凈零碳轉(zhuǎn)型的主要路徑及其優(yōu)化集成

潘家華，陳夢(mèng)玫，劉保留

（1. 北京工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 100124； 2. 北京工業(yè)大學(xué)生態(tài)文明研究院，北京 100124；3. 中國(guó)社會(huì)科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展研究中心，北京 100732）

全球溫升已成為不爭(zhēng)的事實(shí)，近年來(lái)世界各地的局部高溫紀(jì)錄被不斷打破。2023 年7 月，全球平均氣溫飆升至前所未有的17.2 ℃［1］。根據(jù)美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局自1979 年以來(lái)地表以上2 m 處的平均氣溫?cái)?shù)據(jù)，最熱的四天發(fā)生在2023 年7 月4 日—7 月7 日，打破了2016年8月中旬創(chuàng)下的16.9 ℃的紀(jì)錄［1］。雖然氣溫會(huì)有波動(dòng)，短時(shí)局部升溫不能代表整體情況，但是從長(zhǎng)期趨勢(shì)來(lái)看，地球溫升在不斷加快。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）第六次評(píng)估報(bào)告結(jié)論表明，全球地表溫升相對(duì)于工業(yè)化前已達(dá)1.1 ℃［2］。2023 年5 月，世界氣象組織（WMO）發(fā)布報(bào)告稱，《巴黎協(xié)定》所力爭(zhēng)的溫升控制目標(biāo)1.5 ℃，在未來(lái)5 年里內(nèi)的某一年份就有可能出現(xiàn)［3］。全球氣候變暖不僅會(huì)帶來(lái)極地冰川融解、海平面上升、生物多樣性喪失等不可逆轉(zhuǎn)的負(fù)面影響，同時(shí)也將對(duì)人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成巨大威脅?？刂迫驕厣⑦m應(yīng)氣候變化是全世界面臨的共同挑戰(zhàn)。

工業(yè)革命以來(lái)，以煤、石油、天然氣為主的化石能源燃燒所產(chǎn)生的溫室氣體排放是造成全球變暖甚至“全球沸騰”的元兇［4］。要實(shí)現(xiàn)2 ℃乃至1.5 ℃的溫控目標(biāo)，需要世界各國(guó)加大減排力度，力爭(zhēng)到本世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)全球凈零碳排放。目前已有139 個(gè)國(guó)家提出了凈零碳目標(biāo)。中國(guó)在2020 年宣布將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，力爭(zhēng)2030 年前二氧化碳排放達(dá)峰，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。碳中和的目標(biāo)進(jìn)程就是化石能源減退的進(jìn)程。國(guó)際能源署（IEA）對(duì)2050 全球凈零碳的能源供給結(jié)構(gòu)進(jìn)行了展望，強(qiáng)調(diào)化石能源占比從2021年的82%減退至2050年的18%［5］。2021年9月《中共中央 國(guó)務(wù)院關(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(jiàn)》中也進(jìn)行了明確規(guī)劃，非化石能源在一次能源消費(fèi)占比從2020年的15%提升至2060 年的80%以上。碳中和作為一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革，面向碳中和的凈零碳轉(zhuǎn)型需要整個(gè)社會(huì)的通力配合，多管齊下。當(dāng)前社會(huì)各界對(duì)于凈零碳轉(zhuǎn)型實(shí)現(xiàn)路徑眾說(shuō)紛紜，莫衷一是。該研究試圖剖析凈零碳轉(zhuǎn)型的主要路徑，包括生產(chǎn)、儲(chǔ)能、消費(fèi)的核心賽道，要素集成融合的系統(tǒng)優(yōu)化賽道，高碳化石能源以及碳移除的輔助賽道以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革的軟實(shí)力賽道，并對(duì)不同賽道的戰(zhàn)略定位進(jìn)行詳細(xì)梳理和闡釋，為碳中和目標(biāo)下的凈零碳轉(zhuǎn)型提供可供選擇的科學(xué)路徑。

1 凈零碳轉(zhuǎn)型的核心賽道：可再生能源的生產(chǎn)、儲(chǔ)能、消費(fèi)

凈零碳轉(zhuǎn)型，零碳是關(guān)鍵。只有在能源主體上實(shí)現(xiàn)零碳，才有可能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的凈零碳。這就要求零碳能源生產(chǎn)的量要足夠，質(zhì)有保障，而且還要匹配消費(fèi)需求。

1.1 零碳可再生能源生產(chǎn)之量的拓展：零碳可再生能源賽道

能源是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)和動(dòng)力源泉，歷次能源革命均帶來(lái)了生產(chǎn)力的提高和文明的進(jìn)步。特別是工業(yè)革命以來(lái)，化石能源的開發(fā)利用支撐了人類文明和科技的高度繁榮。但是化石能源的短缺及其環(huán)境影響使得推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型替代尤為緊迫。經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的是能源服務(wù)，并不是碳，風(fēng)、光、水、生物質(zhì)能、核能、氫能都是可供利用的零碳新能源。但是保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)運(yùn)行和發(fā)展，必須要有經(jīng)濟(jì)可行、安全穩(wěn)定、足夠的零碳能源的量的產(chǎn)出。單一品種的可再生能源中，水電雖具有經(jīng)濟(jì)性和安全性，但是囿于地理空間限制，量級(jí)存在缺口；生物質(zhì)能則存在經(jīng)濟(jì)性和量產(chǎn)的雙重約束；核能及氫能雖然零碳，但在安全穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)性方面仍存在不少局限，且氫能作為二次能源，可以作為一次可再生能源的轉(zhuǎn)換或者衍生品，這里不作具體分析。技術(shù)成熟、產(chǎn)業(yè)鏈完備的風(fēng)電、光電，伴隨著其經(jīng)濟(jì)性的提升，為量能的產(chǎn)出擴(kuò)張?zhí)峁┝藙?dòng)能，良好解決了成本以及量的充裕性問(wèn)題，因而成為了零碳的終極賽道。

