清華大學&哈佛大學：2024“中美深度脫碳技術創新與政策比較研究”二期項目綜合報告（35頁）.pdf

1、 “中美深度脫碳技術創新與政策比較研究”二期項目 清華大學氣候變化與可持續發展研究院 哈佛大學肯尼迪政府學院全球能源技術創新研究組 哈佛大學中國能源經濟環境項目 2024 年 5 月 綜合報告 1 摘要 本報告是清華大學和哈佛大學聯合開展的“中美深度脫碳技術創新與政策”項目第二期綜合報告，報告的內容基于 2022-2023 年項目下組織的深度脫碳關鍵技術主題學術沙龍分享和交流，沙龍的主題包括建筑供暖、可再生能源制氫（綠氫）、碳捕獲利用與封存（CCUS）和交通部門難減排行業。三個研究團隊分別在學術沙龍中分享了這些關鍵技術在中美兩國的最新進展評估，包括當前成本和預期下降速度、以及加快技術的大規模部

2、署所需要的政策。在此基礎上，補充了關鍵技術的全球進展，并進行了簡單的中美對比分析和總結。第一期項目的工作基礎第一期項目的工作基礎 該項目開展的第一年，三個研究團隊的主要成員聯合撰寫了一份總結報告，在聯合國氣候變化框架公約第 26 次締約方會議（COP26）期間提供給兩國國家氣候特使，并于此后不久（2022 年 1月）正式公開發布（https:/www.belfercenter.org/publication/harvard-tsinghua-joint-statement-carbon-neutrality-pathways-china-and-united-states）。項目第一期的聯合研

3、究發現，盡管兩國情況存在許多細節上的差異，在中美兩國的碳中和路徑中，最有可能發揮重要作用的低排放和零排放能源技術清單是類似的。關鍵技術清單包括太陽能和風能發電、智能電網、用于化石能源發電廠的 CCUS、可再生能源電解制氫、電動和氫燃料汽車、以及提高所有部門的終端能源使用效率?；谶@份技術清單，哈佛團隊選擇在第一年將重點放在：（i）電網擴張和現代化;（ii）CCUS;（iii）電解制氫;及（iv）電力和氫氣用于建筑空間供暖和熱水。清華團隊也同樣關注（i）電氣化和電網，（ii）燃煤電廠 CCUS，（iii）交通部門，以及（iv）工業和建筑部門的能效提升。在第一年的研究工作結束時，雙方同意在第二年更

4、深入地研究建筑供暖、可再生能源制氫氣和 CCUS。建筑供暖建筑供暖 中美兩國在建筑脫碳領域的主要差別在于中國北方城鎮龐大的集中供暖，而美國絕大多數地區的家庭和商業建筑采用的是分散的單獨的供暖。因而，在考慮建筑脫碳方案時，美國研究中考慮的技術方案較為簡單，面臨的主要挑戰包括現有建筑節能改造規模大、熱泵等清潔供暖技術成本高，以及由建筑部門電氣化引發的電力系統脫碳等。中國北方城鎮集中供暖的脫碳方案仍在討論之中，清華課題組的研究中認為在考慮能源系統電熱耦合的情況下，熱電聯產機組供暖是碳中和的前期可行技術。未來仍有必要保留適量的燃煤機組（加裝 CCS 設施），對這類機組進行低碳或供熱改造。在推廣熱泵供暖

5、技術時，兩國都面臨著高成2 本的挑戰，需要通過技術和政策來推進熱泵技術的應用?？稍偕茉粗茪淇稍偕茉粗茪?全球低碳經濟轉型將會顯著改變現有的能源供應、生產和消費格局，氫能將成為大國競爭與合作的重要領域。中美兩國清潔氫發展面臨的問題基本相似：技術尚未完全成熟、生產高成本、缺乏市場需求、基礎設施不足。美國政府的大規模補貼已經顯著地拉動了清潔氫的投資和生產，但是仍需更好地引導投資流向綠氫項目。相比之下，盡管在電解制氫方面已經具備明顯的成本優勢，中國的氫能政策仍缺乏系統性而且支持措施嚴重不足。未來中美兩國都需要積極創建國內氫能應用市場，重點支持清潔氫在工業領域的示范與應用。對于中國來說，需要在新的全

6、球能源地緣格局和國內長期碳中和、能源系統轉型的背景下重新考慮氫能戰略，并積極參與國際清潔氫研究合作與標準認證，以保證工業產品的未來競爭力。碳捕獲利用與封存（碳捕獲利用與封存（CCUS）中國、美國和印度是世界上最需要發展和應用 CCS 技術的三個國家。絕大多數的全球和國家層面的模擬結果都表明，到本世紀中葉左右，這三個國家都需要使用 CCUS、常規減排技術和顛覆性減排技術才能夠實現凈零排放。隨著應用場景的拓展，CCUS 技術已經成為化石能源近零排放的唯一技術選擇、鋼鐵和水泥等難減排行業深度脫碳的可行技術方案、未來支撐碳循環利用的主要技術手段?？偟膩砜?，中國的 CCUS 技術和基礎設施的發展仍然大幅

7、落后于美國。美國 CCUS 技術已進入商業化應用階段，中國的捕集技術仍處于示范階段，CCUS 系統集成優化方面仍僅處于中試階段，基礎設施建設方面也較為滯后?？紤]到全球氣候治理外部約束、落實國家碳達峰碳中和目標的內部需求、鞏固設備制造的成本優勢，我國急需推動 CCUS 由戰略儲備技術快速升級為現實解決方案?？珙I域政策問題跨領域政策問題 中美兩國盡管在氣候政策制定方面都取得了重大進展，但是在政策落實與實施方面都面臨著挑戰。美國的政策嚴重依賴于大規模的投資、稅收優惠和補貼政策等激勵措施，政策的連續性仍然面臨挑戰。中國的“1+N“政策依托于”自上而下“的政策落實和執行，需要加強”自下而上“的推動和全社

8、會參與。從時間范圍來看，兩國氣候政策集中于 2030 年之前，長期的氣候措施仍不夠堅實。未來兩國仍需不斷完善氣候政策體系和加強相關措施，以實現減排、公正和平等、健康、就業、公眾參與等多個目標。政策建議 基于第二期的項目合作研究，向兩國政府提出以下政策建議：（1）考慮未來國際能源地緣格局的變化，建議在碳中和與能源轉型長期戰略下明確重要脫碳技術如熱泵、綠氫、CCUS 的定位、戰略和目標。3 （2）加強政策制定，釋放清晰和連續的政策信號，積極培育深度脫碳技術的國內市場需求，以帶動私營部門投資，努力推動規模經濟的實現。（3）建議國際社會繼續加大科技創新投入與合作，加速推進深度脫碳技術的商業化應用，加速

9、技術的成熟和市場規模的增長，推動技術成本的快速下降。（4）能源轉型中建議綜合考慮不同技術和基礎設施的耦合，例如建筑供熱領域脫碳的熱能和電能耦合解決方案，綠氫制取與終端部門應用的耦合，工業集群與 CCUS 設施耦合。（5）新技術的發展帶來了新的基礎設施需求，建議在政策制定中同步考慮基礎設施投資和創新清潔技術在能源供應和終端使用?？紤]基礎設施投資的同時，制定政策加強能源供應和最終使用的創新清潔技術?；A設施已成為綠氫、CCUS 和其他技術發展的驅動力和制約因素。（6）積極推動氣候政策的實施，完善長期措施和氣候政策體系，防范轉型可能會引發的經濟和社會風險。最后，正如我們在第一期報告中所指出的，為發展

10、中國家籌集更多的能源氣候資金至關重要不僅用于清潔能源技術和基礎設施，而且用于適應氣候變化并加強建立技術轉讓機制和規范。研究表明，到 2030 年，發展中國家需要將氣候投資至少增加四到八倍。如果要達到這樣的水平，國際社會將需要在融資和技術轉讓方面共同努力。4 致謝 2020 年 9 月，中國氣候變化事務特使解振華先生發起了一個以中美深度脫碳路徑為重點的三方研究項目。這三個團隊分別是：由何建坤教授、李政教授領導的清華大學氣候變化與可持續發展研究院團隊，由哈佛大學肯尼迪學院 John Holdren 教授領導的全球能源技術創新（GETI）團隊、由哈佛大學約翰 A 保爾森工程與應用科學學院 Micha

11、el McElroy 教授領導的中美能源、經濟和環境項目（HCP）團隊。該項目設計為總共運行三期，在項目成立和發展的過程中得到了生態環境部和各方的大力支持，在此表示誠摯的感謝。能源基金會慷慨地為項目研究和學術交流活動提供了長期資助，我們在此深表謝意。本項目下組織的一系列研討會得到了來自高校、科研院所和企業的專家們的大力支持。在此特別感謝來自清華大學建筑學院的王寶龍教授、清華大學電機工程與應用電子技術系的林今教授、清華大學環境學院的劉歡教授，中國礦業大學的樊靜麗教授、科學技術部 21 世紀議程中心的張賢研究員、國家能源集團新能源研究院碳中和研究中心徐東主任、未來資源研究所的 Alan Krupn

12、ick 博士、德克薩斯大學奧斯汀分校的 Andrew Waxman 教授、哈佛大學肯尼迪政府學院的 Nicola De Blasio 博士，感謝這些學者和專家們分享在深度脫碳技術領域的前沿研究和實踐。感謝清華大學的黃宇瑄、謝璨陽和何岳璋同學，感謝來自哈佛大學的 Amanda Sardonis 和 Karin Vander Schaaf 為本項目提供了研究和會務支持。特別感謝清華大學的謝璨陽和哈佛大學 Rachel Mural 精心校對和編輯報告文字。感謝張芳和佟潔瓊為項目協調所付出大量時間和努力，感謝毛春柳、李智輝、洪毅和王聰瑜為項目前期工作和順利開展提供了有力支持。此外，本報告的研究和發布得

13、到了眾多同事和同行們的幫助，在此一并致謝。5 目錄 1.項目背景與研究范圍.1 2.全球深度脫碳技術創新與應用.3 2.1 高度不平衡的全球科技創新格局.3 2.2 進展緩慢的技術應用.5 3.中美深度脫碳關鍵技術進展與挑戰.6 3.1 建筑供熱脫碳技術.6 3.2 可再生能源制氫.10 3.3 碳捕集利用與封存.18 4.中美兩國氣候政策進展與初步評估.22 4.1 美國聯邦政府層面氣候政策進展.22 4.2 中國的“1+N”氣候政策體系評估.23 4.3 中美政策比較.24 5 結論與建議：中國、美國及全球.25 作者名單 清華-哈佛沙龍嘉賓名單 1 1.項目背景與研究范圍項目背景與研究范

14、圍（1）項目背景）項目背景 2020 年 9 月，中國氣候變化事務特使解振華先生發起了一個為期三年的清華大學與哈佛大學合作研究項目，三個團隊就“中美深度脫碳技術創新與政策”開展聯合研究。這三個團隊分別是：由何建坤教授、李政教授領導的清華大學氣候變化與可持續發展研究院團隊，由哈佛大學肯尼迪學院John Holdren 教授領導的全球能源技術創新計劃團隊，由哈佛大學地球與行星科學、工程與應用系Michael McElroy 教授領導的哈佛-中國項目團隊。即使是在疫情期間，合作雙方仍努力地推動項目正常開展，維系了中美一流高校良好的合作關系，其研究結果也成為中美雙方政府的重要參考。2014 年 11

15、月，奧巴馬總統和習近平主席在北京就氣候變化議題發表聯合聲明，體現了中美在氣候問題上以始終如一和合作的方式展現領導力的重要性，這為一年后全球達成巴黎協定中前所未有的共識奠定了基礎。2021 年，中美雙方根據兩國元首互動精神，在當時幾乎各領域存在脫鉤風險的情況下，打通氣候變化對話渠道，發表了中美應對氣候危機聯合聲明。在英國格拉斯哥氣候大會期間，中美雙方在會議結束前一天達成并發表了中美關于在 21 世紀 20 年代強化氣候行動的格拉斯哥聯合宣言，推動大會形成了既體現行動決心和力度、又有可操作性、且更為尊重各方實際國情的成果。盡管兩國政府在其他許多問題上存在分歧，但是在許多層面上在氣候合作領域長期保持

