基于CIE-CEAM模型的中國工業(yè)“雙碳”路徑模擬

禹 湘，婁 峰，譚 暢

（1. 中國社會科學(xué)院大學(xué)，北京 102488；2. 中國社會科學(xué)院生態(tài)文明研究所，北京 100710；3. 中國社會科學(xué)院數(shù)量經(jīng)濟(jì)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100732；4. 清華大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系，地球系統(tǒng)數(shù)值模擬教育部重點實驗室，清華大學(xué)全球變化研究院，北京 100084）

習(xí)近平在2020 年9 月22 日召開的聯(lián)合國大會上承諾中國“二氧化碳排放力爭于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭取2060 年前實現(xiàn)碳中和?！彪S著美國重返《巴黎協(xié)定》，應(yīng)對氣候變化和努力實現(xiàn)碳中和已成為世界共識和全球大勢。中國作為世界第二大經(jīng)濟(jì)體和第一大碳排放國，適時提出更具雄心的減排目標(biāo)，既為全球綠色低碳發(fā)展做出了表率，也對中國實現(xiàn)應(yīng)對氣候目標(biāo)提出了更高的要求。

工業(yè)是立國之本，強(qiáng)國之基?！笆濉逼陂g中國工業(yè)占全國GDP 的比例為33%［1］。同時，工業(yè)碳排放也是中國碳排放的主要來源之一。中國的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重，工業(yè)能源消費總量一直呈增長趨勢，“十三五”期間，中國工業(yè)能源消費總量占全國能源消費總量約為65%［2］。在快速工業(yè)化進(jìn)程中，中國政府制定了一系列政策與措施，大力提升工業(yè)能效水平，積極構(gòu)建綠色低碳的工業(yè)體系，有效減緩了中國工業(yè)碳排放增長的速度。未來，中國工業(yè)碳達(dá)峰的時間與質(zhì)量在一定程度上決定著中國碳達(dá)峰目標(biāo)能否順利實現(xiàn)，也是確保中國在碳達(dá)峰后順利實現(xiàn)碳中和的重要因素。

目前，有關(guān)中國工業(yè)碳達(dá)峰與碳中和的研究主要集中在實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的時間和路徑。有關(guān)工業(yè)碳達(dá)峰與碳中和時間預(yù)測的研究主要包括：清華大學(xué)牽頭的“中國長期低碳發(fā)展戰(zhàn)略與轉(zhuǎn)型路徑研究”項目組［3］的研究表明：在2 ℃目標(biāo)情景下，與中國工業(yè)化石燃料燃燒相關(guān)的二氧化碳排放約在2025 年達(dá)峰，峰值約為52 億t；在1.5 ℃等更為嚴(yán)苛的氣候目標(biāo)下，則要求中國工業(yè)碳排放在2020年后開始以6%左右的速度迅速下降；到2050年，工業(yè)仍將約有8 億t 二氧化碳排放。Zhang 等［4］構(gòu)建的China-TIMES-MCA 模型預(yù)測結(jié)果表明，到2050 年中國工業(yè)部門與能源相關(guān)的二氧化碳排放量在所設(shè)定的PEAK20、PEAK25、PEAK30 情景（這三種情景分別指在2020、2025、2030年采取有力度的減排措施實現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)后，再進(jìn)一步實現(xiàn)碳中和目標(biāo)的不同情景）下將分別下降到4～17 億t、3～15 億t 和3～11 億t，其中，工業(yè)過程二氧化碳排放相較2020 年將減少72%～91%。張希良等［5］采用中國—全球能源經(jīng)濟(jì)模型（China-in-Global Energy Model，C-GEM）預(yù)測認(rèn)為，工業(yè)部門是減排難度較大的部門，在碳中和情景下到2060 年仍將排放近4 億t 二氧化碳。余碧瑩等［6］采用國家能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)模型（C3IAM/NET）預(yù)測表明，在能源系統(tǒng)大力減排并大規(guī)模部署CCUS的情景中，2020—2060 年期間工業(yè)直接累積的二氧化碳排放約占全國的35%，相比于政策照常情景，工業(yè)的直接二氧化碳減排責(zé)任為29%。Duan 等［7］集合了IMAGE、POLES、REMIND、GCAM、IPAC 等模型的研究認(rèn)為在1.5 ℃目標(biāo)下工業(yè)仍將是中國未來二氧化碳排放最大的貢獻(xiàn)部門，在不同模型預(yù)測下如果不采取額外的減緩政策，2030 年中國工業(yè)二氧化碳排放將占全國能源相關(guān)二氧化碳排放的48.7%～75.2%。上述研究均表明，在中國未來碳達(dá)峰與碳中和發(fā)展路徑上，工業(yè)仍將是最為重要的二氧化碳減排領(lǐng)域之一。

