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碳中和是指國家、企業、產品、活動或個人在一定時間內直接或間接產生的二氧化碳或溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節能減排等形式，以抵消自身產生的二氧化碳或溫室氣體排放量，實現正負抵消，達到相對“零排放”。為減緩全球變暖導致的生態環境問題，世界各國陸續宣佈碳中和時間表。2020年9月22日，中國政府在第七十五屆聯合國大會上提出：“中國將提高國家自主貢獻力度，採取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭於2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。” 碳中和越來越受到國內國際的廣泛關注，並成為當前流行語。
本書將從為什麼要研究碳中和，溫室氣體排放與全球氣候變暖，碳中和國際演變的歷程，歐盟、美國、日本等主要發達國家碳中和概況，中國宣佈2060年碳中和的意義、挑戰與路徑分析，碳減排關鍵技術，陸地生態系統碳匯，海洋生態系統碳匯，碳捕集、利用與埋存，實現碳中和的市場機制與政府體制，碳中和對未來世界個體生活方式的影響等方面對碳中和做出全面的解讀。 本書可作為高等院校通識課教材，也可供普通讀者閱讀。
金之鈞
中國科學院院士，俄羅斯自然科學院外籍院士，國家 “973”專案首席科學家，葉岩油氣國家重點實驗室主任，國家葉岩油研發中心主任，中國石油學會副理事長。長期從事石油地質理論與油氣戰略選區評價的研究與勘探實踐，在AAPG、GPC、3P、MPG、中國科學等期刊發表論文400餘篇，申請發明專利34項，獲國家發明二等獎1項、國家科技進步二等獎2項。
第1章 引論 ………………………………………………………………………………… (1)
1.1 碳中和的基本概念 ……………………………………………………………… (1)
1.1.1 碳中和的概念 …………………………………………………………… (1)
1.1.2 碳中和的交叉科學性 …………………………………………………… (3)
1.2 碳中和的國際演變 ……………………………………………………………… (6)
1.2.1 國際社會對碳排放與氣候問題的認知過程、科學證據、尚存爭議 …… (6)
1.2.2 全球氣候治理的歷史演變 ……………………………………………… (7)
1.2.3 主要國家的碳中和承諾 ………………………………………………… (9)
1.3 中國宣佈2060年碳中和的意義、機遇與路徑 ………………………………… (10)
1.3.1 中國宣佈碳中和的意義 ………………………………………………… (10)
1.3.2 中國實現碳中和的機遇 ………………………………………………… (11)
1.3.3 中國碳中和的路徑分析 ………………………………………………… (13)
1.4 本章小結 ………………………………………………………………………… (15)
參考文獻 ……………………………………………………………………………… (16)
第2章 部分發達國家和地區碳中和概況 ……………………………………………… (18)
2.1 引言 ……………………………………………………………………………… (18)
2.2 美國 ……………………………………………………………………………… (18)
2.2.1 美國應對氣候變化歷程 ………………………………………………… (18)
2.2.2 葉岩革命對美國能源轉型的影響 ……………………………………… (19)
2.2.3 美國部分州的減排政策 ………………………………………………… (20)
2.2.4 美國碳中和路徑研究 …………………………………………………… (20)
2.3 歐盟 ……………………………………………………………………………… (21)
2.3.1 歐盟主要國家減排歷程 ………………………………………………… (21)
2.3.2 歐盟的能源轉型 ………………………………………………………… (22)
2.3.3 歐盟綠色協定及氣候法 ………………………………………………… (22)
2.3.4 歐盟碳交易市場政策 …………………………………………………… (23)
2.4 日本 ……………………………………………………………………………… (25)
2.5 發達國家碳中和的普遍性啟示 ………………………………………………… (26)
2.5.1 技術進步是根本動力 …………………………………………………… (26)
2.5.2 市場環境提供了創新條件 ……………………………………………… (26)
2.5.3 社會共識是政策基礎 …………………………………………………… (27)
參考文獻 ……………………………………………………………………………… (28)
第3章 能源結構轉型與碳減排 ………………………………………………………… (30)
3.1 能源系統與碳排放 ……………………………………………………………… (30)
3.1.1 認識一個完整的能源系統 (30) ………………………………………………
3.1.2 經濟社會發展、能源消費、碳排放的關係 (35) ………………………………
3.1.3 基本的能源及碳排放計量統計方法體系 ……………………………… (37)
3.2 能源轉型與碳減排 ……………………………………………………………… (43)
3.2.1 宏觀經濟變化與能源轉型及碳減排 …………………………………… (43)
3.2.2 供給側能源轉型與碳減排 ……………………………………………… (47)
3.2.3 需求側能源轉型與碳減排 ……………………………………………… (49)
3.3 基於能源系統模型的碳中和分析 ……………………………………………… (51)
3.3.1 系統需求分析 …………………………………………………………… (51)
3.3.2 資料指標選取與收集 …………………………………………………… (52)
3.3.3 建模與功能模組設計 (53) ……………………………………………………
3.3.4 情景設計與碳減排、碳中和路徑分析 (54) …………………………………
3.4 本章小結 ………………………………………………………………………… (54)
參考文獻 ……………………………………………………………………………… (56)
第4章 新型電力系統低碳路徑 ………………………………………………………… (57)
4.1 電力系統低碳轉型路徑 ………………………………………………………… (57)
4.2 新型電力系統面臨的挑戰與構建路徑 ………………………………………… (58)
4.2.1 新型電力系統面臨的問題與挑戰 ……………………………………… (58)
