要真正實現通過陽光、水、CO2 獲取可再生合成燃料，亟待開展可再生合成燃料的基礎理論和關鍵技術研究。針對 CO2 還原轉化產物，基于燃料與動力裝置相互作用及調控機制，進行可再生合成燃料設計；從分子水平上建立催化劑構效關系，實現高效 CO2 還原催化劑體系的設計與功能化定制；進而構建高能效的 CO2 還原合成燃料系統，實現 CO2 到液體燃料分子的高選擇性轉化和可再生燃料的合成。
從能源需求側看未來能源變革
在能源需求側，要加快實現能源利用的高效化、再電氣化和智慧化。
1 高效化
能源利用高效化、節能減碳是碳達峰、碳中和最基礎的重要工作。2012 年以來我國單位 GDP 能耗累計降低 24.4%，明顯高于全球平均降速；但是，值得注意的是 2019 年我國單位 GDP 能耗仍高于全球平均水平 50%，是英國、日本的 3 倍左右 ，節能減碳潛力可觀。我國要加大節能、節水、節材、減碳等先進技術研發和推廣力度，全面推進電力、工業、交通、建筑等重點領域節能減碳；加快對電力、鋼鐵、石化化工、有色金屬、建材等高耗能、高碳排放行業企業，以及交通運輸車輛設備和公共建筑，實施節能和減碳技術改造，以降低單位 GDP 能耗和碳排放強度。
2 再電氣化
再電氣化是指在傳統電氣化基礎上，實現基于零碳電力的高度電氣化；未來碳中和社會的能源一定是圍繞零碳電力展開的。2018 年全球電氣化水平即電能占終端能源消費的比重僅為 19%，我國為 25.5%，預計 2050 年全球電氣化水平將高于 50%。在加速零碳電力供給的基礎上，加快工業、建筑、交通等領域的再電氣化，這是提高能源利用效率、實現能源利用脫碳和零碳的重要途徑。
3 智慧化
智慧化是通過互聯網、物聯網、人工智能、大數據、云技術等信息與控制技術，將人、能源設備及系統、能源服務互聯互通，使電源、電網、負荷和能源存儲深度協同，實現能源流與信息流的高度融合。
把多種多樣的分布式發電源和海量的負荷通過網絡構架起來，給每個單元賦予智能，實現能源生產、交易、利用的高效化，以及能源基礎設施的共享，這是提高能源利用效率、最大限度就地消納可再生能源的重要手段。區塊鏈技術使數據或信息具有“全程留痕”“可以追溯”“公開透明”“集體維護”等特征，將改變能源系統生產和交易模式，實現點對點新能源生產、交易、基礎設施共享。例如，未來人們通過手機應用程序（APP）就能方便地把自家屋頂多余的光伏電賣給附近需要給電動汽車充電的陌生人，這種點對點的交易系統使能源系統中各節點成為獨立的產消者。
3 能源發展大趨勢
面向碳中和的能源發展大趨勢是通過能源變革，大力推進能源供給側的電力脫碳與零碳化、燃料零碳化，以及能源需求側的能源利用高效化、再電氣化和智慧化。化石能源尤其是煤炭將轉變為保障性能源，通過 CCUS 實現化石能源凈零碳排放，同時穩步發展核電；在此基礎上，構建以新能源為主體、“化石能源+CCUS”和核能為保障的未來清潔零碳、安全高效能源體系。
1.在能源生產形式上，將從現有電力系統自頂向下的樹狀結構（發電―輸電―配電―用電）走向扁平化、大量分布式能源自治單元之間相互對等互聯的結構。這種能源互聯使可再生能源分層接入與消納得以實現，構建以新能源為主體的新型電力系統。
2.在能源生產和消費的主體上，將從能源生產者、消費者互相獨立轉變為能源產銷者一體。隨著分布式能源系統和智能微網、局域網技術的日益成熟及電動汽車普及，電網中分散電源和有源負荷將不斷增長，每一個建筑物轉化為微型發電廠，原本需求側的用戶將扮演消費者和生產者的雙重角色，成為獨立的能源產消者。
3.在能源結構上，化石能源從主體能源逐步轉變為保障性能源，在一次能源消費中的占比將大幅降低，可再生能源從補充能源變為主體能源，比例會持續大幅度提高。能源利用從高碳走向低碳，最后走向零碳能源的時代，這種變化將是革命性和顛覆性的。
3 結 論
1碳中和愿景下的能源變革包括供給側的電力零碳化、燃料零碳化，以及需求側的能源利用高效化、再電氣化、智慧化。
電力脫碳與零碳化是實現碳中和目標的關鍵和重中之重，碳中和社會的能源一定是圍繞零碳電力展開的。要盡最大努力，提高非碳基電力發展速度和供給能力，構建以新能源為主體的新型電力系統。
2
面向碳中和，化石能源尤其是煤炭將轉變為我國的保障性能源。
CCUS 是目前實現大規模化石能源零碳排放利用的關鍵技術，結合 CCUS 的火電將推動電力系統凈零排放，平衡可再生能源發電的波動性，提供保障性電力和電網靈活性。“新能源發電+儲能”與“火電+CCUS”將是不可或缺的技術組合，這些將構成以新能源為主體、“化石能源+CCUS”和核能為保障的未來清潔零碳、安全高效能源體系。
3
碳達峰是量變，碳中和是質變，僅通過碳達峰的量變走不到碳中和的質變。
如果沒有能源變革、沒有經濟社會系統性社會變革、沒有一場綠色革命，不可能實現碳中和。面向碳中和的未來能源，其核心是由一系列顛覆性、變革性能源技術作為戰略支撐，形成的全新能源體系。
4
實現“雙碳”目標特別是碳中和與經濟社會發展不是對立關系，不是“賽道超車”而是“換賽道”，是重新定義人類社會的資源利用方式，是挑戰更是機遇。
碳中和將引領構建全新的零碳產業體系，人類將從基于自然稟賦的能源開發利用，走向基于技術創新的新能源開發利用。誰在零碳技術創新占據領先，誰就是“新賽道”上的“領跑者”，誰就有可能引領下一輪產業革命。
5
面向碳中和的能源變革，絕不僅是一個能源問題、一個環境問題，而是一個全局性、系統性問題；不是一蹴而就的，而是要循序而進，先立后破。
能源變革的路徑需要基于技術、市場和政策法規等多層面進行科學設計與決策。
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本文標題：碳中和面臨的三大挑戰與能源變革
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