16、著合作與交流。中美兩國到本世紀中葉前后實現碳中和的路徑及其技術組成都具有共同點，凸顯了兩國在研究分析、技術研發和相關政策方面存在合作價值。2023 年中美關于加強合作應對氣候危機的陽光之鄉聲明中提到，中美雙方重申致力于合作并與其他國家共同努力應對氣候危機，決定啟動“21 世紀 20 年代強化氣候行動工作組”，開展對話與合作，就控制和減少排放的政策、措施和技術進行信息交流、識別和實施合作項目。清華大學和哈佛大學在這個項目上的共同努力，證明了繼續開展和加強中美氣候合作的價值，所開展的工作也是未來兩國合作的重點領域。（2）研究范圍）研究范圍 要想在本世紀中葉前后實現兩國宣布的碳中和目標，所有可行路徑

17、都要求從現在起迅速擴大各種低碳和零碳能源供應技術，以及匹配新的供應和需求所需的能源基礎設施的部署規模。此外，所有可行路徑都需要新技術和實踐，以大幅提高能源終端利用效率和電氣化水平。能源供應和終端技術多元化是兩國能夠實現目標的關鍵。然而，中美兩國目前還無法自信和準確地指出，究竟哪些技術組合最有可能成功實現碳中和目標。2 當前最實際有用的工作包括：根據現有知識識別最有可能做出重大貢獻的技術；識別和描述這些技術實現減排潛力所面臨的障礙；以及 識別和推動近期可以實施的法規、政策和協議，以便從現在到 2030 年的十年內以及之后，在技術和研究持續取得進展的基礎上，兩國能保持本世紀中葉前后實現零排放目標的

18、可能性。這是我們聯合項目的目標，其中包括探索對各自發展道路的哪些見解能夠對對方有所幫助。最后，我們致力于將我們的中期和最終研究結果直接通報給各國的氣候決策者和聯合國氣候變化框架公約締約方大會。（3）研究進展）研究進展 在項目開展的第一年，清華大學研究團隊專注于中國 2060 年前實現碳中和的脫碳路徑研究，而兩個哈佛團隊則致力于美國實現碳中和的關鍵技術和政策研究。聯合研究發現，盡管兩國情況存在許多細節上的差異，在中國碳中和路徑中，最有可能發揮重要作用的低排放和零排放能源技術和美國是高度相似的。中國案例的關鍵技術清單也包括太陽能和風能發電、智能電網、用于化石能源發電廠和工業的CCUS、可再生能源電

19、解制氫、電動和氫燃料汽車、以及提高所有部門的終端能源使用效率。新一代核電技術、生物燃料、儲能和水電也可能需要做出重要貢獻。此外，在充分利用當前經濟性較好的減排措施之外，還需要改進非二氧化碳溫室氣體的減排技術，并大幅增加農業和森林碳匯以抵消難減排部門的剩余排放量1?；谝陨涎芯堪l現，哈佛大學與清華大學團隊共同撰寫了中美碳中和路徑研究聯合報告，在哈佛大學肯尼迪政府學院貝爾弗科學與國際事務中心網站上公開發布2。除了這份報告之外，中美能源、經濟和環境項目（HCP）團隊還補充了三份“非專家研究簡報”，內容涉及更精細的技術主題，加強了媒體對哈佛-清華合作的報道。清華大學研究團隊開展的中國 2060 年前實

20、現碳中和的脫碳路徑研究，也為后續開展的旗艦課題“碳中和背景下中國 2035 年及中長期低碳發展戰略研究”打下了堅實的基礎。在項目開展的第二期，哈佛大學肯尼迪政府學院的全球能源技術創新團隊專注于三項關鍵技術：建筑部門供熱脫碳、綠氫、二氧化碳捕集利用與存儲技術（CCUS）的研究。同時，哈佛-中國項目團 1 He J,Zhang X,Li Z,et al.Comprehensive Report on Chinas Long-Term Low-Carbon Development Strategies and PathwaysJ.Chinese Journal of Population Resou

21、rces and Environment.2020,18(4):263295.DOI:10.1016/j.cjpre.2021.04.004.2 Harvard-Tsinghua Joint Statement on Carbon-Neutrality Pathways for China and the United States.Harvard Kennedy School Belfer Center.January 2022.https:/www.belfercenter.org/publication/harvard-tsinghua-joint-statement-carbon-ne

22、utrality-pathways-china-and-united-states 3 隊在德克薩斯州（美國德克薩斯州擁有豐富的可再生能源資源和廣泛的現有氫基礎設施）對綠氫技術的潛力進行了深入的案例研究，并主持了一場關于交通部門難減排行業脫碳的補充研討會3。清華大學團隊重點關注實現碳中和的關鍵技術潛力和障礙，共設計了涵蓋五個子課題的研究框架。這五個子課題分別是：建筑部門供熱和制冷脫碳、氫能在交通領域的應用潛力、CCUS 技術、零碳電力系統的電網成本與風險、“碳中和”背景下我國氣候政策評估和優化分析。清華大學團隊在迪拜舉行的第 28 屆聯合國氣候大會上，清華大學團隊公開發布了各個子課題的政策摘要

23、報告和綜合課題研究成果，并邀請了來自美國、英國、印度等國的學者就“深度脫碳技術與國際合作”開展深入討論。本報告是項目第二期綜合課題報告，基本內容基于第二期項目中清華大學與哈佛大學組織的關鍵技術的學術沙龍交流和分享。為了提供整體視角和更深入的見解，補充了全球進展，進行了中美對比分析。本報告共分為五章，第一章提供了項目背景和進展簡介，第二章介紹了全球深度脫碳技術創新與應用的總貌，第三章對比了中美兩國在建筑供熱脫碳、可再生能源制氫、CCUS 技術領域的研究進展，第四章對比了中美兩國的氣候政策，第五章是結論及建議。2.全球深度脫碳技術創新與應用全球深度脫碳技術創新與應用 碳中和經濟具有資金和技術密集型

24、的特點，實現碳中和將依賴于已有的常規技術和突破性技術。國際能源署（IEA）的報告指出，到 2050 年全球深度減排所需的技術，目前還有一半仍處于研發和示范階段，需要在近十年做出積極部署4?？萍紕撔鲁蔀榈吞嫁D型的支撐要素，并締造一個國家未來經濟和產業的核心競爭力。一方面全球大國間科技創新競爭日趨激烈，另一方面綠色低碳成為發展中國家趕超的額外約束條件。這種不平衡的國際格局逐漸擴大。2.12.1 高度不平衡的全球科技創新格局高度不平衡的全球科技創新格局 少數經濟體主導著全球低碳能源技術研發與部署，主要經濟體低碳研發投入競爭日趨激烈。2016 年以來，全球低碳能源技術研發與示范公共預算總體呈快速增長趨

25、勢，年均增長率達到 7.6%（見下圖）。與此同時，少數經濟體主導著全球低碳能源技術研發與部署，2021 年，北美、歐洲、日本、韓國、澳大利亞、新西蘭、中國合計占全球低碳能源技術研發公共預算的比重高達 97.5%。此外，歐洲、北美和中國合計占比高達 85.8%。中國已經超越日本成為第二大政府研發投入國，而印度超越法國、德國和日本成為第三大政府研發投入國。在清潔能源方面，中美兩國的政府研發投入處于焦灼競爭狀態，根據清潔能源定義范疇的不同，中美都可能是世界上最大的清潔能源投資國 3 See https:/chinaproject.harvard.edu/news/hcp-research-brief

26、s-non-specialists 4 IEA,2021.Net zero by 2050:a roadmap for the global energy sector.4 家5。圖 2-1 全球低碳技術研發示范領域公共預算構成（2015-2021）來源:Energy Technology RD&D Budgets(IEA,2023 edition)，ICCSD 繪圖 低碳科技創新的產出也呈現出高度不平衡的國際發展格局。根據世界知識產權組織公布的數據，日本、美國、德國、中國和韓國五個大國占 2005-2015 年綠色能源專利族申請的 90%以上，緊隨其后的國家包括法國、荷蘭和英國6。相比之下，

27、印度、巴西和南非各占不到 1%，非洲大部分國家更是幾乎沒有專利申請7。自 2012 年以來，全球低碳技術專利逐漸從供能技術轉向終端應用技術和使能技術（氫能、交叉技術等），以及信息和通信技術、人工智能等通用技術8。在國際標準制定方面，大約 78%的已公布標準來自于三個國際機構，即國際標準組織（ISO）、國際電工委員會（IEC）和汽車工程師協會（SAE）；其余標準大部分來自于歐洲標準化委員會（CEN）和美國機械工程師協會（ASME）。此外，全球創新空間的分布集聚于少數經濟體。在全球的 120 個創新空間集聚區域中，有 98個位于歐洲，德國的慕尼黑、魯爾區、法國巴黎是三個較大的創新空間集聚區域。美國

28、仍然是前沿技術和傳統能源技術的網絡中心，在電解制氫技術領域與其他 21 個國家建立了合作研發的聯系。在東亞地區，中國、日本、韓國形成了電池、氫能、通信技術等領域的創新空間集聚。目前中國已超過美國和歐洲，與日本持平，成為綠色專利領域世界第二大專利擁有國、第一大論文發表國，尤 5 Zhang F,Gallagher K S,Myslikova Z,et al.From fossil to low carbon:The evolution of global public energy innovationM/OL/Wiley Interdisciplinary Reviews:Climate Ch

29、ange.(2021).DOI:10.1002/wcc.734.6 Rivera Len,L.,Bergquist,K.,Wunsch-Vincent,S.A.,Xu,N.,&Fushim,K.2023.Measuring Innovation in Energy Technologies:Green Patents As Captured by WIPOs IPC Green Inventory.SSRN Electronic Journal.https:/doi.org/10.2139/ssrn.4429912 7 World Intellectual Property Organizat

30、ion(WIPO).2023.World Intellectual Property Indicators 2023.https:/doi.org/10.34667/TIND.48541 8 European Patent Office(EPO)&International Energy Agency(IEA).2021.Patents and the energy transition.Paris.https:/www.iea.org/reports/innovation-in-batteries-and-electricity-storage 05010015020025030035020

31、15201620172018201920202021億美元(2021年不變價)北美日本韓國澳大利亞新西蘭歐洲中國其他地區5 其是在信息通信技術領域和綠色交通領域9?？偟膩砜?，高度不平衡的全球創新格局也是技術的全球擴散與轉移面臨的重要挑戰。2.22.2 進展緩慢的技術應用進展緩慢的技術應用 分部門來看，由于技術特性和成熟度不同，一些部門將比其它部門更早脫碳。電力部門將通過發展清潔電力率先脫碳，然后通過電氣化幫助其它陸路交通部門（公路和鐵路）、建筑、工業部門部分脫碳。盡管工業部門的難減排行業脫碳已經存在多種技術方案，但由于技術成熟度不足、成本較高還未實現大規模應用。難減排部門如農業、航空、航海將很

32、大程度上依賴于技術突破與消費行為的改變。新一輪科技革命和產業變革下，盡管技術迭代速度已經明顯加快，但是仍然遠不能滿足凈零路徑所要求的速度與規模，全球實現凈零目標仍然面臨嚴峻挑戰。根據 IEA 的全球能源轉型盤點，當前只有極少數技術如光伏發電、電動汽車和照明的發展速度與凈零情景是一致的；超過一半的技術需要更多的政策支持和加快發展速度；有超過三分之一的技術的發展緩慢，嚴重滯后于凈零情景所要求的速度與規模10。分領域來看，工業、甲烷減排、重型和遠途交通領域，以及與基礎設施相關的集中供暖、CCS 的發展都嚴重滯后于凈零情景路徑（見下圖）。未來國際社會需要繼續加大科技創新投入與合作，擴大低碳技術的應用規

33、模，迅速降低技術成本，從而推動全球清潔低碳轉型。圖 2-2 凈零情景路徑下的技術圖景與進展評估 來源:IEA,2023.Tracking Clean Energy Progress 2023.9 ELSEVIERS ANALYTICAL SERVICES.Pathways to Net Zero:The Impact of Clean Energy ResearchR/OL.(2021).https:/ IEA,2023.Tracking Clean Energy Progress 2023.Paris.https:/www.iea.org/reports/tracking-clean-ene

