中國碳中和實現(xiàn)路徑及能源電力系統(tǒng)零碳轉(zhuǎn)型研究

劉昌義

實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和是黨中央立足國際國內(nèi)兩個大局做出的重大戰(zhàn)略決策，對于我國生態(tài)文明建設(shè)、引領(lǐng)全球氣候治理、實現(xiàn)“兩個一百年”奮斗目標(biāo)具有重大意義。以化石能源為主的傳統(tǒng)發(fā)展模式是導(dǎo)致我國和全球氣候環(huán)境問題的根源。立足我國碳排放總量大、能源消費需求高、能源體系“一煤獨大、油氣進(jìn)口依賴”的發(fā)展實際，提出并實施符合我國國情和發(fā)展階段，能夠有力推動我國現(xiàn)代化建設(shè)的碳中和綜合方案和行動路線圖是挑戰(zhàn)巨大、意義重大的戰(zhàn)略問題。

首先，提出碳中和實現(xiàn)路徑與政策選擇的十個重要問題。第一，碳中和目標(biāo)下中國的碳預(yù)算是多少？全球2℃和15℃溫控目標(biāo)對應(yīng)不同的碳預(yù)算約束，碳預(yù)算是研究中國碳中和的最重要的邊界條件之一。第二，中國若在2060年前實現(xiàn)碳中和，對全球溫控目標(biāo)的貢獻(xiàn)是多少？要回答這個問題，需要結(jié)合自然科學(xué)的氣候模式、經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)和能源電力系統(tǒng)利用綜合評估模型進(jìn)行研究。第三，最優(yōu)的碳中和路徑是什么？關(guān)于這個問題，經(jīng)濟(jì)學(xué)界有很大的爭議，最典型的就是以斯特恩和諾德豪斯為代表的關(guān)于減排政策的爭論。斯特恩贊成立即大幅減排，但諾德豪斯認(rèn)為要考慮經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展階段、技術(shù)和成本等因素，先小幅減排，然后再大幅減排。因此，最優(yōu)減排路徑的決定因素有待研究，尤其是應(yīng)用于氣候變化的長期貼現(xiàn)率的取值，是影響氣候成本收益和政策評估的最核心的變量。第四，碳中和目標(biāo)下的能源電力系統(tǒng)如何轉(zhuǎn)型？如何設(shè)計化石能源尤其是最核心的煤電的退出路徑？第五，碳中和目標(biāo)下的電力系統(tǒng)如何轉(zhuǎn)型？未來電力系統(tǒng)如何發(fā)展？是大規(guī)模開發(fā)可再生能源，還是基于當(dāng)前以化石能源為主導(dǎo)的能源結(jié)構(gòu)，開發(fā)碳捕捉與封存（CCS）技術(shù)？發(fā)展可再生能源，是采用集中式開發(fā)加遠(yuǎn)距離輸電的模式，還是發(fā)展分布式能源加儲能的模式？未來需要進(jìn)行深入的比較分析。第六，碳中和的技術(shù)組合及發(fā)展路徑。各類低碳、零碳、負(fù)碳能源和減排技術(shù)的發(fā)展趨勢、經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)及其對碳達(dá)峰碳中和的減排貢獻(xiàn)如何？第七，構(gòu)建碳中和的制度和政策體系。實現(xiàn)碳中和目標(biāo)需要多管齊下，不僅需要借助行政命令等手段和措施，還需要建立和完善市場機(jī)制，既包括碳市場、碳稅等新建的市場機(jī)制，也包括電力市場、財稅、金融等已有的體制機(jī)制改革。此外，對碳中和的協(xié)同收益和得失權(quán)衡、化石能源退出導(dǎo)致的就業(yè)和公正轉(zhuǎn)型問題需要加強(qiáng)研究。第八，實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的投資和成本是多少？投資包括基礎(chǔ)設(shè)施固定資產(chǎn)投資和以節(jié)能減排為目標(biāo)的更新改造投資。成本包括全社會用能成本、用電成本、邊際減排成本和各地區(qū)、分部門的減排成本，這些都是科學(xué)制定政策和評估政策有效性的重要前提條件。第九，不同情景下的氣候變化影響與氣候損失評估。例如全社會通過減排能夠避免多少損失，反過來說即減排能夠獲得多大的收益。這里的損失或收益不僅包括直接經(jīng)濟(jì)損失或能夠貨幣化的價值，還應(yīng)該包括很多無法貨幣化的價值，例如污染治理的協(xié)同效益，公眾健康的協(xié)同收益，生態(tài)環(huán)境的服務(wù)價值，等等。第十，碳中和的成本和收益分析。我們需要綜合考慮成本和收益，從而選擇實現(xiàn)碳中和的最優(yōu)決策和政策組合。

