中国新一代清洁低碳技术展望

中国新一代清洁低碳技术展望 关于落基山研究所（RMI） 落基山研究所(RMI)，是一家于1982年创立的专业、独立、以市场为导向的智库。我们与企业、政策制定者、科研机构及创业者协作，识别并规模化推广能源系统转型解决方案，推动全球能源系统转型，践行1.5°C温控气候目标，创造清洁、繁荣的零碳共享未来。落基山研究所在北京、美国科罗拉多州巴索尔特和博尔德、纽约市、加州奥克兰及华盛顿特区设有办事处。 作者与鸣谢 作者刘琦宇，谭光瑀，王广煦，王喆 其它作者 李婷 作者姓名按姓氏首字母顺序排列。除非另有说明，所有作者均来自落基山研究所。 联系方式 刘琦宇，qliu@rmi.org；谭光瑀，gtan@rmi.org 版权与引用 刘琦宇，谭光瑀，王广煦等，中国新一代清洁低碳技术展望，落基山研究所，2023 鸣谢 本报告作者特别感谢以下来自企业和研究机构的专家对报告撰写提供的洞见与建议。 赵恒谊，中国节能协会热泵专委会张永杰，宝武集团中央研究院 特别感谢ClimateWorks Foundation对本报告的支持。 本报告所述内容不代表以上专家和所在机构，以及项目支持方的观点。 目录 导言中国低碳清洁技术图景展望.................................................5 第一章迈向碳中和的“源动力”——中国动力电池技术现状及应用前景8 一、始于节能，盛于零碳——动力电池的前世今生......................................................................10二、从技术到成本——动力电池的核心特性及发展趋势.............................................................11三、新能源汽车——动力电池的关键应用场景...........................................................................14四、面向未来——动力电池的进阶之路......................................................................................16 第二章搭建建筑节能的“基石”——中国热泵技术应用现状及发展方向17 一、 热泵：最具前景的低碳建筑供热技术.................................................................................18二、 从现状到未来：掌握打开热泵市场的成功之钥..................................................................22三、 节能又节约：热泵的综合优势...........................................................................................30四、 挖掘潜力：洞察不同地域供热市场需求.............................................................................23 第三章铸造零碳钢铁的“核心”——中国直接电解铁矿石技术的发展与展望..............................................................26 一、直接电解铁矿石——最具减碳潜力的颠覆性技术之一.........................................................28二、聚焦直接电解技术的两种路线.............................................................................................28三、中国直接电解铁矿石技术发展展望......................................................................................30 第四章积蓄零碳能量的“反应堆”——中国液流电池储能技术 的现状与前景...............................................................32 一、 储能市场蓬勃发展，新型储能增长强劲.............................................................................34二、 液流电池安全耐用，比较优势异军突起.............................................................................36三、 液流技术百花齐放，全钒路线木秀于林.............................................................................37四、 降本提效势在必行，市场引导亦不可少.............................................................................38 导言中国低碳清洁技术图景展望 2022年11月20日，联合国气候大会第二十七次缔约方会议（COP27）正式落幕，作为本次会议最具代表性的成果，“损失与损害”基金协议的达成不仅为发达国家和发展中国家在应对气候风险方面的进一步合作创造了新的平台，也再次将技术和投资对于应对气候变化和实现零碳转型的重要性推上了新的高度。 