深度脫碳研究：內(nèi)涵特征、主題演進(jìn)與啟示

羅曉梅，武宇鐸，黃魯成

（北京工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 100124）

2015年，《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》近200個(gè)締約國(guó)通過了《巴黎協(xié)定》。根據(jù)《巴黎協(xié)定》，締約國(guó)應(yīng)把全球平均升溫幅度控制在1.5 ℃以內(nèi)。之后，各締約國(guó)紛紛確定了國(guó)家自主貢獻(xiàn)實(shí)施計(jì)劃（INDCs）?？偟膩砜?，現(xiàn)有各國(guó)自主貢獻(xiàn)實(shí)施計(jì)劃的承諾無法實(shí)現(xiàn)“將全球平均升溫幅度控制在1.5 ℃以內(nèi)”的目標(biāo)，且如果僅僅采取煤改氣、節(jié)能汽車等快速、低成本但沒有足夠潛力實(shí)現(xiàn)宏偉減排目標(biāo)的碳減排措施實(shí)現(xiàn)“2030目標(biāo)”，則全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展在2030年之后會(huì)陷入“高碳鎖定”的被動(dòng)局面［1-2］。因此，需要推動(dòng)社會(huì)各方面實(shí)現(xiàn)快速、深遠(yuǎn)和前所未有的變革［3］。2014年9月，可持續(xù)發(fā)展和國(guó)際關(guān)系研究所（IDDRI）在向聯(lián)合國(guó)提交的《深度脫碳路徑項(xiàng)目報(bào)告》中首次提出“深度脫碳”，將其描述為“通過各經(jīng)濟(jì)部門碳強(qiáng)度急劇下降的方式實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的深刻變革”［4］。深度脫碳是從能源和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中消除化石燃料并破壞碳鎖定的過程，能夠?yàn)榻獬兼i定提供現(xiàn)實(shí)解決方案，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)深度減排目標(biāo)［5-6］。《深度脫碳路徑項(xiàng)目報(bào)告》發(fā)布后，深度脫碳作為一種應(yīng)對(duì)氣候變化的解決方案日益得到重視［7］，美國(guó)［8］、中國(guó)［9］、英國(guó)［10］、法國(guó)［11］、德國(guó)［12］、澳大利亞［13］等世界主要溫室氣體排放國(guó)的領(lǐng)先研究機(jī)構(gòu)均出版了一系列深度脫碳研究報(bào)告，其中美國(guó)于2016年出臺(tái)的《深度脫碳世紀(jì)中期戰(zhàn)略》中提出的“50×80目標(biāo)”（即到2050年，美國(guó)溫室氣體排放量相比2005年至少減少80%）被視為深度脫碳發(fā)展的重要里程碑［14］。然而，由于氣候變化造成的惡劣影響比預(yù)期更為強(qiáng)烈、迅速。2021年，第26屆聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)（COP26）提出“如果要將全球氣溫上升限制在1.5 ℃以內(nèi)，全球碳排放量需要在未來十年減半，并在本世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)凈零碳排放”，深度脫碳的目標(biāo)則需轉(zhuǎn)變?yōu)榈奖臼兰o(jì)中葉實(shí)現(xiàn)“凈零排放”［15-16］。許多國(guó)家在認(rèn)識(shí)到實(shí)現(xiàn)“凈零排放”的必要性后，積極制定了深度脫碳方案及實(shí)施路徑，深度脫碳成為各國(guó)科學(xué)應(yīng)對(duì)氣候變化、實(shí)現(xiàn)“凈零排放”的必由之路［17-18］。

深度脫碳是一個(gè)新興研究主題，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)深度脫碳的研究剛剛起步。以“深度脫碳”為關(guān)鍵詞的研究在中國(guó)知網(wǎng)“CSSCI核心數(shù)據(jù)庫(kù)”進(jìn)行“主題”檢索，檢索時(shí)間為2022年2月15日，共檢索到4篇文獻(xiàn)，包括《中國(guó)深度脫碳路徑及政策分析》［19］、《中國(guó)長(zhǎng)期低碳發(fā)展戰(zhàn)略與轉(zhuǎn)型路徑研究綜合報(bào)告》［20］（項(xiàng)目綜合報(bào)告編寫組，2020）、《碳中和技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)的理論與實(shí)踐研究》［21］和《碳中和目標(biāo)下CCUS技術(shù)發(fā)展定位與展望》［22］?？梢?，現(xiàn)有研究缺乏對(duì)深度脫碳研究的系統(tǒng)評(píng)述，不能從整體上揭示深度脫碳的研究動(dòng)態(tài)，不利于及時(shí)把握深度脫碳研究主題和趨勢(shì)，不利于我國(guó)學(xué)習(xí)和借鑒有益成果推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)?；诖?，首先梳理了深度脫碳內(nèi)涵和特征。在此基礎(chǔ)上，對(duì)深度脫碳學(xué)術(shù)文獻(xiàn)以及國(guó)際組織、研究機(jī)構(gòu)等發(fā)布的前沿報(bào)告進(jìn)行深度閱讀，梳理出深度脫碳領(lǐng)域的研究主題。之后，使用文獻(xiàn)計(jì)量方法對(duì)深度脫碳研究的演進(jìn)趨勢(shì)進(jìn)行分析。最后，從研究視角、研究方法與范式、研究?jī)?nèi)容三方面提出了深度脫碳研究對(duì)中國(guó)的啟示。

1 深度脫碳內(nèi)涵與特征

自可持續(xù)發(fā)展和國(guó)際關(guān)系研究所（IDDRI）2014年提出深度脫碳這一新概念后，學(xué)者們圍繞深度脫碳的內(nèi)涵及相關(guān)問題展開了研究。Felder等［23］提出，深度脫碳旨在實(shí)現(xiàn)整個(gè)能源系統(tǒng)的根本性變革，其范圍涵蓋能源供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)，包括工業(yè)、交通、建筑、農(nóng)業(yè)、土地使用和林業(yè)等在內(nèi)的所有碳排放源。Holmes等［16］認(rèn)為，企業(yè)和個(gè)人未來將通過新技術(shù)應(yīng)用、系統(tǒng)改造和行為改變實(shí)現(xiàn)碳減排，深度脫碳能夠?qū)崿F(xiàn)能源系統(tǒng)和社會(huì)發(fā)展的根本性轉(zhuǎn)變。Linton等［17］認(rèn)為，深度脫碳在實(shí)現(xiàn)整個(gè)社會(huì)系統(tǒng)性變革的過程中要考慮氣候適應(yīng)、社會(huì)公平和制度轉(zhuǎn)型等問題，深度脫碳路徑應(yīng)包括提高能源效率、電力供應(yīng)脫碳、應(yīng)用清潔電力、零碳燃料以及負(fù)排放技術(shù)。由于深度脫碳提出的時(shí)間短，如何界定深度脫碳的內(nèi)涵尚未達(dá)成共識(shí)，現(xiàn)有研究關(guān)于深度脫碳內(nèi)涵的探討主要從以下三方面展開：①?gòu)哪繕?biāo)來看，由于將溫室氣體凈排放量減少80% ～ 100%是緩解氣候變化最極端影響的必要條件，因此，深度脫碳的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)深度減排，深度減排區(qū)間為80% ～ 100%［24-26］。②從實(shí)現(xiàn)路徑來看，由于技術(shù)、制度和機(jī)構(gòu)等各種要素之間交互作用，使得化石燃料主導(dǎo)的能源系統(tǒng)形成且在不斷自我強(qiáng)化的“碳鎖定”［6］，深度脫碳主要通過技術(shù)、社會(huì)和政策等路徑破壞化石燃料在整個(gè)社會(huì)中持續(xù)使用、相互依存并強(qiáng)化的狀態(tài)［18，27-29］，其中，能源效率、脫碳電力、電氣化和燃料替代為深度脫碳的主要支柱［30-33］。③從涉及領(lǐng)域來看，深度脫碳中能源系統(tǒng)的深刻變革主要指電力、工業(yè)、交通、建筑等領(lǐng)域的脫碳轉(zhuǎn)型［34-38］。綜上可知，深度脫碳本質(zhì)上是通過技術(shù)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)政策等路徑，推動(dòng)部署大量脫碳技術(shù)（包括減碳、零碳和負(fù)碳技術(shù)）取代原有低效、碳密集型的能源基礎(chǔ)設(shè)施和終端設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)能源系統(tǒng)從高碳排放型過渡為與“凈零排放”配套［4，29，39］。