全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織運用全球綜合評估模型、能源優(yōu)化模型和電力規(guī)劃模型，開展碳中和實現(xiàn)路徑的深入系統(tǒng)研究，提出中國能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)碳中和的方案和路徑，發(fā)布《中國2060年前碳中和研究報告》，全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織：《中國2060年前碳中和研究報告》，2021年，北京：中國電力出版社。下文摘錄報告主要結(jié)論。

一、碳中和的重大意義與挑戰(zhàn)

實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和是黨中央、國務(wù)院在應(yīng)對氣候變化、統(tǒng)籌國際國內(nèi)兩個大局做出的重大戰(zhàn)略決策，其意義不僅局限于引領(lǐng)應(yīng)對氣候變化，對加快促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、保障能源安全高效、推動經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級、實現(xiàn)“兩個一百年”奮斗目標(biāo)具有重大意義。

我國實現(xiàn)碳中和面臨碳排放總量大、碳減排時間短、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級挑戰(zhàn)多、能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型難度大等復(fù)雜挑戰(zhàn)。作為全球最大的發(fā)展中國家，我國2060年前實現(xiàn)碳中和需要在更短時間、更廣范圍采取更大力度的減排行動。

二、碳中和的機(jī)理

能源相關(guān)碳排放主要受六大因素影響，化石能源二氧化碳排放、清潔化水平、電氣化水平、能源消費強(qiáng)度、人均GDP和總?cè)丝诘纫蛩胤謩e體現(xiàn)了能源消費總量和結(jié)構(gòu)、能效、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及人口增長對碳排放的影響。對1978年改革開放以來我國碳排放情況進(jìn)行卡雅（KAYA）驅(qū)動因素分解研究，可以發(fā)現(xiàn)：第一，人口和經(jīng)濟(jì)增長是導(dǎo)致碳排放增長的主要驅(qū)動因素。1978—2018年，我國二氧化碳排放增長了83億噸，總?cè)丝谟?0億人增長到14億人，城市化率從18%增長到60%，經(jīng)濟(jì)總量從0.4萬億元增長到90萬億元。在二氧化碳排放增量中，人口與人均GDP增長的貢獻(xiàn)分別為16%和176%。第二，能源強(qiáng)度降低是近年來二氧化碳排放下降的主要原因。1990—2018年，我國能源強(qiáng)度下降了75%，對二氧化碳減排的貢獻(xiàn)為79%。第三，我國能源碳排放強(qiáng)度近年略有下降，對二氧化碳減排的貢獻(xiàn)為13%。能源碳排放強(qiáng)度主要受能源結(jié)構(gòu)清潔化和電氣化水平的影響。未來，能源結(jié)構(gòu)清潔化和電氣化是最有效和最具潛力的減排途徑。

三、中國能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與必然要求

我國清潔能源資源與負(fù)荷中心呈逆向分布，未來高比例可再生能源對電網(wǎng)架構(gòu)和調(diào)節(jié)能力的要求，客觀上決定了我國實現(xiàn)碳中和必須要加快形成以特高壓骨干網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為核心的全國清潔能源資源優(yōu)化配置平臺。

