碳達(dá)峰碳中和路徑優(yōu)化方法研究

何嘉欣

（廣州欣達(dá)環(huán)保科技有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

我國力爭于2030 年、2060 年實現(xiàn)碳達(dá)峰及碳中和目標(biāo)。而廣東省作為我國制造業(yè)大省，是我國第一批低碳試點的省份，在落實雙碳目標(biāo)中，廣東省面臨較大挑戰(zhàn)，但通過氣候變化應(yīng)對工作的開展，全省已擁有碳達(dá)峰的條件。本文以廣東省為例，對碳達(dá)峰碳中和路徑優(yōu)化方法展開分析。

1 廣東省碳排放情況

廣東省作為我國經(jīng)濟(jì)大省與制造大省，在落實雙碳目標(biāo)時面臨較大挑戰(zhàn)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，廣東省石化能源消費(fèi)量在總能源消費(fèi)中占比超過70%，這說明全省以化石能源為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)尚未改變。

根據(jù)2011—2020 年廣東省統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，在廣東經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，能源消費(fèi)總量標(biāo)準(zhǔn)煤噸數(shù)呈現(xiàn)上漲趨勢，從2.55 億t 增長至3.41 億t，同時二氧化碳排放量也處于增長狀態(tài)，由4.78 億t 上升至5.56 億t，具體如圖1所示，因此可知，廣東省能源消費(fèi)總量與碳排放量均在持續(xù)上漲中，特別是第二產(chǎn)業(yè)。通過分析我國碳核算數(shù)據(jù)庫，廣東省碳排放量較高的行業(yè)有電力蒸汽熱水生產(chǎn)供應(yīng)業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)以及黑色金屬冶煉加工業(yè)等，具體如圖2 所示。

圖1 2010—2019 年廣東省能源消費(fèi)與碳排放總量

圖2 廣東省碳排放量較高行業(yè)

從碳排放強(qiáng)度指標(biāo)上看，廣東省2010—2020 年這十年期間的碳排放強(qiáng)度有所降低，總計下降44%左右，以出色的成績完成我國有關(guān)節(jié)能減排的目標(biāo)。但在廣東省經(jīng)濟(jì)發(fā)展中可能出現(xiàn)碳排放強(qiáng)度下降難度越來越大的問題[1]。

廣東省作為我國第一批低碳試點的地區(qū)，通過氣候變化應(yīng)對工作的開展已擁有碳達(dá)峰的條件：①廣東省經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，全省2020 年GDP 為1.28 萬美元，第三產(chǎn)業(yè)占比超過55%，而且常住人口城鎮(zhèn)化率達(dá)到74%，于是初步形成以現(xiàn)代制造業(yè)與服務(wù)業(yè)為主和以新興產(chǎn)業(yè)為先導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，并且與國外碳達(dá)峰時經(jīng)濟(jì)水平相接近。②廣東省能源結(jié)構(gòu)在不斷優(yōu)化中，到2020 年為止，全省清潔能源比例顯著提升，新能源發(fā)電裝機(jī)規(guī)模超過6000 萬kW。③碳交易市場在穩(wěn)步發(fā)展中，機(jī)制建設(shè)取得良好成果，全省2020 年在碳排放管理與交易市場中納入200 余家控排企業(yè)，碳排放額共計1.72 億t，全省節(jié)能減排意識大幅提升，各企業(yè)陸續(xù)推動節(jié)能減排技術(shù)革新。

2 碳達(dá)峰碳中和路徑優(yōu)化方案探討

2.1 模型構(gòu)建

本文應(yīng)用氣候變化綜合評估模型中的能源技術(shù)模型（C3IAM/NET）展開研究。現(xiàn)階段C3IAM/NET 模型中涵蓋一次能源供應(yīng)、電力、化工、水泥、農(nóng)業(yè)、鋼鐵等20個行業(yè)的重點技術(shù)，總計達(dá)800 余類。由于社會消費(fèi)需求、技術(shù)效率、資源供給影響著能源需求，所以模型首先對社會經(jīng)濟(jì)動態(tài)變化進(jìn)行綜合考慮，其中包括經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)升級、城鎮(zhèn)化與老齡化加速等，進(jìn)而預(yù)測各終端用能行業(yè)產(chǎn)品與服務(wù)，并以需求為限制對重點技術(shù)成本展開動態(tài)變化分析，針對終端用能行業(yè)分別構(gòu)建技術(shù)優(yōu)化模型，以此對各行業(yè)實現(xiàn)服務(wù)供給目標(biāo)的技術(shù)動態(tài)路徑和碳排放變化過程進(jìn)行模擬，集成終端用能行業(yè)對一次、二次能源的應(yīng)用函數(shù)構(gòu)建終端行業(yè)能源需求及其加工轉(zhuǎn)換行業(yè)的平衡聯(lián)系，從而優(yōu)化能源加工轉(zhuǎn)換行業(yè)技術(shù)布局，最終在統(tǒng)一模型框架中納入以上內(nèi)容，實現(xiàn)能源加工轉(zhuǎn)換及使用到回收治理全過程及行業(yè)生產(chǎn)服務(wù)全鏈條的耦合，從而形成C3IAM/NET 模型。這一模型輸出結(jié)果包括多方面，其中涵蓋技術(shù)成本與布局、二氧化碳排放、一次能源與二次能源需求等內(nèi)容。模型框架具體如圖3 所示[2]。