34、rgy-progress-2023#overview 6 3.中美深度脫碳關鍵技術進展與挑戰中美深度脫碳關鍵技術進展與挑戰 3.13.1 建筑供熱脫碳技術建筑供熱脫碳技術 2022 年供暖和熱水用能占全球建筑能源消耗的近一半，直接排放為 24 億噸 CO2，間接排放為17 億噸 CO2。全球范圍內，60%的供熱能源仍然依賴化石燃料，大約 40%的家庭在一年中的部分時間需要空間供暖，供暖也是家庭能源支出的主要組成部分。在 IEA 的 2050 年凈零排放情景中，到2030 年，需要通過提高建筑圍護結構效率、改變燃料和技術以及電力部門脫碳的綜合效應將建筑供熱相關排放量減少一半，這也意味著需要將全球

35、供熱的平均能源強度年均降低約 4%，比過去十年平均水平提高一倍11。供熱領域很難實現脫碳，這一領域熱量生產和使用方式多種多樣且高度分散，其低碳轉型需要對新技術和基礎設施進行投資和更新，以及對數億家庭的供熱設施進行改造。熱能脫碳的最基本途徑是通過提高能源效率、提高隔熱性能以及廢熱回收利用來減少熱能的使用。其他解決方案包括更高效地利用熱能，采用特定的零碳或低碳供熱技術，以及采用新技術儲存熱能和輸送熱能。各國部署的關鍵技術包括熱泵、電暖器、可再生熱能和氫能等。在集中供熱領域，由于所需熱源規模很大則面臨著更大的挑戰。一種方法是繼續使用化石燃料，但是通過 CCUS 來消除部分 CO2 排放。另一種方法是

36、考慮替代燃料，常見的替代技術包括低碳電力、生物質、替代熱源等。此外，在未來的熱能儲存、運輸和分配領域，新技術也在不斷的涌現，新型熱能供應鏈和商業模式正在形成12。在家庭供暖領域，燃氣鍋爐繼續主導著全球多個市場，但是高效和低碳的供暖技術正在興起。目前有 30 多個國家出臺了熱泵的補貼措施，2021 年熱泵銷量已經占到全球供暖市場份額的 10%，2022 年占比 11%。根據國際能源署的凈零排放情景，到 2030 年，全球熱泵存量將增加近兩倍，至少滿足全球供暖需求的 20%。因此，要實現這一目標，需要進一步的政策支持和技術創新13。（1）美國建筑供暖脫碳）美國建筑供暖脫碳 建筑部門化石燃料直接能源

37、使用排放占美國全部溫室氣體排放的 13%。全國大約有 1.1 億戶家庭采用分散式供暖系統供熱。從使用的燃料來看，天然氣占比大約為 50%，電力占比約為三分之一，其余燃料如石油、丙烷、木柴、煤油占比較小。不同地區間供熱能源差異較大，南部地區供熱由電力主導，電力占比可達到三分之二。中西部地區供熱則由天然氣主導，天然氣占比高達四分之三。西部和東北部的供熱能源中，天然氣占比都超過一半。在東南部，熱泵已經成為常見的供暖方式。11 IEA,2023.Energy system/Buildings/Heating.https:/www.iea.org/energy-system/buildings/heat

38、ing 12 The Royal Society,2021.Low-carbon heating and cooling:what science and technology can do to tackle the worlds largest source of carbon emissions.https:/royalsociety.org/climate-science-solution 13 IEA.2023.Tracking Clean Energy Progress 2023.Paris.https:/www.iea.org/reports/tracking-clean-ene

39、rgy-progress-2023#overview 7 2015 年大約有 10%的美國家庭使用空氣源熱泵供暖，2020 年這一比例已經增長至 13%14。拜登政府執政以來，先后出臺的兩黨基礎設施法案、通脹削減法案為清潔能源的研發、制造和基礎設施建設提供了大量的支持。降低美國家庭的能源成本是通脹削減法案的重要目標之一，其預算中提供了 90 億美元的稅收返還用于支持家庭電氣化及節能改造，還提供了 10 億美元的預算用于提高經濟適用房的能源效率。此外，還為消費者提供稅收抵免用于支持家庭電氣化、節能改造、清潔車輛購買。根據美國能源部的估算，這些措施可以降低每戶家庭 5%至 40%的節能改造和電氣化

40、投資 15。熱泵作為電氣化設備，是供暖領域凈零排放的重要技術。與燃氣鍋爐相比，使用熱泵供暖可以降低 50%的溫室氣體排放。熱泵的主要優點是高效率，與運行泵所需的電量相比，可以熱量的形式產生更多的能量。隨著外界溫度降低，供暖系統的效率也會隨之降低。熱泵的優點包括它的性能系數是比較高的，但是也需要注意到其性能系數取決于不同的要素，包括熱泵的泵模型，還有熱產出的溫度，以及室外的溫度。因為當室外溫度降低的時候熱泵的性能也會降低，如果天氣非常寒冷，使用熱泵室內供暖就比較困難。普林斯頓大學關于美國凈零路徑的研究指出，到 2050 年，美國用于供熱和烹飪的天然氣幾乎將完全被電力所替代，在供暖方面，空氣源熱泵

41、成為主導性技術。由于熱泵的效率和環境溫度有關，因此南方地區的熱泵滲透率高于北方，在佛羅里達的滲透率將達到 83%，在威斯康星州和明尼蘇達州的滲透率將達到 76%16。哈佛團隊對這一研究提出了質疑，認為實際上要實現這樣高的熱泵滲透率是比較困難的。目前熱泵面臨的主要挑戰是較高的成本，對于冬季寒冷的美國北部地區，從天然氣到熱泵的供熱方式轉變會帶來家庭能源成本的大幅上升。此外，美國相對高的電價也導致熱泵的運營成本很高。哈佛團隊對全美國供暖的研究表明，使用熱泵替代天然氣供暖會帶來采暖成本的大幅上升（未考慮資本成本）?；旧先浪兄莸牟膳杀径加兴仙?，北方寒冷地區采暖成本普遍上升 1.5-2倍。但是考

42、慮到施加碳稅后，美國南部地區采用熱泵供暖將具有經濟可行性。但對于北部地區來說，必須進一步提高碳價，才能形成進一步市場激勵17。美國未來供暖系統脫碳的可能技術途徑包括：-采用替代能源，如氫能或生物質能，但是并不具有成本和規模優勢。14 U.S.Energy Information Administration.2023.Highlights for space heating in U.S.homes by state,2020.https:/www.eia.gov/consumption/residential/data/2020/state/pdf/State%20Space%20Heati

43、ng.pdf 15 FACT SHEET:One Year In,President Bidens Inflation Reduction Act is Driving Historic Climate Action and Investing in America to Create Good Paying Jobs and Reduce Costs.White House.August 16,2023.Https:/www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2023/08/16/fact-sheet-one-year-in-p

44、resident-bidens-inflation-reduction-act-is-driving-historic-climate-action-and-investing-in-america-to-create-good-paying-jobs-and-reduce-costs/16 Larson Eric,Chris Greig,Jesse Jenkins,Erin Mayfield,Andrew Pascale,Chuan Zhang,Joshua Drossman,et al.2021.“Net-Zero America:Potential Pathways,Infrastruc

45、ture,and Impacts.”https:/netzeroamerica.princeton.edu.17 Daniel Schrag.2022.Challenges to electrification of heating in the Northern U.S.Harvard-Tsinghua Workshop on Heating and Cooling Buildings in a low-carbon world.May 24,2022.（即將發表）8 -地源熱泵替代空氣源熱泵，能夠提升熱泵性能系數。但是安裝地源熱泵所需資本投入極高，目前地源熱泵銷售價格大概是 2 萬美元/戶

46、，較為昂貴，回報周期長。-儲熱（最可行的方案）：在電力價格低時存儲熱能，價格高時釋放。例如在中午儲存太陽能的電力，并在傍晚放電，但是這一方案需要電力市場具備實時價格。目前低品位儲熱技術尚不成熟，需要研發能夠吸收低品位熱能的材料。案例：馬薩諸塞州的建筑低碳化研究案例：馬薩諸塞州的建筑低碳化研究 馬薩諸塞州提出 2030 年要減少 50%的溫室氣體排放、2050 年實現凈零排放的目標。當前該州電力行業的清潔能源發電占比已經達到 48.2%，已經接近占比 50%的目標18，建筑領域排放主要來自天然氣、丙烷等供熱燃料排放。在建筑供暖脫碳方面，首先需要提高建筑的密閉性，很多老舊建筑需要進行改造才能加裝有

47、效的絕熱層。在未來的 20-30 年中，在馬薩諸塞州及東北部可能只有20-30%的新建建筑，因此，大部分投資是對現有建筑的改造投入。此外，需要考慮轉換建筑供熱方式，使用空氣源熱泵、地熱（較昂貴）等技術。最后需要對電網進行深度脫碳。對建筑脫碳的分析表明，到 2050 年可能要 60%-70%的家庭只使用空氣源熱泵來進行供熱。要實現該州 2050 年的目標，減排曲線將是非常陡峭的，而且可能很昂貴。（2）中國建筑供暖脫碳）中國建筑供暖脫碳 據清華大學建筑節能中心測算，2021 年中國建筑運行碳排放總量為 22 億噸，直接碳排放 5.1億噸 CO2（23%），電力相關間接碳排放為 12.4 億噸 CO

48、2（57%），熱力相關間接碳排放為 4.3 億噸CO2（20%）19。近年來北方地區集中供暖面積和供暖熱需求持續增長，但是單位面積的供熱能耗和碳排放持續在下降。北方 15 省的城鎮供熱能源仍然以煤為主，其次是天然氣和電力。具體來看，煤炭占供暖能耗的 58%，天然氣占 14%，生物質能占 15%，電能占 8%，地熱、工業余熱和其他可再生能源占 5%，熱電聯產和燃煤鍋爐是最常見的熱源提供方式。南方氣候過渡帶以及部分高寒山區也有一定的供熱需求，采暖方式主要以分散式電采暖為主，常見的采暖工具為家用式空調、小型電暖器。此外，中國擁有著全球規模最大的集中供暖環網，2020 年熱網管道長度為 42.6 萬公

49、里20。中國的供暖商品化計量收費開始于 2006年。國家能源局于2007年發布的 能源發展“十一五”規劃指出從分布式鍋爐轉變為集中供暖，以及新建熱電聯產節能標準。2013年發布的能源發展“十二五”規劃要求發展天然氣熱電聯產、熱力網建設等。2017年發布的能源發展“十三五”18 State of Massachusetts.2023.“Massachusetts Climate Report Card Power Decarbonization.”https:/www.mass.gov/info-details/massachusetts-climate-report-card-power-de

50、carbonization 19 清華大學建筑節能研究中心，中國建筑節能年度發展研究報告 2023（城市能源系統專題）。北京：中國建筑工業出版社，2023.20 周宏春主編，中國清潔供熱產業發展報告 2022.北京：中國經濟出版社，2022。9 規劃提出推廣熱電冷三聯供和生物質熱電聯產、地熱能供暖、低品位余熱供暖等?！笆濉币詠?，推進北方地區清潔取暖工作成為政策重點，中國出臺了一系列關于推進清潔供暖和污染治理的政策。從熱源情況來看，我國北方地區清潔供熱的熱源基本形成了以超低排放21燃煤熱電聯產為主、天然氣為輔、其他熱源補充的格局。中國東北地區熱電聯供低碳轉型的研究中國東北地區熱電聯供低碳轉型

51、的研究 2019 年中國 72%的電力來自于熱力發電，65%的熱量來自集中的熱電聯產。冬季北方尤其是東北地區的供暖季達到六個月，該地區同時承擔供電和供熱任務的燃煤熱電聯產機組占煤電機組總量的 70%左右22。中國政府制定的2022 年中國北方清潔取暖計劃中，也鼓勵將現有的純火電機組改造為熱電聯產機組。因此，對中國電力系統轉型的研究，尤其是北方地區燃煤發電機組的轉型，必須要同時考慮供電和供熱。與其他供暖方式相比，燃煤熱電聯產機組有巨大的優勢。該類機組的供暖成本較低，僅為燃煤鍋爐供暖成本的 82%、電力供暖成本的 21%和天然氣供暖成本的 35%23。此外，熱電聯產機組可控性好，熱力和電力耦合供應