電力互聯(lián)互通是推動清潔能源大規(guī)模發(fā)展的必然要求。我國資源與負(fù)荷中心呈逆向分布，經(jīng)濟(jì)中心位于東中部地區(qū)，而70%以上的風(fēng)、光、水能資源都分布在西部和北部地區(qū)，與東中部負(fù)荷中心相距1000～4000公里，可再生能源只有融入大電網(wǎng)才能實現(xiàn)大規(guī)模開發(fā)和遠(yuǎn)距離輸送。風(fēng)、光等可再生能源發(fā)電具有很強(qiáng)的間歇性、波動性和隨機(jī)性。發(fā)揮特高壓技術(shù)輸電容量大、距離遠(yuǎn)、損耗低、安全性高的優(yōu)勢，可以獲得水、風(fēng)、光的多能互補效益，共享靈活性資源，大幅降低運行成本。目前，我國特高壓輸電技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟，技術(shù)全球領(lǐng)先，已建和在建特高壓工程32項，并網(wǎng)清潔能源裝機(jī)76億千瓦，支撐我國清潔能源發(fā)展進(jìn)入快車道。這些實踐都為實現(xiàn)碳達(dá)峰、推動碳中和奠定了堅實的基礎(chǔ)。

以中國能源互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)平臺，大力實施“兩個替代”（在能源開發(fā)方面實施清潔替代，在能源使用方面實施電能替代），通過盡早達(dá)峰、快速減排、全面中和三個階段部署實現(xiàn)碳中和，促進(jìn)能源、經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。

四、基于中國能源互聯(lián)網(wǎng)的碳中和實現(xiàn)路徑

耦合綜合評估模型MESSAGE、能源優(yōu)化模型和電力系統(tǒng)規(guī)劃模型，作為碳中和情景的模型工具。綜合研判未來40年我國宏觀經(jīng)濟(jì)增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、人口與城鎮(zhèn)化發(fā)展、能源電力消費變化以及實現(xiàn)《巴黎協(xié)定》目標(biāo)下的碳排放空間等關(guān)鍵要素，作為碳中和情景的主要邊界條件。

我國實現(xiàn)全社會碳中和總體可按照盡早達(dá)峰、快速減排、全面中和三個階段有序?qū)嵤?/p>

在盡早達(dá)峰階段（2030年前），我國以化石能源總量控制為核心，能夠?qū)崿F(xiàn)2028年左右全社會碳達(dá)峰，峰值控制在109億噸左右，能源活動峰值為102億噸左右。2030年的碳強(qiáng)度相比2005年下降70%，提前完成并超額兌現(xiàn)自主減排承諾。

在快速減排階段（2030—2050年），以全面建成中國能源互聯(lián)網(wǎng)為關(guān)鍵，2050年前電力系統(tǒng)實現(xiàn)近零排放，標(biāo)志著我國碳中和取得決定性成效。2050年全社會碳排放降至13.8億噸，相比碳排放峰值下降約90%，人均碳排放降至1.0噸。

在全面中和階段（2050—2060年），以深度脫碳和碳捕捉、增加林業(yè)碳匯為重點，能源和電力生產(chǎn)進(jìn)入負(fù)碳階段，2055年左右實現(xiàn)全社會碳中和。2060年，通過保持適度規(guī)模負(fù)排放，控制和減少我國累積碳排放量。

五、能源供應(yīng)以清潔能源為主導(dǎo)

在能源生產(chǎn)轉(zhuǎn)向清潔的過程中，化石能源總量在2028年左右達(dá)峰：煤炭消費在現(xiàn)有基礎(chǔ)上持續(xù)下降，煤電在2025年達(dá)峰之后開始下降，石油消費在2030年達(dá)峰以后開始下降，天然氣消費的達(dá)峰時間預(yù)計為2035年。清潔能源在2040年前成為主導(dǎo)能源，到2060年，90%以上的能源需求都將由清潔能源來滿足。能源供應(yīng)系統(tǒng)80%的減排量來自電力的清潔化。

六、能源消費以電為中心

電能成為最主要的能源利用形式，全社會用電量持續(xù)增長。2060年全社會用電量將達(dá)到17萬億千瓦時，全社會三分之二的能源消費均為電能，實現(xiàn)能源消費體系向以電為中心的轉(zhuǎn)型。 在終端能源減排中，一半是來自工業(yè)領(lǐng)域的減排貢獻(xiàn)，其余是來自交通和建筑部門電能替代的減排貢獻(xiàn)。同時，碳捕捉利用與封存（包括生物質(zhì)能等負(fù)排放）、森林碳匯等也將起到必要的支撐作用。

