到2030年，全球海上风电装机容量将激增至234吉瓦以上，而中国也有望超过英国成为全世界海上风电累计装机容量最大的国家。
太阳能比重快速上升。据彭博社新能源财经发布的《2020年电力过渡趋势报告》，太阳能已成为人类第四大电力来源。截至2019年底，全球太阳能装机容量已达651吉瓦，超过了风电装机容量（644吉瓦）。太阳能也成为仅次于煤炭（2089吉瓦）、天然气（1812吉瓦）和水电（1160吉瓦）之后全球第四大发电来源。同时，太阳能设备成本的快速下降使得太阳能技术得以广泛应用于家庭、企业等多种场合。
儲能技术已经成为新能源革命的关键。图为2020年11月29日，河北省唐山市的一家锂电池工厂正在进行生产作业。
中国的新能源发展正进入快车道。2020年，习近平主席在联合国“气候雄心峰会”上宣布，到2030年中国的非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。
发展高效、大容量的储能技术已经成为新能源革命的关键。风能和太阳能等新能源的波动性特征和将这些可再生能源整合到电网中的需求对储能技术提出了更高的要求。为此，储能技术研究正在加大力度攻关突破，电池回收、电动航空、液流电池、薄膜电池以及固态电池改进等正在成为推动储能技术应用的主流技术。根据欧洲专利局和国际能源署联合发布的《全球电池和电力储能技术创新专利分析》报告，电池和储能领域的专利申请在过去十年中大幅增长，年增长率为14%，在储能领域中电池专利占据了90%的份额。当前，创新主要集中在可充电锂离子电池、电子设备和电动汽车领域。其中，电动汽车的发展推动了新型锂离子电池技术的创新，致力于不断提高电池的功率输出、耐久性、充放电速度和可回收性。
储能技术发展已上升到大国战略高度，相关产业有望迎来繁荣时刻。美能源部近期发布了储能大挑战路线图，计划到2030年在美国国内开发、制造能满足美国市场需求的储能技术。美国众议院也通过了《清洁经济就业和创新法案》（H.R. 4447），该法案旨在为美能源部提供储能和微电网升级改造资金，从而推动清洁能源创新、运输部门电气化、家庭部门效率提高和电网整体现代化。根据美国拉克斯研究所发布的《2019年全球储能市场》报告预测，到2035年，世界储能市场的年收入将达到5460亿美元。当前储能的三个主要驱动因素为移动应用、电子设备和固定式储能，这三者在未来15年将达到每年3046亿千瓦时的装备容量，其中移动应用将占据最大的增长份额。
碳捕获、利用和储存是实现净零排放的核心环节。图为沙特阿拉伯国家石油公司（沙特阿美）的碳捕获、利用和储存设施。
氢能已成为很多国家向零碳能源技术过渡的重要方案。由于水含有丰富的氢，可以作为制氢原料，而氢能利用后产物只有水，没有二氧化碳，氢和水之间的相互转化可实现一个能源循环的闭环。但氢能利用主要是通过燃烧获取热能再转换为电能，这种能源转换形式仍是一种化石能源到零碳能源之间的过渡能源形式。目前，氢能可在交通、发电和电网平衡、工业燃料和原料、住宅和商业建筑燃料等场合发挥重要作用。美能源部发布了氢能项目计划，为相关研究活动提供了战略框架。根据麦肯锡咨询公司发布的《美国氢能源经济路线图》，美国当前拥有全球过半数的燃料电池汽车，在40个州拥有超过8000个小型燃料电池系统。到2030年，氢能产业将为美国创造70万个工作岗位，并实现1400亿美元的利润，而到2050年将创造340万个工作岗位，氢能也将满足美国14%的能源需求。 在欧洲，氢能更是备受青睐。欧盟委员会发布《欧洲氢能战略》，计划未来十年向氢能产业投入5750亿欧元，该战略被视为欧洲未来能源产业发展的重要蓝图之一，也是欧盟应对新冠疫情冲击实施的经济刺激计划中的重要一环。在各成员国层面，德国内阁通过了《国家氢能战略》，并成立国家氢能委员会。意大利制定了《国家氢能战略初步指南》，计划逐步淘汰煤炭并提高可再生能源比重。到2030年，意大利将累计向氢能产业投资约100亿欧元，使氢能占意大利能源消费的比重达到2%，到2050年氢能占意大利能源需求的比重将达到20%。西班牙政府于2020年10月6日批准了《氢能路线图：对可再生氢的承诺》计划，力图使西班牙成为向欧洲其他地区出口可再生氢的国家。欧盟之外，英国也加大对可再生能源制氢供热项目的资金支持，包括计划在苏格兰打造全球首个“绿氢”供热项目。