深度脫碳的特征可以根據(jù)其與脫碳的差異去把握。深度脫碳與常見的脫碳都是實(shí)現(xiàn)“碳中和”的技術(shù)路徑和過程，但二者具有本質(zhì)區(qū)別。脫碳是由Ausubel［40］于1995年首次提出的概念，他認(rèn)為脫碳是一次能源碳強(qiáng)度降低的過程，通常指電力、工業(yè)和運(yùn)輸?shù)炔块T二氧化碳排放量的減少。相比脫碳，深度脫碳“涵蓋范圍”和“路徑規(guī)劃”兩方面的特征決定了深度脫碳是一種更高級(jí)的脫碳過程：首先，涵蓋范圍上，能源系統(tǒng)在社會(huì)、技術(shù)和制度系統(tǒng)之間具有多重反饋［41］，因此，深度脫碳是一個(gè)社會(huì)技術(shù)項(xiàng)目［16，18］，涵蓋了能源系統(tǒng)和社會(huì)的根本性轉(zhuǎn)變，對(duì)技術(shù)體系、政策、社會(huì)、制度等技術(shù)要素和非技術(shù)要素都提出了根本性的轉(zhuǎn)型要求，需要與深度脫碳的能源系統(tǒng)相匹配［18，28，42］，而脫碳并未要求非技術(shù)要素的根本性轉(zhuǎn)變。其次，在路徑規(guī)劃上，深度脫碳路徑會(huì)通過積極部署與“凈零排放”情景相兼容的技術(shù)，摒棄短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)“增量減排”但在長(zhǎng)期面臨高碳鎖定風(fēng)險(xiǎn)的“死胡同”投資，最大程度避免能源系統(tǒng)的碳鎖定，由此，為實(shí)現(xiàn)“2030目標(biāo)”所付出的行動(dòng)將為在長(zhǎng)期實(shí)現(xiàn)“凈零排放”奠定基礎(chǔ)［29］，而一般的脫碳路徑下，短期減排措施也被納入其路徑規(guī)劃，會(huì)帶來因高碳鎖定而無法實(shí)現(xiàn)“凈零排放”的風(fēng)險(xiǎn)。

2 文獻(xiàn)檢索、整理與分析

以TITLE-ABS-KEY=“Deep Decarbonization” OR “Deep Decarbonisation”為檢索表達(dá)式在Scopus數(shù)據(jù)庫(kù)（全球最大的文摘和引文數(shù)據(jù)庫(kù)）中進(jìn)行檢索，檢索日期為2022年2月15日，文獻(xiàn)類型為期刊論文（Article）和綜述（Review），檢索期限為2014年9月至2021年12月（以“深度脫碳”首次提出的時(shí)間為起始檢索時(shí)間），共得到278篇文獻(xiàn)。梳理文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，部分文獻(xiàn)盡管在摘要中出現(xiàn)了“深度脫碳”表述，但并未將“深度脫碳”作為其主要研究主題。據(jù)此，論文對(duì)檢索到的278篇文獻(xiàn)進(jìn)行了深度閱讀，排除了15篇無關(guān)文獻(xiàn)，最終得到263篇文獻(xiàn)。從年度發(fā)文量來看，2015年僅有2篇文獻(xiàn)，2021年深度脫碳發(fā)文數(shù)量已經(jīng)增長(zhǎng)至89篇，深度脫碳年度發(fā)文量變化趨勢(shì)如圖1所示。由圖1可知，隨著世界各國(guó)對(duì)氣候變化、脫碳、碳中和等議題的關(guān)注，深度脫碳文獻(xiàn)數(shù)量總體上呈現(xiàn)指數(shù)型迅速增長(zhǎng)趨勢(shì)。從文獻(xiàn)國(guó)別分布來看，美國(guó)是深度脫碳文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量最多的國(guó)家（87篇），伴隨美國(guó)2019年11月開啟“至2020年11月正式退出《巴黎協(xié)定》”的進(jìn)程，深度脫碳文獻(xiàn)發(fā)表量在2020年大幅減少，2021年美國(guó)重返《巴黎協(xié)定》又使得當(dāng)年文獻(xiàn)發(fā)表量開始增加。

圖1 深度脫碳年度發(fā)文量趨勢(shì)

3 深度脫碳研究主題

對(duì)檢索到的深度脫碳文獻(xiàn)進(jìn)行深度閱讀，同時(shí)結(jié)合國(guó)際組織、研究機(jī)構(gòu)發(fā)布的前沿報(bào)告內(nèi)容，將深度脫碳領(lǐng)域的研究主題歸納為深度脫碳面臨的挑戰(zhàn)、深度脫碳技術(shù)路徑、面向深度脫碳的政策研究以及深度脫碳的成本和效益評(píng)估四類。

3.1 深度脫碳面臨的挑戰(zhàn)

實(shí)現(xiàn)深度脫碳主要面臨技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng)和制度四類挑戰(zhàn)。

（1）技術(shù)挑戰(zhàn)主要在技術(shù)成熟度、商業(yè)化和配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面。許多低碳技術(shù)、負(fù)排放技術(shù)仍處于研發(fā)、試點(diǎn)或示范階段，氫基鋼鐵生產(chǎn)或BECC等技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)并大規(guī)模商業(yè)化的時(shí)間表不明確。此外，終端用能領(lǐng)域的大規(guī)模電氣化轉(zhuǎn)型、燃料替代以及負(fù)排放技術(shù)的部署都需要配套的基礎(chǔ)設(shè)施，如擴(kuò)展電網(wǎng)容量，氫生產(chǎn)、分配和儲(chǔ)存，以及碳運(yùn)輸和儲(chǔ)存基礎(chǔ)設(shè)施［43］。

（2）經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)主要在脫碳成本方面。雖然許多脫碳技術(shù)的應(yīng)用成本尚不完全清楚，但現(xiàn)有研究表明，長(zhǎng)期來看，實(shí)現(xiàn)深度脫碳能夠節(jié)省能源支出和運(yùn)營(yíng)成本，也具有環(huán)境協(xié)同效益和健康協(xié)同效益，可以抵消一部分脫碳成本，但深度脫碳的經(jīng)濟(jì)成本高于一切既有脫碳情景的經(jīng)濟(jì)成本［44-46］。

（3）市場(chǎng)挑戰(zhàn)主要在綠色溢價(jià)和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力方面。社會(huì)公眾和產(chǎn)業(yè)部門普遍缺乏為氫基鋼或低碳水泥等脫碳材料支付溢價(jià)的意愿，深度脫碳將給轉(zhuǎn)型過程中的企業(yè)帶來商業(yè)模式、市場(chǎng)份額、消費(fèi)者接受度等方面的不確定性［16］。此外，產(chǎn)業(yè)脫碳轉(zhuǎn)型將重塑產(chǎn)業(yè)鏈以及企業(yè)價(jià)值鏈，會(huì)給企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)帶來不確定性［37，42］。

（4）制度挑戰(zhàn)主要在項(xiàng)目審批和協(xié)調(diào)障礙方面。深度脫碳涉及的能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是長(zhǎng)期的系統(tǒng)性規(guī)劃，環(huán)保、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面的政府許可和審批時(shí)間長(zhǎng)，加之環(huán)保、工業(yè)、住建等政府管理部門之間常常存在協(xié)調(diào)障礙，因此，實(shí)現(xiàn)深度脫碳必然面臨項(xiàng)目規(guī)劃、審批以及部門協(xié)作等方面的制度障礙［43，47］。

由“能源系統(tǒng)深刻變革”主導(dǎo)的深度脫碳是一個(gè)高度復(fù)雜的過程，必然面臨許多重大問題與挑戰(zhàn)。論文通過從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng)和制度四方面總結(jié)了深度脫碳面臨的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)能否得到有效應(yīng)對(duì)對(duì)于未來30～40年實(shí)現(xiàn)深度脫碳至關(guān)重要。深度脫碳是一個(gè)長(zhǎng)期的系統(tǒng)性工程，實(shí)現(xiàn)深度脫碳的過程中除了面臨上述四方面挑戰(zhàn)外，還會(huì)面臨供應(yīng)鏈脫碳、碳泄漏、資金來源、法律監(jiān)管、能源安全等問題，并且隨著深度脫碳的實(shí)施，必然會(huì)出現(xiàn)新的、無法預(yù)期的困難與挑戰(zhàn)。因此，分析、識(shí)別深度脫碳在多個(gè)維度上面臨的挑戰(zhàn)，做好前瞻性應(yīng)對(duì)預(yù)案，是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作。

