“中美深度脱碳技术创新与政策比较研究”二期项目综合报告()

“中美深度脱碳技术创新与政策比较研究” 二期项目 综合报告 清华大学气候变化与可持续发展研究院 哈佛大学肯尼迪政府学院全球能源技术创新研究组哈佛大学中国能源经济环境项目 2024年5月 摘要 本报告是清华大学和哈佛大学联合开展的“中美深度脱碳技术创新与政策”项目第二期综合报告，报告的内容基于2022-2023年项目下组织的深度脱碳关键技术主题学术沙龙分享和交流，沙龙的主题包括建筑供暖、可再生能源制氢（绿氢）、碳捕获利用与封存（CCUS）和交通部门难减排行业。三个研究团队分别在学术沙龙中分享了这些关键技术在中美两国的最新进展评估，包括当前成本和预期下降速度、以及加快技术的大规模部署所需要的政策。在此基础上，补充了关键技术的全球进展，并进行了简单的中美对比分析和总结。 第一期项目的工作基础 该项目开展的第一年，三个研究团队的主要成员联合撰写了一份总结报告，在联合国气候变化框架公约第26次缔约方会议（COP26）期间提供给两国国家气候特使，并于此后不久（2022年1月）正式公开发布 （https://www.belfercenter.org/publication/harvard-tsinghua-joint-statement-carbon-neutrality-pathways-china-and-united-states）。 项目第一期的联合研究发现，尽管两国情况存在许多细节上的差异，在中美两国的碳中和路径中，最有可能发挥重要作用的低排放和零排放能源技术清单是类似的。关键技术清单包括太阳能和风能发电、智能电网、用于化石能源发电厂的CCUS、可再生能源电解制氢、电动和氢燃料汽车、以及提高所有部门的终端能源使用效率。 基于这份技术清单，哈佛团队选择在第一年将重点放在：（i）电网扩张和现代化;（ii）CCUS; （iii）电解制氢;及（iv）电力和氢气用于建筑空间供暖和热水。清华团队也同样关注（i）电气化和电网，（ii）燃煤电厂CCUS，（iii）交通部门，以及（iv）工业和建筑部门的能效提升。在第一年的研究工作结束时，双方同意在第二年更深入地研究建筑供暖、可再生能源制氢气和CCUS。 建筑供暖 中美两国在建筑脱碳领域的主要差别在于中国北方城镇庞大的集中供暖，而美国绝大多数地区的家庭和商业建筑采用的是分散的单独的供暖。因而，在考虑建筑脱碳方案时，美国研究中考虑的技术方案较为简单，面临的主要挑战包括现有建筑节能改造规模大、热泵等清洁供暖技术成本高，以及由建筑部门电气化引发的电力系统脱碳等。 中国北方城镇集中供暖的脱碳方案仍在讨论之中，清华课题组的研究中认为在考虑能源系统电热耦合的情况下，热电联产机组供暖是碳中和的前期可行技术。未来仍有必要保留适量的燃煤机组 （加装CCS设施），对这类机组进行低碳或供热改造。在推广热泵供暖技术时，两国都面临着高成 本的挑战，需要通过技术和政策来推进热泵技术的应用。 可再生能源制氢 全球低碳经济转型将会显著改变现有的能源供应、生产和消费格局，氢能将成为大国竞争与合作的重要领域。中美两国清洁氢发展面临的问题基本相似：技术尚未完全成熟、生产高成本、缺乏市场需求、基础设施不足。美国政府的大规模补贴已经显著地拉动了清洁氢的投资和生产，但是仍需更好地引导投资流向绿氢项目。 相比之下，尽管在电解制氢方面已经具备明显的成本优势，中国的氢能政策仍缺乏系统性而且支持措施严重不足。未来中美两国都需要积极创建国内氢能应用市场，重点支持清洁氢在工业领域的示范与应用。对于中国来说，需要在新的全球能源地缘格局和国内长期碳中和、能源系统转型的背景下重新考虑氢能战略，并积极参与国际清洁氢研究合作与标准认证，以保证工业产品的未来竞争力。 碳捕获利用与封存（CCUS） 中国、美国和印度是世界上最需要发展和应用CCS技术的三个国家。绝大多数的全球和国家层面的模拟结果都表明，到本世纪中叶左右，这三个国家都需要使用CCUS、常规减排技术和颠覆性减排技术才能够实现净零排放。