在亚洲，日本政府于2020年8月21日召开了关于减少温室气体排放的专家会议，确认在2030年左右建立氢能供应网，预计日本到2030年每年需采购约30万吨氢气。中国的氢能应用也在不断增多，例如宝钢股份近期接收了由苏州金龙生产的60台42吨氢燃料电池半挂重型卡车，这也是全球迄今为止最大一批氢燃料电池重卡交付。
随着新一代核电技术的加速突破，核能应用有望实现大幅增加。新核电技术开发的重要方向之一是核聚变反应可控性程度的提高和核聚变装置的小型化。要实现核聚变的“可控”就必须对反应施加约束，目前主流的方案是使用大型托卡马克装置或仿星器实现磁约束聚变。美国麻省理工学院已设计出新型核聚变反应堆SPARC，该反应堆将于2025年建成，预计将成为第一个实现“燃烧等离子体”的设备。该反应堆所有聚变反应产生的热量都可使聚变继续进行，而无需注入额外的能量，且该反应堆会释放出比其消耗更多的能量。美国国家航空航天局（NASA）最近发现了一种在金属固体原子之间引发核聚变的方法，这为聚变反应开辟了新的途径，可能成为托卡马克装置以及仿星器的替代方案。韩国也取得新突破，成功将超导核聚变研究装置KSTAR的超高温等离子体在1亿摄氏度的温度下保持了20秒。中国同样在核聚变研究方面取得巨大进展。2018年，中国的核聚变研究装置“中型超导托卡马克”实现了保持10秒运行的世界最高纪录。2020年12月，中国新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电。HL-2M是中国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置，是我国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置，其等离子体体积达到国内现有装置两倍以上，等离子体电流强度达到2.5兆安培以上，等离子体离子温度可达到1.5亿摄氏度。HL-2M的建成标志着中国已掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造、运行技术，为我国核聚变堆的自主设计与建造打下坚实基础。
氢能已成为很多国家向零碳能源技术过渡的重要方案。2020年9月20日，一辆氢能源汽车在中国（广州）国际汽车展览会展出。
小型模块化反应堆（小堆）技术也是当下重要的清洁能源技术之一。同为核裂变反应堆，与传统反应堆相比，小堆的能效更高、安全性更好，被国际能源署确定为后疫情时代推广清洁能源的重要技术途径之一。随着小堆等核电技术加速突破，核电装机容量也有望实现大幅攀升。国际原子能机构发布的《展望2050年能源、电力和核电预测》报告称，截至2019年底，全球在运核电机组443台，总装机容量392吉瓦，约占全球总发电量的10%。另有54台核电机组在建，总装机容量为57吉瓦。到2050年，全球核电装机容量将达到715吉瓦。美国正加大力度投入新一代核能技术研发。特朗普政府时期，美国能源部出台了一项关于恢复美国核能领导地位的全面战略。拜登政府上台后，也高度重视核能技术发展。在小堆技术方面，美国政府和企业正在加大研发投入，目前拥有小堆技术的美国公司包括NuScale、Oklo、泰拉能源和通用日立公司等。涉及聚变核能和等离子体科学，美能源部发布了十年國家战略计划，这是美国在这方面的首个长期战略路线图。美国也高度重视太空核能技术的开发与应用。2020年底，美国发布了《国家空间政策》，计划在空间项目中开发和部署核能系统。
据国际能源署发布的《2020年能源技术展望》，在低碳能源技术加速部署的情况下，预计全球将在2050年全面实现净零排放（碳中和）。在这一轮能源体系绿色转型和绿色技术创新的潮流中，中国作出了令世界瞩目的巨大贡献。习近平主席提出，中国将以新发展理念为引领，在推动高质量发展中促进经济社会发展全面绿色转型。“推动绿色发展”也成为“十四五规划”的重要内容之一。中国已建成全球最大的清洁能源系统，并将进一步加大对新能源技术、绿色环保产业投入。可以预见，中国的绿色增长将成为全球绿色发展的先导，中国的绿色发展理念也将为世界贡献中国智慧，中国的绿色技术创新则将为全球绿色转型提供强大动能。
（作者为中国现代国际关系研究院气候变化与生态安全研究中心副主任，科技与网络安全研究所副研究员）
