Fundamental Research | 耿涌：碳中和背景下中国电力系统转型面临的关键矿产资源约束

Fundamental Research 2022-12-31

Fundamental Research 2022年第2卷第3期封面

碳中和背景下中国电力系统转型面临的关键矿产资源约束

关键词：碳中和，可再生能源，关键矿产资源，电力系统转型，循环经济

2020年，中国政府宣布将力争在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。作为中国碳排放的主要贡献部门，构建以新能源为主体的新型电力系统对中国实现碳中和目标至关重要。然而，光伏、风电等可再生能源的发展高度依赖于铜、铬等关键矿产资源。因此，随着电力系统转型的推进，有限的矿产资源储量可能会引发潜在的资源短缺问题。

在此背景下，本研究构建了一种综合的评价方法以识别和分析碳中和背景下中国电力系统转型面临的关键矿产资源约束问题。基于不同气候目标情景下电力技术组合与关键矿产资源的需求结构，本研究对2020-2060年中国电力系统转型所需的23种关键矿产资源需求量进行了预测，并通过动态物质流分析评估了关键矿产资源在2020-2060年的可持续供应能力（图1）。

研究结果表明，在碳中和背景下，中国电力系统转型对关键矿产资源的需求量将持续增加，累计需求将从10576 kt（2020年）增长至74680 kt（2060年）。其中，可再生能源对关键矿产资源的需求量显著高于传统能源，且其需求结构更加多样化。铜、锌、铬、硅是支撑中国电力系统转型的重要矿产资源，占资源总需求量的50%以上。通过对比分析各种资源的需求量、累计生产量与已探明储量，本研究将中国电力系统转型所需的关键矿产资源划分为三类。第一类是中国的优势矿产资源（铅、镉、铟等）。对于该类资源，中国储量充足，当前生产能力可保证未来的持续稳定供应。第二类是中国储量丰富但生产能力不足的矿产资源（锡、铌、钼等）。虽然该类资源储量丰富，但仅依靠其当前产能无法满足未来需求的扩张趋势，需要提高生产能力。第三类是中国的稀缺矿产资源（铜、铬、镓等）。该类资源在中国储量不足，资源需求主要依靠从其他国家进口来满足。

基于以上研究结果，本研究提出如下政策建议：（1）在资源供给方面，中国应构建稀缺资源战略储备体系；加强国际合作，畅通国内和国际两个市场，实现资源供给渠道多元化。（2）在技术创新方面，中国政府应提供足够的资金支持，以鼓励先进技术研发，提升材料利用效率并寻找稀缺资源的替代性材料，从全生命周期角度优化工业流程。此外，考虑到退役关键矿产资源的回收再利用对缓解需求扩张具有重要作用，政府应制定资源回收补贴政策，建立资源产品回收中心，促进循环经济发展。

图1. 四种气候目标情景下2060年中国六种发电技术的关键矿产资源累计需求量 (a) 光伏发电、 (b)燃煤发电、 (c) 燃气发电、 (d) 风电、 (e) 水电和(f) 核电。

以上内容节选自期刊Fundamental Research 2022年第3期发表的文章“W. Wei, Z. Ge, Y. Geng, et al., Toward carbon neutrality: Uncovering constraints on critical minerals in the Chinese power system, Fundamental Research 2(3)(2022) 367-374”。

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主要作者简介

耿涌 上海交通大学环境科学与工程学院院长、国际与公共事务学院副院长、上海交通大学-联合国工业发展组织绿色发展联合研究院院长，讲席教授、博士研究生导师，国家杰出青年科学基金获得者。主要从事资源管理、循环经济、环境管理及生态指标体系等方面的研究。在Science、Nature 等国内外顶尖期刊上发表论文300多篇，参编著作7部。

魏文栋 上海交通大学国际与公共事务学院副教授、博士研究生导师，校级通识核心课《碳中和导论》负责人。主要从事资源环境管理、碳达峰、碳中和、数字经济等领域的研究。在《中国科学院院刊》、Fundamental Research、Nature 子刊Nature Sustainability、Cell 子刊One Earth、iScience 等期刊上发表论文70余篇。

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