風(fēng)電、光電與煤電屬于同質(zhì)商品，并且更加清潔、經(jīng)濟(jì)、高效。風(fēng)電及光伏發(fā)電經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，不僅技術(shù)成熟度高，而且成本也大幅下降。根據(jù)國(guó)際能源署的核算（圖1），從2010 年到2022 年，太陽(yáng)能光伏發(fā)電成本從0.445 美元/（kW·h），降至0.049 美元/（kW·h），下降了90%，陸上風(fēng)電、海上風(fēng)電、聚光太陽(yáng)能成本均有不同程度的下降。國(guó)內(nèi)光伏、陸上風(fēng)電成本已經(jīng)低于0.2 元/（kW·h），相對(duì)于標(biāo)桿電價(jià)0.35～0.41元/（kW·h）的煤電，即使涵蓋部分儲(chǔ)能成本，風(fēng)電、光電也表現(xiàn)出強(qiáng)勁的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。風(fēng)電和光伏發(fā)電經(jīng)濟(jì)性能的提升，為可再生能源發(fā)電產(chǎn)出量能的擴(kuò)張，提供了市場(chǎng)動(dòng)能。全球風(fēng)電、光電發(fā)電裝機(jī)不斷增加，2022 年太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到1 185 GW，風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到906 GW，占總裝機(jī)容量的23.9%，比2021年高出2.4個(gè)百分點(diǎn)［6］。中國(guó)可再生能源電力發(fā)展迅速，風(fēng)電、光電占電力生產(chǎn)總量的份額從2019年的9.7%提升到2022 年的13.9%。國(guó)家發(fā)展改革委的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2022 年底，全國(guó)風(fēng)電、光電裝機(jī)已經(jīng)突破7 億kW；2022 年風(fēng)電光伏新增裝機(jī)占全國(guó)新增裝機(jī)總量的78%，新增發(fā)電量也占全國(guó)新增發(fā)電量的55%以上。按照這樣的發(fā)展走勢(shì)，到2030年中國(guó)的風(fēng)電、光電裝機(jī)容量能夠達(dá)到17億kW以上，甚至可能達(dá)到22億kW。

圖1 不同類型可再生能源的發(fā)電成本變化

1.2 零碳可再生能源生產(chǎn)之質(zhì)的提升：儲(chǔ)能賽道

零碳的風(fēng)電、光電間歇性、隨機(jī)性和波動(dòng)性特征明顯，即使有了量能的保證和成本的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，也難以滿足電源和負(fù)荷的實(shí)時(shí)平衡。儲(chǔ)能的存在，特別是新型儲(chǔ)能系統(tǒng)的出現(xiàn)和完善，能夠有效平滑可再生能源的波動(dòng)性，確保零碳能源電力供應(yīng)的穩(wěn)定性，增強(qiáng)能源系統(tǒng)的靈活性，實(shí)現(xiàn)可再生能源的大規(guī)模接入。如果說(shuō)可再生能源生產(chǎn)是零碳能源“量”的賽道，那么儲(chǔ)能則是“質(zhì)”的賽道，保障了零碳能源供應(yīng)的穩(wěn)定性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性。

儲(chǔ)能形式多樣，既包括抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、重力儲(chǔ)能等物理儲(chǔ)能形式，也包括磷酸鐵鋰、鉛炭電池、鈉鹽電池等電化學(xué)儲(chǔ)能形式，以及氫儲(chǔ)能、儲(chǔ)熱蓄冷、生物質(zhì)能等。不同形式的儲(chǔ)能在儲(chǔ)能效率、時(shí)長(zhǎng)、成本等方面存在差異性，因而能夠靈活滿足不同場(chǎng)景的儲(chǔ)能需求。抽水蓄能是當(dāng)前最為成熟的儲(chǔ)能技術(shù)，具備長(zhǎng)時(shí)型和成本端的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)行時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)6～12 h，成本在0.25 元/（kW·h）左右，而受整體建設(shè)周期過(guò)長(zhǎng)和站址資源約束，近年來(lái)抽水蓄能整體增速放緩。除抽水蓄能以外的儲(chǔ)能被稱為新型儲(chǔ)能，除了商業(yè)化應(yīng)用程度較高的鋰電儲(chǔ)能外，還包括代表長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的壓縮空氣和液流電池，代表降成本需求的鈉離子電池儲(chǔ)能以及代表瞬時(shí)功率的鉛炭電池儲(chǔ)能，能夠有效適配未來(lái)電力系統(tǒng)對(duì)于成本控制、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能、瞬時(shí)功率等方面的不同需求。