中国的承诺为国际减排行动注入强大动能，全球低碳转型步伐不断加快。在亚洲，日本已宣布将于2050年前实现碳中和，还发布了“绿色增长战略”，韩国亦宣布将在2050年前实现碳中和。在欧洲，欧盟已公布《欧洲气候法》，以立法形式明确规定2050年前实现碳中和。为此欧盟还发布2020～2030年综合能源系统研发路线图，提出了未来十年投入40亿欧元推动欧洲实现2050年构建深度电气化、广泛数字化、完全碳中和的循环经济愿景。英国也推出绿色工业革命十点计划，以期在2050年之前实现碳中和目标。在低碳转型方面，美国拜登政府也表态积极，上任第一天就宣布美国重返《巴黎协定》，并签署系列行政令推进绿色复苏和清洁能源转型。综合看，世界各国已为绿色转型注入强大政治动力，绿色技术加速发展迎来战略机遇期。
风能、太阳能技术不断取得新进展
作为应对气候变化的关键，新能源技术正酝酿新变革。其中，风能、太阳能技术的发展应用不断取得新进展。风能方面，海上风电发展成为新的增长点。根据“全球风能理事会”发布的《2020年全球海上风电报告》，2019年全球海上风电新增装机量6.1吉瓦，全球累计安装量达到29.1吉瓦。其中，中国的新增装机量连续第二年位居全球第一，达到创纪录的2.4吉瓦。据预测，到2030年，全球海上风电装机容量将激增至234吉瓦以上，而中国也有望超过英国成为全世界海上风电累计装机容量最大的国家。
太阳能比重快速上升。据彭博社新能源财经发布的《2020年电力过渡趋势报告》，太阳能已成为人类第四大电力来源。截至2019年底，全球太阳能装机容量已达651吉瓦，超过了风电装机容量（644吉瓦）。太阳能也成为仅次于煤炭（2089吉瓦）、天然气（1812吉瓦）和水电（1160吉瓦）之后全球第四大发电来源。同时，太阳能设备成本的快速下降使得太阳能技术得以广泛应用于家庭、企业等多种场合。
中国的新能源发展正进入快车道。2020年，习近平主席在联合国“气候雄心峰会”上宣布，到2030年中国的非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。
储能技术进入重大突破关键期
发展高效、大容量的储能技术已经成为新能源革命的关键。风能和太阳能等新能源的波动性特征和将这些可再生能源整合到电网中的需求对储能技术提出了更高的要求。为此，储能技术研究正在加大力度攻关突破，电池回收、电动航空、液流电池、薄膜电池以及固态电池改进等正在成为推动储能技术应用的主流技术。根据欧洲专利局和国际能源署联合发布的《全球电池和电力储能技术创新专利分析》报告，电池和储能领域的专利申请在过去十年中大幅增长，年增长率为14%，在储能领域中电池专利占据了90%的份额。当前，创新主要集中在可充电锂离子电池、电子设备和电动汽车领域。其中，电动汽车的发展推动了新型锂离子电池技术的创新，致力于不断提高电池的功率输出、耐久性、充放电速度和可回收性。
储能技术发展已上升到大国战略高度，相关产业有望迎来繁荣时刻。美能源部近期发布了储能大挑战路线图，计划到2030年在美国国内开发、制造能满足美国市场需求的储能技术。美国众议院也通过了《清洁经济就业和创新法案》（H.R. 4447），该法案旨在为美能源部提供储能和微电网升级改造资金，从而推动清洁能源创新、运输部门电气化、家庭部门效率提高和电网整体现代化。根据美国拉克斯研究所发布的《2019年全球储能市场》报告预测，到2035年，世界储能市场的年收入将达到5460亿美元。当前储能的三个主要驱动因素为移动应用、电子设备和固定式储能，这三者在未来15年将达到每年3046亿千瓦时的装备容量，其中移动应用将占据最大的增长份额。
氢能成为绿色技术中的“黑马”
氢能已成为很多国家向零碳能源技术过渡的重要方案。由于水含有丰富的氢，可以作为制氢原料，而氢能利用后产物只有水，没有二氧化碳，氢和水之间的相互转化可实现一个能源循环的闭环。但氢能利用主要是通过燃烧获取热能再转换为电能，这种能源转换形式仍是一种化石能源到零碳能源之间的过渡能源形式。目前，氢能可在交通、发电和电网平衡、工业燃料和原料、住宅和商业建筑燃料等场合发挥重要作用。美能源部发布了氢能项目计划，为相关研究活动提供了战略框架。根据麦肯锡咨询公司发布的《美国氢能源经济路线图》，美国当前拥有全球过半数的燃料电池汽车，在40个州拥有超过8000个小型燃料电池系统。到2030年，氢能产业将为美国创造70万个工作岗位，并实现1400亿美元的利润，而到2050年将创造340万个工作岗位，氢能也将满足美国14%的能源需求。 在欧洲，氢能更是备受青睐。欧盟委员会发布《欧洲氢能战略》，计划未来十年向氢能产业投入5750亿欧元，该战略被视为欧洲未来能源产业发展的重要蓝图之一，也是欧盟应对新冠疫情冲击实施的经济刺激计划中的重要一环。在各成员国层面，德国内阁通过了《国家氢能战略》，并成立国家氢能委员会。意大利制定了《国家氢能战略初步指南》，计划逐步淘汰煤炭并提高可再生能源比重。到2030年，意大利将累计向氢能产业投资约100亿欧元，使氢能占意大利能源消费的比重达到2%，到2050年氢能占意大利能源需求的比重将达到20%。西班牙政府于2020年10月6日批准了《氢能路线图：对可再生氢的承诺》计划，力图使西班牙成为向欧洲其他地区出口可再生氢的国家。欧盟之外，英国也加大对可再生能源制氢供热项目的资金支持，包括计划在苏格兰打造全球首个“绿氢”供热项目。