52、也能極大提升效率。在能源系統中以熱電聯產的形式同時供應熱量和電力，可以設置熱量和電力存儲用于整個系統的緩沖，應對接入間歇性可再生能源電源對系統穩定性帶來的沖擊，其挑戰在于將會增加系統和技術的復雜度。清華大學的模擬結果表明，風電在中國東北地區能源轉型中能夠發揮核心作用，并且強調了能源系統低碳減排規劃時綜合考慮供電和供熱系統的必要性。熱電聯產機組供暖是未來實現清潔供暖的關鍵技術，應作為實現碳中和的前期的優先考慮技術選項。對燃煤機組采取不同的處理方式可能會導致中國東北地區能源轉型成本的巨大差異。允許對燃煤基礎設施進行改造可以將總轉型成本降低約 16%，而允許新建燃煤基礎設施可以使總轉型成本下降約 2

53、0%。因此，雖然東北地區的電熱耦合系統需要在 30 年內實現碳中和，但仍有必要新建適量的燃煤機組，并對部分機組進行低碳或供熱改造，這可以節省巨大的潛在低碳轉型成本。當然，現有和新建燃煤電廠的均需要加裝 CCS 設施，以保持與減少溫室氣體排放和促進可持續能源的目標相一致。通過全面且綜合的能源系統規劃，東北地區可持續和低碳的能源系統在未來是很有可能實現的。熱泵在中國建筑脫碳中的作用熱泵在中國建筑脫碳中的作用 中國是全球最大的熱泵市場、制造和出口國，2022 年生產了全球約 40%的熱泵，國內市場銷售了一百萬臺熱泵。在中國北方，集中供熱仍然是城市中最常見的供暖解決方案；在冬季較為溫和的 21 注：超

54、低排放是指火電廠燃煤鍋爐在發電運行、末端治理等過程中，采用多種污染物高效協同脫除集成系統技術，使其大氣污染物排放濃度基本符合燃氣機組排放限值，即煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度（基準含氧量 6%）分別不超過 10 mg/m、35 mg/m、50 mg/m（國家環保標準 HJ 2053-2018）。22 Zheng,W.,Zhang,Y.,Xia,J.,Jiang Y.“Cleaner heating in Northern China:potentials and regional balances.”Resources,Conservation and Recycling,Vol.160,S

55、eptember 2020,p.104897.doi:10.1016/j.resconrec.2020.104897.23 許磊,黎家麟.幾種常用的供熱方式供熱成本分析J.供熱制冷,2019,2:23-24.10 南方地區，空氣源熱泵是空間供暖的常見解決方案24。2020 年中國的熱泵累計安裝量為 584 萬臺，約占全球的三分之一。在建筑供暖中，熱泵用于空間供暖的比例小于 10%，燃煤鍋爐和燃氣鍋爐供暖的比例約為 40%，火電廠熱電聯產供暖占比約為 50%。此外，熱泵用于熱水器的比例小于 2%。根據清華大學建筑節能中心的研究，熱泵用于建筑熱水和供暖仍有很大的潛力。如果快速提高熱泵的滲透率，到

56、2060 年能減排約 7.95 億噸 CO2e，占建筑整體供熱排放的 67%25?？梢蕴嵘裏岜眯阅艿姆较虬ǎ?）提升熱泵的能源效率；2）找到氟化物制冷劑的替代產品；3）加強熱泵與電網間的互動作用提供需求側響應；4）使用更多可持續的可再生能源。對于空氣源熱泵技術，可以采用高效壓縮機（如渦旋式壓縮機）、除霜技術、非共沸制冷劑新循環技術。對于混合源熱泵，可以考慮將空氣源、地熱源、太陽能結合，以提升性能。當前地源熱泵性能系數相比普通熱泵能夠提升 50%，管道鋪設的深度達到 2000-3000 米，但是由于成本較高，可以應用于區域集中供熱或社區供熱中26。此外，熱泵的制冷效率還可以進一步提升。中國的建

57、筑排放量占比非常高，熱泵有巨大的減排潛力，未來需要通過技術和政策來推進熱泵技術的應用。中美兩國在建筑脫碳領域的主要差別在于中國北方城鎮龐大的集中供暖，而美國絕大多數地區采用的是單獨的建筑供暖。因而，在考慮建筑脫碳方案時，美國研究中考慮的技術方案較為直接，面臨的主要挑戰包括現有建筑節能改造規模大、熱泵等清潔供暖技術成本高，以及電力系統脫碳。從政策來看，通脹削減法案為提供了大規模的補貼，可以減少 5-30%的建筑節能改造與電氣化的成本。中國北方城鎮集中供暖的脫碳方案仍在討論之中，嚴寒的東北地區的供暖脫碳方案尤為困難。清華課題組的研究中認為熱電聯產機組供暖是未來實現清潔供暖最經濟技術可行技術。雖然東

58、北地區的電熱耦合系統需要在 30 年內實現碳中和，但仍有必要保留部分熱電聯產煤電機組用于供熱，這可以節省巨大的潛在低碳轉型成本。在推廣熱泵供暖技術時，兩國都面臨著高成本的挑戰，需要通過技術和政策來推進熱泵技術的應用。3.23.2 可再生能源制氫可再生能源制氫 自從日本政府于 2017 年發布全球第一個國家級氫能戰略以來，截至 2023 年 7 月，發布氫能戰略的國家數量已經超過 40 個。碳中和時代對氫能的生產和應用均提出了新的要求。隨著全球層面上碳中和的技術路徑逐漸清晰，清潔氫被定義為與電氣化互為補充的脫碳途徑，是重要的脫碳能源和原料。當前氫能生產的技術路徑更加清晰，中短期內集中于清潔氫和低

59、碳氫（下文統一使用“清潔氫”），長期聚焦于可再生能源制制氫（綠氫）。氫能的應用場景逐漸縮小，聚焦到無法電氣化的難減排領域，例如工業高溫熱能、碳基燃料和材料替代、零排放航空和航運、跨季節儲能等。對 24 IEA(2023),Global heat pump sales continue double-digit growth,IEA,Paris.https:/www.iea.org/commentaries/global-heat-pump-sales-continue-double-digit-growth,License:CC BY 4.0 25 清華大學建筑節能研究中心，中國建筑節能年度發

60、展研究報告 2021。北京：中國建筑工業出版社，2021.26 參考文獻同上。11 于氫能的儲運，則與各國的基礎設施緊密相關，例如歐洲已經明確管道運輸，而中國的儲運模式還在討論和探索之中。氫能在全球碳中和進程中將發揮重要的減排作用，當前清潔氫產量和未來需求之間仍然存在著巨大的差距。盡管對未來氫的供需預測比較樂觀，但 2022 年全球清潔氫總產量仍不到 100 萬噸27。對于中國 2060 年氫能消費量的預測，范圍則從 9000 萬噸-1.3 億噸28。對于美國的預測認為，2050年清潔氫能將使美國全經濟排放比 2005 年減少 10%29。當前的氫能生產仍以化石能源制氫為主，消費集中于工業領域

61、的傳統應用，基礎設施建設加快。2022 年全球氫氣產量約為 9500 萬噸，氫氣生產仍然主要來自于化石燃料制氫（見下圖）。清潔氫產量占總產量的比例不到 1%，還有約 14.8%的氫氣來自石化行業的副產氫，其余 84.3%的產量均來自于化石能源制氫，其中天然氣制氫占比 70%，煤炭制氫約占 30%。從需求側來看，2022 年全球氫氣需求比 2021 年增長近 3%，當前氫氣需求仍然集中在工業領域的傳統應用，例如煉油、合成氨、甲醇、鋼鐵行業，在新應用場景中的需求占比不到 0.1%，而且集中在公路運輸30。從氫氣的生產、儲運基礎設施來看，至2022年底全球電解槽裝機容量約為700MW，在運加氫站約為

62、 1070 座，全球約有超過 4600 公里的氫氣管道在運行。在氫氣存儲方面，鹽穴儲氫已經在美國和英國有工業規模的應用。圖 3-1 全球氫能生產與需求（2022）來源：IEA,2023.在新增投資項目中清潔氫已經占據絕對主導地位。從 2022 年 5 月至 2023 年 1 月，已宣布的氫能投資項目達到 1046 個，投資額增長了 35%，從 2400 億美元增加到 3200 億美元，。大約一半的新項目專注于氫能的大規模工業應用；約有 20%與交通運輸有關。GW 級的氫能生產項目有 112 個，27 IEA,2023.Global Hydrogen Review 2023.IEA,Paris.

63、https:/ 28 China Hydrogen Association.2021.Report on hydrogen and fuel cell development in China(2021).29 U.S.National Clean Hydrogen Strategy and Roadmap,2023.30 IEA,2023.Hydrogen,https:/www.iea.org/energy-system/low-emission-fuels/hydrogen 生產化石能源制氫工業副產氫化石能源制氫+CCUS電制氫生物質制氫需求煉油合成氨甲醇鋼鐵其他12 其中 91 個項目為

64、可再生能源制氫，21 個為低碳氫項目31。需要指出的是，當前已宣布的投資規模和凈零情景的需求仍存在較大差距。凈零情景中，到 2030 年氫能需求將達到 1.5 億噸以上，其中約30%的需求來自新的應用場景。清潔氫的產量占比總計需超過 50%，這又需大量部署新的可再生能源制氫產能32。（1）未來全球氫能生產與供應格局）未來全球氫能生產與供應格局 全球低碳經濟轉型將會顯著改變現有的能源供應、生產和消費格局。哈佛大學對氫能的地緣政治格局開展了持續的研究，認為氫能的地緣政治和市場動向將更加類似于天然氣市場，綠氫的地緣政治版圖將由電解制氫的影響因素決定：（1）可再生能源資源稟賦；（2）淡水資源稟賦；（3

65、）基礎設施建設潛力。研究結果表明，美國、加拿大和澳大利亞將成為全球氫能出口冠軍，因為這些國家具備最好的可再生能源、水資源和基礎設施建設條件。中國雖然有豐富的可再生能源，但受到水資源分布不均衡的限制，難以大量出口。美國很有可能在全球綠氫能產業價值鏈中成為出口冠軍和領航者，前提條件是需要重點布局發展綠氫產業鏈所需的氨、乙醇和綠色鋼鐵制造，并克服所面臨成本和基礎設施普及度方面的挑戰33。在綜合考慮綠氫生產和工業部門應用后，地緣政治格局又有所不同。哈佛大學采用三個標準即資源稟賦、現有工業生產規模和水平、經濟相關性，預測各國在未來綠氫的工業領域中可能發揮的作用。分析表明，綠氫生產和工業應用中的領導者地位

66、在全球范圍內分布不均。隨著全球清潔氫能生產和工業領域應用的發展，將產生領跑者、產業升級國、綠氫出口國和進口國、局外人。美國和中國在綠氫生產和工業應用方面都可能處于領先地位，通過整合生產和工業應用的價值鏈，成為未來綠氫經濟的領跑者，并在氨、甲醇和鋼鐵生產等工業應用中處于領先地位。其他資源豐富的國家，如墨西哥和泰國，可以沿著價值鏈進行升級，并與依賴進口的工業強國爭奪就業和市場份額34。31 Hydrogen Council,McKinsey&Company.Hydrogen Insights 2023.https:/ IEA,2023.Hydrogen,https:/www.iea.org/ene

67、rgy-system/low-emission-fuels/hydrogen 33 De Blasio,Nicola,Fridolin Pflugmann,Henry Lee,Charles Hua,Alejandro Nuez-Jimenez and Phoebe Fallon.“Mission Hydrogen:Accelerating the Transition to a Low Carbon Economy.”Edited by Nicola De Blasio.Belfer Center for Science and International Affairs,Harvard K

68、ennedy School,October 29,2021.34 Eicke,Laima and Nicola De Blasio.“The Future of Green Hydrogen Value Chains:Geopolitical and Market Implications in the Industrial Sector.”Belfer Center for Science and International Affairs,Harvard Kennedy School,October 5,2022.https:/nrs.harvard.edu/URN-3:HUL.INSTR

69、EPOS:37373343 13 圖 3-2 考慮制取和工業應用后的全球綠氫地緣和市場格局 注：綠氫的工業應用考慮了合成氨、甲醇和煉鋼三個行業。來源：Laima Eicke,Nicola De Blasio.Green hydrogen value chains in the industrial sectorGeopolitical and market implications,Energy Research&Social Science,Volume 93,2022,102847,https:/doi.org/10.1016/j.erss.2022.102847.（2）美國氫能發展與政策