隨著可再生能源裝機(jī)及發(fā)電規(guī)模的不斷提升，儲(chǔ)能規(guī)模也在不斷擴(kuò)大?！读闾贾袊?guó)·新型儲(chǔ)能》報(bào)告顯示，截至2021年底，全球已投運(yùn)儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模約2.1億kW，同比增長(zhǎng)9%。其中，抽水蓄能裝機(jī)規(guī)模約1.8 億kW，占比首次低于90%。新型儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模3×106kW，同比增長(zhǎng)67.7%。其中，鋰離子電池裝機(jī)約2 300 萬(wàn)kW，占據(jù)主導(dǎo)地位。作為零碳能源革命不可缺少的重要一環(huán)，在碳中和導(dǎo)向下，未來(lái)儲(chǔ)能規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大。根據(jù)國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)IRENA 的預(yù)測(cè)，全球固定式儲(chǔ)能（不包括電動(dòng)汽車）需要從2020 年的約30 GWh 增加到2030、2050 年的745 GWh、9 000 GWh［7］。同時(shí)，儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性也將進(jìn)一步提升，當(dāng)前平均0.35 元/（kW·h）的儲(chǔ)能成本將進(jìn)一步下降?？梢灶A(yù)見(jiàn)，具有靈活性和經(jīng)濟(jì)性的儲(chǔ)能將成為未來(lái)多元化電力系統(tǒng)的壓艙石。

1.3 零碳可再生能源終端需求之滿足：消費(fèi)匹配賽道

構(gòu)建以零碳能源為主體的新型能源體系，除了需要可再生能源生產(chǎn)和儲(chǔ)能賽道確保零碳能源供應(yīng)的質(zhì)和量之外，還需要能源終端消費(fèi)同步進(jìn)行匹配，即交通、供熱、制冷、制造等終端消費(fèi)側(cè)的電力化改造，這是零碳能源的匹配性賽道。在工業(yè)文明的發(fā)展范式下，經(jīng)濟(jì)社會(huì)體系中的終端能源消費(fèi)已被化石能源全面占據(jù)。發(fā)達(dá)國(guó)家的現(xiàn)代化建立在高品質(zhì)化石能源消耗的基礎(chǔ)上，包括物質(zhì)財(cái)富的生產(chǎn)、生活品質(zhì)的保障以及社會(huì)治理的高水平，因而發(fā)達(dá)國(guó)家的化石能源消費(fèi)和二氧化碳排放長(zhǎng)期高于發(fā)展中國(guó)家。但發(fā)達(dá)國(guó)家人口約占全世界人口的16%，地球上有限的不可再生的化石能源不可能支撐發(fā)展中國(guó)家像發(fā)達(dá)國(guó)家那樣依靠化石能源實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化。如何提升發(fā)展中國(guó)家的居民福祉，實(shí)現(xiàn)人人享有清潔且便宜的電力（聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)SDG7），零碳可再生能源電力為此提供了解決方案。零碳能源電力與化石能源電力屬于同質(zhì)產(chǎn)品，不僅能夠?yàn)榻?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供同樣的動(dòng)能，甚至零碳電力比化石能源電力效率更高，更為清潔、經(jīng)濟(jì)，能夠全方位、高品質(zhì)、低成本地滿足終端能源消費(fèi)需求。

交通部門是重要的能源消耗部門之一，以石油為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)使得交通部門碳排放量持續(xù)增長(zhǎng)。根據(jù)國(guó)際能源署的統(tǒng)計(jì)，2020 年交通運(yùn)輸?shù)奶寂欧耪既蛱寂欧帕康?7%左右。中國(guó)2019 年交通部門能源相關(guān)的碳排放量增至9.5 億t，較2010 年增長(zhǎng)47%，占與能源相關(guān)碳排放總量的比例從2010 年的7.5%升至接近10%。交通運(yùn)輸是居民出行和物流服務(wù)的基礎(chǔ)支撐和重要保障，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展以及居民生活水平的不斷提高，未來(lái)運(yùn)輸需求將進(jìn)一步增長(zhǎng)。2022年，中國(guó)民用汽車擁有量為3.12 億輛，每千人汽車擁有量約為221 輛，對(duì)比美日歐等成熟經(jīng)濟(jì)體，未來(lái)中國(guó)民用汽車擁有量至少還會(huì)增加一倍。作為一個(gè)化石能源儲(chǔ)量并不豐富的國(guó)家，中國(guó)的油氣消費(fèi)對(duì)外依存總體上超過(guò)一半，原油甚至高達(dá)3/4，費(fèi)用高，能源安全缺少保障。新增的民用汽車關(guān)系到居民福祉的剛性需求，不可能也沒(méi)必要消除，倘若仍然走燃油車的道路，很可能導(dǎo)致對(duì)化石能源依賴過(guò)高，能源安全無(wú)法保障。以純電動(dòng)車取代燃油車，是交通領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳中和的必然途徑。

建筑部門亦是能源消耗和碳排放的大戶。隨著居民對(duì)生活品質(zhì)的追求，建筑采暖和供冷需求將不斷攀升。提高建筑保溫隔熱功效是降低建筑用能的一方面，另一方面，更新建筑采暖和制冷方式，以零碳電能取代天然氣供暖也是減少建筑部門碳排放的必經(jīng)之路。目前在建筑采暖和制冷方面已有較為完善的技術(shù)，比如地源熱泵和氣源熱泵等。2022 年2 月俄烏沖突發(fā)生以來(lái)，歐盟從中國(guó)進(jìn)口電熱毯、電暖氣等電采暖設(shè)備激增。中國(guó)家用電器協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2022 年1 月—7 月，中國(guó)出口至歐洲的電暖器、電熱毯品類累計(jì)出口額分別達(dá)到4.9 億美元和3 340 萬(wàn)美元，電熱毯的出口增速達(dá)到97%。海關(guān)總署數(shù)據(jù)顯示，2022 年7 月，歐盟27 國(guó)進(jìn)口中國(guó)電熱毯高達(dá)129萬(wàn)條，環(huán)比增加150%［8］。湖北省孝感市大悟縣洪畈村建有一所“全電”校園，校園中所有的終端用能，包括炊事、采暖、制冷，均采用電力［9］。這些案例有力地證明建筑系統(tǒng)的供暖制冷等終端用能可以實(shí)現(xiàn)全電力化。