随着应用场景的拓展，CCUS技术已经成为化石能源近零排放的唯一技术选择、钢铁和水泥等难减排行业深度脱碳的可行技术方案、未来支撑碳循环利用的主要技术手段。 总的来看，中国的CCUS技术和基础设施的发展仍然大幅落后于美国。美国CCUS技术已进入商业化应用阶段，中国的捕集技术仍处于示范阶段，CCUS系统集成优化方面仍仅处于中试阶段，基础设施建设方面也较为滞后。考虑到全球气候治理外部约束、落实国家碳达峰碳中和目标的内部需求、巩固设备制造的成本优势，我国急需推动CCUS由战略储备技术快速升级为现实解决方案。 跨领域政策问题 中美两国尽管在气候政策制定方面都取得了重大进展，但是在政策落实与实施方面都面临着挑战。美国的政策严重依赖于大规模的投资、税收优惠和补贴政策等激励措施，政策的连续性仍然面临挑战。中国的“1+N“政策依托于”自上而下“的政策落实和执行，需要加强”自下而上“的推动和全社会参与。从时间范围来看，两国气候政策集中于2030年之前，长期的气候措施仍不够坚实。未来两国仍需不断完善气候政策体系和加强相关措施，以实现减排、公正和平等、健康、就业、公众参与等多个目标。 政策建议 基于第二期的项目合作研究，向两国政府提出以下政策建议： （1）考虑未来国际能源地缘格局的变化，建议在碳中和与能源转型长期战略下明确重要脱碳技术如热泵、绿氢、CCUS的定位、战略和目标。 （2）加强政策制定，释放清晰和连续的政策信号，积极培育深度脱碳技术的国内市场需求，以带动私营部门投资，努力推动规模经济的实现。 （3）建议国际社会继续加大科技创新投入与合作，加速推进深度脱碳技术的商业化应用，加速技术的成熟和市场规模的增长，推动技术成本的快速下降。 （4）能源转型中建议综合考虑不同技术和基础设施的耦合，例如建筑供热领域脱碳的热能和电能耦合解决方案，绿氢制取与终端部门应用的耦合，工业集群与CCUS设施耦合。 （5）新技术的发展带来了新的基础设施需求，建议在政策制定中同步考虑基础设施投资和创新清洁技术在能源供应和终端使用。考虑基础设施投资的同时，制定政策加强能源供应和最终使用的创新清洁技术。基础设施已成为绿氢、CCUS和其他技术发展的驱动力和制约因素。 （6）积极推动气候政策的实施，完善长期措施和气候政策体系，防范转型可能会引发的经济和社会风险。 最后，正如我们在第一期报告中所指出的，为发展中国家筹集更多的能源气候资金至关重要— —不仅用于清洁能源技术和基础设施，而且用于适应气候变化——并加强建立技术转让机制和规范。研究表明，到2030年，发展中国家需要将气候投资至少增加四到八倍。如果要达到这样的水平，国际社会将需要在融资和技术转让方面共同努力。 致谢 2020年9月，中国气候变化事务特使解振华先生发起了一个以中美深度脱碳路径为重点的三方研究项目。这三个团队分别是：由何建坤教授、李政教授领导的清华大学气候变化与可持续发展研究院团队，由哈佛大学肯尼迪学院JohnHoldren教授领导的全球能源技术创新（GETI）团队、由哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院MichaelMcElroy教授领导的中美能源、经济和环境项目（HCP）团队。该项目设计为总共运行三期，在项目成立和发展的过程中得到了生态环境部和各方的大力支持，在此表示诚挚的感谢。能源基金会慷慨地为项目研究和学术交流活动提供了长期资助，我们在此深表谢意。 本项目下组织的一系列研讨会得到了来自高校、科研院所和企业的专家们的大力支持。在此特别感谢来自清华大学建筑学院的王宝龙教授、清华大学电机工程与应用电子技术系的林今教授、清华大学环境学院的刘欢教授，中国矿业大学的樊静丽教授、科学技术部21世纪议程中心的张贤研究员、国家能源集团新能源研究院碳中和研究中心徐东主任、未来资源研究所的AlanKrupnick博士、德克萨斯大学奥斯汀分校的AndrewWaxman教授、哈佛大学肯尼迪政府学院的NicolaDeBlasio博士，感谢这些学者和专家们分享在深度脱碳技术领域的前沿研究和实践。 