圖3 碳排放交易體系框架

2.2 情景設(shè)計

本文基于碳達(dá)峰碳中和路徑的不確定性特點對情境展開設(shè)計。在碳達(dá)峰碳中和情景設(shè)計中，以2020～2060 年間為主要的測量目標(biāo)時間。由于碳達(dá)峰碳中和情況會發(fā)生比較復(fù)雜的變化，因此針對相關(guān)情況進(jìn)行情景設(shè)計。在設(shè)計過程中需要最先針對情境中相關(guān)的需求情況進(jìn)行全面建立，一般情況下可針對碳達(dá)峰與碳中和情況設(shè)置高、中、低三種不同需求的情景。其中第一種情景設(shè)計按照時間節(jié)點，在2060 年時整體碳的可用量達(dá)到最低，整體碳能源使用比較緊張。為保證碳使用的合理性以及科學(xué)性，將重心放在節(jié)能減排方面，降低在生產(chǎn)過程中的排放量，進(jìn)而保障煤炭能源使用的安全性以及促進(jìn)碳使用發(fā)展。由于碳使用過程中的比例并不相同，因此需要針對相應(yīng)的碳匯情況進(jìn)行分析，其中涉及煤炭生產(chǎn)的碳能源在使用過程中比例升降的情況，需要使用不同平臺期作為第一種情景中的分情景來判斷。第二種情景是在2060 年時，整體的碳匯用量處于中間范圍內(nèi)，在該種情景中整體碳達(dá)峰碳中和情況處于轉(zhuǎn)型的中間階段，整體并無明顯特點。第三情景是在2060 年中，碳匯用量達(dá)到最高，說明當(dāng)時的整體能源轉(zhuǎn)型情況是不同的，并且整體能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型速度相對較慢。為能在預(yù)計時間內(nèi)實現(xiàn)碳中和目標(biāo)，需要能源系統(tǒng)針對低碳使用計劃以及能源轉(zhuǎn)型情況進(jìn)行全面優(yōu)化，使其能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)路徑中的節(jié)能減排，促進(jìn)整體能源系統(tǒng)使用轉(zhuǎn)型[3]。

3 碳達(dá)峰路徑優(yōu)化建議

3.1 引用先進(jìn)技術(shù)，提高能源利用率

為降低廣東省碳排放量和落實碳達(dá)峰目標(biāo)，提升能源利用技術(shù)水平是其根本手段。通過應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)實現(xiàn)對能源的有效利用，比如針對能耗較高的水泥行業(yè)加快技術(shù)革新，逐步更換改造落后的生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)技術(shù)，使用先進(jìn)技術(shù)挖掘廣東省能耗較高企業(yè)的減排潛力，以此減少碳排放量。此外廣東省作為第一經(jīng)濟(jì)大省，全年用電量居高不下，在保證廣東省日常生活和生產(chǎn)的基礎(chǔ)上要提高煤炭能源的利用效率，借鑒并且引進(jìn)發(fā)達(dá)國家可提升能源效率的前沿技術(shù)，以減少能源消耗及降低碳排放。

3.2 優(yōu)化消費(fèi)結(jié)構(gòu)，推廣可再生能源

我國提出將于2030 年實現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)，為了積極響應(yīng)這一號召，廣東省要對煤炭消費(fèi)比重進(jìn)行嚴(yán)格控制，開展綠媒、節(jié)煤、替代煤等工作，同時轉(zhuǎn)變能源消費(fèi)理念，堅持先立后破，促進(jìn)廣東省綜合能源體系轉(zhuǎn)型升級，以能源消費(fèi)與能源強(qiáng)度為入手點，加大綠色新能源開發(fā)力度、勘查力度以及投資力度，推動水、風(fēng)、氫能等高效利用技術(shù)革新。針對廣東省非化石能源落實優(yōu)先發(fā)展，增強(qiáng)碳循環(huán)效率，拓展再生能源使用范圍，減少廣東省經(jīng)濟(jì)發(fā)展對化石能源的依賴性。廣東省2022 年發(fā)布的《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念，推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和工作的實施意見》指出，全省非化石能源裝機(jī)比重為45%左右，尚需調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，同時要求全省非化石能源裝機(jī)比重于2025 年達(dá)到48%，于2030年達(dá)到54%。而這一過程需要政府與市場合作，增強(qiáng)能源綜合使用效率。從政府層面來看要大力推廣可再生能源，利用法律手段保護(hù)能源研發(fā)機(jī)構(gòu)產(chǎn)權(quán)，并加大對清潔能源項目的投資力度，引進(jìn)能源專業(yè)人才以保障廣東省能源結(jié)構(gòu)調(diào)整工作的開展。此外廣東省要推動清潔能源體系建設(shè)，減小煤炭在能源消費(fèi)中的占比，盡可能應(yīng)用低碳且發(fā)熱高的天然氣。同時廣東省還要結(jié)合省內(nèi)自然資源情況，推廣再生能源，比如推進(jìn)光伏發(fā)電建設(shè)項目、生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)建設(shè)項目等，以此助力低碳能源結(jié)構(gòu)調(diào)整[4]。