70、）美國氫能發展與政策 北美（美國和加拿大）是全球第二大氫能市場，當前美國產量占全球的 10%左右，均為通過天然氣甲醇蒸汽重整生產的灰氫，主要用于傳統的合成氨和甲醇生產（35%）、煉油（55%）和冶金（2%）等行業。在應用側，新的應用場景正在出現，包括已經有超過 5 萬輛燃料電池叉車、近 50 個開放式零售加氫站、80 多輛燃料電池公交車、超過 1.5 萬輛燃料電池汽車、以及用于固定和備用的電源的超過 500MW 的燃料電池35。早在 2002 年，美國就發布過氫能路線圖，并且在技術研發方面領先全球。然而在 2011-2020年的 10 年間，美國的專利申請數量逐漸落后于歐洲和日本。2020 年

71、，能源部發布 氫能發展規劃，從總體層面提出了未來 10 年氫能研發示范的戰略框架。在相關政策以及基礎設施投資和就業法案、通脹削減法案等頂層政策支持下，美國已經成為氫能投資的熱土，宣布的氫能投資項目超過其他國家。2023 年美國能源部發布了國家清潔氫能戰略和路線圖，將氫能定義為多元化的能量載體和化學原料，重點是加速清潔氫的商業化，戰略布局擴展至發展氫能全供應鏈，培育新的產業和創造就業機會。該戰略中明確提出支持對象為清潔氫，并提出了一個較為嚴格的制氫碳強度標準(carbon intensity 2 kgCO2e/kgH2,on site)，以及至 2026 年實現制氫成本$2/kgH2 的成本目標

72、。清潔氫的應用受市場變化、替代技術方案、政策支持和技術成本影響若實施順利，預計清潔氫能使美國全經 35 U.S.National Clean Hydrogen Strategy and Roadmap,2023.https:/www.hydrogen.energy.gov/docs/hydrogenprogramlibraries/pdfs/us-national-clean-hydrogen-strategy-roadmap.pdf 14 濟排放比 2005 年減少 10%36。此外，國家清潔氫能戰略和路線圖 是 2022 年頒布的 基礎設施投資和就業法案 的一部分，重在提供關于氫能發展的供

73、應和需求、碳排放、工作機會、基礎設施、政策、投資等的分析?；A設施投資和就業法案側重于支持研發和示范，清潔氫生產標準制定、建立七個區域性清潔氫中心（70 億美元）、支持電解技術研發與示范（10 億美元)、以及支持制造和回收研發與示范(5 億美元)。通脹削減法案中，則重點支持規模制造和應用，包括工業項目示范、港口基礎設施脫碳（22.5億美元）、清潔重卡制造（10 億美元），并且為基礎設施建造、CCUS 技術、清潔氫生產、航空燃料生產等提供稅收抵免?？偟膩砜?，目前的政策支持領域包括了針對清潔制造的研發投入、生產側激勵如稅收抵免，消費側激勵如政府綠色采購、基礎設施建設等。當前美國氫能發展面臨的挑戰主

74、要有：研發投入資金的有效利用，需要產業界和企業提出項目和吸引資本流入，管道的基礎設施建設面臨來自公眾的阻力，電網的清潔能源占比也需要提升。此外，一些氫能支持政策非常復雜，例如申請和招標程序設置了很多障礙，使其面臨政策落實和實施的挑戰。對于美國來講，短期內容易實現的目標主要是氫能煉鋼和合成氨，此外海洋運輸行業也在使用綠氨。（3）中國氫能發展與政策）中國氫能發展與政策 中國是全球第一大氫氣生產和消費國，2021 年氫氣產量約 3300 萬噸。此外，中國還是電解水制氫設備、氫燃料電池商用車最大的應用市場。當前氫氣生產仍以化石能源制氫為主，煤制氫、油制氫、天然氣制氫合計占比超過 70%，工業副產氫占比

75、約為 28%，化石能源加裝 CCUS 技術已有項目投入示范論證。消費側來看，氫氣主要作為原料用于煉油（25%）、甲醇（27%）、合成氨（32%）等產業，較少作為燃料使用37。當前清潔氫產業發展也在提速，新增項目主要集中在交通和工業領域。清潔氫供應和終端應用尚不具備成本競爭力，特別是可再生能源制氫技術經濟性尚需加快提升。當前綠氫成本（特別是光伏制氫）仍遠高于灰氫，平準化制氫成本可以達到 60 元人民幣/kgH2，是目前煤制氫成本的大概 2-3 倍38。不同氫氣供應路徑對應的制氫裝置、儲氫設施和氫氣區域流動等能源供應系統特征明顯不同，藍氫路徑下，制氫設施更為集中，儲氫容量更大。從技術路線來看，若以

76、初期大規模發展藍氫逐步向綠氫過渡，未來可能面臨基礎設施銜接不匹配，進而出現資產擱置和氫氣供應不穩定的風險。因此，氫能產業起步應堅持綠色低碳路線，圍繞可再生能源制氫開展布局。36 U.S.National Clean Hydrogen Strategy and Roadmap,2023.https:/www.hydrogen.energy.gov/docs/hydrogenprogramlibraries/pdfs/us-national-clean-hydrogen-strategy-roadmap.pdf 37 中國氫能與燃料電池產業創新戰略聯盟.2021.2020 中國氫能與燃料電池產業發

77、展報告-碳中和戰略下的低碳清潔供氫體系。北京：人民日報出版社.38 王彥哲，周勝，周湘文，歐訓民.2021.中國不同制氫方式的成本分析.中國能源.2021 年第 5 期：29-37.15 圖 3-3 中國不同方式制氫成本 說明：數據來自 EV 100 和中國氫能聯合會；液化氣價格：15 yuan/Nm3;電價:0.10.6 yuan/kWh;煤炭價格：2001000 yuan/t 當前中國國內的氫能運輸方式主要包括高壓氣態拖車、液氫槽車、氫氣管道三種方式。氫能運輸以高壓氣態儲運為主，普遍采用 20MPa 氣態高壓儲氫與集束管車運輸方式，適合短距離運輸，目前正在研發 30MPa 以上氣態儲運。液

78、氫槽車已投入示范應用，較為適合 200km 以上長距離運輸，仍然受制于高成本（見圖 3-4）。目前已經開始探索天然氣管道摻氫運輸，但是輸氫管道建設仍然面臨投資高、應用場景不足的挑戰。當前中國的氫氣管道長度約為歐洲和美國的三分之一，更多依賴于高壓氣態拖車實現短途氫能配送，未來大規?？鐓^域氫能輸配需要更多建設氫氣管道以降低成本。圖 3-4 中國不同氫能儲運方式成本 說明：（1）數據來自清華大學、中國汽車技術研究中心(CATARC),2021.（2）固定成本包含折舊、人員費用、車輛保險費、液化過程費；可變成本與運 輸距離相關性大，包含車輛保養費、過路費、油費等。從應用領域來看，工業部門是綠氫的潛在重

79、點應用領域，在高碳排放的工業過程中綠氫已經被1232.124.326.948.540625.87.514.620.59.20102030405060煤制氫煤制氫+CCS 天然氣制氫工業副產氫PEM電解水堿性電解水元/kg 5.320.05.320.05.320.04.20.410.60.917.01.5051015202520MPa氣氫拖車液氫槽車20MPa氣氫拖車液氫槽車20MPa氣氫拖車液氫槽車200km500km800km元/kg 2固定成本可變成本16 廣泛認為是無悔技術選擇。2020 年，中國主要工業行業（鋼鐵、水泥、石油化工、工業加熱、工業鍋爐和建材）的碳排放約占全年總排放量的一半

80、。根據中國氫能聯盟的預測，到 2060 年中國 60%的氫氣需求將來自工業，31%來自交通運輸39?；ば袠I以綠氫替代灰氫，可大幅降低行業碳排放，目前已經有多個技術示范項目，短期內綠氫化工仍然面臨經濟性和氫能供應的挑戰。氫氣煉鋼主要的方案設計有兩種，部分使用氫氣和完全使用氫氣，目前中國的示范項目多采用富氫氣體直接還原路線（部分使用氫氣）。交通是氫能未來潛在大規模應用的重要領域，氫燃料電池車是核心技術路線。氫燃料電池汽車主要應用在中重型車輛和長途道路交通領域，用于替代柴油重卡和客車，以氫-電兩種能源互為補充，實現道路交通深度脫碳。預計到 2030 年氫能重卡的總體應用成本（含氫能、車輛、維護成本

81、）將與傳統柴油重卡基本平價。氫燃料電池船舶有望在內河湖泊和近海航運領域發揮減排作用，用于內河貨運、固定線路輪渡、近海船只、游輪等?；谌剂想姵丶夹g的氫能軌道車輛、飛機、無人機等領域開始試驗性應用，但仍處于早期探索期。在發電和儲能領域，氫燃料電池儲能發電處于示范應用階段，規模多在兆瓦級以下；摻氫燃燒發電技術開始進行項目驗證。全球來看，中國屬于氫能發展布局較晚的國家。2014 年發布的能源科技創新戰略中，首次將“氫能與燃料電池”作為能源科技創新戰略方向；2019 年中央政府首次將發展氫能寫入政府工作報告。2022 年出臺的氫能產業中長期規劃（2021-2035 年）中，指出氫能是未來國家能源體系的

82、組成部分、用能終端實現綠色低碳轉型的重要載體、戰略性新興產業和未來產業的重點方向，重點支持綠氫和工業副產氫制取。提出的氫能產業發展的目標為：到 2025 年，基本掌握核心技術和制造工藝，燃料電池車輛保有量約 5 萬輛，可再生能源制氫量達到 10-20 萬噸/年，實現二氧化碳減排 100-200 萬噸/年。2030 年形成較為完備的氫能產業技術創新體系、清潔能源制氫及供應體系，2035 年可再生能源制氫在終端能源消費中的比重明顯提升40。目前中央政府已經出臺大約 50 項針對氫能發展的政策，主要包括科技研發、先進技術示范、清潔生產、氫能產業發展、燃料電池汽車示范、標準建設等方面41。從資金支持政

83、策來看，燃料電池汽車示范應用城市群可以獲得連續四年的支持，目前已經有五個示范城市群入選，測算單個城市群的補貼金額上限約為 17 億元。地方政府是積極發展氫能的主體，截至 2022 年底，已有 21 個省及 69 個市提出相應的氫能發展目標，多個省市推出了相應的氫能補貼政策。有研究分析了來自中國 39 個城市的 122 份政策文件，發現城市是向氫燃料過渡中的早期行動者，通過有針對性的政策支持和對所需技術的投資，在促進技術創新和為未來規模轉型奠定基礎方面發揮了關鍵作用。然而，城市層面的支持側重于基礎設施建設，只有一半的城市頒布了支持技術創新的政策，應用集中于交通部門?？偟膩砜?，城市層 39 中國氫

84、能與燃料電池產業創新戰略聯盟.2021.2020 中國氫能與燃料電池產業發展報告-碳中和戰略下的低碳清潔供氫體系。北京：人民日報出版社.40 國家發展與改革委員會,國家能源局.2022.氫能產業發展中長期規劃(2021-2035).41 張永偉，張真.(2022).多元化激勵體系驅動氫能產業可持續發展.中國能源,2022 年第 9 期.17 面的舉措需要更好地引導向清潔氫發展42。盡管在電解制氫方面已經具備明顯的成本優勢，但是中國氫能發展仍然面臨著多個挑戰。這些挑戰包括西部大規模制氫存在水資源約束挑戰；風光資源分布與氫能消費中心存在區域錯位，需要統籌制氫規模的分布以及儲輸氫基礎設施的布局。當前

85、的政策主要支持清潔氫在交通領域的應用，對于工業領域應用的支持嚴重不足，現有氫能政策的發展目標和最優技術路線并不一致?？偟膩砜?，對于清潔氫和綠氫發展的政策支持仍嚴重不足，需要支持和探索新的商業模式與國際合作機制等。案例：面向化工行業碳中和的電網友好型新能源制氫路徑案例：面向化工行業碳中和的電網友好型新能源制氫路徑 2020 年中國化工行業的碳排放總量約為全國碳排放總量的 13.4%左右。氫能在石油煉化、合成氨、合成甲醇和現代煤化工等場景應用中，大部分用于加氫處理、加氫裂化和脫硫等反應過程。綠氫有望在該行業脫碳過程中發揮重要的作用。風光資源的電力供應具有間歇性并不穩定，而化工生產（如反應器等）需要