有關(guān)工業(yè)實現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和的路徑研究中，許多研究從能源轉(zhuǎn)型與生產(chǎn)技術(shù)的角度提出了解決方案：丁仲禮［8］認(rèn)為工業(yè)領(lǐng)域要在2030年前完成利用煤＋氫＋電取代煤炭工藝過程的大部分研發(fā)和示范；在2040 年前要全面推廣用煤/石油/天然氣＋氫＋電取代煤炭的工藝過程，并在技術(shù)成熟領(lǐng)域推廣無碳新工藝；2050年前工業(yè)領(lǐng)域的低碳化改造應(yīng)基本完成，力爭到2060 年留出15 億t左右的二氧化碳排放空間，分配給水泥、化工、某些原材料生產(chǎn)和工業(yè)過程等“不得不排放”領(lǐng)域。Duan 等［7］認(rèn)為通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源低碳轉(zhuǎn)型和能源效率提升，中國工業(yè)二氧化碳排放可在2030—2050 年期間下降50%，其中能源效率提升所帶來的能源需求大幅減少對二氧化碳減排貢獻(xiàn)最大，其次則是使用清潔能源替代化石燃料。Jiang 等［9］利用IPAC 模型重點評估了氫能在鋼鐵、化工等工業(yè)領(lǐng)域中的減少二氧化碳排放的潛力，在1.5 ℃目標(biāo)情景下，到2050 年氫基煉鋼在鋼鐵生產(chǎn)中所占比例需達(dá)到49%，氫制甲醇、乙烯、氨等生產(chǎn)技術(shù)在上述主要化工產(chǎn)品生產(chǎn)中所占的比例分別需達(dá)到55%、50%、100%。

已有研究多將工業(yè)視為整體，或關(guān)注某個工業(yè)細(xì)分行業(yè)，例如對鋼鐵［10-14］、建材［15-18］、石化化工［19-20］、有色金屬［21-24］等行業(yè)在碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)導(dǎo)向下的發(fā)展路徑進(jìn)行研究，其研究表明，鋼鐵、建材、石化化工、有色金屬為代表的重點工業(yè)行業(yè)間減排路徑的選擇存在較大異質(zhì)性，例如鋼鐵行業(yè)對煤基煉鋼的高度依賴需要進(jìn)行大規(guī)模的超低碳技術(shù)改進(jìn)，建立以電爐鋼、氫能煉鋼為主的鋼鐵低碳產(chǎn)業(yè)體系［25-27］；建材行業(yè)大量的工業(yè)過程碳排放無法通過低碳能源轉(zhuǎn)型來實現(xiàn)，則需要通過改變原燃料結(jié)構(gòu)的方式深度減排［28-31］；有色金屬行業(yè)則需要積極推動清潔能源替代與提高再生金屬利用率等［32］。

由于工業(yè)各重點行業(yè)之間異質(zhì)性高，增加了工業(yè)碳達(dá)峰與碳中和路徑研究的難度。有關(guān)工業(yè)整體碳減排路徑的研究雖較為豐富，但缺乏對工業(yè)與重點工業(yè)行業(yè)在實現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)導(dǎo)向的聯(lián)動和協(xié)同分析。因此，亟需對中長期中國工業(yè)整體及分行業(yè)的深度二氧化碳減排路徑進(jìn)行研究。為此，文章首先構(gòu)建了中國工業(yè)及重點工業(yè)行業(yè)二氧化碳排放清單，解析工業(yè)及重點工業(yè)行業(yè)碳排放歷史特征與發(fā)展現(xiàn)狀；基于此構(gòu)建了中國工業(yè)經(jīng)濟(jì)-碳排放評估模型（China Industry Economy-Carbon Emission Assessment Model，CIE-CEAM），對不同情景下工業(yè)及重點行業(yè)二氧化碳排放的發(fā)展趨勢和路徑進(jìn)行研究并形成了工業(yè)整體以及與之相對應(yīng)的重點工業(yè)行業(yè)碳達(dá)峰與碳中和發(fā)展路徑。

