要真正實(shí)現(xiàn)通過(guò)陽(yáng)光、水、CO2 獲取可再生合成燃料，亟待開(kāi)展可再生合成燃料的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究。針對(duì) CO2 還原轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，基于燃料與動(dòng)力裝置相互作用及調(diào)控機(jī)制，進(jìn)行可再生合成燃料設(shè)計(jì)；從分子水平上建立催化劑構(gòu)效關(guān)系，實(shí)現(xiàn)高效 CO2 還原催化劑體系的設(shè)計(jì)與功能化定制；進(jìn)而構(gòu)建高能效的 CO2 還原合成燃料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn) CO2 到液體燃料分子的高選擇性轉(zhuǎn)化和可再生燃料的合成。
從能源需求側(cè)看未來(lái)能源變革
在能源需求側(cè)，要加快實(shí)現(xiàn)能源利用的高效化、再電氣化和智慧化。
1 高效化
能源利用高效化、節(jié)能減碳是碳達(dá)峰、碳中和最基礎(chǔ)的重要工作。2012 年以來(lái)我國(guó)單位 GDP 能耗累計(jì)降低 24.4%，明顯高于全球平均降速；但是，值得注意的是 2019 年我國(guó)單位 GDP 能耗仍高于全球平均水平 50%，是英國(guó)、日本的 3 倍左右 ，節(jié)能減碳潛力可觀。我國(guó)要加大節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材、減碳等先進(jìn)技術(shù)研發(fā)和推廣力度，全面推進(jìn)電力、工業(yè)、交通、建筑等重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能減碳；加快對(duì)電力、鋼鐵、石化化工、有色金屬、建材等高耗能、高碳排放行業(yè)企業(yè)，以及交通運(yùn)輸車(chē)輛設(shè)備和公共建筑，實(shí)施節(jié)能和減碳技術(shù)改造，以降低單位 GDP 能耗和碳排放強(qiáng)度。
2 再電氣化
再電氣化是指在傳統(tǒng)電氣化基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)基于零碳電力的高度電氣化；未來(lái)碳中和社會(huì)的能源一定是圍繞零碳電力展開(kāi)的。2018 年全球電氣化水平即電能占終端能源消費(fèi)的比重僅為 19%，我國(guó)為 25.5%，預(yù)計(jì) 2050 年全球電氣化水平將高于 50%。在加速零碳電力供給的基礎(chǔ)上，加快工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域的再電氣化，這是提高能源利用效率、實(shí)現(xiàn)能源利用脫碳和零碳的重要途徑。
3 智慧化
智慧化是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云技術(shù)等信息與控制技術(shù)，將人、能源設(shè)備及系統(tǒng)、能源服務(wù)互聯(lián)互通，使電源、電網(wǎng)、負(fù)荷和能源存儲(chǔ)深度協(xié)同，實(shí)現(xiàn)能源流與信息流的高度融合。
把多種多樣的分布式發(fā)電源和海量的負(fù)荷通過(guò)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架起來(lái)，給每個(gè)單元賦予智能，實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)、交易、利用的高效化，以及能源基礎(chǔ)設(shè)施的共享，這是提高能源利用效率、最大限度就地消納可再生能源的重要手段。區(qū)塊鏈技術(shù)使數(shù)據(jù)或信息具有“全程留痕”“可以追溯”“公開(kāi)透明”“集體維護(hù)”等特征，將改變能源系統(tǒng)生產(chǎn)和交易模式，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)新能源生產(chǎn)、交易、基礎(chǔ)設(shè)施共享。例如，未來(lái)人們通過(guò)手機(jī)應(yīng)用程序（APP）就能方便地把自家屋頂多余的光伏電賣(mài)給附近需要給電動(dòng)汽車(chē)充電的陌生人，這種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的交易系統(tǒng)使能源系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)成為獨(dú)立的產(chǎn)消者。
3 能源發(fā)展大趨勢(shì)
面向碳中和的能源發(fā)展大趨勢(shì)是通過(guò)能源變革，大力推進(jìn)能源供給側(cè)的電力脫碳與零碳化、燃料零碳化，以及能源需求側(cè)的能源利用高效化、再電氣化和智慧化。化石能源尤其是煤炭將轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｕ闲阅茉矗ㄟ^(guò) CCUS 實(shí)現(xiàn)化石能源凈零碳排放，同時(shí)穩(wěn)步發(fā)展核電；在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建以新能源為主體、“化石能源+CCUS”和核能為保障的未來(lái)清潔零碳、安全高效能源體系。