86、嚴格的溫度和壓力條件，“綠色靈活化工電力化”（Green flexible chemical electrification，GFCE）可以解決這一難題。從技術設計來看，通過電網交換可以解決生產與消費之間的不平衡，給化工產業配備先進過程控制設備以響應可再生能源的變動，以及配備更大容量的電解槽和更持久的氫緩沖罐來實現系統更高的靈活性43。在國內大部分區域，GFCE 技術比 CCS 技術在平準化碳減排成本上更有優勢，在內蒙古和新疆GFCE 甚至出現了負成本。CCS 只能分別在電力或者化工領域發揮作用，但是靈活化工產業能夠將這電力和化工行業聯系起來。如果沒有碳定價機制的話，綠氨在一些省份從經濟上也是

87、可行的，例如河北省。對于其他一些地區，綠氨則需要碳定價政策的支持。在補貼和碳定價支持政策之下快速投資仍然是非常有必要的44?？偟膩砜?，當前中美兩國清潔氫發展面臨的問題基本相似：技術尚未完全成熟、生產高成本、缺乏市場需求、基礎設施不足。因此，兩國政策都在針對性地解決這些問題，采取的措施也很相似：支持研發和示范，加速技術商業化；支持規?；a；創造市場需求和補貼消費；支持基礎設施建設；開展國際合作等。美國大規模的補貼已經顯著地拉動了清潔氫的投資和生產，但是需要更好地引導投資流向綠氫項目。相比之下，盡管在電解制氫方面已經具備明顯的成本優勢，中國的氫能政策仍缺乏系統性而且相關支持嚴重不足。未來中美兩國

88、都需要積極創建國內氫能應用市場，重點支持清潔氫在工業領域的示范與應用。對于中國來說，需要在國際新的能源地緣格局和國內長期碳中和、能源系統轉型的 42 Peng,Y.,&Bai,X.(2022).Cities leading hydrogen energy development:the pledges and strategies of 39 Chinese cities.npj Urban Sustainability,2(1),22.https:/doi.org/10.1038/s42949-022-00067-9 43 Li,J.R.,Lin J.,Wang,J.X.,Lu,X.,Nie

89、lsen,C.P.,McElroy,M.B.,Song,Y.H.,Song,J.,Lyu,S.F.,Yu,M.K.,Wu,S.R.,Yu,Z.P.In review(2024).Redesigning Electrification of Chinas Chemical Industry to Mitigate Carbon and Security Impacts on the Power System.Nature Energy.44 Qiu Y.W et al.2023.Research Status of Green Hydrogen-Based Chemical Engineerin

90、g Technology and Prospect of Key Supporting Technologies for Large-Scale Utilization of New EnergiesJ/OL.Proceedings of the CSEE:1-20(in Chinese).https:/doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.230233.18 背景下重新考慮氫能戰略，使氫能發展目標與其長期能源轉型和脫碳進程保持一致，積極參與清潔氫研究合作與標準認證，以保證工業產品的國際競爭力。3.3 3.3 碳捕集利用與封存碳捕集利用與封存 2022 年以來全

91、球 CCS 技術商業化部署取得重大進展。截至 2023 年 7 月 31 日，全球已經宣布的CCS 項目數量達到 392 個，其中 41 個項目在運營（4900 萬噸 CO2/年），26 個項目在建，325 個項目處在開發階段。如果這些項目都能夠順利投產的話，預計 2030 年左右捕集能力將超過 3.6 億噸 CO2/年45。分行業來看，乙醇、發電和供熱、氫/氨/化肥、天然氣處理、水泥為擁有 CCS 設施最多的行業，全球還有六個直接空氣捕獲項目（DAC）正在籌備中（GCCSI，2023）46。全產業鏈最為顯著的增長發生在 CO2 運輸和封存基礎設施環節。2022 年新宣布的 CO2 存儲容量達

92、 2.1 億噸，比 2021 年增加了 1.1 億噸47。CCS 項目集群化和規?；l展迅速，全球有超過 140 個 CCUS 樞紐在建，甚至催生了“CO2 運輸和封存”這一新行業的出現48。盡管當前全球計劃發展 CCUS 技術的國家數目已經增加到 45 個49，但在凈零排放情景下，當前產能與凈零情景下的需求之間仍存在巨大差距。作為全球排放最大的兩個經濟體，中國和美國也是世界上都需要大規模發展和應用 CCS 技術。根據普林斯頓大學美國凈零排放項目的研究，到 2050 年，美國通過 CCUS 實現凈零排放所需的二氧化碳捕集規模為每年 9-17 億噸 CO250。各機構針對中國碳中和的研究結果表明

93、，到 2060 年中國的 CCUS 技術年碳捕集規模約為 10-25 億噸 CO251，52，53。在2023 年 11 月中美兩國剛達成的關于加強合作應對氣候危機的陽光之鄉聲明中，也宣布兩國將各自推進至少五個工業和能源等領域 CCUS 大規模合作項目54。45 Global CCS Institute(GCCSI),2023.Global status of CCS 2023:scaling up through 2030.46 參考文獻同上。47 Fajarday M.,Greenfield C.,Moore R.,2023.How new business models are boos

94、ting momentum on CCUS.IEA Commentary,March 24,2023.https:/www.iea.org/commentaries/how-new-business-models-are-boosting-momentum-on-ccus 48 參考文獻同上。49 參考文獻同上 50 Larson Eric,Chris Greig,Jesse Jenkins,Erin Mayfield,Andrew Pascale,Chuan Zhang,Joshua Drossman,et al.2021.“Net-Zero America:Potential Pathwa

95、ys,Infrastructure,and Impacts.”https:/netzeroamerica.princeton.edu.51 全球能源互聯網發展合作組織.2021 年.中國 2060 年前碳中和研究報告。52 張希良,黃曉丹,張達等.碳中和目標下的能源經濟轉型路徑與政策研究J.管理世界,2022,38(01):35-66.DOI:10.19744/ki.11-1235/f.2022.0005.53 張賢、楊曉亮、魯璽,中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2023）.2023.中國 21 世紀議程管理中心，全球碳捕集與封存研究院，清華大學.54 U.S.Departme

96、nt of State,2023.Sunnylands Statement on Enhancing Cooperation to Address the Climate Crisis.https:/www.state.gov/sunnylands-statement-on-enhancing-cooperation-to-address-the-climate-crisis/19 （1）美國）美國 CCUS 技術進展與政策技術進展與政策 美國的碳存儲潛力巨大。據測算，美國的理論 CO2 封存潛力在 2.6-22 萬億噸 CO2（“中等”情景中估計為 8.3 萬億噸 CO2）55。在之前的研究

97、中，哈佛大學肯尼迪學院團隊強調了在美國部署 CCUS的眾多長期和短期好處，例如可以提高電力系統的靈活性，將捕獲的二氧化碳再用于制造業或工業過程，實現“與生物燃料發電（BECCS）相結合時的負排放”，以及實現基于天然氣的低碳氫氣生產等56。將 CO2 注入含油地質構造中封存以提高采收率（Enhanced oil recovery,EOR）仍然是一個關鍵的應用，因為可以使用石油收入來支付碳捕獲和封存的成本57。在最近的研究中，哈佛大學肯尼迪學院的團隊發現，“如果政策和相關市場條件合適，有機連接碳捕集站點、運輸和儲運設施并實現基礎設施共享，在未來幾十年內，可以實現充足的區域和全國基礎設施供應“58。

98、為了給輸運存儲網絡基礎設施創造擴張的條件，已經通過了幾項政策。例如，通脹削減法案（IRA）加強了國內稅收法第 45Q 條中的二氧化碳封存稅收抵免將抵免金額增加了 70%-260%（取決于最終用途），并降低了二氧化碳捕獲的信貸資格門檻59。表 3-1 概述了兩黨預算法案和通脹削減法案下帶來的 45Q 稅收抵免變化。3-1兩黨預算法案和通脹削減法案下的 45Q 稅收抵免 項目類型 45Q 稅收抵免（美元/噸）捕集方式 CO2 的用途 兩 黨 預 算 法 案（2018）通 脹 削 減 法 案（2022）稅收抵免增加幅度 工業和電力設施 提高石油采收率（EOR）$35/噸$60/噸+71%存儲$50/

99、噸$85/噸+70%直 接 空 氣 捕 集（DAC）提高石油采收率（EOR）$35/噸$130/噸+271%存儲$50/噸$180/噸+260%來源:(1)Inflation Reduction Act of 2022(H.R.5376),13104,13801;(2)Clara Galeazzi,Grace Lam,John P.Holdren,2023.55 Clara Galeazzi,Grace Lam,John P.Holdren,2023.Carbon capture,utilization,and storage:CO2 transport costs and network i

100、nfrastructure considerations for a net-zero United States.Belfer Center for Science and International Affairs.56 參考文獻同上。.57 USGS,2023.“Using Petroleum Reservoirs to Store Carbon.”https:/www.usgs.gov/news/featured-story/using-petroleum-reservoirs-store-carbon 58 Clara Galeazzi,Grace Lam,John P.Holdre

101、n,2023.Carbon capture,utilization,and storage:CO2 transport costs and network infrastructure considerations for a net-zero United States.Belfer Center for Science and International Affairs.59 參考文獻同上。20 在 CCUS 政策中，還必須考慮二氧化碳運輸的基礎設施。至 2018 年，美國共擁有 5,012 英里（8,066 公里）的二氧化碳傳輸管道，其中大部分用于 提高石油采收率（EOR）。這一數字僅占

102、所有非天然氣管道的 2%左右60，但迅速增加管道以適應 CCUS 迅速發展仍受制于多個層級的許可要求。例如，涉及聯邦、州和私人土地組合的項目，在開始施工之前可能需要多達 30 多次許可審核和批準61。為了應對這些挑戰，2021 年基礎設施投資和就業法案（BIL）出臺了多項促進 CO2 基礎設施擴張的條款，例如“CO2 基礎設施和金融創新法案“62。迄今為止已經采取了多項政策干預措施，但美國的 CCUS 發展仍面臨相當大的挑戰。盡管目前有補貼和稅收抵免政策，但 CCUS 技術在大多數應用中仍然缺乏經濟競爭力63。提高石油采收率（EOR）應用可以部分抵消 CCUS 項目成本，但低油價仍然威脅到 E

103、OR 的商業可行性64。此外，對 CCUS 仍有相當多的反對意見，其論點主要是使用 CCUS 將增加對化石燃料的依賴，并且在 EOR 應用的情況下增加石油產量。這些論點背后的邏輯值得商榷，但它們確實影響公眾對 CCUS 的接受度，使政策制定復雜化。（2）中國）中國 CCUS 技術進展與政策技術進展與政策 中國理論封存容量約為 1.2-4.1 萬億噸，其中松遼盆地（6954 億噸）、塔里木盆地（5528 億噸）和渤海灣盆地（4906 億噸）三大陸上封存區域約占總封存容量的一半65。自 2020 年 9 月提出雙碳目標以來，中國投運、在建、規劃或停運 CCUS 示范項目由 42 個快速增至 100

104、 個，其中近一半項目已經投產，CO2 捕集能力超過 400 萬噸/年，約為全球當前捕集能力的 8%；CO2注入能力超過 200萬噸/年。目前中國 CCUS 示范項目涵蓋電力、油氣、化工、水泥、鋼鐵等多個行業，其中，電力行業示范項目超過 20 個66。新疆 CCUS 集群、大亞灣區 CCUS 集群項目、華東地區 CCUS 集群項目等產業集群項目也正在籌備中。全產業鏈來看，隨著 CCUS 技術的進步和示范項目的推進，低成本、低能耗的新一代捕集技術呈現快速發展態勢，正由中試逐漸向工業示范過渡。CCUS 示范項目正逐步從單一環節的技術應用過渡到全流程多環節的綜合性集成應用，示范規模持續擴大、應用場景明

105、顯增多。在 CO2 輸送方面，60 Clara Galeazzi,Grace Lam,John P.Holdren,2023.Carbon capture,utilization,and storage:CO2 transport costs and network infrastructure considerations for a net-zero United States.Belfer Center for Science and International Affairs.61 參考文獻同上。62 參考文獻同上。63 Moch,Jonathan M.,Xue,William,&Jo