1 研究數(shù)據(jù)和方法

1.1 工業(yè)碳排放的數(shù)據(jù)核算

1.1.1 工業(yè)碳排放核算范圍

文章所采用的工業(yè)二氧化碳核算范圍為范圍一，即化石燃料燃燒產(chǎn)生二氧化碳排放與工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生二氧化碳排放。根據(jù)《國民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類》（GB/T 4754-2017）分類，工業(yè)行業(yè)包括采礦業(yè)、制造業(yè)和電力、熱力、燃?xì)饧八a(chǎn)和供應(yīng)業(yè)共3個門類，但在該研究中不討論電熱能源供應(yīng)部門，因此該研究中工業(yè)包括采礦業(yè)與制造業(yè)兩類，即從第06 類（煤炭開采和洗選業(yè)）至第43 類（金屬制品、機(jī)械和設(shè)備修理業(yè)），共38個大類。工業(yè)重點行業(yè)包括四個主要行業(yè)：黑色金屬冶煉和壓延加工業(yè)（以下簡稱鋼鐵行業(yè)）；非金屬礦物制品業(yè)（以下簡稱建材行業(yè)）；石油、煤炭及其他燃料加工業(yè)和化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)（以下簡稱石化化工行業(yè)）與有色金屬冶煉和壓延加工業(yè)（以下簡稱有色金屬行業(yè)）。

1.1.2 工業(yè)碳排放核算方法

工業(yè)化石燃料燃燒產(chǎn)生二氧化碳排放的計算公式為：

其中：CEij是工業(yè)部門j所消耗能源品種i所產(chǎn)生的二氧化碳排放，共包括了38 個工業(yè)行業(yè)和17 種化石燃料燃燒所產(chǎn)生的二氧化碳排放；ADij為化石燃料的消費量，數(shù)據(jù)來自《中國能源統(tǒng)計年鑒》；NCVi為燃料熱值，為單位物理量燃料i 在氧氣中充分燃燒所產(chǎn)生的熱量；CCi為含碳量，即化石燃料i 每單位熱值所產(chǎn)生的二氧化碳排放量；Oij是化石燃料i在工業(yè)部門j燃燒時的氧化率。

工業(yè)生產(chǎn)過程二氧化碳排放是指原材料在工業(yè)生產(chǎn)過程中除燃料燃燒之外的物理或化學(xué)變化造成的二氧化碳排放，等于各工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量乘以該產(chǎn)品工業(yè)過程排放因子，如式（2）。

其中：ADt為工業(yè)產(chǎn)品t的產(chǎn)量，作者計算了19種工業(yè)品生產(chǎn)過程的二氧化碳排放，包括：鋼材、水泥熟料、石灰、平板玻璃、甲醇、合成氨、煉油、煤制油、煤制氣、乙烯、電石、燒堿、煤制乙二醇、輪胎、石化化工其他、鋁、鉛、鋅、鎂。各工業(yè)主要產(chǎn)品產(chǎn)量數(shù)據(jù)來自《中國統(tǒng)計年鑒》《中國工業(yè)統(tǒng)計年鑒》以及行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計。EFt為工業(yè)產(chǎn)品t的工業(yè)過程排放因子，石灰和電石的排放因子來自《省級溫室氣體清單編制指南》，水泥、平板玻璃、鋁、鉛、鋅、鎂來自于《2006 年IPCC 國家溫室氣體清單指南》，其余過程排放因子源自行業(yè)調(diào)研。

1.2 中國工業(yè)經(jīng)濟(jì)-碳排放評估模型

中國工業(yè)經(jīng)濟(jì)-碳排放評估模型采用了自上而下與自下而上相結(jié)合的方式，既對減排目標(biāo)下工業(yè)及重點行業(yè)未來宏觀發(fā)展趨勢進(jìn)行研判，又對各行業(yè)的技術(shù)路徑及其對碳排放的影響進(jìn)行分析。該研究以實現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)發(fā)展與綠色低碳轉(zhuǎn)型兩個主要目標(biāo)為約束，通過設(shè)定不同情景和工業(yè)各行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)路徑，將宏觀經(jīng)濟(jì)模塊、工業(yè)技術(shù)路徑模塊、碳排放模塊進(jìn)行反復(fù)迭代，最終形成在不同的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與二氧化碳排放約束目標(biāo)下，工業(yè)及重點行業(yè)的碳排放路徑。模型框架如圖1所示。