3.2 深度脫碳技術(shù)路徑

脫碳的技術(shù)密集性特征決定了深度脫碳需要以技術(shù)路徑作為主要支柱［48］。IDDRI發(fā)布的《深度脫碳路徑：2015綜合報(bào)告》指出能源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)深度脫碳的主要支柱為節(jié)能和提高能效、低碳電力、燃料替代；國(guó)際能源署（IEA）2020年發(fā)布的《能源技術(shù)展望2020》報(bào)告［49］中確定的四個(gè)關(guān)鍵脫碳戰(zhàn)略為終端用能部門電氣化、可再生能源發(fā)電、系統(tǒng)部署CCUS技術(shù)和可持續(xù)的替代燃料；能源轉(zhuǎn)型委員會(huì)（ETC）2020年發(fā)布的《使命成為可能——實(shí)現(xiàn)凈零經(jīng)濟(jì)》報(bào)告［50］對(duì)實(shí)現(xiàn)各經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域脫碳需要的主要技術(shù)進(jìn)行了綜述與規(guī)劃，確定了零碳發(fā)電、大規(guī)模電氣化、提高能效、提高材料效率等八項(xiàng)優(yōu)先事項(xiàng)。綜合分析以上國(guó)際組織和研究機(jī)構(gòu)報(bào)告中確定的關(guān)鍵技術(shù)措施，可將深度脫碳的技術(shù)路徑歸納為節(jié)能提效、終端用能領(lǐng)域電氣化轉(zhuǎn)型、脫碳電力系統(tǒng)、可持續(xù)的替代燃料以及負(fù)排放技術(shù)。

3.2.1 節(jié)能提效

節(jié)能提效通過能效措施減少低碳燃料和電力需求以實(shí)現(xiàn)減排，屬于深度脫碳中、短期的主要技術(shù)路徑之一，并將在實(shí)現(xiàn)“凈零排放”的過程中持續(xù)發(fā)揮作用［39］。節(jié)能提效路徑有潛力以“負(fù)成本”實(shí)現(xiàn)減排，即能效措施的投資成本小于能效措施帶來的減排收益。但如果不進(jìn)行能源供給側(cè)的脫碳，能效措施僅能抑制碳排放的快速增長(zhǎng)，而無法實(shí)現(xiàn)排放量的大幅下降［51-52］。研究表明，能效措施在不同用能部門的重要程度不同：工業(yè)部門的能源脫碳發(fā)生較晚，能源效率一直占主導(dǎo)地位，但能源密集型行業(yè)中，即使大規(guī)模應(yīng)用能效措施，也只能實(shí)現(xiàn)15%～30%的減排量，因此需要開發(fā)新的“突破性技術(shù)”［37］；建筑部門的能效措施主要集中在照明、取暖、制冷等方面，但能源效率的貢獻(xiàn)一直很小，主要依賴能源脫碳進(jìn)行減排；在交通部門，短期內(nèi)車輛技術(shù)創(chuàng)新以及能效水平的提升能夠帶來最為顯著的減排，但長(zhǎng)期主要依靠大規(guī)模部署電動(dòng)汽車［53-54］?？梢?，節(jié)能提效在不同部門中發(fā)揮作用的程度是不同的：節(jié)能提效在工業(yè)部門深度脫碳中占主導(dǎo)地位，但僅能實(shí)現(xiàn)中短期改善，還沒有形成現(xiàn)實(shí)可行的深度脫碳方案，在交通部門僅短期內(nèi)有效，而在建筑部門能夠發(fā)揮的作用有限。

3.2.2 終端用能部門電氣化轉(zhuǎn)型

終端用能部門電氣化轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)深度脫碳的主要技術(shù)路徑，其中交通部門電氣化轉(zhuǎn)型的研究集中在公路客運(yùn)領(lǐng)域。據(jù)測(cè)算，電動(dòng)汽車的全生命周期排放約占內(nèi)燃機(jī)汽車排放量的一半［55］，且在電網(wǎng)完全脫碳的情況下，交通部門的大規(guī)模電氣化轉(zhuǎn)型會(huì)形成可觀的社會(huì)效益［56］。由于車輛的高里程和重載要求，中重型車輛電氣化還存在困難，但正在逐步改善［57］。工業(yè)部門的電氣化轉(zhuǎn)型具有快速減排潛力，但是，由于電氣化轉(zhuǎn)型會(huì)帶來工業(yè)用電需求的大幅增加［58］，同時(shí)需要開發(fā)和引入新的核心工藝、技術(shù)和設(shè)備等根本性的技術(shù)變革［45］，因此電氣化轉(zhuǎn)型對(duì)于工業(yè)部門來說屬于中長(zhǎng)期技術(shù)路徑。在建筑部門電氣化轉(zhuǎn)型方面，研究認(rèn)為，建筑運(yùn)行階段的電氣化轉(zhuǎn)型研究主要集中在供暖系統(tǒng)上，供暖系統(tǒng)從傳統(tǒng)的鍋爐供暖快速轉(zhuǎn)向電熱泵供暖將實(shí)現(xiàn)大幅減排，Brockway等［59］的研究表明，相比于鍋爐供暖，電熱泵可以將家庭用于熱水和取暖的碳排放量分別減少50% ～ 70%和46% ～ 54%。但電熱泵的大規(guī)模應(yīng)用可能給電網(wǎng)造成壓力，應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)電熱泵技術(shù)以提高技術(shù)的成本效益［60-61］。此外，從建筑全生命周期的視角來看，建筑材料生產(chǎn)、運(yùn)輸以及施工設(shè)備的電氣化會(huì)實(shí)現(xiàn)更大程度的減排［62］。終端用能部門實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的電氣化轉(zhuǎn)型是實(shí)現(xiàn)深度脫碳的必要舉措，但轉(zhuǎn)型面臨的關(guān)鍵制約因素是“實(shí)現(xiàn)電氣化的速度”，這將直接影響終端用能部門實(shí)現(xiàn)深度脫碳的時(shí)間。實(shí)踐中，受到成本（更換供暖設(shè)備）、技術(shù)（客運(yùn)車輛脫碳）和大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施改造（將加油站轉(zhuǎn)變?yōu)槌潆娬荆┑纫蛩氐闹萍s，可能很難激勵(lì)終端用能部門快速地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型。

3.2.3 脫碳電力系統(tǒng)

作為終端能源載體，交通、建筑等終端用能部門實(shí)現(xiàn)深度脫碳均依賴脫碳電力，同時(shí)，終端用能部門的電氣化轉(zhuǎn)型也將加劇電力部門碳管理壓力［35］，因此，脫碳電力系統(tǒng)在深度脫碳路徑中起著核心作用［63］。電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)深度脫碳需要可再生能源在電力系統(tǒng)中的高度滲透，電力系統(tǒng)必須從傳統(tǒng)的火電為主轉(zhuǎn)型為以可再生能源發(fā)電為主［64］。總的來看，現(xiàn)有研究主要從以下三方面研究電力系統(tǒng)脫碳轉(zhuǎn)型問題。

一是電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型過程中化石燃料電廠轉(zhuǎn)型。在具有高比例可變可再生能源的脫碳電力系統(tǒng)中運(yùn)行燃煤電廠存在困難，部分學(xué)者建議逐步淘汰燃煤電廠，Kefford等［65］指出需要進(jìn)一步考慮強(qiáng)制淘汰燃煤電廠，但強(qiáng)制淘汰會(huì)使過去5年內(nèi)建成的燃煤電廠僅運(yùn)行了預(yù)期壽命的一半就面臨淘汰，可能會(huì)在美國(guó)、歐盟、中國(guó)和印度造成5 410億美元的資產(chǎn)損失。有學(xué)者建議，可以在化石燃料電廠配備CCS技術(shù)以減少排放［66］，且保留下來的熱電廠在脫碳電力系統(tǒng)也可發(fā)揮作用。

二是如何應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型過程中峰值負(fù)荷、發(fā)電間歇性等問題。用能終端部門的大規(guī)模電氣化轉(zhuǎn)型會(huì)對(duì)區(qū)域電力負(fù)荷曲線、峰值產(chǎn)生影響，Bistline等［67］提出通過提高電力負(fù)荷靈活性、升級(jí)用能終端設(shè)備、應(yīng)用部署碳去除技術(shù)應(yīng)對(duì)峰值需求。儲(chǔ)能技術(shù)可以應(yīng)對(duì)可再生能源發(fā)電間歇性問題，研究表明，如果電力系統(tǒng)的減排量超過70%，則抽水蓄能、蓄電池和氫儲(chǔ)能等存儲(chǔ)技術(shù)將在提高可再生能源滲透率、保持電力穩(wěn)定上發(fā)揮作用［68］。此外，核電、調(diào)峰機(jī)組等靈活發(fā)電措施可以作為儲(chǔ)能技術(shù)的替代手段應(yīng)對(duì)間歇性問題［69］。