1.在能源生產(chǎn)形式上，將從現(xiàn)有電力系統(tǒng)自頂向下的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)（發(fā)電―輸電―配電―用電）走向扁平化、大量分布式能源自治單元之間相互對(duì)等互聯(lián)的結(jié)構(gòu)。這種能源互聯(lián)使可再生能源分層接入與消納得以實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。
2.在能源生產(chǎn)和消費(fèi)的主體上，將從能源生產(chǎn)者、消費(fèi)者互相獨(dú)立轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉串a(chǎn)銷(xiāo)者一體。隨著分布式能源系統(tǒng)和智能微網(wǎng)、局域網(wǎng)技術(shù)的日益成熟及電動(dòng)汽車(chē)普及，電網(wǎng)中分散電源和有源負(fù)荷將不斷增長(zhǎng)，每一個(gè)建筑物轉(zhuǎn)化為微型發(fā)電廠，原本需求側(cè)的用戶(hù)將扮演消費(fèi)者和生產(chǎn)者的雙重角色，成為獨(dú)立的能源產(chǎn)消者。
3.在能源結(jié)構(gòu)上，化石能源從主體能源逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楸Ｕ闲阅茉矗谝淮文茉聪M(fèi)中的占比將大幅降低，可再生能源從補(bǔ)充能源變?yōu)橹黧w能源，比例會(huì)持續(xù)大幅度提高。能源利用從高碳走向低碳，最后走向零碳能源的時(shí)代，這種變化將是革命性和顛覆性的。
3 結(jié) 論
1碳中和愿景下的能源變革包括供給側(cè)的電力零碳化、燃料零碳化，以及需求側(cè)的能源利用高效化、再電氣化、智慧化。
電力脫碳與零碳化是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵和重中之重，碳中和社會(huì)的能源一定是圍繞零碳電力展開(kāi)的。要盡最大努力，提高非碳基電力發(fā)展速度和供給能力，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。
2
面向碳中和，化石能源尤其是煤炭將轉(zhuǎn)變?yōu)槲覈?guó)的保障性能源。
CCUS 是目前實(shí)現(xiàn)大規(guī)模化石能源零碳排放利用的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合 CCUS 的火電將推動(dòng)電力系統(tǒng)凈零排放，平衡可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性，提供保障性電力和電網(wǎng)靈活性。“新能源發(fā)電+儲(chǔ)能”與“火電+CCUS”將是不可或缺的技術(shù)組合，這些將構(gòu)成以新能源為主體、“化石能源+CCUS”和核能為保障的未來(lái)清潔零碳、安全高效能源體系。
3
碳達(dá)峰是量變，碳中和是質(zhì)變，僅通過(guò)碳達(dá)峰的量變走不到碳中和的質(zhì)變。
如果沒(méi)有能源變革、沒(méi)有經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性社會(huì)變革、沒(méi)有一場(chǎng)綠色革命，不可能實(shí)現(xiàn)碳中和。面向碳中和的未來(lái)能源，其核心是由一系列顛覆性、變革性能源技術(shù)作為戰(zhàn)略支撐，形成的全新能源體系。
4
實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)特別是碳中和與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不是對(duì)立關(guān)系，不是“賽道超車(chē)”而是“換賽道”，是重新定義人類(lèi)社會(huì)的資源利用方式，是挑戰(zhàn)更是機(jī)遇。
碳中和將引領(lǐng)構(gòu)建全新的零碳產(chǎn)業(yè)體系，人類(lèi)將從基于自然稟賦的能源開(kāi)發(fā)利用，走向基于技術(shù)創(chuàng)新的新能源開(kāi)發(fā)利用。誰(shuí)在零碳技術(shù)創(chuàng)新占據(jù)領(lǐng)先，誰(shuí)就是“新賽道”上的“領(lǐng)跑者”，誰(shuí)就有可能引領(lǐng)下一輪產(chǎn)業(yè)革命。
5
面向碳中和的能源變革，絕不僅是一個(gè)能源問(wèn)題、一個(gè)環(huán)境問(wèn)題，而是一個(gè)全局性、系統(tǒng)性問(wèn)題；不是一蹴而就的，而是要循序而進(jìn)，先立后破。
能源變革的路徑需要基于技術(shù)、市場(chǎng)和政策法規(guī)等多層面進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)與決策。
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本文標(biāo)題：碳中和面臨的三大挑戰(zhàn)與能源變革
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