圖1 中國工業(yè)經(jīng)濟(jì)-碳排放評估模型框架

CIE-CEAM 中自上而下的宏觀經(jīng)濟(jì)模塊主要基于已經(jīng)運行30多年的由中國社會科學(xué)院開發(fā)的中國宏觀經(jīng)濟(jì)年度模型［33-35］，該宏觀經(jīng)濟(jì)模塊結(jié)合近十多年國際涌現(xiàn)出的新理論、新技術(shù)：如非線性協(xié)整技術(shù)、門檻理論、誤差修正技術(shù)等對原年度模型進(jìn)行修改、更新和擴(kuò)充。細(xì)化人口模塊，加強(qiáng)金融模塊，從而進(jìn)行中國經(jīng)濟(jì)主要經(jīng)濟(jì)變量預(yù)測。綜合考慮生產(chǎn)、消費、收入、價格、投資、金融、貿(mào)易、財政、人口等經(jīng)濟(jì)變量間的相互聯(lián)系，可測算不同情景下未來中長期全行業(yè)和各分行業(yè)的經(jīng)濟(jì)增速。自上而下的宏觀經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)模型由186個方程，201個變量組成。

該模型的技術(shù)路徑模塊中，充分考慮了重點工業(yè)行業(yè)在不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展與二氧化碳減排目標(biāo)下可采用的技術(shù)路線，從技術(shù)的可行性、成熟度、減排潛力、成本-收益等方面設(shè)定技術(shù)參數(shù)。技術(shù)路徑模塊深度耦合了自上而下的宏觀經(jīng)濟(jì)模塊，以確保宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展對各行業(yè)提供產(chǎn)品的需求得到滿足；依據(jù)宏觀經(jīng)濟(jì)對重點工業(yè)行業(yè)的需求與發(fā)展的影響，設(shè)定了各行業(yè)滿足社會經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運行需求的生產(chǎn)技術(shù)細(xì)節(jié)。該模型的碳排放模塊中，根據(jù)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求結(jié)合技術(shù)模塊，計算未來各行業(yè)化石燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)過程的碳排放，從而預(yù)測中長期內(nèi)各行業(yè)的碳排放量。

1.2.1 外生變量設(shè)定

CIE-CEAM 中的宏觀經(jīng)濟(jì)模塊屬于非線性聯(lián)立方程模型系統(tǒng)，該模型的主要外生變量包括：人口增長率、城鎮(zhèn)化率、財政性教育經(jīng)費占GDP的比率、研究與試驗發(fā)展（R&D）經(jīng)費投入強(qiáng)度、外商直接投資增長率、匯率六個外生變量，這些外生變量設(shè)定如下：

（1）人口增長率：人口數(shù)量及其結(jié)構(gòu)是反映一個國家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源分配、社會保障等方面的重要指標(biāo)。文章在中國歷年育齡婦女生育率、各年齡段人口死亡率、新生兒性別比等統(tǒng)計數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上［1］，假設(shè)各參數(shù)繼續(xù)遵循其歷史變化趨勢，“十四五”期間人口達(dá)到相對高峰；“十五五”、2030—2040、2041—2050、2051—2060 期間，中國人口增長率分別為-0.077%、-0.187%、-0.356%和-0.511%。2030 年和2060 年中國人口分別為：14.25億和12.83億。

（2）城鎮(zhèn)化率：改革開放以來，中國城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化率由1978 年的17.92% 提高到2020 年的63.89%［1］，提高了45.97 個百分點，年均增加1.09 個百分點，結(jié)合中國“十四五”規(guī)劃以及中國城鎮(zhèn)化發(fā)展現(xiàn)狀，并借鑒國外相關(guān)發(fā)達(dá)國家的城鎮(zhèn)化進(jìn)程發(fā)展的基本規(guī)律，在基準(zhǔn)情景中，假定“十四五”期間城鎮(zhèn)化率每年提高0.4 個百分點，“十五五”時期每年提高0.2 個百分點；2030—2040、2041—2050 和2051—2060 年，中國城鎮(zhèn)化率每年分別提高0.15、0.1 和0.05 個百分點；2030、2040、2050 和2060 年中國城鎮(zhèn)化率分別為67.3%、68.8%、69.8%和70.3%。