三是電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型過程中如何構(gòu)建脫碳電力系統(tǒng)。由于風(fēng)能、太陽(yáng)能等資源通常位于遠(yuǎn)離傳統(tǒng)發(fā)電廠及配套傳輸設(shè)施的地理區(qū)域，因此，需要投資新電廠和區(qū)域間傳輸能力［70］，需要通過系統(tǒng)性的電網(wǎng)整合在電網(wǎng)中增加互連電力容量，以降低電力傳輸成本［71］。分布式發(fā)電系統(tǒng)也可以作為可再生能源電力系統(tǒng)的補(bǔ)充，Kobashi等［72］對(duì)日本京都市的“PV+EV”（屋頂光伏+電動(dòng)汽車）系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，探索了如何通過P2P電力交易和區(qū)塊鏈技術(shù)將“PV+EV”系統(tǒng)從社區(qū)級(jí)的智能微電網(wǎng)拓展成為城市級(jí)電力系統(tǒng)。

實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的深度脫碳涉及大量的基礎(chǔ)設(shè)施投資，目前，沒有研究具體關(guān)注這些投資應(yīng)該在哪里進(jìn)行、如何進(jìn)行、電價(jià)如何波動(dòng)等問題，未來需將研究拓展至電力系統(tǒng)的投資、電價(jià)監(jiān)管和社會(huì)影響等領(lǐng)域。此外，深度脫碳會(huì)帶來可再生能源在整個(gè)能源系統(tǒng)中滲透率的不斷增加。因此，需要綜合考量交通、建筑、工業(yè)等終端用能部門用電的季節(jié)性、周期性、可再生能源發(fā)電量的間歇性等屬性，保證電力系統(tǒng)的供需匹配。

3.2.4 可持續(xù)的替代燃料

可持續(xù)發(fā)展情景下，以氫、氫基燃料和生物燃料為形式的替代燃料將在2070年滿足全球最終能源需求的20%［49］。深度脫碳研究主要關(guān)注氫、氫基燃料和生物燃料三種替代燃料，相關(guān)研究如下。

有研究［73］認(rèn)為，電解制氫方法成本過高，不能將氫視為電力系統(tǒng)最有前途的靈活性能源。然而，氫可以作為替代燃料向難以減排的運(yùn)輸、供暖等部門供應(yīng)：氫能源汽車在續(xù)航里程、充電時(shí)間等方面具有電動(dòng)汽車無法比擬的優(yōu)勢(shì)，為公共汽車、重型貨車等車輛脫碳提供了可能；大規(guī)模生產(chǎn)氫氣可以給建筑部門提供可靠且快速響應(yīng)的供暖系統(tǒng)［74］。由于氫能的使用具有部門耦合性，最終的基礎(chǔ)設(shè)施投資成本可以由終端用能部門分?jǐn)?，從而大幅降低成本?5］。目前，世界各國(guó)普遍重視氫能在未來能源系統(tǒng)中的潛力，并提供政策支持，但氫能仍需在成本和性能方面實(shí)現(xiàn)改進(jìn)［76］。

氫基燃料相關(guān)研究主要集中在氨上，與其他氫基燃料相比，氨的載氫能力更高，儲(chǔ)存和運(yùn)輸也更為可靠和經(jīng)濟(jì)。但在大多數(shù)情況下，綠氨的生產(chǎn)成本遠(yuǎn)超液體化石燃料，高成本仍是氨作為替代燃料被廣泛采用的最大障礙［77］。

生物燃料在能源系統(tǒng)中有兩種用途：使用生物質(zhì)發(fā)電并配備CCS技術(shù)（BECCS）作為一種碳去除技術(shù)可以抵消能源系統(tǒng)現(xiàn)有碳排放，但BECCS可能會(huì)延緩化石燃料淘汰［78］；可以在工業(yè)、運(yùn)輸、供暖等部門，尤其是航空、鋼鐵生產(chǎn)等脫碳困難的細(xì)分領(lǐng)域，作為替代燃料使用，以滿足不斷增長(zhǎng)的能源需求并加速化石燃料淘汰［79］。研究表明，大規(guī)模調(diào)動(dòng)生物質(zhì)資源將在促進(jìn)減排和控制脫碳成本方面發(fā)揮重要作用［38，79］，但充分發(fā)揮生物燃料的脫碳潛力需要在土地利用、農(nóng)業(yè)政策等方面采取有效措施保證生物質(zhì)資源的充足和可持續(xù)供應(yīng)［62，78］。另外，由于生物能源對(duì)土地的需求，需要在減緩氣候變化和保護(hù)自然生態(tài)之間進(jìn)行權(quán)衡，對(duì)土地利用進(jìn)行有效管理，以避免對(duì)生態(tài)系統(tǒng)、糧食安全的威脅［80-81］。

在一些無法實(shí)現(xiàn)電氣化的脫碳困難領(lǐng)域（如航運(yùn)設(shè)備、工業(yè)過程等），氫、氫基燃料和生物燃料可通過替代化石燃料實(shí)現(xiàn)脫碳。但是，儲(chǔ)存、運(yùn)輸、安全和成本等問題限制了這些替代燃料的廣泛應(yīng)用。如果能夠與廉價(jià)石油競(jìng)爭(zhēng)，大規(guī)模、低成本的替代燃料將實(shí)現(xiàn)航空、航運(yùn)、水泥生產(chǎn)和工業(yè)這些脫碳困難領(lǐng)域的深度脫碳［82］。

3.2.5 負(fù)排放技術(shù)

負(fù)排放技術(shù)也稱為碳去除技術(shù)（CDR），可提高深度脫碳的靈活性，減少深度脫碳對(duì)高成本減排方案和技術(shù)的過度依賴，降低深度脫碳的成本，是實(shí)現(xiàn)深度脫碳的必備技術(shù)［63］。負(fù)排放技術(shù)主要包括碳捕集和封存技術(shù)（CCS）、具有碳捕獲能力的生物能源技術(shù)（BECCS）、直接空氣捕獲技術(shù)（DAC）、增強(qiáng)自然碳匯等，相關(guān)研究如下：

CCS技術(shù)目前仍處于研究和示范階段，全球只有51個(gè)大型CCS設(shè)施處于運(yùn)行或在建階段，每年從電廠中捕獲和儲(chǔ)存的二氧化碳只有4 000萬t［83］。但多項(xiàng)研究表明，CCS技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)“凈零排放”目標(biāo)必不可少［84-86］，可以最大限度地減少發(fā)電和工業(yè)過程的剩余排放，也可以降低燃煤發(fā)電廠等能源基礎(chǔ)設(shè)施高碳鎖定和資產(chǎn)擱淺的風(fēng)險(xiǎn)，將在能源系統(tǒng)深度脫碳的過程中發(fā)揮重要作用［87］。

BECCS是使用可再生的生物質(zhì)代替煤炭和石油，并對(duì)釋放的二氧化碳應(yīng)用CCS。DAC是一項(xiàng)新興技術(shù)，指通過化學(xué)分離過程直接從空氣中去除二氧化碳，有可能發(fā)展成為廣泛分布的二氧化碳捕集基礎(chǔ)設(shè)施［85］。從短期來看，將BECCS技術(shù)和DAC技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電廠不具有成本效益［88］，但從長(zhǎng)期來看，在電力部門部署B(yǎng)ECCS技術(shù)和DAC技術(shù)可以減少對(duì)長(zhǎng)期儲(chǔ)能等技術(shù)的依賴，降低實(shí)現(xiàn)深度脫碳的總成本［63］，也有利于降低碳價(jià)格、減小GDP損失［81］。相較于DAC技術(shù)，BECCS技術(shù)能以更具成本效益的方式實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)完全脫碳，但其大規(guī)模部署會(huì)使生物質(zhì)供應(yīng)成本上升，進(jìn)而增加DAC技術(shù)的部署，尤其是在生物質(zhì)資源有限的國(guó)家，將更依賴DAC技術(shù)實(shí)現(xiàn)碳去除［78，88］。

增強(qiáng)自然碳匯指通過生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)、植樹造林、再造林、森林管理和加強(qiáng)土壤固碳等手段實(shí)現(xiàn)碳去除。植樹造林、再造林和土壤碳封存等手段的成本相對(duì)較低，可用于無法進(jìn)行碳儲(chǔ)存或負(fù)排放技術(shù)部署困難的國(guó)家或地區(qū)［87］。另外，由于森林砍伐是許多南美國(guó)家溫室氣體排放的最大來源，植樹造林、減少森林砍伐等增強(qiáng)自然碳匯手段在其深度脫碳路徑中發(fā)揮著關(guān)鍵作用［26，46］。植樹造林等增強(qiáng)自然碳匯手段對(duì)于短期緩解非常重要，而隨著碳價(jià)格的上漲和技術(shù)進(jìn)步，更多的碳去除將來自其他負(fù)排放技術(shù)［89］。

