第1章緒論001
1.1碳中和目標的背景與內涵002
1.1.1碳中和目標的概念002
1.1.2我國碳中和目標的提出003
1.2碳中和目標下我國能源繫統轉型的特點004
1.2.1保障煤炭在能源繫統中的主體地位005
1.2.2發揮煤電在電力繫統中的調峰作用006
1.2.3引導煤炭清潔高效利用推進碳中和007

第2章全球氣候治理及能源轉型進展009
2.1歐盟氣候治理與能源轉型進展010
2.1.1歐盟氣候政策進展010
2.1.2歐盟碳中和的能源轉型安排011
2.2美國氣候治理與能源轉型進展013
2.2.1美國氣候政策進展013
2.2.2美國碳中和的能源轉型安排014
2.3其他國家氣候治理與能源轉型進展016
2.3.1其他國家氣候政策進展016
2.3.2其他國家碳中和的能源轉型安排017

第3章碳中和目標下的能源結構與碳排放結構變化021
3.1能源供需現狀及趨勢022
3.1.1現狀與特點分析023
3.1.2主要研究機構對中國能源消費的分析預測027
3.2電力供需現狀及趨勢028
3.2.1現狀與特點分析029
3.2.2主要研究機構對中國電力消費的分析預測031
3.3能源碳排放現狀及預測035
3.3.1現狀與特點分析035
3.3.2總量與結構預測042

第4章煤基能源發展路徑與CCUS應用潛力047
4.1經濟社會發展中的煤基能源歷史貢獻與未來定位049
4.1.1煤基能源產業歷史貢獻049
4.1.2煤基能源產業未來定位053
4.2“雙碳”目標下煤基能源產業中長期發展路徑分析055
4.2.1面臨形勢及轉型升級方式與途徑056
4.2.2主要耗煤行業中長期發展路徑分析059
4.2.3煤電行業中長期轉型發展路徑分析067
4.3煤基能源產業低碳化轉型升級的潛力與可行性073
4.3.1CCUS技術現狀、進展及展望073
4.3.2CCUS技術與煤基能源產業可持續發展的關繫077
4.3.3煤基能源結合CCUS實現產業轉型升級的條件079

第5章宏觀經濟耦合工程技術的綜合評估模型構建083
5.1ITEAM-CCUS模型框架085
5.1.1模型方法總體介紹085
5.1.2排放源篩選方法086
5.1.3CO2封存場地篩選方法086
5.1.4源彙匹配方法088
5.1.5全流程CCUS的技術經濟評估方法089
5.2中國能源CGE模型框架090
5.2.1CGE模型選擇090
5.2.2CHINAGEM-E模型理論框架093
5.3宏觀經濟與技術模型的耦合096
5.3.1拆分能源和發電部門097
5.3.2建立能源與碳排放賬戶098
5.3.3建立能源-要素生產多層嵌套結構098
5.3.4設計碳價機制099
5.3.5引入CCUS減排成本曲線099
5.4模型情景設置100
5.4.1ITEAM-CCUS模型的情景設置100
5.4.2CHINAGEM-E模型的情景設置106

第6章CCUS在中國能源低碳轉型戰略中的定位和貢獻119
6.1煤基能源四大行業CCUS的技術經濟可行性評估120
6.2煤電CCUS對能源繫統轉型及碳減排的作用貢獻分析122
6.2.1一次能源總量與結構122
6.2.2發電總量及結構126
6.2.3二氧化碳排放總量路徑129
6.2.4碳捕集、利用與封存技術131
6.2.5能源強度和碳排放強度132
6.2.6煤炭行業脫碳134
6.3煤電CCUS的經濟社會效益影響分析136
6.3.1宏觀經濟分析136
6.3.2行業產出分析142
6.4本章小結145
6.4.1煤電結合CCUS技術助力實現碳中和目標145
6.4.2煤電結合CCUS技術助力平穩邁向清潔轉型147
6.4.3煤電結合CCUS技術助力經濟社會公平轉型148

第7章關於推動煤炭清潔高效利用與經濟社會轉型發展的政策建議151
7.1加強頂層政策設計，統籌推進碳達峰與碳中和工作152
7.2強化科技創新引領，助力能源綠色轉型與深度脫碳153
7.3深化體制機制改革，營造有利於煤基能源轉型升級的市場環境155
7.4強化能源兜底能力，確保煤炭高質量發展與“雙碳”目標順利推進157

