清华大学环境学院王灿课题组研究揭示多元能源供应降低化工行业减排成本与转型风险的机制

化工行业深度减排通常高度依赖风电、光伏制取绿氢，但优质风光资源与现有化工基地之间的空间错配可能增加转型成本，并带来关键技术快速扩张、产业大规模转移等挑战。近日，环境学院王灿教授课题组研究指出，多元能源供应能够降低化工行业深度减排成本与转型风险。到2060年，因地制宜利用水电、核电和生物质等低碳能源，可使化工行业年化系统成本降低2180亿元，边际减排成本由3160元/吨CO₂下降至1401元/吨CO₂，并显著缓解新兴技术部署、产业迁移和存量资产搁浅风险。

化工行业具有能源需求大、减排成本高、设施投资高和资产寿命长等特点。当前多数深度减排路径将风光制绿氢作为关键技术，但我国煤化工产业主要集中在北方，石油化工产业集中于东部沿海，而优质风光资源更多分布于西北地区。这种资源和产业的空间错配，使风光资源不足地区需要额外配置风光、电解槽和储能等设施以维持稳定生产，同时也可能推动化工产业向资源富集地区大规模迁移，由此增加减排成本和区域转型风险。

针对上述问题，研究构建了化工行业低碳转型区域分析模型CRAFT（Chemical Regional Analysis Framework for low-carbon Transition），显式刻画不同地区的风电、光伏、水电、核电和生物质资源以及省际化工产品运输网络，使能源配置、技术路线和未来产业空间布局能够协同优化。在此基础上，研究比较了风光主导与多元能源供应两类转型路径。

图1.CRAFT模型框架

研究发现，多元能源供应将显著改变化工行业的减排路径和空间格局。到2060年，水电、核电及更丰富的生物质资源使化工行业对风光电力的需求较风光主导路径下降约60%；不同地区充分利用本地的低碳能源，可使化工品跨区域运输规模下降约42%，驱动产业布局由高度集中于西北地区转向区域性自给自足。

这一转变降低了实现深度减排的经济成本。风光主导路径下，2060年化工行业年化系统成本较基准情景增加7590亿元；采用多元能源供应后，这一增量下降至5410亿元，每年节省约2180亿元，相当于我国2020年GDP的0.22%，边际减排成本也由3160元/吨CO₂下降至1401元/吨CO₂。其主要机制在于，稳定的水电和核电能够提高电解槽利用率，减少为弥补风光波动而配置的储能和备用容量；更丰富的生物质资源则通过提供碳中性原料和生物能源碳捕集与封存（Bioenergy with Carbon Capture and Storage, BECCS），降低对高成本碳移除技术的依赖。

图2.多元能源供应降低化工行业深度减排成本

除经济效益外，多元能源供应还能降低转型过程中的系统性风险。到2060年，电解槽和储能设施部署需求分别下降46.5%和63.7%，驱动镍、铂、铱和锂等关键金属需求显著降低。与此同时，生物质的扩张应用拓展了煤耦合绿氢制甲醇等技术路线的应用空间，使既有煤化工设施能够在深度减排过程中得到更充分利用，并支撑传统化工地区维持产业规模。由此，河南、贵州和重庆等地区在风光主导路径下可能出现的产业萎缩能够得到避免，全国煤化工潜在搁浅产能由16.9GW降至1.55GW。

研究表明，化工行业深度减排不应简单依赖单一风光制绿氢路径。未来，需要结合区域资源禀赋和既有产业基础，统筹风光、水电、核电和生物质等低碳能源，形成因地制宜的区域转型方案，在实现深度减排的同时兼顾经济成本与转型风险。

8月13日，该研究成果以“多元能源供应保障化工行业低成本、低风险脱碳”（Safeguarding Cost-Effective and Risk-Mitigated Chemical Decarbonization by Diversified Energy Supply）为题，发表于《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）。

清华大学环境学院、碳中和研究院教授王灿为论文通讯作者，环境学院2025级博士生甄紫涵为第一作者。

该研究得到了国家自然科学基金项目的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.est.6c03614

供稿：环境学院

编辑：李华山

审核：王晓霞