4.2.2 新型電力系統構建發展路徑 …………………………………………… (60)
4.3 新型電力系統的“源網荷儲”特徵 ……………………………………………… (61)
4.3.1 電源側 …………………………………………………………………… (61)
4.3.2 負荷側 …………………………………………………………………… (64)
4.3.3 儲能側 …………………………………………………………………… (66)
4.3.4 電網側 …………………………………………………………………… (69)
4.4 本章小結 ………………………………………………………………………… (71)
參考文獻 ……………………………………………………………………………… (72)
第5章 工業系統減碳與主要技術 ……………………………………………………… (73)
5.1 鋼鐵行業碳排放現狀與減碳主要技術 ………………………………………… (73)
5.1.1 鋼鐵行業碳排放現狀 …………………………………………………… (73)
5.1.2 鋼鐵行業產量預測 ……………………………………………………… (75)
5.1.3 鋼鐵行業減碳的關鍵環節與減碳預測 ………………………………… (76)
5.1.4 鋼鐵行業碳中和路徑及主要減碳技術 ………………………………… (77)
5.2 水泥行業碳排放現狀與減碳主要技術 ………………………………………… (79)
5.2.1 水泥行業碳排放現狀 (79) ……………………………………………………
5.2.2 水泥行業產量預測[10] (81) …………………………………………………
5.2.3 水泥行業減碳的關鍵環節與減碳預測 (82) …………………………………
5.2.4 水泥行業碳中和路徑及主要減碳技術[10] (83) ……………………………
5.3 石油煉化行業碳排放現狀與減碳主要技術 …………………………………… (85)
5.3.1 石油煉化行業碳排放現狀 (85) ………………………………………………
5.3.2 石油煉化行業主要石油產品產量預測[12] (87) ……………………………
5.3.3 石油煉化行業減碳的關鍵環節與減碳預測 …………………………… (88)
5.3.4 石油煉化行業碳中和路徑及主要減碳技術 …………………………… (88)
5.4 煤化工行業冷熱能源供給過程減碳技術 ……………………………………… (89)
5.4.1 煤化工行業發展現狀及能耗情況[17] ………………………………… (89)
5.4.2 煤化工行業冷熱能源供給現狀及存在的問題 (90) …………………………
5.4.3 煤化工行業未來發展預測[17] (91) …………………………………………
5.4.4 煤化工行業新型冷熱能源聯供技術助力碳中和 ……………………… (94)
5.5 工業過程製冷制熱減碳技術 …………………………………………………… (95)
5.5.1 工業過程冷熱製備現狀及能耗情況 …………………………………… (95)
5.5.2 工業過程冷熱過程減碳的關鍵環節分析 ……………………………… (96)
5.5.3 工業過程冷熱製備碳中和路徑與關鍵技術 …………………………… (97)
5.6 本章小結 ………………………………………………………………………… (98)
參考文獻 ……………………………………………………………………………… (100)
第6章 交通系統減碳與主要技術 ……………………………………………………… (101)
6.1 交通系統概述 ………………………………………………………………… (101)
6.1.1 交通系統分類 ………………………………………………………… (101)
6.1.2 道路交通是交通系統碳排放的主要貢獻者 ………………………… (101)
6.2 道路交通減碳路徑 …………………………………………………………… (102)
6.2.1 電動汽車是道路交通減碳的主要手段 ……………………………… (102)
6.2.2 氫燃料電池汽車是道路交通減碳的重要補充 ……………………… (104)
6.2.3 自動駕駛技術發展蘊含巨大減碳潛力 ……………………………… (105)
6.3 道路交通電氣化轉型全球市場進展 ………………………………………… (105)
6.3.1 全球電動汽車市場概況 ……………………………………………… (105)
6.3.2 全球充電基礎設施市場概況 ………………………………………… (107)
6.4 實現道路交通減碳的關鍵產業環節 ………………………………………… (108)
6.4.1 純電動汽車產業鏈 …………………………………………………… (108)
6.4.2 充電基礎設施產業鏈 ………………………………………………… (111)
6.4.3 氫燃料電池汽車產業鏈 ……………………………………………… (112)
6.5 實現道路交通減碳的重要保障體系 ………………………………………… (113)
6.5.1 上游資源 ……………………………………………………………… (113)
6.5.2 消費市場 ……………………………………………………………… (115)
6.5.3 碳市場 ………………………………………………………………… (116)
6.6 中國道路交通碳減排遠景預測 ……………………………………………… (116)
6.6.1 中國汽車保有量預測 ………………………………………………… (116)
6.6.2 中國汽車碳減排發展趨勢預測 ……………………………………… (117)
6.7 本章小結 ……………………………………………………………………… (119)
參考文獻 ……………………………………………………………………………… (119)
第7章 建築領域的碳中和 ……………………………………………………………… (122)
7.1 建築相關碳排放的核算方法 ………………………………………………… (122)
7.2 建築隱含碳排放的現狀和中和 ……………………………………………… (123)
7.2.1 碳排放現狀 …………………………………………………………… (123)
7.2.2 碳中和路徑 …………………………………………………………… (123)
7.3 建築運行碳排放 ……………………………………………………………… (124)
7.3.1 核算方法 ……………………………………………………………… (124)
7.3.2 運行碳排放現狀 ……………………………………………………… (125)
7.3.3 建築運行實現零碳的三大任務 ……………………………………… (126)
7.4 促進建築用電零碳化 ………………………………………………………… (127)
7.4.1 調峰火電是解決冬季電力短缺的最好途徑，同時可為建築供暖 …… (127)
7.4.2 城鄉建築屋頂是安裝光電的巨大空間資源 ………………………… (128)