終端消費(fèi)側(cè)進(jìn)行電力化替代，與零碳的可再生能源生產(chǎn)、儲(chǔ)能一起，構(gòu)成了一個(gè)零碳能源的“產(chǎn)-儲(chǔ)-消”閉環(huán)，使得零碳的可再生能源能夠得以全方位、有效率、高品質(zhì)、更安全地支撐中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高質(zhì)量發(fā)展，助力中國(guó)式現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)。中國(guó)在光伏、風(fēng)電、動(dòng)力電池、新能源汽車等零碳能源生產(chǎn)和終端電力消費(fèi)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)能、產(chǎn)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在全球占有較大優(yōu)勢(shì)，有的甚至是絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。中國(guó)的光伏組件占全球的3/4，裝機(jī)超過(guò)1/3；2021 年中國(guó)的海洋風(fēng)電裝機(jī)占全球新增裝機(jī)的80%；2022 年中國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷占全球的60%；中國(guó)的動(dòng)力電池產(chǎn)能和產(chǎn)量，也遙遙領(lǐng)先于世界。從高碳的化石能源賽道切換到零碳的可再生能源，不僅是當(dāng)前全球應(yīng)對(duì)氣候變化的道義使然，同時(shí)也為中國(guó)換道超車創(chuàng)造了良好契機(jī)。當(dāng)然，也有一些觀點(diǎn)質(zhì)疑零碳可再生能源的全生命周期碳排放，比如光伏組件、風(fēng)機(jī)生產(chǎn)，以及電動(dòng)車的生產(chǎn)。誠(chéng)然，這些組件的一些生產(chǎn)過(guò)程是高耗能的，但是通過(guò)回收?qǐng)?bào)廢階段的材料和部件，部分載能得以循環(huán)利用，而且風(fēng)電、光伏發(fā)電能夠替代化石能源，理論上100%可再生能源滿足生產(chǎn)完全可以實(shí)現(xiàn)。已有研究表明，純電動(dòng)汽車全生命周期排放量仍然低于混合動(dòng)力汽車和燃油車（表1）。需要指出的是，生命周期分析有其理性，但忽略了零碳潛力上的本質(zhì)差異。理論上或?qū)嶋H上，電池制造、汽車部件制造所耗能源均可采用零碳可再生能源。當(dāng)前在煤電占據(jù)主導(dǎo)地位的情況下，電力排放因子較高，但不表明可再生能源電力就不可以100%市場(chǎng)擠出化石能源電力。然而，燃油汽車使用油氣而產(chǎn)生的排放，絕對(duì)不可能實(shí)現(xiàn)零碳。因而，動(dòng)態(tài)地看，從潛力上看，從本質(zhì)上看，燃油車不可能零碳，而純電動(dòng)車可以實(shí)現(xiàn)零碳。

表1 不同類型汽車全生命周期排放量/t CO2e

2 凈零碳轉(zhuǎn)型的系統(tǒng)優(yōu)化賽道：零碳可再生能源系統(tǒng)的要素集成融合

零碳可再生能源涉及風(fēng)、光、水、生物質(zhì)等種類，需要儲(chǔ)能調(diào)節(jié)，具有荷源二元特征，以及消費(fèi)的聯(lián)動(dòng)，因而區(qū)別于化石能源單品種獨(dú)立使用，需要多能互補(bǔ)，源網(wǎng)荷儲(chǔ)將各要素綜合集成，優(yōu)化調(diào)控。

2.1 多能互補(bǔ)系統(tǒng)

單一可再生能源難以確保能源供給的穩(wěn)定性，構(gòu)建零碳能源系統(tǒng)需要采用多能互補(bǔ)技術(shù)，這也是未來(lái)新型能源體系建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)。風(fēng)能、光能、水能、生物質(zhì)能等可再生能源之間的互補(bǔ)，能夠在一定程度上形成較為穩(wěn)定的能源供給，而化石能源的作用在于應(yīng)急或備用，不宜作為多能互補(bǔ)的主體成分。日間陽(yáng)光充裕，光伏發(fā)電較多；而風(fēng)力發(fā)電則往往相反：日間風(fēng)力較小，夜間風(fēng)力較大，因而風(fēng)電、光電之間具有一定的互補(bǔ)性。不僅如此，太陽(yáng)輻射能可以直接轉(zhuǎn)換為電力，也可以聚光形成光熱，推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，從而具有燃煤發(fā)電的共同靈活性，光熱光伏可以互補(bǔ)。水電即使不是抽水蓄能，也具有可調(diào)節(jié)的靈活性。風(fēng)電、光電可以形成互補(bǔ)系統(tǒng)，水電也可以和風(fēng)電、光電等間歇性可再生能源形成良好的互補(bǔ)，在風(fēng)電、光伏發(fā)電充足時(shí)將其轉(zhuǎn)變?yōu)樗膭?shì)能，在風(fēng)能、光能資源不足的時(shí)候又可以將水的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能。我國(guó)抽水蓄能潛力巨大，按照《抽水蓄能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2021—2035 年）》的預(yù)測(cè)，到2025 年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模將達(dá)到62 GW 以上，到2030 年達(dá)到120 GW 左右。以浙江省為例，雖然國(guó)土面積僅占1%，卻有大約3 200 個(gè)潛在站點(diǎn)，具備1.1 萬(wàn)GW·h 儲(chǔ)能容量，足以支撐我國(guó)構(gòu)建100%可再生能源電力系統(tǒng)［10］。

