我汇总了丁仲礼院士关于碳中和的16篇深度思考，包含了碳中和的框架、路线图、对中国的挑战和机遇等内容，本文选自其中一篇 。
文章分为两部分，一是讲解了在推进碳中和过程中，要从发电端、能源消费端、固碳端这三端发力；二是提出了我国控碳、减碳、低碳、中和四步走的减排路径 。
近期我还发布了江亿院士、舒印彪院士关于碳中和的思考汇总，可点击阅读 。
江亿院士关于碳中和的30个思考：乡村、建筑、能源、供热…
01
三端发力
一国无论是技术原因 ， 还是市场原因，其“不得不排放”的二氧化碳总量等同于自然吸收量与人为固碳量之和，即可视为“净零排放” ， 实现了该国的碳中和 。
图源《中国碳中和框架路线图研究》
由此可见，有先进并廉价的技术可供这“三端”所用 ， 是实现碳中和的前提条件 。也就是说，“技术为王”将在碳中和过程中得以充分体现 。下面 ， 我们来对这“三端”体系分别作简单介绍 。
1、“发电端”之要在构建新型电力系统
我国目前的发电装机容量约为22亿千瓦，未来假定：能源消费端要实现电力替代、氢能替代；为实现人均GDP从1万美元增到3万—4万美元，所需的能源明显增长；风、光发电利用小时数难以明显提高，那么估计我国实现碳中和之时，总的电力装机容量会在60亿—80亿千瓦之间 。
因此 ， 未来新型电力系统的第一个特点是电力装机容量巨大 。
第二个特点是我国十分丰富的风、光资源将逐步转变为主力发电和供能资源，这既包括西部的风、光资源，也包括沿海大陆的风力资源，更包括各地分散式的光热等资源 。
第三个特点是“稳定电源”应从目前火电为主逐步转化为以核电、水电和综合互补的清洁能源为主 。
第四个特点是必须利用能量的存储、转化及调节等技术 ， 克服风、光资源波动性大的天然缺陷 。
第五个特点是火电只作为应急电源或一部分调节电源 。
第六个特点是在现有基础上，成倍扩大输电基础设施 ， 平衡区域资源差异；并加强配电基础建设，增强对分布式资源的消纳能力 。
为实现碳中和，我国拟以装机总量60亿—80亿千瓦 ， 风力发电、光伏发电共占比70%，“稳定电源”占比30%为目标，规划新型电力系统 。在40年内，大致以每十年为一期，顺次走控碳电力、降碳电力、低碳电力最后到近无碳电力之路 ， 并完成超大规模的输变电基础设施建设 。
要建立这样的新型电力系统 ， 无论是发电，还是储能、转化、消纳、输出等，技术上都有大量需要攻克的关键环节，这将成为实现碳中和目标工作的重中之重 。
2、“能源消费端”之要在电力替代、氢能替代以及工艺重构
用非碳能源发电、制氢，再用电力、氢能替代煤、油、气用于工业、交通、建筑等领域，从而实现消费端的低碳化甚至非碳化，这是实现碳中和的核心内容 。
在电力供应充足和廉价的前提下，消费端的低碳化主要通过各种生产工艺流程的再造来完成 。
消费端的排放大户是工业、交通、建筑三个领域，工业领域的排放大户是钢铁、建材、化工、有色四个产业 。
从现有技术分析 ， 交通的低碳化甚至非碳化较易实现，即轨道交通和私家车可用电力替代，船舶、卡车、航空可部分用氢能替代 。
这里关键是建设私家车的充电体系，建设从制氢到输运再到加氢站的完整体系，当然还有如何保证经济、安全运行等问题 。
建筑领域的低碳化技术已基本具备，大致可考虑以下途径：城市以全面电气化为主 ， 加上条件具备的小区以电动热泵为补充，少部分情况特殊者可部分利用天然气；农村则以屋顶光伏＋电动热泵＋天然气＋生物沼气＋输入电力的适当组合为主 。
图源《中国碳中和框架路线图研究》
以上两大领域去碳化的关键是政府与市场做好协调，并以合适节奏推广之 。
目前 ， 工业领域的钢铁、建材、化工、有色产业还没有用电力、氢能替代化石能源的成熟技术 ， 虽然从理论上讲是可以实现的，但仍需技术层面变革性的突破和行业间的协调 。
事实上，国内外一些企业与研发单位在氢能＋电力＋煤炭的“混合型”炼铁上已有较为成功的先例 。
从工艺流程再造看，不同工业过程既可考虑先走低碳化的“混合型”再到无碳化的“清洁型”，也可考虑一步取代到位 。
由此可见，能源消费端的“替代路线”亦需研发大量新技术并布局大量新产业 。