（3）財政性教育經(jīng)費占GDP 的比率：改革開放以來，中國財政性教育經(jīng)費在GDP中占比呈現(xiàn)先減少后增加的變化趨勢，自1996年以后，隨著國家大力加強(qiáng)了教育支持力度，財政性教育經(jīng)費在GDP 中的占比開始穩(wěn)步上升［1］，考慮財政性教育經(jīng)費在GDP中占比的歷史變化規(guī)律，文章在基準(zhǔn)情景中假定“十四五”“十五五”、2030—2040 期間，2041—2050期間中國的財政性教育經(jīng)費在GDP中占比小幅穩(wěn)步提高，分別為4.1%、4.2%、4.3%、4.4%；2051—2060期間這一比例維持在4.4%，與國際發(fā)達(dá)國家基本一致。

（4）研究與開發(fā)經(jīng)費投入強(qiáng)度：1980—2020 年研究與開發(fā)（R&D）經(jīng)費投入強(qiáng)度有兩個高峰時期［1］，這里假定基準(zhǔn)情景在“十四五”“十五五”時期中國研究與開發(fā)（R&D）經(jīng)費投入強(qiáng)度年均提高0.1 個百分點，2030—2040、2041—2050 和2051—2060 期間年均分別提高0.05、0.025和0.01個百分點。

（5）外商直接投資增長率：自改革開放以來，中國的外商直接投資保持高速增長，綜合考慮未來世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢，以及中國的制造業(yè)成本持續(xù)上升等因素，基準(zhǔn)情景假定“十四五”至“十五五”期間，外商直接投資增長率年均增長3.0%；2030—2040、2041—2050 和2051—2060 期間外商直接投資年均增長率分別為1.5%、1%和0.5%。

（6）匯率：自改革開放以來，中國國際貿(mào)易持續(xù)快速增長。綜合考慮到中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展前景、中美貿(mào)易摩擦、中國出口增長空間、中國生產(chǎn)勞動成本等因素，以及中國匯率政策和基本原則，基準(zhǔn)情景是人民幣保持基本穩(wěn)定，穩(wěn)定于在現(xiàn)有匯率水平，并假設(shè)“十四五”至“十五五”期間中國匯率基本穩(wěn)定，然后小幅升值，2030—2040、2041—2050 和2051—2060 期間中國匯率年均升值率分別為1.0%、1.5%和2%；2060 年美元兌人民幣匯率升值率達(dá)到4.2%左右。

1.2.2 情景設(shè)定

根據(jù)經(jīng)濟(jì)增長規(guī)律，結(jié)合《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》等國家重大政策，參考過去中國經(jīng)濟(jì)與二氧化碳排放的歷史特征，該研究共設(shè)定三種經(jīng)濟(jì)發(fā)展與二氧化碳排放情景。分別為：情景一，按照歷史趨勢慣性發(fā)展所設(shè)定的基準(zhǔn)情景；情景二，按照2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要中所設(shè)定制造業(yè)比重占GDP的比重保持不變，2035年順利實現(xiàn)中國人均國內(nèi)生產(chǎn)總值達(dá)到中等發(fā)達(dá)國家水平的遠(yuǎn)景目標(biāo)，且2030年之前實現(xiàn)碳達(dá)峰的碳達(dá)峰目標(biāo)約束情景；情景三，實現(xiàn)中國2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)的同時在2030 年之前實現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標(biāo)約束情景。

2 研究結(jié)果分析

CIE-CEAM 從供給側(cè)角度，依據(jù)未來中國人口、就業(yè)、投資等經(jīng)濟(jì)變量，通過分行業(yè)的經(jīng)濟(jì)增長生產(chǎn)函數(shù)可測算出未來中長期全行業(yè)和各分行業(yè)的經(jīng)濟(jì)增速。根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)對工業(yè)各行業(yè)提供服務(wù)的需求，以及工業(yè)各行業(yè)不同低碳發(fā)展目標(biāo)下所采取的減排措施與能源結(jié)構(gòu)等轉(zhuǎn)變，可預(yù)測在不同社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和低碳發(fā)展目標(biāo)下工業(yè)的二氧化碳排放量。

2.1 經(jīng)濟(jì)增長率預(yù)測結(jié)果

根據(jù)宏觀經(jīng)濟(jì)增長機(jī)制，在基準(zhǔn)情景下，中國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新步伐相對較緩。主要依靠要素驅(qū)動實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長，“十四五”和“十五五”期間GDP年均增長率可保持約5.5%，隨后逐漸放緩。2030—2040、2041—2050 及2051—2060 年期間年均經(jīng)濟(jì)增速分別約為4.2%、3.1%、2.4%。