106、hn P.Holdren.2022.Carbon Capture,Utilization,and Storage:Technologies and Costs in the U.S.Context.Belfer Center for Science and International Affairs.64 參考文獻同上。65 蔡博峰；李琦；張賢,中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2021）-中國 CCUS 路徑研究.2021.66 張賢、楊曉亮、魯璽,中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2023）.2023,中國 21 世紀議程管理中心，全球碳捕集與封存研究院，清華大

107、學.21 公路罐車和內河船舶運輸技術均已開展商業化應用，主要應用于規模10萬噸/年以下的CO2輸送67。在 CO2 管道運輸已經陸續開展了一些工程實踐，海底管道運輸尚處在基礎研究階段。在 CCUS 系統集成優化方面，國外 CCUS 集成優化技術已普遍進入商業化應用階段，而國內大規模全鏈條示范經驗不足，特別是在管網優化和集群樞紐方面，相關技術目前僅達到中試階段。二氧化碳利用是我國產業界關注的重點，目前的利用方式包括氣驅強化采油技術（EOR）、制干冰、化工產品生產（甲醇、化肥等）等。目前中國 CCUS 示范項目的 CO2 利用方式以地質利用為主，但化學與生物利用項目也在逐年增加。當前超過 30 個

108、項目進行 CO2-EOR，少數項目進行強化開采煤層氣，僅有個別項目最終將收集到的 CO2 進行地質封存。中國若要達到 2060 年碳中和目標，CCUS 減排需求約為每年 10-25 億噸68,69,70。而目前中國現有的捕集能力規模僅相當于碳中和目標下 2060 年需求的約 0.16%-4%。與此同時，中國源匯空間錯位問題凸顯，華東、華中、華南地區缺少陸上封存地，這些地區將需要依賴近海封存。以上種種原因造成了碳捕集能力與目標需求的巨大差距。對我國而言，在四大行業中，煤化工的 CCS 應用成本最低。水泥行業因為水泥廠的規模小、分布廣泛，考慮源匯匹配后會有更多低成本減排機會。燃煤電廠加裝 CCUS

109、 技術改造可以避免燃煤發電部門資產擱淺，促進煤炭公正轉型，并顯著降低電力系統實現碳中和的成本。預計到 2050 年，CCUS 技術在能源與工業等領域廣泛部署，綜合成本大幅降低，第二代捕集技術成本比目前降低 50%以上71。從已投運示范項目捕集成本來看，中國具有一定成本優勢，并在“干中學”過程中逐年下降。案例：案例：中國國家能源集團中國國家能源集團 15 萬噸萬噸/年煤電年煤電 CCS 后捕集技術示范項目后捕集技術示范項目 2021 年 6 月，中國能源集團 15 萬噸/年燃煤電 CCS 捕集后技術示范項目正式投產，該項目 2018年作為國家重點研發項目啟動。此項目捕集二氧化碳后用于氣驅強化采油

110、 EOR 技術、高附加值化學品。其技術績效參數已達到二氧化碳捕集率90%、二氧化碳濃度99%、吸收劑再生能耗2.4GJ/tCO2、電耗90kWh/tCO2 的較高性能參數。項目運行成本中，15 萬噸 CCUS 試點項目運行成本相比國際類似項目較低，單位建設成本全球最低（40 美元/tCO2）。另一個 50 萬噸 CCUS 試點項目用于優化吸收劑、材料和設備的選擇，總成本已低于 35 美元/tCO272。中國政府出臺了多種支持 CCUS 技術的措施，包括針對研發示范、稅收激勵、補貼和能力建設 67 張賢、楊曉亮、魯璽,中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2023）.2023,中國 2

111、1 世紀議程管理中心，全球碳捕集與封存研究院，清華大學.68 全球能源互聯網發展合作組織.2021 年.中國 2060 年前碳中和研究報告。69 張希良,黃曉丹,張達等.碳中和目標下的能源經濟轉型路徑與政策研究J.管理世界,2022,38(01):35-66.DOI:10.19744/ki.11-1235/f.2022.0005.70 張賢、楊曉亮、魯璽,中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2023）.2023.中國 21 世紀議程管理中心，全球碳捕集與封存研究院，清華大學.71 Cui,Q.,et al.,A 150000ta1 Post-Combustion Carbon Ca

112、pture and Storage Demonstration Project for Coal-Fired Power Plants.Engineering,2022.14:p.22-26.72 參考文獻同上。22 的政策。然而，廣泛的政策擴散受到各種因素的阻礙，包括技術成熟度的不同階段、不同的區域財政狀況以及在國家層面調整政策的挑戰。中國的 CCUS 政策主要用于提供指導，仍缺乏對 CCUS 項目的市場準入、建設、運營、監管和終止等方面進行具體規定。CCUS 稅收優惠政策分布在環保、節能、節水、資源綜合利用等多個領域。這些稅收優惠包括增值稅、資源稅和企業所得稅，在某些情況下給予減免。在區域

113、財政補貼方面，包括深圳、北京在內的部分城市對 CCUS 項目投資提供補助或獎勵，最高上限分別為 1000 萬元和 3000 萬元73，74。支持 CCUS 的金融政策包括中國人民銀行的碳減排支持工具和綠色債券分類目錄。在項目全生命周期管理方面，目前有 13 個政府部門參與項目前期審批和監管流程，管理碎片化。需要明確跨部門合作機制，明確 CCUS 存儲項目封井后監管責任?？傮w來看，我國的 CCUS 技術和基礎設施的發展仍然大幅落后于美國。這體現在捕集技術仍處于示范階段，CCUS 系統集成優化方面總體僅處于中試階段，而美國 CCUS 技術已進入商業化應用階段。隨著應用場景的拓展，CCUS 技術已經

114、成為中國碳中和技術體系的重要組成部分，是化石能源近零排放的唯一技術選擇、鋼鐵水泥等難減排行業深度脫碳的可行技術方案、未來支撐碳循環利用的主要技術手段?？紤]到全球氣候治理外部約束和落實國家碳達峰碳中和目標的內部需求，我國急需推動 CCUS 由戰略儲備技術快速升級為現實解決方案，其技術定位、發展方向和未來部署都需要進一步研究。4.中美兩國氣候政策進展與初步評估中美兩國氣候政策進展與初步評估 4 4.1.1 美國聯邦政府層面氣候政策進展美國聯邦政府層面氣候政策進展 美國是全球第二大溫室氣體排放國，其二氧化碳排放于 2007 年達到峰值，之后總體呈下降趨勢，2020 年的排放量相對于峰值水平已下降 1

115、9.9%，但是 2021 年和 2022 年美國增加化石能源燃燒二氧化碳排放 3.7 億噸。根據美國環境保護署（EPA）的數據，2022 年美國的溫室氣體排放量為 63.4億噸 CO2e（不含 LULUCF），交通、電力和工業部門為主要排放源，排放量各占 28%、25%和 23%，此外建筑（商業與居民住宅）和農業部門的排放量各占 13%和 10%75。美國目前國家自主貢獻承諾到 2030 年相比于 2005 年減排 50%，并且到 2050 年實現凈零排放。此外，還提出了 2030 年甲烷排放量減少約 30%（相比于 2020 年）和 2035 年實現電力系統脫碳等目標。長期凈零排放戰略中只強

116、調了實現 2030 年自主減排貢獻目標，關于遠期轉型路徑則考慮 73 深圳市發展和改革委員會.2023 年戰略性新興產業專項資金項目申報指南（第一批）.深圳市發展和改革委員會,2023.74 北京市經濟和信息化局，北京市財政局.2022 年北京市高精尖產業發展資金實施指南.北京市經濟和 信息化局,北京市財政局,2022.75 U.S.Environmental Protection Agency.2023.Inventory of U.S.Greenhouse Gas Emissions and Sinks:19902022.23 了技術成本、經濟增長和其它驅動力的不確定性。拜登政府在氣候相關

117、法案上取得了重大突破，成功于 2021 年和 2022 年推出基礎設施投資和就業法案和通貨膨脹削減法案，這兩項法案均面向未來十年?；A設施投資和就業法案旨在對美國基礎設施進行大規模投資和改造，計劃在十年內投資 1.2 萬億美元76近年來聯邦政府對基礎設施項目的最大投資。通脹削減法案最初估計耗資 3700 億美元，但由于其激勵措施的反應強于預期，現在預計規模將更大，該法案致力于清潔能源的制造和采用、技術研發以及促進社會公平和可持續發展。此外還通過了芯片和科學法案，除了支持半導體的激勵措施之外，法案另授權撥款約 2000 億美元，用于促進美國未來 10 年在人工智能、量子計算等各領域的科研創新。此

118、外，美國國會在 2022 年批準了基加利修正案，標志著美國國內將根據修正案的履約要求逐步淘汰氫氟碳化物（HFCs）的生產和消費。對于公正轉型，拜登政府提出在“正義 40 倡議”下，利用聯邦清潔能源和氣候投資 40%的收益為弱勢社區和群體提供補償。根據哥倫比亞大學“氣候再監管追蹤數據庫”，截至 2023 年 2 月，美國已經正式發布 80 條聯邦政府層面的氣候政策77。史無前例的投資規模將使美國有機會引領全球脫碳進程。然而，挑戰依然存在，特別是在政策一致性方面。由于當前的政策嚴重依賴于稅收抵免，政策的連續性仍然面臨挑戰，稅收抵免政策都有時間期限，歷史上也曾經造成可再生能源發展的大起大落78。在過

119、去兩年中通過的這些法案的實施期限都是未來十年，長期的政策措施和方案仍然缺失。此外，迫切需要加強政策執行，而不是過分依賴補貼79。4 4.2.2 中國的“中國的“1 1+N+N”氣候政策體系評估”氣候政策體系評估 2021 年中國提交的更新國家自主貢獻中，提出了二氧化碳排放力爭于 2030 年前達到峰值，努力爭取 2060 年前實現碳中和的目標（以下簡稱“雙碳目標“）。此外，還包括到 2030 年單位國內生產總值二氧化碳排放比 2005 年下降 65%以上，非化石能源占一次能源消費比重將達到 25%左右，森林蓄積量將比 2005 年增加 60 億立方米，風電、太陽能發電總裝機容量將達到 12 億

120、千瓦以上等目標。同期提交的中國本世紀中葉長期溫室氣體低排放發展戰略中，進一步提出了 2060 年非化石能源消費比重達到 80%以上等目標80。76 White House(2021).Fact Sheet:The Bipartisan Infrastructure Deal EB/OL.(2021-06-11)2022-12-22 https:/www.whitehouse.gov/briefing-room/statements-releases/2021/11/06/fact-sheet-the-bipartisan-infrastructure-deal/77 Columbia Clim

121、ate School Sabin Center for Climate Change Law(2023).Climate Reregulation Tracker EB/OL.New York:Columbia Law School,2021.2022-11-20.https:/climate.law.columbia.edu/content/climate-reregulation-tracker 78 Mecking J.,Lipscy P.Y.,Finnegan J.J.et al.,2022.Why nations lead or lag in energy transitions.S

122、cience.Vol 378,Issue 6615,pp.31-33.DOI:10.1126/science.adc9973 79 National Academies of Sciences,Engineering,and Medicine.2023.Accelerating Decarbonization in the United States:Technology,Policy,and Societal Dimensions.Washington,DC:The National Academies Press.https:/doi.org/10.17226/25931.80 China

123、s Mid-Century Long-Term Low Greenhouse Gas Emission Development Strategy.https:/unfccc.int/documents/307765 24 中央政府層面通過“1+N”政策體系對落實雙碳目標做出的系統部署。2021 年 10 月國務院陸續發布 關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見81（下稱 意見）與 2030年前碳達峰行動方案82（下稱方案），共同構成貫穿碳達峰、碳中和兩個階段的頂層設計。意見作為“1+N”中引領政策，覆蓋碳達峰、碳中和兩個階段，明確了 2025 年、2030 年、2060 年在

124、構建綠色低碳循環發展經濟體系、提升能源利用效率、提高非化石能源消費比重、降低二氧化碳排放水平、提升生態系統碳匯能力等五個方面的階段性目標，并提出經濟社會發展全面綠色轉型、深度調整產業結構、加快構建清潔低碳安全高效能源體系等 10 個方面 31 項重點任務的部署。方案作為碳達峰階段的引領性文件，聚焦于 2030 年前的目標和行動，明確了“十四五”和“十五五”兩階段的主要目標，提出能源綠色低碳轉型行動、節能降碳增效行動、工業領域碳達峰行動等10 項行動 44 項重點任務。中國的“1+N”政策體系具有全面系統的特點，頂層設計的各項目標通過部門、重點行業和區域進行分解。在部門層面上，涉及 15 個領域