需要说明的是，水泥一般用石灰石做原料，煅烧过程中不可能不产生二氧化碳，这部分如果得不到捕集利用，当在“不得不排放”的二氧化碳之列 。
此外，煤、油、气作为资源来生产基础化学品、高端材料、航油等，其开采—加工—产品使用的全生命周期中也存在“不得不排放”的二氧化碳 。
从以上两部分的分析看，无论是发电端还是能源消费端，到2060年都会有相当数量的碳排放存在，需要其他技术予以中和 。
3、“固碳端”之要在生态建设
学术界对固碳方式已有过很多研究，主要分六大类 。
图源《中国碳中和框架路线图研究》
第一类是通过对退化生态系统的修复、保育等措施，增强光合作用并将更多碳以有机物的形式固定在植物和土壤之中 。这是最重要的固碳过程 。2010—2020年间，我国陆地生态系统的净固碳能力约为每年10亿—13亿吨二氧化碳 。
第二类是从烟道中收集二氧化碳 ， 制成各类化学品和燃料，或者用于藻类养殖，形成生物制品 。
第三类是收集二氧化碳气体，用于油田驱油、驱气过程 。
第四类是收集二氧化碳，制成碳化水泥 。
第五类是收集二氧化碳后，封存于地层之中 。第六类是生物质燃料利用、采伐树木及秸秆等焚烧还田等 。
由于生态建设是“国之大者”，而后面五类“碳固存技术”的应用均需额外耗能 ， 且未必经济合算，因此，固碳端的工作当首先聚焦于生态建设 。
在2060年之前 ， 对非生态碳固存技术先做深入研究和技术储备，力争掌握知识产权和工程技术，大幅度降低成本；临近2060年时，根据我国“不得不排放”的二氧化碳量和生态固碳贡献状况 ， 再相机推动这些技术的应用 。
02
四步走减排路径
如果我们将2060年“不得不排放”的二氧化碳设定为25亿-30亿吨，则需要在目前100亿吨的基础上减排70%-75% ， 挑战性非常之大，这就需要制定分阶段减排规划 。理论上讲，我国可考虑“四步走”的减排路径 。
第一步为“控碳阶段”：争取到2030年把二氧化碳排放总量控制在100亿吨之内，即“十四五”期间可比目前增一点 ， “十五五”期间再减回来 。在这第一个十年中，交通领域争取大幅度增加电动汽车和氢能运输占比，建筑领域的低碳化改造争取完成半数左右 ， 工业领域利用煤＋氢＋电取代煤炭的工艺过程完成大部分研发和示范 。这十年间增长的电力需求应尽量少用火电满足，而应以风、光为主，内陆核电完成应用示范，制氢和用氢的体系完成示范并有所推广 。
第二步为“减碳阶段”：争取到2040年把二氧化碳排放总量控制在85亿吨之内 。在这个阶段 ， 争取基本完成交通领域和建筑领域的低碳化改造，工业领域全面推广用煤/石油/天然气＋氢＋电取代煤炭的工艺过程，并在技术成熟领域推广无碳新工艺 。这十年，火电装机总量争取淘汰15%的落后产能，用风、光资源制氢和用氢的体系完备并大幅度扩大产能 。
第三步为“低碳阶段”：争取到2050年把二氧化碳排放总量控制在60亿吨之内 。在此阶段，建筑领域和交通领域达到近无碳化，工业领域的低碳化改造基本完成 。这十年，火电装机总量再削减25% ， 风、光发电及制氢作为能源主力，经济适用的储能技术基本成熟 。据估计 ， 我国对核废料的再生资源化利用技术在这个阶段将基本成熟，核电上网电价将有所下降 ， 故用核电代替火电作为“稳定电源”的条件将基本具备 。
第四步为“中和阶段”：力争到2060年把二氧化碳排放总量控制在25亿-30亿吨 。在此阶段，智能化、低碳化的电力供应系统得以建立，火电装机只占目前总量的30%左右 ， 并且一部分火电用天然气替代煤炭，火电排放二氧化碳力争控制在每年10亿吨，火电只作为应急电力和承担一部分地区的“基础负荷”，电力供应主力为光、风、核、水 。
【附PPT 碳中和路线图！丁仲礼院士提出三端发力、四步减排路径】除交通和建筑领域外，工业领域也全面实现低碳化 。尚有15亿吨的二氧化碳排放空间主要分配给水泥生产、化工、某些原材料生产和工业过程、边远地区的生活用能等“不得不排放”领域 。其余5亿吨的二氧化碳排放空间机动分配 。“四步走”路线图只是一个粗略表述 ， 由于技术的进步具有非线性，所谓十年一时期也只是为表述方便而划分 。