多能互補(bǔ)能源系統(tǒng)提高了零碳能源供給端的經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性。多能互補(bǔ)能源系統(tǒng)的建立能夠利用各種可再生能源之間的互補(bǔ)性，解決水電、風(fēng)電和光伏發(fā)電的波動(dòng)性，容納多種類型的可再生能源，提高能源系統(tǒng)效率，降低單位能源成本，此為其經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，多能互補(bǔ)能源系統(tǒng)通過(guò)多種能源之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，將不同種類能源的各自優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到最大，能夠解決電力的安全穩(wěn)定問(wèn)題，提高供電的可靠性和供電質(zhì)量。

2.2 “源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化

多能互補(bǔ)是能源供應(yīng)端的要素集成，“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化則是整個(gè)電力產(chǎn)銷鏈條的要素集成。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)構(gòu)成模式是“源隨荷動(dòng)”，用發(fā)電去匹配居民和用戶的用電需求。但是隨著風(fēng)電、光電等可再生能源滲透率的提高，以及儲(chǔ)能、電動(dòng)車、充電樁等各種可調(diào)節(jié)負(fù)荷的大規(guī)模接入，無(wú)論是發(fā)電端還是負(fù)荷端的預(yù)測(cè)難度都會(huì)加大。未來(lái)更大規(guī)模的零碳能源與電力系統(tǒng)相連接，會(huì)改變當(dāng)前的電力系統(tǒng)運(yùn)行模式，需要“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化發(fā)展，才能更好地平衡可再生能源的開發(fā)規(guī)模與消納能力，適應(yīng)未來(lái)能源多元化的發(fā)展需求。

實(shí)現(xiàn)“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”的一體化發(fā)展，一方面要充分發(fā)揮儲(chǔ)能的荷源二元功能，保障成本低廉、規(guī)模不一的光伏能夠有效消納，將太陽(yáng)能光伏的電量轉(zhuǎn)化為有品質(zhì)保障的電能。當(dāng)前90%以上的大規(guī)模集中式光伏能夠順利上網(wǎng)，但是隨著分布式光伏裝機(jī)容量的不斷增加，特別是戶用光伏的增加，儲(chǔ)能成為零碳能源利用中的關(guān)鍵一環(huán)。2022 年，我國(guó)集中式電站裝機(jī)規(guī)模達(dá)到36.3 GW，占年度新增裝機(jī)的41.5%；分布式電站裝機(jī)規(guī)模51.1 GW，占比58.5%，其中戶用光伏新增裝機(jī)容量25.25 GW，占比28.9%，成為新增裝機(jī)中至關(guān)重要的項(xiàng)目類型［11］。大量分布式戶用光伏全部上網(wǎng)必然會(huì)對(duì)當(dāng)前電網(wǎng)造成巨大沖擊，儲(chǔ)能的存在有助于大量的微觀主體自主發(fā)電、自主消納，增加光伏消納能力。另一方面，也需要推動(dòng)電力系統(tǒng)從“源隨荷動(dòng)”轉(zhuǎn)向“荷隨源動(dòng)”，推動(dòng)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)從“消納”轉(zhuǎn)向“服務(wù)”，推動(dòng)零碳能源從“并網(wǎng)”轉(zhuǎn)向“組網(wǎng)”。風(fēng)力、光伏資源充足時(shí)，就全力發(fā)電，采取各種方式消納儲(chǔ)能；一旦風(fēng)電、光電資源缺乏，可將儲(chǔ)存的能源釋放，進(jìn)而構(gòu)建清潔低碳、安全高效能源體系。

2.3 微單元系統(tǒng)集成

目前，我國(guó)光伏和陸上風(fēng)電成本已經(jīng)低至0.15 元/（kW·h），海上風(fēng)電成本也逼近0.30 元/（kW·h）。水電、生物質(zhì)發(fā)電、抽水蓄能、光熱發(fā)電、壓縮空氣等長(zhǎng)時(shí)間大容量?jī)?chǔ)能，可以為電網(wǎng)消納規(guī)模性的風(fēng)電、光電等間歇性電力提供空間，但數(shù)量眾多的分布式光伏具有單體零散、微量但集合量大而沖擊電網(wǎng)穩(wěn)定。根據(jù)國(guó)家能源局公布的光伏裝機(jī)情況（表2），2022 年，國(guó)內(nèi)新增光伏裝機(jī)87.41 GW，分布式再次超過(guò)地面電站，占比達(dá)到58%。與集中式電站不同，分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的容量并不高，一般在數(shù)kW 以內(nèi)，輸出功率不高，能夠?qū)崿F(xiàn)自發(fā)自用，發(fā)電用電并存。特別是分布式屋頂光伏，資源潛力豐富，可在不犧牲土地資源的情況下增加零碳電力的供應(yīng)。