在碳達(dá)峰目標(biāo)約束情景中，預(yù)計中國將在“十四五”和“十五五”時期GDP 保持年均約5.1%的增長率，2035年順利實現(xiàn)中國人均國內(nèi)生產(chǎn)總值達(dá)到中等發(fā)達(dá)國家水平的遠(yuǎn)景目標(biāo)。2030—2040、2041—2050 及2051—2060年期間年均經(jīng)濟(jì)增速分別約為4.1%、2.9%、2.2%。

在“雙碳”目標(biāo)約束情景中，以推動高質(zhì)量發(fā)展，深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革為主線，以創(chuàng)新為根本動力，穩(wěn)步推進(jìn)綠色城鎮(zhèn)化，加大對低碳技術(shù)研發(fā)與設(shè)備更新投資，在保證經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)增長、實現(xiàn)中國2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)的同時，以碳中和目標(biāo)倒逼全行業(yè)各部門實現(xiàn)深度減排，最終實現(xiàn)全國碳中和目標(biāo)。在“雙碳”目標(biāo)約束情景下，預(yù)計中國將在“十四五”至“十五五”時期GDP 保持年均約4.7%的增長率；2030—2040、2041—2050 以及2051—2060 年年均經(jīng)濟(jì)增速分別約為4.0%、2.6%、1.9%各情景下GDP 增長情況如圖2所示。

圖2 不同情景下中國GDP增長情況

2.2 工業(yè)碳排放量預(yù)測結(jié)果

基于對工業(yè)及各行業(yè)發(fā)展的判斷，根據(jù)不同的情景預(yù)測，參照碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)約束下社會對各行業(yè)的產(chǎn)品需求，結(jié)合重大工業(yè)低碳技術(shù)變革，包括能源結(jié)構(gòu)、原料結(jié)構(gòu)，以及各項減排措施的應(yīng)用，預(yù)測各主要工業(yè)行業(yè)不同情景下的二氧化碳排放量，得到如圖3所示的不同情景下中國工業(yè)行業(yè)以及四個重點工業(yè)行業(yè)的二氧化碳中排放的長期趨勢。

圖3 不同情景下全國及工業(yè)二氧化碳排放量發(fā)展趨勢

在按照歷史趨勢慣性發(fā)展的基準(zhǔn)情景下，全社會二氧化碳排放量從“十五五”期間進(jìn)入二氧化碳排放的高位平臺波動期，然后開始穩(wěn)步下降。在此情景下，工業(yè)二氧化碳排放可在“十五五”末期達(dá)峰，峰值相比2020 年水平將上升約5.9 億t。重點工業(yè)行業(yè)的二氧化碳峰值相比2020年水平增幅約3.9億t。工業(yè)行業(yè)二氧化碳排放達(dá)峰后將經(jīng)歷緩慢下降的平臺期后以平均3.0%左右的速率下降，約在2060年降至二氧化碳峰值水平40%左右。

在碳達(dá)峰目標(biāo)約束情景中，通過提升重點工業(yè)行業(yè)能源利用效率，改善生產(chǎn)的能源結(jié)構(gòu)與原料結(jié)構(gòu)，積極促進(jìn)重點工業(yè)行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型，與基準(zhǔn)情景相比，工業(yè)二氧化碳排放可在“十五五”中后期達(dá)峰，峰值相對2020 年水平上升約4.3 億t，其中，重點工業(yè)行業(yè)碳排放上升約2.9 億t。在碳達(dá)峰目標(biāo)約束情景中，工業(yè)碳達(dá)峰后將以年均3.8%的速度下降，到2060 年，工業(yè)行業(yè)碳排放約下降至峰值水平的30%。

在“雙碳”目標(biāo)約束情景下，以重點工業(yè)行業(yè)將實現(xiàn)更早的達(dá)峰、更低的峰值以及更快速率的降碳。在此情景中，預(yù)計工業(yè)行業(yè)二氧化碳排放在“十五五”前期達(dá)峰，工業(yè)二氧化碳峰值相比2020 年水平增長約2.9 億t，其中重點工業(yè)行業(yè)增長約2.1億t。工業(yè)碳排放達(dá)峰后年均下降速率將達(dá)5.0%，到2060年工業(yè)行業(yè)面向碳中和目標(biāo)實現(xiàn)深度減排，碳排放約下降至峰值水平的20%。