參考文獻159

推動煤炭清潔高效利用是實現碳中和長期目標的關鍵抓手。基於我國發展階段特點與富煤、貧油、少氣的資源稟賦條件，提升現有煤炭利用方式的清潔低碳水平，將有利於高質量保障經濟低碳轉型浪潮下的能源安全和能源清潔供應。釐清煤基能源的作用定位、利用模式和動態影響是保障能源平穩轉型、實現碳中和目標與經濟發展目標協調推進的關鍵。因此，十分有必要對碳中和背景下的煤炭清潔高效利用與經濟社會轉型發展開展繫統性全面分析，為構建清潔高效、安全低碳的現代能源體繫提供決策參考。
本書聚焦於碳中和背景下，我國能源低碳轉型面臨的問題，以煤炭為主要分析對像，探索我國煤炭能源清潔轉型、能源中長期低碳轉型路徑，並以碳捕集、利用與封存(CCUS)技術為重點關注技術，分析了煤電結合CCUS技術的減排潛力及其對經濟發展的影響。中國能源繫統轉型在支撐經濟社會持續發展的同時要快速深度脫碳，實現碳中和目標總體可按照盡早達峰、穩定排放、快速減排、全面中和四個階段有序實施。煤基產業升級和電力行業脫碳是我國“雙碳”目標實現的關鍵，CCUS不僅是目前實現化石能源低碳化利用的非常有利的技術選擇，也是保持電力繫統靈活性的主要技術手段，是鋼鐵水泥等難以減排行業低碳轉型的可行技術選擇。當前，我國煤基能源產業結合CCUS已經具備技術條件要求，隨著CCUS項目的部署示範，其規模化應用也逐漸具備經濟可行性。總體來講，CCUS技術與煤基能源體繫呈現出相互契合、協同互補的耦合發展態勢，是未來煤基能源優化轉型以保障“雙碳”目標實現的重要途徑。實現碳中和目標需要加強頂層政策設計，統籌推進碳達峰與碳中和工作；深化體制機制改革，營造有利於煤基能源轉型升級的市場環境；強化能源兜底能力，確保煤炭高質量發展與“雙碳”目標順利推進。
本書基於國家能源集團“煤炭清潔高效利用2030重大先導項目”的“基於CCUS技術的煤炭低碳轉型和能源結構優化研究”成果，考慮了全球氣候治理、中國能源轉型和煤基能源發展影響因素，采用“自上而下”和“自下而上”相結合的方式，把宏觀能源經濟CGE模型和CCUS技術經濟評估模型結合起來，仿真分析出我國重點用煤行業的低碳發展時空路線，並結合電力電量平衡仿真模型，探究未來煤電產業的合理化規模，量化評估了CCUS技術在我國煤基能源低碳發展、實現碳中和目標減排貢獻以及經濟社會可持續發展方面的重要性，提出了基於CCUS技術的能源結構優化和低碳轉型發展路徑，旨在為煤基產業的清潔高效發展提供戰略支撐和方向引領。
具體而言，本書第1章介紹了碳中和目標，並著眼於實現碳中和目標的核心領域——能源繫統轉型，提出待研究的關鍵問題。第2章則介紹全球碳中和背景下，國際氣候治理及能源轉型進展。第3章則將視角轉移回國內，介紹我國能源繫統的現實情況及能源轉型進展。第4章從定位—路徑—結合CCUS三個層面，具體設計碳中和背景下，煤基能源實現清潔高效利用的長效路徑。為確保相關路徑的可行性及有效性，第5章設計了耦合可計算一般均衡模型（computable general equilibrium model，CGE）和全流程CCUS繫統評價模型（integrated techno-economic assessment method for CO2 capture, geological utilization and storage，ITEAM-CCUS）的綜合評估模型，用於對第4章構建的清潔高效利用路徑進行定量評價。模型量化評估獲得的結果展示在第6章中，具體包括對能源排放、行業發展、經濟效果三個方面的路徑實施效果評估。通過對煤炭清潔高效利用路徑的模型量化，能夠有效識別關鍵問題，釐清推進路徑面臨的挑戰與困難。第7章基於反饋再優化結果，歸納了碳中和目標下，推動煤炭清潔高效利用的政策建議。本書較為繫統、深入地探討了煤炭能源利用CCUS技術實現清潔高效轉型，從封存場地選取、封存潛力、能源轉型、經濟社會綜合效益影響等方面分析了煤炭結合CCUS發展的可行路徑。
本書由國家能源集團牽頭，聯合中國科學院武漢岩土力學研究所、中國科學院科技戰略咨詢研究院、澳大利亞維多利亞大學政策研究中心等多家國內外機構的專家共同編寫，編寫組主要成員包括姜大霖、於淼、陳語、魏寧、劉宇、王雷、吳璘、李楊、李濤、彭秀健、馮晟昊、趙夢真、馬雯嘉、王帆、向柏祥、蘇肜、朱朋虎，羊凌玉、胡時霖、段博慧、楊芷萱等參與了文獻整理、文字校核工作，在此感謝各位專家、同仁的辛苦工作和大力支持。
由於水平和時間有限，難免存在不足之處，請專家同行批評指正！

著者
2023年2月