表2 2012—2022年國(guó)內(nèi)光伏新增年裝機(jī)構(gòu)成/%

中國(guó)有著數(shù)以億計(jì)的鄉(xiāng)村民居、城鎮(zhèn)獨(dú)棟住房、學(xué)校、醫(yī)院等低層建筑，屋頂光伏生產(chǎn)的電量充裕，但發(fā)電量不均。加上當(dāng)前技術(shù)經(jīng)濟(jì)性成熟的鉛炭電池和汽車電池，儲(chǔ)能可以平抑滿足數(shù)天或更長(zhǎng)時(shí)間的保供需求。特殊情況不能自我保供則可高價(jià)從電網(wǎng)購(gòu)電，余量零碳電力低價(jià)或平價(jià)上網(wǎng)滿足城市和工業(yè)集中用電。這種“光-儲(chǔ)-用”一體化的方案最終可形成獨(dú)立微單元的運(yùn)行模式，眾多的零碳微單元聚合體形成零碳能源微電網(wǎng)、局域網(wǎng)，相對(duì)獨(dú)立并與區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，不僅可以形成“零碳能源產(chǎn)用融合綜合體”，而且還可以減少區(qū)域大電網(wǎng)的裝機(jī)容量和負(fù)荷，推進(jìn)區(qū)域乃至國(guó)家層面的凈零碳進(jìn)程。

這樣的微單元市場(chǎng)已露端倪，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力將不斷提升。華為公司提出了家庭綠電4.0 解決方案［12］，實(shí)現(xiàn)光儲(chǔ)一體化發(fā)展。屋頂有效面積為55 m2，可以配備光伏組件裝機(jī)容量為10 kWp，儲(chǔ)能容量30 kW·h，目前出口主要針對(duì)歐美市場(chǎng)，未來(lái)隨著配套技術(shù)的深入變革，能夠更好實(shí)現(xiàn)普及和應(yīng)用。生產(chǎn)儲(chǔ)能一體化也能夠發(fā)揮其商業(yè)功能，如中核新華發(fā)電集團(tuán)在新疆莎車縣投資建設(shè)的100萬(wàn)kW 光儲(chǔ)一體化項(xiàng)目［13］，其中儲(chǔ)能規(guī)模達(dá)到20 萬(wàn)～80 萬(wàn)kW·h，實(shí)現(xiàn)全容量并網(wǎng)發(fā)電，可實(shí)現(xiàn)調(diào)峰調(diào)頻、減少棄光，可配合光伏發(fā)電部分實(shí)現(xiàn)年發(fā)電量16.12 億kW·h。全壽命周期內(nèi)每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤49.2萬(wàn)t，減少二氧化碳排放134.2萬(wàn)t，減少二氧化硫排放983.9 t，減少氮氧化物排放288.7 t，減少煙塵排放約51.6 t［13］。

3 凈零碳轉(zhuǎn)型的輔助賽道：高碳化石能源減退與碳移除

零碳可再生能源的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提升，將逐步擠出化石能源。但從化石能源自身看，也不是一步退出，而是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一些部門可能還需要化石能源的保駕護(hù)航，備用應(yīng)急。因而，化石能源在未來(lái)必須要提質(zhì)增效，按碳中和目標(biāo)進(jìn)程有序退出。另一方面，必須使用的化石能源，其排放的溫室氣體也可以終端捕集、利用和封存。而且，自然生態(tài)系統(tǒng)也有碳匯功能，可以加以利用，但這些與零碳可再生能源相比，此消彼長(zhǎng)，從屬于零碳能源發(fā)展，總體上是輔助性的。

3.1 化石能源提質(zhì)增效有序減退賽道

化石能源提質(zhì)增效有序減退賽道，是凈零碳轉(zhuǎn)型的過(guò)渡性賽道，具有時(shí)效性，雖不可或缺，但不具備長(zhǎng)遠(yuǎn)性。原因在于，化石能源的清潔高效利用只可以不斷低碳，但不可能絕對(duì)零碳。發(fā)達(dá)國(guó)家近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)的碳排放趨勢(shì)充分說(shuō)明了這一點(diǎn)。英國(guó)和美國(guó)分別于1971 年和2000年左右實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰，但時(shí)至今日，遲遲未能實(shí)現(xiàn)碳中和，歸根結(jié)底還是因?yàn)榛茉蠢玫哪苄嵘m然可以不斷降低碳排放，但是難以實(shí)現(xiàn)凈零碳。黨的二十大報(bào)告中提出“煤炭清潔高效利用”，化石能源部門對(duì)此的解讀是要大力發(fā)展現(xiàn)代煤化工，走高端化、多元化、低碳化、產(chǎn)業(yè)化、園區(qū)化、基地化的建設(shè)路徑［14］。各大能源集團(tuán)持續(xù)投資煤化工項(xiàng)目，現(xiàn)代煤化工四大主要產(chǎn)業(yè)——煤制油、煤（甲醇）制烯烴、煤制氣、煤（合成氣）制乙二醇的產(chǎn)能，在2021 年分別達(dá)到931 萬(wàn)t/年、1 672 萬(wàn)t/年、61.25 億m3/年、675 萬(wàn)t/年。其中，除了煤制烯烴同比保持齊平，其他產(chǎn)能均再創(chuàng)新高。煤炭清潔高效利用開展得如火如荼，但在碳中和的剛性目標(biāo)約束下，所謂煤炭清潔高效利用應(yīng)該是提質(zhì)增效、有序退出。