對(duì)于嚴(yán)重依賴化石燃料的大型經(jīng)濟(jì)體，特別是在一些脫碳困難的領(lǐng)域，負(fù)排放技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)“凈零排放”目標(biāo)必然選擇。在實(shí)現(xiàn)深度脫碳的負(fù)排放技術(shù)中，CCS技術(shù)非常重要，尤其在深度脫碳的中后期將得到大量部署，如果沒有CCS技術(shù)，則不可能實(shí)現(xiàn)“凈零排放”［90］。無論對(duì)于脫碳困難的部門，還是作為消除殘余排放的備選技術(shù)，負(fù)排放技術(shù)在深度脫碳路徑中都具有極高的應(yīng)用價(jià)值。

3.3 面向深度脫碳的政策研究

面向深度脫碳的政策研究主要集中在碳定價(jià)政策、產(chǎn)業(yè)政策以及行為引導(dǎo)政策三方面。

3.3.1 碳定價(jià)政策

碳定價(jià)政策被廣泛認(rèn)為是溫室氣體減排的最有效的政策，主要包括碳稅和可交易配額。研究表明，碳定價(jià)政策與強(qiáng)有力的能效措施結(jié)合會(huì)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，有助于實(shí)現(xiàn)深度脫碳目標(biāo)［91-92］。Van Den Bergh等［93］提出碳定價(jià)會(huì)對(duì)低碳技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)生積極影響。Alexander等［94］認(rèn)為可交易能源配額政策（TEQ）是在考慮公平性基礎(chǔ)上控制能源消耗的最佳方式，可以通過“自愿簡(jiǎn)化”（“去增長(zhǎng)”或經(jīng)濟(jì)受控收縮）的方式避免社會(huì)崩潰現(xiàn)象的發(fā)生。也有研究對(duì)碳定價(jià)政策的制度成本和減排效果提出質(zhì)疑：Roth等［95］認(rèn)為，碳稅會(huì)直接加重企業(yè)成本負(fù)擔(dān)，而且由于碳的社會(huì)成本不確定，過高或過低的碳稅都會(huì)產(chǎn)生無謂損失。Daggash等［96］研究發(fā)現(xiàn)，在不部署負(fù)排放技術(shù)的情況下，碳定價(jià)政策在世紀(jì)下半葉會(huì)因成本過高無法維持。Tvinnereim等［97］提出“幾乎沒有證據(jù)表明碳定價(jià)已經(jīng)產(chǎn)生了深度減排，雖然更高的碳價(jià)格可能會(huì)帶來更大幅度減排，但政治經(jīng)濟(jì)約束使其可行性受到懷疑，實(shí)現(xiàn)深度脫碳需要承認(rèn)除碳定價(jià)外其他政策工具的重要作用”。

需要指出的是，政策設(shè)計(jì)往往會(huì)對(duì)“公眾感知”產(chǎn)生影響，包括公眾感知的直接成本、有效性和公平性。碳定價(jià)政策將碳的社會(huì)成本納入價(jià)格，可能因提升了公眾感知的直接成本而招致反對(duì)。目前，沒有經(jīng)驗(yàn)事實(shí)表明碳定價(jià)本身實(shí)現(xiàn)了大幅度減排，碳定價(jià)政策的有效性和可操作性也飽受爭(zhēng)議［95，97］?？紤]深度脫碳意味著社會(huì)全面轉(zhuǎn)型，碳定價(jià)可能更適合作為面向深度脫碳政策體系中的一種補(bǔ)充性政策。

3.3.2 產(chǎn)業(yè)政策

產(chǎn)業(yè)政策包括研發(fā)補(bǔ)貼、市場(chǎng)開發(fā)等產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)政策和政府出臺(tái)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、能效義務(wù)等約束性政策。關(guān)于產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)政策，Abdulla等［98］在研究中回顧和分析了美國(guó)政府如何將公共部門資源應(yīng)用于先進(jìn)核能這一關(guān)鍵零碳技術(shù)的創(chuàng)新；歐盟設(shè)立了“創(chuàng)新基金”，計(jì)劃利用歐盟碳排放交易體系（ETS）收入資助可能實(shí)現(xiàn)大幅減排的創(chuàng)新技術(shù)和項(xiàng)目。研究表明，有針對(duì)性地給予研發(fā)資金和市場(chǎng)開發(fā)等方面的支持能夠通過知識(shí)、成本和風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)加速創(chuàng)新技術(shù)的開發(fā)和部署［47］，尤其是在技術(shù)生命周期的早期階段，政府給予研究項(xiàng)目一定研發(fā)補(bǔ)貼可以促進(jìn)產(chǎn)品從基礎(chǔ)研究向商業(yè)化階段轉(zhuǎn)移［41］。關(guān)于約束性政策，Rhodes等［99］將經(jīng)合組織國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化實(shí)施的61項(xiàng)約束性政策分為可再生能源組合標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)排放強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)、能效義務(wù)、燃料排放強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)、車輛排放標(biāo)準(zhǔn)和零排放車輛銷售要求六類，并提出制定約束性政策時(shí)需要考慮可預(yù)測(cè)性、政策互動(dòng)性、公平性和替代機(jī)制。

面向深度脫碳的產(chǎn)業(yè)政策的主要目的是通過推動(dòng)技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品創(chuàng)新、市場(chǎng)推廣等加速能源系統(tǒng)的脫碳變革。在進(jìn)行政策制定和投資決策時(shí)，要處理好“短期”目標(biāo)與“長(zhǎng)期”目標(biāo)之間的關(guān)系。在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速的減排但與長(zhǎng)期深度脫碳路徑不兼容的措施可能會(huì)使減排陷入“死胡同”，短期減排措施可以作為過渡型措施，但不能作為主導(dǎo)，否則可能帶來擱淺資產(chǎn)、增加實(shí)現(xiàn)碳中和的機(jī)會(huì)成本等問題。另外，考慮到深度脫碳的復(fù)雜性，產(chǎn)業(yè)政策制定要充分考慮政策之間的協(xié)同效應(yīng)和沖突，并評(píng)估政策在未來各種情景中的適用性和影響，進(jìn)而設(shè)計(jì)穩(wěn)健和有彈性的政策體系，以發(fā)揮政策組合的協(xié)同作用。

3.3.3 行為引導(dǎo)政策

行為引導(dǎo)政策主要通過引導(dǎo)家庭、個(gè)人行為方式的改變減少碳排放，可為實(shí)現(xiàn)深度脫碳提供社會(huì)支持［16］。目前，家庭消費(fèi)行為對(duì)全球約2/3的溫室氣體排放負(fù)有責(zé)任［100］，布倫特蘭委員會(huì)的報(bào)告《我們共同的未來》［101］強(qiáng)調(diào)，高收入國(guó)家的居民生活方式與可持續(xù)發(fā)展不符，必須在未來幾十年大幅減少與消費(fèi)相關(guān)的排放。有研究表明，行為改變可以在減排和控制脫碳成本上發(fā)揮作用：鼓勵(lì)共享乘車、限制車輛總行駛里程等行為引導(dǎo)政策對(duì)于交通部門脫碳十分重要［102］，與沒有行為改變的情景相比，家庭行為改變可以使脫碳成本降低10% ～ 20%［25］。因此，需要行為引導(dǎo)政策幫助減少與家庭消費(fèi)相關(guān)的碳排放。但個(gè)人和家庭短期、自愿的行為改變不足以支撐大幅削減消費(fèi)造成碳排放，需要一個(gè)監(jiān)管框架來支持家庭消費(fèi)行為的改變［103］。Moberg等［104］在研究中歸納了20項(xiàng)氣候政策措施的綜合清單，供政府更有效地引導(dǎo)家庭消費(fèi)行為的改變來緩解家庭消費(fèi)帶來的碳排放。由于深度脫碳是一場(chǎng)社會(huì)技術(shù)轉(zhuǎn)型，行為引導(dǎo)政策必然會(huì)在深度脫碳過程中發(fā)揮重要作用。目前的深度脫碳行為引導(dǎo)政策致力于通過“引導(dǎo)公眾日常消費(fèi)行為”實(shí)現(xiàn)碳減排，未來可進(jìn)一步關(guān)注公眾的碳密集型行為，如航空出行、汽車駕駛和土地利用等。