3 工業(yè)碳達(dá)峰和碳中和的路徑分析

3.1 工業(yè)整體的碳達(dá)峰和碳中和路徑分析

從基準(zhǔn)情景分析結(jié)果來看，自然技術(shù)進(jìn)步所帶來的二氧化碳減排量無法抵消由于經(jīng)濟(jì)增長與能源消費所帶來的二氧化碳排放量。為更高質(zhì)量實現(xiàn)全國碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)，工業(yè)需要進(jìn)一步推動工業(yè)用能效率的提升，淘汰低附加值產(chǎn)業(yè)，遏制“兩高”（高耗能、高排放）產(chǎn)業(yè)盲目發(fā)展，加快工業(yè)各行業(yè)向高附加值及綠色低碳生產(chǎn)轉(zhuǎn)型。從碳達(dá)峰目標(biāo)約束情景的分析結(jié)果來看，國民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步優(yōu)化，通過大力推進(jìn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，加強(qiáng)鋼鐵、建材、石化化工、有色金屬等重點行業(yè)的低碳技術(shù)的應(yīng)用推廣，相比基準(zhǔn)情景，工業(yè)二氧化碳排放總量實現(xiàn)大幅下降。然而，由于部分行業(yè)尚未實現(xiàn)深度減排，因此在碳達(dá)峰目標(biāo)約束情景下，2060 年全國工業(yè)碳排放總量仍需要15 億t 左右的碳排放空間，中國實現(xiàn)2030 年前碳達(dá)峰以及2060 年前碳中和的目標(biāo)面臨著較大挑戰(zhàn)，工業(yè)行業(yè)需要實現(xiàn)更加深度的脫碳才能達(dá)到與碳中和目標(biāo)一致的排放路徑。

為使工業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，同時實現(xiàn)2030 年前碳達(dá)峰，進(jìn)而使得全國2060年前實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)順利實現(xiàn)，中國工業(yè)需要持續(xù)不斷推動低碳技術(shù)創(chuàng)新，推動傳統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)備的更新，在保證生產(chǎn)安全、經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的同時，以碳中和目標(biāo)倒逼工業(yè)行業(yè)實現(xiàn)深度減排。通過不斷提高工業(yè)行業(yè)清潔電力比重，推動碳捕集利用與封存、綠氫燃料替代等創(chuàng)新型低碳技術(shù)的推廣與應(yīng)用，那么在“雙碳”目標(biāo)約束情景中，中國工業(yè)能夠在碳達(dá)峰后加快減排，以年均5.0%的速率實現(xiàn)排放總量的不斷下降，并在2050—2060 年期間通過加大負(fù)碳技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步貢獻(xiàn)碳中和目標(biāo)。

3.2 工業(yè)分行業(yè)的碳達(dá)峰碳中和的路徑分析

工業(yè)要實現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和，鋼鐵、建材、石化化工、有色金屬為代表的重點工業(yè)行業(yè)的減排路徑尤為關(guān)鍵。從碳達(dá)峰目標(biāo)約束情景的分析結(jié)果來看，“十四五”期間部分重點工業(yè)行業(yè)產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到或接近達(dá)到峰值，隨著遏制“兩高”（高耗能、高排放）項目的政策實施和節(jié)能降碳技術(shù)的推廣應(yīng)用，各重點工業(yè)行業(yè)有望在“十五五”期間達(dá)峰，但由于各重點行業(yè)的生產(chǎn)產(chǎn)量、工藝流程具有顯著差異，需積極穩(wěn)妥推進(jìn)行業(yè)梯次達(dá)峰，從而帶動工業(yè)整體達(dá)峰。在碳達(dá)峰目標(biāo)約束情景下，鋼鐵行業(yè)作為二氧化碳排放量最大的工業(yè)行業(yè)，將在工業(yè)碳達(dá)峰中起到重要的作用。以長流程轉(zhuǎn)短流程為代表的冶金工藝的流程轉(zhuǎn)變與終端電氣化比例提升是鋼鐵行業(yè)短期與中期重要的二氧化碳減排手段，隨著未來中國鋼鐵儲量的持續(xù)上升，廢鋼回收利用率的不斷提高，2030年中國基于廢鋼的電弧爐鋼鐵冶煉占比約提升至20%～25%。建材行業(yè)工業(yè)過程排放較高，通過電石渣、硅鈣渣、鋼渣等工業(yè)固廢代替石灰石生產(chǎn)熟料將大幅減少工業(yè)過程排放，有力推動建材行業(yè)的碳達(dá)峰。石化化工行業(yè)中，隨著一批年產(chǎn)量千萬噸級的煉化項目逐漸落成，預(yù)計“十四五”和“十五五”時期中國石化產(chǎn)業(yè)還會有一定規(guī)模的擴(kuò)張，因而行業(yè)整體達(dá)峰時間將略晚于鋼鐵、建材行業(yè)，未來需要繼續(xù)調(diào)整原料結(jié)構(gòu)，控制新增原料用煤，拓展富氫原料來源，推動原料輕質(zhì)化。有色金屬行業(yè)中，需大力推動節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新，推廣鋁用高質(zhì)量陽極技術(shù)等綠色工藝，同時提高銅、鉛、鋅等行業(yè)的能源效率，突破冶煉余熱回收等節(jié)能技術(shù)。