當(dāng)前，全球減碳聚焦于化石能源尤其是煤炭。2021年聯(lián)合國(guó)氣候變化格拉斯哥大會(huì)達(dá)成減煤協(xié)議，一些國(guó)家成立“棄煤聯(lián)盟”。美國(guó)煤炭在一次能源消費(fèi)中的占比已低至11%，而中國(guó)則超過(guò)56%。德國(guó)尚存4 000 萬(wàn)kW的煤電裝機(jī)，計(jì)劃2030年終止運(yùn)行，其煤電退出成本高達(dá)500 億歐元。中國(guó)煤電裝機(jī)達(dá)到11.3 億kW，并仍處于不斷增長(zhǎng)之中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022 年中國(guó)新增核準(zhǔn)煤電項(xiàng)目82個(gè)，總核準(zhǔn)裝機(jī)達(dá)9 071.6萬(wàn)kW，是2021年獲批總量的近5倍。而且，西北風(fēng)電、光電零碳電力東輸，為保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，規(guī)劃煤電占比達(dá)到50%。雖然煤電的靈活性有助于消納不穩(wěn)定的風(fēng)電、光電電源，但是需要高度重視煤炭投資的高碳鎖定和市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)，特別是在碳中和剛性目標(biāo)約束下，2060 年我國(guó)非化石能源占比需要達(dá)到80%以上?；茉凑急劝?5%計(jì)，如果碳排放因子相對(duì)較低的天然氣占7%~8%，石油占4%~5%，煤炭可能低至3%以內(nèi)。2060 年能源消費(fèi)總量按60 億t標(biāo)煤計(jì)，實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，煤炭總需求可能低至2 億t 標(biāo)煤。繼續(xù)大規(guī)模投資建設(shè)煤電和煤化工項(xiàng)目，面臨來(lái)自國(guó)際社會(huì)以及市場(chǎng)擠出等多方面的壓力。一方面，在國(guó)際社會(huì)棄煤減碳的趨勢(shì)下，持續(xù)上馬煤電和煤化工項(xiàng)目將加大后期實(shí)現(xiàn)碳中和的難度，引發(fā)國(guó)際社會(huì)對(duì)于中國(guó)碳中和目標(biāo)的質(zhì)疑。畢竟無(wú)論煤炭如何清潔高效利用，最終仍有大量的碳排放。另一方面，煤電及煤化工項(xiàng)目投資動(dòng)輒上百億，且運(yùn)行周期大多跨過(guò)2060年，高資本密集和長(zhǎng)周期回報(bào)的特征使得化石能源項(xiàng)目一旦投產(chǎn)，高碳鎖定效應(yīng)明顯，在碳中和目標(biāo)的倒逼機(jī)制下，過(guò)早退役必然引致過(guò)多資產(chǎn)閑置浪費(fèi)的金融風(fēng)險(xiǎn)。即使有序退出，參照德國(guó)退煤成本匡算，僅退出煤電裝機(jī)，相關(guān)成本可能超過(guò)10萬(wàn)億元人民幣。而且，在風(fēng)電、光電生產(chǎn)加儲(chǔ)能的加權(quán)平均成本可望低于0.4元和電動(dòng)汽車全面取代燃油車的情況下，我國(guó)的煤電和煤制油面臨巨大的市場(chǎng)擠出風(fēng)險(xiǎn)。因此，對(duì)于煤電以及煤化工等新的化石能源項(xiàng)目的投資需要持審慎的態(tài)度，并且從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，必須要將退煤納入統(tǒng)籌謀劃。況且，中國(guó)也并不是真正的“富煤”，我國(guó)的人均煤炭?jī)?chǔ)量遠(yuǎn)低于世界平均水平，按當(dāng)前的消費(fèi)，我國(guó)煤炭的儲(chǔ)采比，只有40年［15］。

3.2 人工碳移除賽道

人工碳移除賽道是指將已排放的二氧化碳等溫室氣體進(jìn)行捕集或利用，或地質(zhì)埋存以減少大氣中溫室氣體濃度的方案。人工碳移除賽道是標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)文明思想下的末端技術(shù)解決方案，類同于環(huán)保領(lǐng)域的“先污染、后治理”。誠(chéng)然，人工碳移除方案對(duì)于碳中和進(jìn)程具有應(yīng)急和備用的潛在功效。但是人工碳移除方案受投資成本、自然空間、資源稟賦等多方面客觀因素的制約，雖不可或缺，但難當(dāng)大任，只能作為碳中和的輔助性賽道，發(fā)展?jié)摿屯卣箍臻g極其有限。