在亚洲，日本政府于2020年8月21日召开了关于减少温室气体排放的专家会议，确认在2030年左右建立氢能供应网，预计日本到2030年每年需采购约30万吨氢气。中国的氢能应用也在不断增多，例如宝钢股份近期接收了由苏州金龙生产的60台42吨氢燃料电池半挂重型卡车，这也是全球迄今为止最大一批氢燃料电池重卡交付。
新一代核能技术正在加速突破
随着新一代核电技术的加速突破，核能应用有望实现大幅增加。新核电技术开发的重要方向之一是核聚变反应可控性程度的提高和核聚变装置的小型化。要实现核聚变的“可控”就必须对反应施加约束，目前主流的方案是使用大型托卡马克装置或仿星器实现磁约束聚变。美国麻省理工学院已设计出新型核聚变反应堆SPARC，该反应堆将于2025年建成，预计将成为第一个实现“燃烧等离子体”的设备。该反应堆所有聚变反应产生的热量都可使聚变继续进行，而无需注入额外的能量，且该反应堆会释放出比其消耗更多的能量。美国国家航空航天局（NASA）最近发现了一种在金属固体原子之间引发核聚变的方法，这为聚变反应开辟了新的途径，可能成为托卡马克装置以及仿星器的替代方案。韩国也取得新突破，成功将超导核聚变研究装置KSTAR的超高温等离子体在1亿摄氏度的温度下保持了20秒。中国同样在核聚变研究方面取得巨大进展。2018年，中国的核聚变研究装置“中型超导托卡马克”实现了保持10秒运行的世界最高纪录。2020年12月，中国新一代“人造太阳”装置——中国环流器二号M装置（HL-2M）在成都建成并实现首次放电。HL-2M是中国目前规模最大、参数最高的先进托卡马克装置，是我国新一代先进磁约束核聚变实验研究装置，其等离子体体积达到国内现有装置两倍以上，等离子体电流强度达到2.5兆安培以上，等离子体离子温度可达到1.5亿摄氏度。HL-2M的建成标志着中国已掌握了大型先进托卡马克装置的设计、建造、运行技术，为我国核聚变堆的自主设计与建造打下坚实基础。
小型模块化反应堆（小堆）技术也是当下重要的清洁能源技术之一。同为核裂变反应堆，与传统反应堆相比，小堆的能效更高、安全性更好，被国际能源署确定为后疫情时代推广清洁能源的重要技术途径之一。随着小堆等核电技术加速突破，核电装机容量也有望实现大幅攀升。国际原子能机构发布的《展望2050年能源、电力和核电预测》报告称，截至2019年底，全球在运核电机组443台，总装机容量392吉瓦，约占全球总发电量的10%。另有54台核电机组在建，总装机容量为57吉瓦。到2050年，全球核电装机容量将达到715吉瓦。美国正加大力度投入新一代核能技术研发。特朗普政府时期，美国能源部出台了一项关于恢复美国核能领导地位的全面战略。拜登政府上台后，也高度重视核能技术发展。在小堆技术方面，美国政府和企业正在加大研发投入，目前拥有小堆技术的美国公司包括NuScale、Oklo、泰拉能源和通用日立公司等。涉及聚变核能和等离子体科学，美能源部发布了十年國家战略计划，这是美国在这方面的首个长期战略路线图。美国也高度重视太空核能技术的开发与应用。2020年底，美国发布了《国家空间政策》，计划在空间项目中开发和部署核能系统。
据国际能源署发布的《2020年能源技术展望》，在低碳能源技术加速部署的情况下，预计全球将在2050年全面实现净零排放（碳中和）。在这一轮能源体系绿色转型和绿色技术创新的潮流中，中国作出了令世界瞩目的巨大贡献。习近平主席提出，中国将以新发展理念为引领，在推动高质量发展中促进经济社会发展全面绿色转型。“推动绿色发展”也成为“十四五规划”的重要内容之一。中国已建成全球最大的清洁能源系统，并将进一步加大对新能源技术、绿色环保产业投入。可以预见，中国的绿色增长将成为全球绿色发展的先导，中国的绿色发展理念也将为世界贡献中国智慧，中国的绿色技术创新则将为全球绿色转型提供强大动能。
（作者为中国现代国际关系研究院气候变化与生态安全研究中心副主任，科技与网络安全研究所副研究员）