七、電力系統(tǒng)零碳路徑

電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型將以構(gòu)建中國能源互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)特高壓電網(wǎng)的大規(guī)模互聯(lián)為關(guān)鍵，2050年前實現(xiàn)電力領(lǐng)域的近零排放。首先，電源裝機(jī)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向清潔低碳。新增電源裝機(jī)主要為清潔能源發(fā)電，預(yù)計2060年我國電源總裝機(jī)將達(dá)到80億千瓦，超過96%的電源裝機(jī)和發(fā)電量均來自清潔能源。其次，電網(wǎng)配置能力大幅提升。中國能源互聯(lián)網(wǎng)方案可以支撐高比例的可再生能源目標(biāo)，電網(wǎng)的配置能力將實現(xiàn)大幅提升，電網(wǎng)配置規(guī)模和范圍擴(kuò)大，建成東部、西部特高壓同步電網(wǎng)，形成“西電東送、北電南供、跨國互聯(lián)”的能源發(fā)展格局。

八、碳中和的關(guān)鍵技術(shù)與重點行動

低碳零碳技術(shù)是實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵。中國能源互聯(lián)網(wǎng)為低碳零碳技術(shù)發(fā)展提供了集成創(chuàng)新平臺。我國應(yīng)當(dāng)發(fā)揮在能源電力領(lǐng)域的優(yōu)勢，重點在清潔替代、電能替代、能源互聯(lián)、能效提升、碳捕捉利用與封存、負(fù)排放與碳匯等六大領(lǐng)域開展關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)攻關(guān)和推廣應(yīng)用，爭取實現(xiàn)重大突破創(chuàng)新，挖掘更大的減排潛力，為實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展和碳中和目標(biāo)提供技術(shù)支撐。

九、碳中和的投資與成本分析

中國能源互聯(lián)網(wǎng)的碳中和方案具有邊際減排成本低、能源系統(tǒng)投資少的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢。第一，減少碳中和成本。建設(shè)中國能源互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)碳中和的全社會邊際減排成本為258元/噸二氧化碳，低于全球1.5℃溫控目標(biāo)的減排方案（約700元/噸二氧化碳）。電網(wǎng)互聯(lián)互通之后，能夠大規(guī)模采用減排成本低的光伏、風(fēng)電等清潔發(fā)電技術(shù)，提升能源系統(tǒng)安全性，有效降低碳減排成本。第二，降低能源系統(tǒng)投資。預(yù)計2020—2060年，我國能源電力系統(tǒng)累計投資將達(dá)到122萬億元，以占GDP不到1.2%的投資實現(xiàn)從以化石能源為主導(dǎo)到以清潔能源為主導(dǎo)的能源體系變革。

十、碳中和的綜合效益

氣候變化既是環(huán)境問題，更是發(fā)展問題。實現(xiàn)碳中和不僅僅是為了應(yīng)對氣候變化，更是為了落實生態(tài)文明，促進(jìn)全球人與自然命運共同體建設(shè)。實現(xiàn)碳中和不僅需要能源系統(tǒng)和電力系統(tǒng)全面深刻的變革，也需要廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)性變革。建成中國能源互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，標(biāo)志著我國全面形成零碳能源體系，邁入可持續(xù)發(fā)展新階段，將對經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源安全、生態(tài)環(huán)境、社會民生等各方面產(chǎn)生巨大的協(xié)同效益。至2060年，我國預(yù)計投資122萬億元，可以實現(xiàn)拉動經(jīng)濟(jì)增長、減少化石能源補貼、創(chuàng)造就業(yè)崗位、避免氣候損失、提高公眾健康水平等協(xié)同效益，累計創(chuàng)造社會福利約1100萬億元，相當(dāng)于通過1元的能源投資獲得9元的社會福祉。

（作者為全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織高級研究員）