碳中和下中国能源转型与煤炭清洁高效利用丛书--碳中和下煤炭清洁高效利用与经济社会转型发展

1.本书介绍了全球碳中和背景下，国际气候治理和能源转型进展及我国能源系统的现实情况和能源转型进展，通过构造中国煤基能源全流程CCUS系统评价模型（ITEAM-CCUS）、中国能源可计算一般均衡模型（CHINAGEM-E，CGE）等方法工具，深入探讨中国煤基能源CCUS技术经济可行性及其对碳中和目标下我国能源转型路径和经济社会发展的综合影响。2.本书汇集了国家能源集团“国家中长期碳减排路径与能源结构优化战略研究”项目的所有成果，以期为全球制定气候政策目标提供参考；为国家选择能源低碳转型路径进言献策；为煤炭行业实现绿色转型与可持续发展把脉发声；为国家能源集团中长期发展战略转型提供决策支撑，具有重要的理论价值和现实意义。

推动煤炭清洁高效利用是实现碳中和长期目标的关键抓手。基于我国发展阶段特点与富煤、贫油、少气的资源禀赋条件，提升现有煤炭利用方式的清洁低碳水平，将有利于高质量保障经济低碳转型浪潮下的能源安全和能源清洁供应。厘清煤基能源的作用定位、利用模式和动态影响是保障能源平稳转型、实现碳中和目标与经济发展目标协调推进的关键。因此，十分有必要对碳中和背景下的煤炭清洁高效利用与经济社会转型发展开展系统性全面分析，为构建清洁高效、安全低碳的现代能源体系提供决策参考。
本书聚焦于碳中和背景下，我国能源低碳转型面临的问题，以煤炭为主要分析对象，探索我国煤炭能源清洁转型、能源中长期低碳转型路径，并以碳捕集、利用与封存(CCUS)技术为重点关注技术，分析了煤电结合CCUS技术的减排潜力及其对经济发展的影响。中国能源系统转型在支撑经济社会持续发展的同时要快速深度脱碳，实现碳中和目标总体可按照尽早达峰、稳定排放、快速减排、全面中和四个阶段有序实施。煤基产业升级和电力行业脱碳是我国“双碳”目标实现的关键，CCUS不仅是目前实现化石能源低碳化利用的非常有利的技术选择，也是保持电力系统灵活性的主要技术手段，是钢铁水泥等难以减排行业低碳转型的可行技术选择。当前，我国煤基能源产业结合CCUS已经具备技术条件要求，随着CCUS项目的部署示范，其规模化应用也逐渐具备经济可行性。总体来讲，CCUS技术与煤基能源体系呈现出相互契合、协同互补的耦合发展态势，是未来煤基能源优化转型以保障“双碳”目标实现的重要途径。实现碳中和目标需要加强顶层政策设计，统筹推进碳达峰与碳中和工作；深化体制机制改革，营造有利于煤基能源转型升级的市场环境；强化能源兜底能力，确保煤炭高质量发展与“双碳”目标顺利推进。
本书基于国家能源集团“煤炭清洁高效利用2030重大先导项目”的“基于CCUS技术的煤炭低碳转型和能源结构优化研究”成果，考虑了全球气候治理、中国能源转型和煤基能源发展影响因素，采用“自上而下”和“自下而上”相结合的方式，把宏观能源经济CGE模型和CCUS技术经济评估模型结合起来，仿真分析出我国重点用煤行业的低碳发展时空路线，并结合电力电量平衡仿真模型，探究未来煤电产业的合理化规模，量化评估了CCUS技术在我国煤基能源低碳发展、实现碳中和目标减排贡献以及经济社会可持续发展方面的重要性，提出了基于CCUS技术的能源结构优化和低碳转型发展路径，旨在为煤基产业的清洁高效发展提供战略支撑和方向引领。
具体而言，本书第1章介绍了碳中和目标，并着眼于实现碳中和目标的核心领域——能源系统转型，提出待研究的关键问题。第2章则介绍全球碳中和背景下，国际气候治理及能源转型进展。第3章则将视角转移回国内，介绍我国能源系统的现实情况及能源转型进展。第4章从定位—路径—结合CCUS三个层面，具体设计碳中和背景下，煤基能源实现清洁高效利用的长效路径。为确保相关路径的可行性及有效性，第5章设计了耦合可计算一般均衡模型（computable general equilibrium model，CGE）和全流程CCUS系统评价模型（integrated techno-economic assessment method for CO2 capture, geological utilization and storage，ITEAM-CCUS）的综合评估模型，用于对第4章构建的清洁高效利用路径进行定量评价。模型量化评估获得的结果展示在第6章中，具体包括对能源排放、行业发展、经济效果三个方面的路径实施效果评估。通过对煤炭清洁高效利用路径的模型量化，能够有效识别关键问题，厘清推进路径面临的挑战与困难。第7章基于反馈再优化结果，归纳了碳中和目标下，推动煤炭清洁高效利用的政策建议。本书较为系统、深入地探讨了煤炭能源利用CCUS技术实现清洁高效转型，从封存场地选取、封存潜力、能源转型、经济社会综合效益影响等方面分析了煤炭结合CCUS发展的可行路径。
本书由国家能源集团牵头，联合中国科学院武汉岩土力学研究所、中国科学院科技战略咨询研究院、澳大利亚维多利亚大学政策研究中心等多家国内外机构的专家共同编写，编写组主要成员包括姜大霖、于淼、陈语、魏宁、刘宇、王雷、吴璘、李杨、李涛、彭秀健、冯晟昊、赵梦真、马雯嘉、王帆、向柏祥、苏彤、朱朋虎，羊凌玉、胡时霖、段博慧、杨芷萱等参与了文献整理、文字校核工作，在此感谢各位专家、同仁的辛苦工作和大力支持。
由于水平和时间有限，难免存在不足之处，请专家同行批评指正！