3.4 深度脫碳成本和效益評(píng)估

3.4.1 評(píng)估模型

深度脫碳成本和效益評(píng)估使用的模型可分為自下而上、自上而下和混合模型三種。自下而上模型一般用于特定部門的研究，可以分析部門內(nèi)不同技術(shù)方案的效益和成本，但對(duì)于分析部門之間相互作用存在局限。自上而下模型可以分析部門之間的相互作用，但評(píng)估時(shí)容易忽略具體的技術(shù)細(xì)節(jié)，可能降低評(píng)估精度［105］。為提高評(píng)估精度，現(xiàn)有研究大多使用混合模型對(duì)深度脫碳的成本和效益進(jìn)行評(píng)估，混合模型是以硬鏈接或軟鏈接將自下而上、自上而下的評(píng)估模型進(jìn)行鏈接，其中，硬鏈接是直接將自上而下和自下而上的模型進(jìn)行集成和優(yōu)化，但由于數(shù)據(jù)限制，通常需要簡(jiǎn)化模型；軟鏈接則指將自下而上模型仿真結(jié)果迭代作為自上而下模型的輸入，軟連接可以縮小兩模型結(jié)果之間的差異，但需要對(duì)部門進(jìn)行重組［106］。

許多研究基于模型量化分析了深度脫碳的成本和效益，但深度脫碳面臨的商業(yè)策略、制度變革、社會(huì)接受度等諸多問題難以量化和建模，需要從“質(zhì)性”視角來分析論證，進(jìn)而為政策制定者提供綜合、全面的決策依據(jù)。

3.4.2 深度脫碳成本

關(guān)于深度脫碳成本研究的觀點(diǎn)如下：一是深度脫碳路徑的成本高于一切照舊（BAU）的情景，而且越接近深度脫碳目標(biāo)，脫碳成本越高，尤其是在進(jìn)入深度脫碳的中后期，即當(dāng)減排超過80%后進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)額外減排時(shí)，邊際減排成本將大幅增加，脫碳成本曲線將變得非常陡峭［107-108］；二是實(shí)現(xiàn)碳中和、“凈零排放”是長(zhǎng)期目標(biāo)，一旦將長(zhǎng)期目標(biāo)短期化（在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)中長(zhǎng)期目標(biāo)），深度脫碳的成本將大幅增加，而且會(huì)造成大量擱淺資產(chǎn)［25］；三是在深度脫碳路徑中積極部署B(yǎng)ECC、DAC等負(fù)排放技術(shù)可能會(huì)降低深度脫碳成本，在評(píng)估脫碳成本時(shí)考慮貨幣化后的健康效益、節(jié)約的運(yùn)營(yíng)成本、燃料成本等也可以抵消一部分脫碳成本［79，109-110］。資源有限性約束下，脫碳成本的增加將直接對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生沖擊，因此，需做好深度脫碳成本評(píng)估和控制，以盡可能低的成本實(shí)現(xiàn)深度脫碳目標(biāo)：當(dāng)逐漸接近“凈零排放”目標(biāo)時(shí)，深度脫碳成本平緩增加，而不是陡然增加，避免給經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來不穩(wěn)定和較大的機(jī)會(huì)成本，實(shí)現(xiàn)深度脫碳與經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)同共進(jìn)。

3.4.3 深度脫碳效益

深度脫碳效益研究包括經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和健康效益。關(guān)于經(jīng)濟(jì)效益，Liu等［34］研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)深度脫碳路徑下，到2050年經(jīng)濟(jì)碳強(qiáng)度將下降約91.7%（相比于2005年），實(shí)現(xiàn)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的深度脫鉤。深度脫碳還會(huì)將就業(yè)機(jī)會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值從高碳行業(yè)轉(zhuǎn)移至低碳行業(yè)，從而有利于經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展［111］。環(huán)境效益與健康效益往往在研究中一同考慮，環(huán)境效益主要體現(xiàn)在深度脫碳帶來的CO2、SO2、N2O等溫室氣體以及PM2.5、PM10等污染物的大幅減少。健康效益是隨環(huán)境改善帶來因心血管或呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)的減少，可以通過統(tǒng)計(jì)生命價(jià)值（VSL）等方法將健康效益以貨幣化進(jìn)行衡量。許多研究［106，112-113］都對(duì)深度脫碳帶來的環(huán)境效益與健康效益進(jìn)行了評(píng)估，并用健康效益抵消一部分深度脫碳成本。目前，關(guān)于深度脫碳效益的研究集中在經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和健康效益，但事實(shí)上，實(shí)施深度脫碳帶來的效益并不僅僅局限于此，深度脫碳還可推動(dòng)經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展、免受油價(jià)波動(dòng)沖擊，以及避免遭受嚴(yán)重氣候?yàn)?zāi)害等。

4 深度脫碳研究演進(jìn)趨勢(shì)分析

文獻(xiàn)是反映科學(xué)技術(shù)進(jìn)展的重要渠道［114］，過去幾十年來科學(xué)文獻(xiàn)數(shù)量呈指數(shù)型增長(zhǎng)，通過逐篇閱讀文獻(xiàn)無法把握研究領(lǐng)域尤其新興研究主題的整體進(jìn)展，對(duì)大量文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析是識(shí)別研究演進(jìn)趨勢(shì)的基礎(chǔ)［115-117］。文獻(xiàn)計(jì)量分析可以借助計(jì)算機(jī)技術(shù)和學(xué)術(shù)軟件處理大量文獻(xiàn)數(shù)據(jù)并以可視化技術(shù)對(duì)研究趨勢(shì)進(jìn)行清晰展示［118］，實(shí)現(xiàn)文獻(xiàn)信息“從數(shù)據(jù)到信息再到知識(shí)”的科學(xué)轉(zhuǎn)化［119］，并最大限度減少研究者因?qū)W科背景產(chǎn)生的潛在偏見［120-121］。陳超美教授開發(fā)的文獻(xiàn)計(jì)量分析軟件Citespace被廣泛應(yīng)用于研究演進(jìn)趨勢(shì)識(shí)別。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通?；贑itespace軟件繪制的關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)視圖（Time-Zone View）［122-123］、時(shí)間線視圖（Time-Line View）［124-125］或突現(xiàn)探測(cè)結(jié)果［126-127］來分析特定研究領(lǐng)域的演進(jìn)趨勢(shì)。由于Citespace的不同算法和設(shè)置會(huì)呈現(xiàn)不同的分析結(jié)果，單一方法可能造成分析結(jié)果的偏差或遺漏，綜合使用上述方法能夠更全面、準(zhǔn)確地把握特定研究領(lǐng)域的演進(jìn)趨勢(shì)［128-129］。因此，該研究借鑒Ye等［129］的做法，基于深度脫碳領(lǐng)域時(shí)區(qū)視圖和研究前沿的分析結(jié)果分析深度脫碳領(lǐng)域的演進(jìn)趨勢(shì)。

4.1 時(shí)區(qū)視圖分析

通過分析高頻關(guān)鍵詞的時(shí)區(qū)視圖，可以探尋某領(lǐng)域研究熱點(diǎn)的演進(jìn)過程和發(fā)展趨勢(shì)［130-131］。論文應(yīng)用Citespace軟件的“TOP N”算法提取了深度脫碳領(lǐng)域263篇文獻(xiàn)中每年出現(xiàn)頻率最高的前30個(gè)關(guān)鍵詞，運(yùn)行生成關(guān)鍵詞共現(xiàn)時(shí)區(qū)視圖（圖2）。

圖2 關(guān)鍵詞共現(xiàn)時(shí)區(qū)視圖

圖2揭示了2015—2021年深度脫碳領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)及演進(jìn)情況：①2015年，深度脫碳領(lǐng)域出現(xiàn)了“碳”“電力”“成本”“可再生能源”“化石燃料”“環(huán)境政策”“環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)”“環(huán)境影響”等高頻關(guān)鍵詞。②2016—2017年，“脫碳”“深度脫碳”成為高頻關(guān)鍵詞，出現(xiàn)了“碳排放”“溫室氣體”“減排”“能源系統(tǒng)”“能源轉(zhuǎn)換”等深度脫碳內(nèi)涵中所涵蓋的高頻詞，同時(shí)出現(xiàn)了“能源政策”“碳捕獲”“投資”“能源效率”“碳儲(chǔ)存”“電氣化”“儲(chǔ)能”“成本效益分析”“電力生產(chǎn)”“創(chuàng)新”等高頻詞，表明這一時(shí)期的深度脫碳領(lǐng)域出現(xiàn)了更加細(xì)化、具體的研究熱點(diǎn)。③2018—2019年，除了傳統(tǒng)的能源、電力相關(guān)高頻詞，還出現(xiàn)了“交通部門”“貿(mào)易”“氫儲(chǔ)能”和“生命周期分析”等高頻關(guān)鍵詞，這意味著交通部門深度脫碳、商業(yè)貿(mào)易、氫能和生命周期等熱點(diǎn)問題在這一時(shí)期得到廣泛關(guān)注。④2020—2021年，深度脫碳領(lǐng)域新出現(xiàn)的高頻關(guān)鍵詞為“經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響”“決策”“生物能源”“氫能”“碳中和”，代表了近兩年學(xué)者們新的關(guān)注熱點(diǎn)。