4 碳中和路徑優(yōu)化建議

4.1 完善產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展

廣東省政府要結(jié)合國家雙碳目標(biāo)規(guī)劃，探究省內(nèi)高碳排放行業(yè)降低碳達(dá)峰的方案計劃，明確省內(nèi)這些行業(yè)的碳達(dá)峰時間與對應(yīng)排放量。促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展是廣東省可持續(xù)發(fā)展的路徑，但在這一路徑實施中政府要平衡經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源消耗、環(huán)境保護(hù)三者的關(guān)系。①要大力發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)，提倡產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型，推動生產(chǎn)性產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展，增強(qiáng)發(fā)展品質(zhì)，形成綠色產(chǎn)業(yè)模式，同時促進(jìn)生活性產(chǎn)業(yè)進(jìn)步，并結(jié)合省內(nèi)資源與科研優(yōu)勢，有效融合生物經(jīng)濟(jì)與數(shù)字經(jīng)濟(jì)。②提高農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展質(zhì)量，實現(xiàn)綠色低碳化農(nóng)產(chǎn)品，發(fā)展生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，以支撐現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展。我國雙碳目標(biāo)的提出，使得高碳排放產(chǎn)業(yè)明顯不適合現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。所以廣東省要推廣清潔能源的應(yīng)用來實現(xiàn)環(huán)境清潔化，通過引入高端產(chǎn)業(yè)降低經(jīng)濟(jì)增長與碳排放的關(guān)聯(lián)性[5]。

4.2 開展盤查核查，明確行業(yè)碳排放量

實現(xiàn)碳達(dá)峰和實施碳減排的首要措施為開展碳盤查，這項工作具體是以政府或企業(yè)為單位，從原料端計算生產(chǎn)活動及社會各環(huán)節(jié)中碳排放源所排放的二氧化碳，并核算和校驗碳排放量。廣東省要在明確碳排放量和掌握二氧化碳排放情況的基礎(chǔ)上開展碳核查工作，進(jìn)而利用碳排放數(shù)據(jù)對碳達(dá)峰和碳減排計劃進(jìn)行合理制定，這也有助于省內(nèi)各行業(yè)低碳思維的形成以及低碳發(fā)展理念的樹立，同時廣東省要鼓勵企業(yè)實行碳披露，以此促進(jìn)碳交易市場健康發(fā)展。除卻考慮原料端之外，廣東省還可對碳排放端實行二氧化碳濃度的連續(xù)監(jiān)測，以此獲得二氧化碳排放量。通過開展碳盤查、碳核查、監(jiān)督等工作，保障碳交易市場順利發(fā)展[6]。

4.3 構(gòu)建定價體系，形成綠色金融體系

隨著碳達(dá)峰目標(biāo)的提出，節(jié)能減排工作逐漸進(jìn)入總量調(diào)控階段。我國節(jié)能減排采取的主要措施為加強(qiáng)對節(jié)能技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，這種調(diào)控能源消耗的方式以途徑控制為主。對于廣東省而言要在成立達(dá)峰碳中和工作小組的基礎(chǔ)上加強(qiáng)全省碳交易管理，并成立環(huán)保及低碳企業(yè)聯(lián)盟，同時要逐步構(gòu)建涵蓋碳排放權(quán)交易、碳稅等內(nèi)容在內(nèi)的碳排放體系，具體如圖4 所示。結(jié)合我國出臺的電力市場改革政策，擴(kuò)展碳交易行業(yè)范圍，推動綠色金融發(fā)展，通過金融部門對綠色產(chǎn)業(yè)進(jìn)行扶持，加大對支持碳減排金融工具的研發(fā)力度。

圖4 碳排放交易體系框架

5 結(jié)語

本文以廣東省為例，在利用數(shù)據(jù)詳細(xì)列舉廣東省碳排放情況的基礎(chǔ)上，通過模型構(gòu)建與情景設(shè)計兩方面，探究碳達(dá)峰碳中和的優(yōu)化路徑，最終提出廣東省碳達(dá)峰路徑優(yōu)化的建議，引用先進(jìn)技術(shù)來提高能源利用率，優(yōu)化消費(fèi)結(jié)構(gòu)來推廣可再生能源。同時提出碳中和路徑優(yōu)化建議，完善產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來促進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展；開展盤查核查來明確行業(yè)碳排放量；構(gòu)建定價體系，從而形成綠色金融體系。