著者
2023年2月

本书在研判全球气候治理、中国能源转型、煤基能源发展的基础上，通过构造中国煤基能源全流程CCUS系统评价模型（ITEAM-CCUS）、中国能源可计算一般均衡模型（CHINAGEM-E， CGE）等方法工具，深入探讨中国煤基能源CCUS技术经济可行性及其对碳中和目标下我国能源转型路径和经济社会发展的综合影响。提出碳约束下中国能源转型优化路径的煤炭行业解决方案，为煤基产业协同发展、绿色发展和创新发展提供战略支撑和方向引领。
本书适用于政府相关管理部门、政策研究者、能源企业，以及对碳达峰、碳中和背景下我国能源中长期转型路径及煤炭在未来能源结构中作用与定位具有一定兴趣的读者阅读。

第1章绪论001
1.1碳中和目标的背景与内涵002
1.1.1碳中和目标的概念002
1.1.2我国碳中和目标的提出003
1.2碳中和目标下我国能源系统转型的特点004
1.2.1保障煤炭在能源系统中的主体地位005
1.2.2发挥煤电在电力系统中的调峰作用006
1.2.3引导煤炭清洁高效利用推进碳中和007

第2章全球气候治理及能源转型进展009
2.1欧盟气候治理与能源转型进展010
2.1.1欧盟气候政策进展010
2.1.2欧盟碳中和的能源转型安排011
2.2美国气候治理与能源转型进展013
2.2.1美国气候政策进展013
2.2.2美国碳中和的能源转型安排014
2.3其他国家气候治理与能源转型进展016
2.3.1其他国家气候政策进展016
2.3.2其他国家碳中和的能源转型安排017

第3章碳中和目标下的能源结构与碳排放结构变化021
3.1能源供需现状及趋势022
3.1.1现状与特点分析023
3.1.2主要研究机构对中国能源消费的分析预测027
3.2电力供需现状及趋势028
3.2.1现状与特点分析029
3.2.2主要研究机构对中国电力消费的分析预测031
3.3能源碳排放现状及预测035
3.3.1现状与特点分析035
3.3.2总量与结构预测042

第4章煤基能源发展路径与CCUS应用潜力047
4.1经济社会发展中的煤基能源历史贡献与未来定位049
4.1.1煤基能源产业历史贡献049
4.1.2煤基能源产业未来定位053
4.2“双碳”目标下煤基能源产业中长期发展路径分析055
4.2.1面临形势及转型升级方式与途径056
4.2.2主要耗煤行业中长期发展路径分析059
4.2.3煤电行业中长期转型发展路径分析067
4.3煤基能源产业低碳化转型升级的潜力与可行性073
4.3.1CCUS技术现状、进展及展望073
4.3.2CCUS技术与煤基能源产业可持续发展的关系077
4.3.3煤基能源结合CCUS实现产业转型升级的条件079

第5章宏观经济耦合工程技术的综合评估模型构建083
5.1ITEAM-CCUS模型框架085
5.1.1模型方法总体介绍085
5.1.2排放源筛选方法086
5.1.3CO2封存场地筛选方法086
5.1.4源汇匹配方法088
5.1.5全流程CCUS的技术经济评估方法089
5.2中国能源CGE模型框架090
5.2.1CGE模型选择090
5.2.2CHINAGEM-E模型理论框架093
5.3宏观经济与技术模型的耦合096
5.3.1拆分能源和发电部门097
5.3.2建立能源与碳排放账户098
5.3.3建立能源-要素生产多层嵌套结构098
5.3.4设计碳价机制099
5.3.5引入CCUS减排成本曲线099
5.4模型情景设置100
5.4.1ITEAM-CCUS模型的情景设置100
5.4.2CHINAGEM-E模型的情景设置106

第6章CCUS在中国能源低碳转型战略中的定位和贡献119
6.1煤基能源四大行业CCUS的技术经济可行性评估120
6.2煤电CCUS对能源系统转型及碳减排的作用贡献分析122
6.2.1一次能源总量与结构122
6.2.2发电总量及结构126
6.2.3二氧化碳排放总量路径129
6.2.4碳捕集、利用与封存技术131
6.2.5能源强度和碳排放强度132
6.2.6煤炭行业脱碳134
6.3煤电CCUS的经济社会效益影响分析136
6.3.1宏观经济分析136
6.3.2行业产出分析142
6.4本章小结145
6.4.1煤电结合CCUS技术助力实现碳中和目标145
6.4.2煤电结合CCUS技术助力平稳迈向清洁转型147
6.4.3煤电结合CCUS技术助力经济社会公平转型148

第7章关于推动煤炭清洁高效利用与经济社会转型发展的政策建议151
7.1加强顶层政策设计，统筹推进碳达峰与碳中和工作152
7.2强化科技创新引领，助力能源绿色转型与深度脱碳153
7.3深化体制机制改革，营造有利于煤基能源转型升级的市场环境155
7.4强化能源兜底能力，确保煤炭高质量发展与“双碳”目标顺利推进157

参考文献159