在“雙碳”目標(biāo)約束情景中，各行業(yè)在實現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)后，還需推動突破性、創(chuàng)新型生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，以實現(xiàn)以碳中和目標(biāo)為導(dǎo)向的深度減排。在該情景中，碳捕集利用與封存技術(shù)（CCUS）將成為重要的負(fù)排技術(shù)。鋼鐵行業(yè)中煤基高爐煉鋼技術(shù)需通過碳捕集來減排；石化行業(yè)應(yīng)用CCUS技術(shù)具有先發(fā)優(yōu)勢和豐富經(jīng)驗，未來在石化行業(yè)推廣CCUS技術(shù)減排具有很大的潛力。除CCUS技術(shù)的應(yīng)用外，各行業(yè)需要進(jìn)一步探索碳中和為導(dǎo)向的技術(shù)路徑，通過綠氫、綠電等能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型降低行業(yè)碳強(qiáng)度。鋼鐵行業(yè)需要進(jìn)一步通過推進(jìn)以綠氫煉鋼為代表的重大突破性生產(chǎn)技術(shù)，實現(xiàn)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的凈零碳排放。有色金屬行業(yè)需提高生產(chǎn)過程的智能化管理水平，在符合生態(tài)承載力的前提下，鼓勵有色金屬行業(yè)產(chǎn)能向可再生電力富集地區(qū)轉(zhuǎn)移。

4 結(jié)論和建議

應(yīng)綜合考慮不同工業(yè)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、碳減排特點、行業(yè)需求等因素，以及工業(yè)碳減排的重點領(lǐng)域、主要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵問題，形成行業(yè)梯次達(dá)峰，有序帶動工業(yè)整體達(dá)峰的新格局，最終實現(xiàn)中國碳達(dá)峰與碳中和的目標(biāo)。

根據(jù)模型評估的結(jié)果，能源效率提升仍是實現(xiàn)工業(yè)碳達(dá)峰的重要貢獻(xiàn)因素之一，未來還應(yīng)以高耗能行業(yè)為重點進(jìn)一步挖掘節(jié)能潛力，持續(xù)提升重點用能設(shè)備的能效，推動節(jié)能管理精細(xì)化。加快優(yōu)化工業(yè)用能結(jié)構(gòu)也是推動工業(yè)實現(xiàn)碳達(dá)峰的重要舉措，其中，減少工業(yè)領(lǐng)域的煤炭消費，不斷提升非化石能源在工業(yè)能源消費中的比重，提升工業(yè)電氣化水平是主要的碳減排路徑。如鋼鐵行業(yè)需推動從煤基煉鋼向低碳電力、綠色氫基煉鋼的轉(zhuǎn)型；水泥行業(yè)可推動碳密集度低的燃料替代；有色金屬行業(yè)可通過產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移至新能源富集地區(qū)來進(jìn)一步提高可再生能源利用比例。

技術(shù)降碳是各行業(yè)實現(xiàn)碳達(dá)峰，特別是碳中和目標(biāo)的原動力，還需加大對碳減排共性與關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)、示范與推廣。目前，依靠傳統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)二氧化碳減排的空間正在逐漸縮小，改變工藝生產(chǎn)流程的突破性低碳技術(shù)革新將是大幅降低二氧化碳排放的關(guān)鍵，需加快建立起產(chǎn)學(xué)研協(xié)作、上下游協(xié)同的低碳、零碳、負(fù)碳的技術(shù)創(chuàng)新體系。

同時，還需要健全完善有利于構(gòu)建工業(yè)綠色低碳發(fā)展的政策體系，充分發(fā)揮綠色投融資在工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中的激勵作用，激發(fā)工業(yè)企業(yè)內(nèi)在的碳減排積極性和創(chuàng)造性，通過政策體系與市場機(jī)制的充分結(jié)合，全方位、全領(lǐng)域、多維度推動工業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量碳達(dá)峰與碳中和。