感谢清华大学的黄宇瑄、谢璨阳和何岳璋同学，感谢来自哈佛大学的AmandaSardonis和KarinVanderSchaaf为本项目提供了研究和会务支持。特别感谢清华大学的谢璨阳和哈佛大学RachelMural精心校对和编辑报告文字。感谢张芳和佟洁琼为项目协调所付出大量时间和努力，感谢毛春柳、李智辉、洪毅和王聪瑜为项目前期工作和顺利开展提供了有力支持。此外，本报告的研究和发布得到了众多同事和同行们的帮助，在此一并致谢。 目录 1.项目背景与研究范围1 2.全球深度脱碳技术创新与应用3 2.1高度不平衡的全球科技创新格局3 2.2进展缓慢的技术应用5 3.中美深度脱碳关键技术进展与挑战6 3.1建筑供热脱碳技术6 3.2可再生能源制氢10 3.3碳捕集利用与封存18 4.中美两国气候政策进展与初步评估22 4.1美国联邦政府层面气候政策进展22 4.2中国的“1+N”气候政策体系评估23 4.3中美政策比较24 5结论与建议：中国、美国及全球25 作者名单 清华-哈佛沙龙嘉宾名单 1.项目背景与研究范围 （1）项目背景 2020年9月，中国气候变化事务特使解振华先生发起了一个为期三年的清华大学与哈佛大学合作研究项目，三个团队就“中美深度脱碳技术创新与政策”开展联合研究。这三个团队分别是：由何建坤教授、李政教授领导的清华大学气候变化与可持续发展研究院团队，由哈佛大学肯尼迪学院JohnHoldren教授领导的全球能源技术创新计划团队，由哈佛大学地球与行星科学、工程与应用系MichaelMcElroy教授领导的哈佛-中国项目团队。即使是在疫情期间，合作双方仍努力地推动项目正常开展，维系了中美一流高校良好的合作关系，其研究结果也成为中美双方政府的重要参考。 2014年11月，奥巴马总统和习近平主席在北京就气候变化议题发表联合声明，体现了中美在气候问题上以始终如一和合作的方式展现领导力的重要性，这为一年后全球达成《巴黎协定》中前所未有的共识奠定了基础。2021年，中美双方根据两国元首互动精神，在当时几乎各领域存在脱钩风险的情况下，打通气候变化对话渠道，发表了《中美应对气候危机联合声明》。在英国格拉斯哥气候大会期间，中美双方在会议结束前一天达成并发表了《中美关于在21世纪20年代强化气候行动的格拉斯哥联合宣言》，推动大会形成了既体现行动决心和力度、又有可操作性、且更为尊重各方实际国情的成果。尽管两国政府在其他许多问题上存在分歧，但是在许多层面上在气候合作领域长期保持着合作与交流。 中美两国到本世纪中叶前后实现碳中和的路径及其技术组成都具有共同点，凸显了两国在研究分析、技术研发和相关政策方面存在合作价值。2023年中美《关于加强合作应对气候危机的阳光之乡声明》中提到，中美双方重申致力于合作并与其他国家共同努力应对气候危机，决定启动“21世纪20年代强化气候行动工作组”，开展对话与合作，就控制和减少排放的政策、措施和技术进行信息交流、识别和实施合作项目。清华大学和哈佛大学在这个项目上的共同努力，证明了继续开展和加强中美气候合作的价值，所开展的工作也是未来两国合作的重点领域。 （2）研究范围 要想在本世纪中叶前后实现两国宣布的碳中和目标，所有可行路径都要求从现在起迅速扩大各种低碳和零碳能源供应技术，以及匹配新的供应和需求所需的能源基础设施的部署规模。此外，所有可行路径都需要新技术和实践，以大幅提高能源终端利用效率和电气化水平。能源供应和终端技术多元化是两国能够实现目标的关键。然而，中美两国目前还无法自信和准确地指出，究竟哪些技术组合最有可能成功实现碳中和目标。 当前最实际有用的工作包括： 根据现有知识识别最有可能做出重大贡献的技术； 识别和描述这些技术实现减排潜力所面临的障碍；以及 识别和推动近期可以实施的法规、政策和协议，以便从现在到2030年的十年内以及之后，在技术和研究持