随着越来越多国家和地区陆续提出碳中和目标，针对转型路径和具体行动措施的分析和选择逐渐成为了各行业关注的焦点。由于碳中和目标实现的难度更高，对能源系统的挑战更大，在传统意义上政策和市场解决方案得到充分应用的基础上，全球应当也必须通过更多低碳清洁技术的创新和加速发展来充分挖掘零碳转型的潜力，在高效实现碳中和目标的同时，为市场创造新的增长空间。 国际能源署（IEA）近期发布的《世界能源投资报告》显示，在政府财政和可持续投资领域的支持下，自2020年以来，清洁能源投资的增长速度已经增加到了12%，远远超过2015-2020年的水平。不过由于受到疫情的影响，当前的投资增长很大程度上反映在了供应链成本的上涨以及劳动力、水泥、钢铁和关键矿物等材料的持续价格增长上。为了实现零碳转型，未来清洁能源领域的投资仍然需要持续加速才能满足减排的需求。 在碳达峰、碳中和宏伟目标的指导以及行业和市场的大力推进下，中国在清洁能源技术方面始终发挥着主导作用，其中2021年清洁能源投资总额达到了3800亿元，位居全球之首。特别是在可再生能源、电网和新能源汽车等领域，政策的支持和快速的技术研发迭代使得中国在这些领域不仅实现了自给自足，还通过大规模出口带动了全球能源转型。 而另一方面，在零碳转型的情景下，当前清洁能源技术的发展规模和水平仍然远远不够。根据多家研究机构估算，中国碳中和目标的实现至少需要约100万亿元人民币的投资，其中大部分用于清洁能源和突创性减排技术等领域。尽管中国在过去的5-10年已经在可再生能源发电装机和新能源汽车等领域取得了突破性成就，但既有转型工作的持续发展以及储能、氢能、碳捕获和封存、柔性直流、车网互联等突创性技术的商业化和规模化仍然需要长期的投资和孵化。 为了帮助政策制定者、行业企业和投资者等利益相关方更加清晰地识别碳中和转型路径中各项清洁能源和低碳技术所发挥的作用，厘清不同技术的应用场景、核心成分、龙头企业、成本经济性和商业化应用时间，并定位各类技术加速发展的模式和所需的政策、投资支持，落基山研究所开展了《中国低碳清洁技术图景展望》的系列研究，希望在对中国未来零碳转型过程中需要的清洁能源和低碳技术进行系统性梳理的基础上，为不同利益相关方提供对技术发展方向和优化方案的建议。 在前期的基础性研究中，项目团队根据不同文献资料和信息的综合分析，已经梳理出了国际上相对常见的约300项清洁能源和低碳技术，同时结合中国市场的实际需求，优选了电力、交通、工业、建筑等行业的数十项在中国更具发展前景的技术，并对各类技术的成熟度和碳减排潜力进行了综合评估（见下图）。 在此基础上，本研究将持续对上述各项技术进行深入探索，并通过系列文章的形式逐一解析每项技术的特点、应用场景、成本经济性变化趋势、商业化应用的时间节点、主要利益相关方和加速推广的政策及投资建议等，力图通过系统性针对性的分析为行业阐明技术发展趋势，为企业提供技术应用场景和时间的参考，为政策制定者描绘加速技术突破的支持政策方向，为投资和金融机构呈现投资领域和规模的判断。 本报告包含《中国低碳清洁技术展望》系列文章前四篇的内容，分别为： •迈向碳中和的“源动力”——中国动力电池技术现状及应用前景•搭建建筑节能的“基石”——中国热泵技术应用现状及发展方向•铸造零碳钢铁的“核心”——中国直接电解铁矿石技术的发展与展望•积蓄零碳能量的“反应堆”——中国液流电池储能技术的现状与前景 希望从动力电池、热泵、电解铁矿石和液流电池储能这4项不同行业的清洁低碳技术出发，为加速行业低碳清洁技术的发展和应用提供参考和借鉴。研究团队将在后续持续发布其他技术种类专题的系列文章。 第一章迈向碳中和的“源动力”——中国动力电池技术现状及应用前景 迈向碳中和的“源动力”——中国动力电池技术现状及应用前景 在碳中和的新纪元下，新能源汽车即将成为未来交通出行市场的主流，动力电池也因此顺理成章地成为了未来之路上的“动力之源”。正因如此，在当前动力电池技术蓬勃发展的初期阶段，关于其未来市场增长空间、技术性能、成本，特别是如何影响新能源汽车推广应用进程的讨论和关切也愈发热烈。作为《中国低碳清洁技术浅析汇编》的开篇之作，我们希望通过本文的分析和描述尽可能解答读者的上述疑问，并对动力电池技术未来的发展方向和所需要的支持进行简要梳理。关于动力电池技术的现状和应用前景，我们的基本观点如下： （1）中国是全球最重要的动力电池市场，在碳中和目标的引领下，中国动力电池产销量将持续占据全球领先地位。 （2）过去10年，以锂离子电池为代表的动力电池在能量密度和成本两项特性上都已经取得了较为明显的突破，但仍然存在很大的增长空间。（3）在当前技术发展趋势的基础上，动力电池技术能够支撑中国道路交通行业在2050年之前完成90%以上的车辆电动化转型工作，以乘用车为主；剩余10%左右以长途乘用车和中重型卡车为主的车辆，需要依靠电池技术的进一步突破或采用氢能等其他新能源技术、市场模式等才能完成转型。（4）按照目前电池技术、基础设施和市场的发展速度，传统液态锂离子电池在2025年左右就能够满足城市内通勤私家车、公交车、网约车和出租车等车辆类型的全面电动化转型需求，届时这些车辆的总拥有成本将低于同等规格燃油车。（5）钠离子电池、固态电池等新型电池技术将在加速车辆电动化转型中发挥重要作用，2030年后动力电池市场会呈现液态锂离子电池、固态电池和钠离子电池共存的局面。（6）长期来看，动力电池产业具有广阔的增长潜力和前景，超前投资会加速新型技术的市场化进程，并可能引领整体电池和新能源汽车行业的发展。（7）动力电池产业链是一个庞大的系统，其长远发展不仅需要多维度全领域的政策支持，也需要尽快有效地进行其产业链上下游的联通以及循环经济和全生命周期体系的建立，尽快在自身生产和末端处理环节实现彻底的零排放。 关于上述观点背后的逻辑和分析，请您继续阅读正文部分的内容，也欢迎您对感兴趣的内容和话题与我们进行讨论。 一、 始于节能，盛于零碳—动力电池的前世今生 动