4.2 研究前沿分析

CiteSpace的突現(xiàn)探測(cè)功能（Burst Detection）可以探測(cè)到特定時(shí)期內(nèi)被引頻次出現(xiàn)爆發(fā)性增長(zhǎng)的關(guān)鍵詞和文獻(xiàn)，探測(cè)結(jié)果可以作為分析研究前沿依據(jù)［129］。使用CiteSpace的突現(xiàn)探測(cè)功能對(duì)深度脫碳領(lǐng)域的突現(xiàn)關(guān)鍵詞（表1）和突現(xiàn)文獻(xiàn)（表2）進(jìn)行挖掘，突現(xiàn)關(guān)鍵詞和突現(xiàn)文獻(xiàn)的分析結(jié)果反映了深度脫碳領(lǐng)域研究前沿。

表2 突現(xiàn)文獻(xiàn)探測(cè)結(jié)果

由表1可知，2015—2019年深度脫碳研究領(lǐng)域共有17個(gè)突現(xiàn)關(guān)鍵詞：2015年的突現(xiàn)關(guān)鍵詞為核能，2016的突現(xiàn)關(guān)鍵詞為為歐盟、政策實(shí)施、建模，2017的突現(xiàn)關(guān)鍵詞為創(chuàng)新、核燃料、能源轉(zhuǎn)型和公共政策，2018的突現(xiàn)關(guān)鍵詞為環(huán)境技術(shù)、污染稅和負(fù)排放技術(shù)，2019開始，學(xué)者們開始關(guān)注決策、生物能源、用能、供暖、替代能源和空氣質(zhì)量。此外，從突現(xiàn)強(qiáng)度和突現(xiàn)時(shí)間來看，突現(xiàn)強(qiáng)度最高的關(guān)鍵詞為“創(chuàng)新”（突現(xiàn)強(qiáng)度：3.44）、突現(xiàn)時(shí)間最長(zhǎng)的關(guān)鍵詞為“建?！保?016—2019年），說明這兩個(gè)突現(xiàn)詞相關(guān)的研究主題在深度脫碳研究領(lǐng)域分別具有最強(qiáng)和最具持續(xù)性的影響力。

由表2可知，2015—2021年深度脫碳研究領(lǐng)域被引頻次激增的文獻(xiàn)共7篇，涉及負(fù)排放技術(shù)、交通部門深度脫碳、電氣化、共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑、太陽(yáng)能光伏等。這7篇突現(xiàn)文獻(xiàn)分別于2018年和2019年開始突現(xiàn)：

2018年開始突現(xiàn)的文獻(xiàn)共探測(cè)到3篇，其中兩篇文獻(xiàn)對(duì)負(fù)排放技術(shù)在深度脫碳中的應(yīng)用表達(dá)了擔(dān)憂：Fuss等［132］在研究中分析了大規(guī)模部署B(yǎng)ECC技術(shù)面臨著資源、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和社會(huì)挑戰(zhàn)，并呼吁未來研究要快速地評(píng)估“押注”于負(fù)排放技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)；Anderson等［133］認(rèn)為，學(xué)者們?cè)谀Ｐ图僭O(shè)中常用的大規(guī)模部署負(fù)排放技術(shù)情景在現(xiàn)實(shí)中可能無法實(shí)現(xiàn)，提出負(fù)排放技術(shù)是一場(chǎng)高風(fēng)險(xiǎn)的賭博。這兩篇文獻(xiàn)的突現(xiàn)強(qiáng)度都很高，分別為3.79和3.9，且Anderson等的研究突現(xiàn)時(shí)間延續(xù)至今，說明負(fù)排放技術(shù)在深度脫碳研究領(lǐng)域受到高度關(guān)注。第3篇突現(xiàn)文獻(xiàn)是Pietzcker等［134］使用綜合能源經(jīng)濟(jì)模型預(yù)測(cè)了氣候政策對(duì)中國(guó)、美國(guó)以及全球交通部門能源需求和碳排放的影響。

2019年開始突現(xiàn)的文獻(xiàn)共探測(cè)到4篇，突現(xiàn)時(shí)間皆延續(xù)至今，代表著這4篇文獻(xiàn)的研究?jī)?nèi)容目前仍是學(xué)者們最為關(guān)注的前沿問題。其中，有2篇文獻(xiàn)關(guān)注了共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑（SSP）：Riahi等［135］對(duì)SSP的主要特征以及基于SSP情景進(jìn)行綜合評(píng)估的關(guān)鍵步驟進(jìn)行了概述，Rogelj等［136］總結(jié)了能夠?qū)崿F(xiàn)1.5 ℃溫控目標(biāo)的SSP特征，并提出未來研究需納入更廣泛的社會(huì)偏好、政治等因素以評(píng)估共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑的現(xiàn)實(shí)可行性。另外2篇文獻(xiàn)的研究分別研究了如下問題：Lechtenbhmer等［58］研究了歐盟基礎(chǔ)材料生產(chǎn)這一碳密集型產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)電氣化的影響，Pfenninger等［137］對(duì)歐洲太陽(yáng)能光伏發(fā)電的長(zhǎng)期模式、可變性以及與電力需求的相關(guān)性進(jìn)行了分析，這兩個(gè)問題都是實(shí)施深度脫碳面臨的重大難題。

4.3 演進(jìn)趨勢(shì)分析

基于4.1和4.2的分析結(jié)果，結(jié)合圖1中深度脫碳年度發(fā)文量變化趨勢(shì)，將深度脫碳領(lǐng)域研究的演進(jìn)趨勢(shì)分為兩個(gè)階段。

初期階段（2015—2018年）。該階段，深度脫碳研究領(lǐng)域的年度發(fā)文量較少，皆少于30篇，且處于指數(shù)函數(shù)擬合曲線的前半段，增長(zhǎng)平緩。該階段出現(xiàn)的關(guān)鍵詞主要集中在深度脫碳的內(nèi)涵詞以及能夠反映細(xì)分研究主題的關(guān)鍵詞，如“碳排放”“溫室氣體”“能源系統(tǒng)”“能源轉(zhuǎn)換”“電力”“化石燃料”“環(huán)境影響”“成本”“太陽(yáng)能”“核能”“環(huán)境政策”等。此階段出現(xiàn)了大量的突現(xiàn)關(guān)鍵詞（11個(gè)，占比65%），突現(xiàn)強(qiáng)度最高的詞“創(chuàng)新”和突現(xiàn)時(shí)間最長(zhǎng)的詞為“建?！本诖穗A段出現(xiàn)。在階段末期（2018年），探測(cè)到3篇突現(xiàn)文獻(xiàn)，其中兩篇關(guān)注負(fù)排放技術(shù)，1篇關(guān)注交通部門深度脫碳，代表了此階段學(xué)者們高度關(guān)注的前沿問題。綜合以上分析可知，本階段，深度脫碳研究的框架基本形成，初步形成了細(xì)分研究領(lǐng)域和研究前沿。

快速發(fā)展階段（2019—2021年）。該階段，深度脫碳研究領(lǐng)域的年度發(fā)文量增長(zhǎng)迅猛，均高于50篇，且處于指數(shù)函數(shù)擬合曲線的后半段。結(jié)合此階段的文獻(xiàn)數(shù)量和關(guān)鍵詞共現(xiàn)關(guān)系可知，前兩個(gè)階段關(guān)注的熱點(diǎn)主題在此階段得到了延續(xù)。該階段新出現(xiàn)的高頻關(guān)鍵詞，如“氫儲(chǔ)能”“生命周期分析”“經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響”“決策”“生物能源”“氫能”和“碳中和”，代表著深度脫碳領(lǐng)域的新興研究主題。從研究前沿來看，在此階段新出現(xiàn)的6個(gè)突現(xiàn)關(guān)鍵詞和4篇突現(xiàn)文獻(xiàn)皆從2019年開始突現(xiàn)并延續(xù)至今，“供暖”“替代能源”和“空氣質(zhì)量”等突現(xiàn)詞代表著深度脫碳研究新出現(xiàn)的前沿問題。而從突現(xiàn)文獻(xiàn)的研究?jī)?nèi)容可以看出，這一階段，學(xué)者們開始關(guān)注社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)、碳密集型產(chǎn)業(yè)電氣化以及光伏發(fā)電并網(wǎng)等深度脫碳面臨的重大難題。綜合以上分析可知，此階段，深度脫碳領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)更加細(xì)化的新興研究主題，學(xué)者們也開始轉(zhuǎn)向新的研究視角。