125、和具體行業，對循環經濟、能源、工業、城鄉建設、交通運輸、生態碳匯等重點領域進行部署和減排增匯目標分解。在地區和省級層面上，各地方政府也在逐步出臺完善本地區內的雙碳政策體系，對雙碳目標進行落實。行業企業層面，2022 年 11 月國務院國有資產監督管理委員會印發關于推進中央企業高質量發展做好碳達峰碳中和的指導意見，組織 98 家國資委直屬的大型中央企業制定實施碳達峰行動方案。此外，各行業協會、重點企業也在積極推進自下而上的政策與行動，推動雙碳目標的落實。4.3 4.3 中美政策比較中美政策比較 中美兩國的氣候政策在落實與實施方面都面臨著挑戰83。中國制定了“1+N”氣候政策體系，但是在實施過程中

126、，遇到了疫情、地緣沖突、氣候創新與合作、能源價格上漲、經濟下行等多重因素的影響。目前“1+N“政策仍然依托于”自上而下“的政策落實和執行，缺乏”自下而上“的推動和全社會參與。從時間范圍來看，政策集中于 2030 年前碳達峰，遠期實現 2060 碳中和的政策措施較少，長期的氣候措施不夠堅實84。美國的政策嚴重依賴激勵措施（如大規模投資、稅收優惠和補貼），導致政策的連續性存在高度的不確定性。另一方面，中國的“1+N”一攬子政策依賴于“自上而下”的實施，需要全社會更有力的“自下而上”參與。在時間范圍方面，兩國的氣候政策都致力于在 2030 年之前進行大規模投資，而長期的氣候措施則要求發展創新清潔技術

127、，并加強政策以確保其大規模部署應用。未來，兩國必須加強其氣候政策體系，加強積極措施，并改進實施，以同時實現多個目標不僅是溫室氣體減排，還包括公正和公平、健康、就業和公眾參與。81 中共中央，國務院，2021.關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見.82 國務院，2021.2030 年前碳達峰行動方案.83 Fransen,T.,Meckling,J.,Stnzi,A.et al.Taking stock of the implementation gap in climate policy.Nat.Clim.Chang.13,752755(2023).https:/doi.o

128、rg/10.1038/s41558-023-01755-9 84 J.Burck et al.,“Climate Change Performance Index Results”(2023);https:/ccpi.org.25 5 結論與建議：中國、美國及全球結論與建議：中國、美國及全球 當前全球低碳技術創新能力和應用仍高度集聚于少數經濟體，低碳和深度脫碳技術的應用距離“保持 1.5 度目標可及“仍有較大差距。全球來看，低碳和脫碳技術研發與應用取得了重大進展，以美國、歐盟、中國、英國、日本為首的經濟體一系列相關政策的出臺，有力地推動了低碳和脫碳技術的部署和應用。項目團隊在前兩年的研究中發現

129、，中美兩國的脫碳路徑和技術部署都具有高度的相似性，兩國可以用對兩國都有價值的方式進行合作，最有效地實現各自的減排目標。中美兩國良好的實踐和經驗可以為其他國家提供廣泛的參考借鑒?；诘诙诘捻椖垦芯?，我們提出以下政策建議：（1）考慮未來國際能源地緣格局的變化和國內碳中和與能源轉型長期戰略，明確重要脫碳技術如熱泵、綠氫、CCUS 的定位、戰略和目標。（2）加強氣候政策制定，釋放清晰和連續的政策信號。努力培育深度脫碳技術的國內市場需求，鼓勵和帶動私營部門投資，推動規模經濟的實現。（3）加強科技創新投入的國際合作，加速推進深度脫碳技術的商業化應。，加速技術的成熟和市場規模的增長，通過國家合作增加技術的

130、市場滲透率。（4）能源轉型中建議綜合考慮不同技術和基礎設施的耦合，例如建筑供熱領域脫碳的熱能和電能耦合解決方案，綠氫制取與終端部門應用的耦合，工業集群與 CCUS 設施耦合。（5）新技術的發展帶來了新的基礎設施需求，建議在政策制定中同步考慮基礎設施投資和創新清潔技術在能源供應和終端使用?？紤]基礎設施投資的同時，制定政策加強能源供應和最終使用的創新清潔技術?；A設施已成為綠氫、CCUS 和其他技術發展的驅動力和制約因素。（6）積極推動氣候政策的實施，完善長期措施和氣候政策體系，防范轉型可能會引發的經濟和社會風險。最后，正如我們在第一期報告中所指出的，為發展中國家籌集更多的能源氣候資金至關重要不僅

131、用于清潔能源技術和基礎設施，而且用于適應氣候變化并加強建立技術轉讓機制和規范。研究表明，到 2030 年，發展中國家需要將氣候投資至少增加四到八倍。如果要達到這樣的水平，國際社會將需要在融資和技術轉讓方面共同努力?！爸忻郎疃让撎技夹g創新與政策比較研究”二期項目綜合報告“中美深度脫碳技術創新與政策比較研究”二期項目綜合報告 1 1 作者名單作者名單 清華大學清華大學 董文娟，清華大學氣候變化與可持續發展研究院副研究員 李政，清華大學氣候變化與可持續發展研究院院長，清華大學能源與動力工程系教授 劉培，清華大學能源與動力工程系副教授 彭天鐸，清華大學氣候變化與可持續發展研究院、清華大學國家治理與全球

132、治理研究院副研究員 杜爾順，清華大學氣候變化與可持續發展研究院、清華大學低碳能源實驗室副研究員 宋偉澤，清華大學氣候變化與可持續發展研究院、清華大學低碳能源實驗室助理研究員 張芳，清華大學公共管理學院副教授，哈佛大學肯尼迪學院貝爾弗科學與國際事務中心副研究員 哈佛大學哈佛大學 Rachel Mural 哈佛大學肯尼迪政府學院環境與自然資源項目與科學、技術和公共政策項目助理研究員 John Holdren 哈佛大學肯尼迪政府學院教授，科學、技術和公共政策項目聯合主任 Henry Lee，哈佛大學肯尼迪政府學院高級講師，環境與自然資源項目主任 “中美深度脫碳技術創新與政策比較研究”二期項目綜合報告

133、“中美深度脫碳技術創新與政策比較研究”二期項目綜合報告 2 清華清華-哈佛沙龍嘉賓名單哈佛沙龍嘉賓名單 哈佛大學哈佛大學 John Holdren 哈佛大學肯尼迪政府學院教授，科學、技術和公共政策項目聯合主任 Henry Lee，哈佛大學肯尼迪政府學院高級講師，環境與自然資源項目主任 Michael B.McElroy,哈佛大學保爾森工程與應用科學學院地球與行星科學系教授，哈佛大學-中國能源、經濟與環境項目主任 Daniel P Schrag,哈佛大學保爾森工程與應用科學學院地球與行星科學系教授，肯尼迪政府學院教授，科學、技術和公共政策項目聯合主任 Kelly Sims Gallagher,塔

134、夫茨大學弗萊徹學院院長、教授，哈佛大學肯尼迪政府學院科學、技術和公共政策項目兼職教授 Joseph E.Aldy,哈佛大學肯尼迪政府學院教授，監管政策項目主任 Nicola De Blasio,哈佛大學肯尼迪政府學院環境與自然資源項目與科學、技術和公共政策項目高級研究員 Chris Nielsen,哈佛大學-中國能源、經濟與環境項目執行主任 Judy Chang,哈佛大學肯尼迪政府學院公共政策兼職講師 Alan Krupnick,未來資源研究所高級研究員，工業和燃料項目主任 Haiyang Lin,哈佛大學-中國能源、經濟與環境項目博士后研究員 Andrew Waxman,德克薩斯大學奧斯汀分

135、校 LBJ 公共事務學院助理教授 Jingran Zhang,哈佛大學-中國能源、經濟與環境項目博士后研究員 清華大學清華大學 李政，清華大學氣候變化與可持續發展研究院院長，清華大學能源與動力工程系教授 董文娟，清華大學氣候變化與可持續發展研究院副研究員“中美深度脫碳技術創新與政策比較研究”二期項目綜合報告“中美深度脫碳技術創新與政策比較研究”二期項目綜合報告 3 張芳，清華大學公共管理學院副教授，哈佛大學肯尼迪學院貝爾弗科學與國際事務中心副研究員 劉培，清華大學能源與動力工程系副教授 彭天鐸，清華大學氣候變化與可持續發展研究院、清華大學國家治理與全球治理研究院副研究員 杜爾順，清華大學氣候變

136、化與可持續發展研究院、清華大學低碳能源實驗室副研究員 宋偉澤，清華大學氣候變化與可持續發展研究院、清華大學低碳能源實驗室助理研究員 楊秀，清華大學氣候變化與可持續發展研究院、清華大學國家治理與全球治理研究院副研究員 胡彬，清華大學氣候變化與可持續發展研究院、清華大學國家治理與全球治理研究院副研究員 方宇娟，清華大學氣候變化與可持續發展研究院、清華大學國家治理與全球治理研究院副研究員 王寶龍，清華大學建筑學院建筑技術科學系副教授 林今，清華大學電機工程與應用電子技術系副教授 張賢，中國 21 世紀議程管理中心研究員 樊靜麗，中國礦業大學能源與礦業學院教授 徐冬，國家能源集團新能源技術研究院碳中和

137、研究中心主任 劉歡，清華大學環境學院教授 能源基金會能源基金會 鄒驥，首席執行官兼中國區總裁 辛嘉楠，能源基金會總裁辦公室主任 彭麗楠，能源基金會總裁辦公室協調員 才婧婧，能源基金會總裁辦公室主管 “中美深度脫碳技術創新與政策比較研究”二期項目綜合報告“中美深度脫碳技術創新與政策比較研究”二期項目綜合報告 4 機構介紹機構介紹 清華大學氣候變化與可持續發展研究院清華大學氣候變化與可持續發展研究院 清華大學氣候變化與可持續發展研究院成立于 2017 年。氣候院致力于打造跨學科研究、人才培養和政策交流協同創新平臺，整合國內外優質資源，為應對全球氣候變化與可持續發展提供智慧和方案。氣候院的工作內容包

138、括戰略研究、對話與交流、教育與培訓三大板塊，已經成功打造“氣候變化大講堂”、“巴黎協定之友”、“世界大學氣候變化聯盟”等品牌旗艦項目，開展了“中國低碳發展及轉型路徑”、“氣候與環境協同治理”等戰略研究，并組織了兩期南南合作培訓班。經過近七年的成長，目前已經形成了國際品牌影響力、國內外資源整合能力和專業研究實力三大優勢，成長為領域內知名智庫。了解更多信息，請訪問 https:/ 科技與公共政策項目是哈佛大學肯尼迪學院貝爾弗科學與國際事務中心的一項研究、教學和對外拓展項目。全球許多最具挑戰性問題的解決方案涉及復雜的科學和技術問題。這些領域內良好的政策制定需要進入科學知識的前沿不僅僅是了解科學信息，

139、而是建立對科學的潛力和局限性的認識之上，將科學見解與包括經濟學和政治學在內的其他相關學科的見解相結合。STPP 使用來自于技術評估、政治學、經濟學、管理學和法學的方法來研究科學、技術和政策交叉問題，其目標是通過政策制定促進科技對人類福祉的貢獻。全球能源技術創新研究組（GETI）隸屬于科學、技術及公共政策研究項目（STPP）。哈佛大學中國能源經濟環境項目哈佛大學中國能源經濟環境項目 哈佛大學中國能源經濟環境項目成立于 1993 年，是一個跨學科綜合研究項目，總部位于哈佛大學約翰A保爾森工程與應用科學學院。項目與中國院校機構合作，對氣候變化、空氣質量、能源系統和經濟發展等全球性挑戰展開嚴謹細致的研究，在同行評審的權威學術期刊發表論文。項目的研究活動從自然科學、應用科學和社會科學的角度為各層面政策的創新和制定提供有效的決策支撐，以應對中國乃至世界其他地區面臨的環境問題。了解更多信息，請訪問 http:/chinaproject.harvard.edu/