5 深度脫碳研究的中國(guó)啟示

從“碳達(dá)峰”到“碳中和”，美國(guó)、歐盟等發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的過渡期基本為50～70年，中國(guó)僅規(guī)劃了30年時(shí)間，中國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的任務(wù)非常艱巨?！半p碳”目標(biāo)提出后，中共中央、國(guó)務(wù)院先后印發(fā)《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》等文件，明確了“雙碳”工作的路線圖。2021年的中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議則將“正確認(rèn)識(shí)和把握碳達(dá)峰碳中和”列為新發(fā)展階段我國(guó)面臨的新的重大理論和實(shí)踐問題之一。隨后，圍繞“雙碳”目標(biāo)，國(guó)家各部委、地方各省份相關(guān)政策文件陸續(xù)發(fā)布，開展了調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能提效、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、建設(shè)碳市場(chǎng)、增加碳匯等一系列行動(dòng)。政策推動(dòng)下，中國(guó)已成為世界上最大的可再生能源生產(chǎn)國(guó)和使用國(guó)，截至2020年，中國(guó)碳強(qiáng)度比2015年下降18.8%，非化石能源消費(fèi)量占一次能源消費(fèi)總量的比重提高到15.9%，森林蓄積量增加到175億m3以上，分別超過18%、15%和165億m3的規(guī)劃目標(biāo)［138］。盡管如此，中國(guó)目前仍是世界上最大的碳排放國(guó)，2020年的碳排放量達(dá)到106.7億t，較2019年相比增長(zhǎng)了約1.72%［139］。中國(guó)碳排放量大且繼續(xù)增長(zhǎng)的根本原因在于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式過度依賴化石能源系統(tǒng)，使得中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展“鎖定”在了以化石燃料為基礎(chǔ)的碳密集能源系統(tǒng)中，進(jìn)入了“碳鎖定”狀態(tài)［6，140-141］。“碳鎖定”形成后，即使出現(xiàn)更具有環(huán)境和經(jīng)濟(jì)雙重優(yōu)勢(shì)的低碳技術(shù)，基于規(guī)模報(bào)酬遞增因素產(chǎn)生的市場(chǎng)失靈和政策失靈也將阻礙低碳技術(shù)的應(yīng)用和擴(kuò)散，很難消除溫室氣體排放［6］。

綜上，中國(guó)深度脫碳面臨巨大挑戰(zhàn)，深度脫碳的實(shí)施必然經(jīng)歷漫長(zhǎng)、復(fù)雜、艱難的過程。中國(guó)學(xué)者研究也提出，將在未來40年內(nèi)經(jīng)歷一次前所未有的快速、全面深度脫碳的過程［21］，其中電力、燃料等能源供給側(cè)部門和交通、工業(yè)、建筑等能源消費(fèi)側(cè)部門都要加快脫碳進(jìn)程［142-143］，有效的政策工具也需要加緊配套［144］，整個(gè)社會(huì)的生產(chǎn)和生活方式都需要變革［20］。

深度脫碳是一項(xiàng)長(zhǎng)期工程，推進(jìn)深度脫碳過程中不能延續(xù)市場(chǎng)推動(dòng)技術(shù)緩慢迭代的“跟跑”模式，而是要在重點(diǎn)領(lǐng)域開展前瞻性研究和布局，實(shí)現(xiàn)與發(fā)達(dá)國(guó)家“并跑”甚至“領(lǐng)跑”。深度脫碳是一個(gè)新興研究領(lǐng)域，經(jīng)過7年的發(fā)展，深度脫碳研究領(lǐng)域目前處于快速發(fā)展階段，新興研究主題不斷涌現(xiàn)，該研究在深度脫碳研究主題和演進(jìn)趨勢(shì)分析的基礎(chǔ)上，從研究視角、研究方法與范式、研究?jī)?nèi)容三方面提出了深度脫碳對(duì)我國(guó)的啟示。

5.1 在研究視角上

由深度脫碳研究主題可知，深度脫碳是涉及經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境科學(xué)和能源科學(xué)等多學(xué)科知識(shí)的綜合性研究領(lǐng)域。但是，現(xiàn)有深度脫碳研究多從單一學(xué)科視角對(duì)國(guó)家、區(qū)域和用能終端部門等展開宏、中觀層面的研究，缺乏跨學(xué)科、多視角的交叉融合研究。深度脫碳是全社會(huì)面臨的一場(chǎng)深刻變革，既有量化減排目標(biāo)的硬性約束，又以“能源系統(tǒng)的根本性變革”為主要手段，因此，深度脫碳研究不能僅僅停留在宏中觀層面，而應(yīng)拓展至企業(yè)、家庭、個(gè)人等微觀主體層面，對(duì)企業(yè)價(jià)值鏈脫碳、企業(yè)轉(zhuǎn)型風(fēng)險(xiǎn)和脫碳潛力、家庭及個(gè)人減排行為的驅(qū)動(dòng)因素等深度脫碳問題開展跨學(xué)科、多視角研究。

5.2 在研究方法與范式上

研究方法方面，現(xiàn)有研究中，數(shù)據(jù)爬取、智能分析、文本建模等跨學(xué)科研究方法在深度脫碳研究中的應(yīng)用較少，未來研究中，應(yīng)綜合運(yùn)用各類跨學(xué)科研究方法構(gòu)建綜合模型，研究深度脫碳的核心要素與社會(huì)、技術(shù)各主要元素之間的互動(dòng)關(guān)系，從而更好地支持現(xiàn)實(shí)決策；研究范式方面，在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的新背景下，可以探索使用大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)和仿真等新范式對(duì)深度脫碳的相關(guān)主題進(jìn)行系統(tǒng)研究，如利用大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和建模以精準(zhǔn)預(yù)測(cè)個(gè)體減排行為。

5.3 在研究?jī)?nèi)容上

首先，在技術(shù)方面，深度脫碳早期需要通過燃料轉(zhuǎn)換和效率改進(jìn)等增量措施進(jìn)行減排，中期需要部署目前尚未成熟且成本高昂的技術(shù)，改變運(yùn)行流程、支持系統(tǒng)等，后期需要部署目前仍處實(shí)驗(yàn)或探索階段的技術(shù)［43］。因此，新興技術(shù)將在深度脫碳過程中，尤其是中后期發(fā)揮至關(guān)重要的作用，政府和市場(chǎng)也需對(duì)新興技術(shù)進(jìn)行預(yù)判和超前部署，持續(xù)優(yōu)化碳中和路徑選擇?，F(xiàn)有研究未涉及行業(yè)新興技術(shù)，更沒有關(guān)于新興技術(shù)在流程改造、智能減排管理等方面的應(yīng)用研究。據(jù)此建議，未來應(yīng)圍繞深度脫碳新興技術(shù)的識(shí)別、體系構(gòu)建、成本效益評(píng)估等內(nèi)容展開研究。其次，在制度方面，現(xiàn)有研究中鮮有涉及深度脫碳評(píng)估制度、信息發(fā)布制度、監(jiān)管制度等，無法為凈零目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供制度保障。深度脫碳需要全社會(huì)及其各部門整體推進(jìn)。據(jù)此建議，應(yīng)從法律法規(guī)、體制機(jī)制和政策措施等多方面為深度脫碳創(chuàng)造基礎(chǔ)條件和政策環(huán)境，開展電力、交通、工業(yè)和建筑等重點(diǎn)部門或領(lǐng)域深度脫碳的報(bào)告制度、評(píng)估制度、信息發(fā)布制度、監(jiān)管制度、責(zé)任追究制度等。此外，建議探索研究深度脫碳的激勵(lì)機(jī)制、投融資機(jī)制、碳排放數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)核算、數(shù)據(jù)管理及履約長(zhǎng)效機(jī)制等保障制度。最后，在經(jīng)濟(jì)方面，深度脫碳成本直接影響經(jīng)濟(jì)增速，但忽視深度脫碳及碳中和目標(biāo)，將最終影響經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。為處理好“發(fā)展與減排”關(guān)系，需控制深度脫碳成本，避免給經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來不穩(wěn)定和較大的機(jī)會(huì)成本，同時(shí)，需要更全面地研究深度脫碳效益［48］。據(jù)此建議，未來研究中應(yīng)關(guān)注深度脫碳成本評(píng)估、科技創(chuàng)新對(duì)脫碳成本影響等相關(guān)問題，從多方面挖掘深度脫碳可能帶來的效益，如產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，減少極端天氣、自然災(zāi)害帶來?yè)p失等。在此基礎(chǔ)上，展開“深度脫碳成本效益評(píng)估研究”，包括深度脫碳成本效益評(píng)估框架、模型和方法，深度脫碳成本效益評(píng)估指標(biāo)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)等。