碳捕集、利用與封存（CCUS）是人工碳移除賽道的一個(gè)重要方向。碳捕集、利用與封存技術(shù)經(jīng)過(guò)30 多年的發(fā)展，已經(jīng)取得了一些突破性成果，如二氧化碳驅(qū)油、二氧化碳降解塑料等，但是距離規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化實(shí)施仍有較大距離，對(duì)于碳中和的作用空間較為有限。第一，從技術(shù)的角度，CCUS 包括捕集、分離、運(yùn)輸、利用與封存等環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)成熟度不盡相同，除了極少數(shù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用外，大部分尚處于研究和示范階段，并且CCUS 對(duì)于碳捕集利用的效率并不高，不能實(shí)現(xiàn)100%的碳捕集。燃煤電廠捕集二氧化碳，還需要加裝新的裝備設(shè)施，額外消耗一部分能源。第二，從成本的角度，CCUS 項(xiàng)目的投資額度巨大，動(dòng)輒數(shù)千萬(wàn)甚至上億。美國(guó)Petra Nova Carbon Capture項(xiàng)目，建設(shè)耗資超過(guò)10億美元，捕集的二氧化碳用于驅(qū)油，石油價(jià)格必須保持在75 美元/桶才能達(dá)到利潤(rùn)平衡點(diǎn)。華能上海石洞口第二電廠碳捕獲項(xiàng)目投資成本約為1 億元，安裝燃燒后捕集裝置后，電價(jià)從0.26 元/（kW·h）增至0.5 元/（kW·h）。第三，從安全的角度，二氧化碳的地質(zhì)封存容易受到地震等不可控因素的影響，導(dǎo)致埋存的二氧化碳溢出泄漏，影響周圍地區(qū)的土壤、地下水以及大氣環(huán)境，給生物多樣性以及人類生存帶來(lái)災(zāi)難性的影響。第四，更為關(guān)鍵的是，地球的地質(zhì)儲(chǔ)存空間有限，不可能無(wú)限大量?jī)?chǔ)存每年數(shù)十乃至數(shù)百億噸的二氧化碳。因而，CCUS 項(xiàng)目規(guī)模較小，大多為十萬(wàn)噸級(jí)，最大的也只有百萬(wàn)噸級(jí)，與我國(guó)百億噸級(jí)的二氧化碳排放相比，存在著多個(gè)數(shù)量級(jí)上的差距。

人工碳移除賽道的另一個(gè)重要方面則是碳匯。樹木每生長(zhǎng)1 m3的蓄積，平均吸收1.83 t二氧化碳，釋放1.62 t氧氣。隨著碳交易市場(chǎng)的不斷完善，林業(yè)碳匯在應(yīng)對(duì)氣候變化、生態(tài)惠民等方面展現(xiàn)出一定的發(fā)展?jié)摿?。但是期望通過(guò)碳匯實(shí)現(xiàn)碳中和，并不現(xiàn)實(shí)。第九次全國(guó)森林資源清查成果《中國(guó)森林資源報(bào)告（2014—2018 年）》顯示，全國(guó)森林面積22 044.62 萬(wàn)hm2，森林蓄積175.6 億m3，森林植被總生物量188.02 億t，森林植被每年全口徑的固碳量約4.34 億t。這與我國(guó)動(dòng)輒100 多億t 二氧化碳排放量相比，不過(guò)是杯水車薪。

4 凈零碳轉(zhuǎn)型的軟實(shí)力賽道：經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革

零碳、減碳、去碳，需要硬技術(shù)，需要工程手段，是硬實(shí)力的體現(xiàn)。但硬實(shí)力的壯大，必須要有政策、信息、服務(wù)、金融支、國(guó)家合作等軟實(shí)力的加持。

4.1 經(jīng)濟(jì)社會(huì)自發(fā)性貢獻(xiàn)

從能源生產(chǎn)變革帶來(lái)的自發(fā)性貢獻(xiàn)來(lái)看，其變革路徑是從高碳的化石能源整體切換到零碳可再生能源賽道。黨的二十大報(bào)告中提出，要推進(jìn)能源革命、規(guī)劃建設(shè)新型能源體系。碳排放的主要源頭還是能源，需要控制高碳的化石能源，進(jìn)而轉(zhuǎn)向以零碳能源為主體的新型能源體系［16］。積極穩(wěn)妥地推動(dòng)能源體系的“先立后破”，并不意味著直接“先破后立”，抑或“守成不破”。化石能源如煤炭，需要實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效，減少發(fā)電煤耗，充分發(fā)揮其自發(fā)性貢獻(xiàn)作用。2021年，中國(guó)和世界的能源結(jié)構(gòu)中，化石能源占比達(dá)到85%左右。邁入碳中和時(shí)代，化石能源需要根本性變革，占比也將從當(dāng)前的85%下降到15%左右。當(dāng)然，化石能源并不是全部退出，更需要的是提高能效，減少其發(fā)電過(guò)程中造成的損耗。此外，除了能效提升，還可以通過(guò)材料工藝的改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，如建筑領(lǐng)域采用更加環(huán)保、污染性更小的建筑材料等。

而消費(fèi)者消費(fèi)行為的改變也會(huì)為凈零碳發(fā)展帶來(lái)強(qiáng)勁而可持續(xù)的動(dòng)能。從消費(fèi)行為認(rèn)知上實(shí)現(xiàn)化石能源轉(zhuǎn)向零碳可再生能源也需要過(guò)程和一定的時(shí)間，但零碳可再生能源的生產(chǎn)卻有著“化腐朽為神奇”的功效［17］。例如，之前視為農(nóng)業(yè)廢棄物的農(nóng)作物秸稈、動(dòng)植物廢棄物等，需要花費(fèi)大量的資金處理。而對(duì)這些生物質(zhì)能的多元化利用可以增加就業(yè)機(jī)會(huì)，進(jìn)而成為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)源。居民屋頂、山地、荒漠和海洋等通過(guò)光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及農(nóng)光互補(bǔ)等途徑來(lái)產(chǎn)生源源不斷的零碳電力，也能產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益。例如，華北地區(qū)居民屋頂通過(guò)安裝100 m2的太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置，按照裝機(jī)容量為10 kW計(jì)，一年發(fā)電量1.3 萬(wàn)kW·h，平均電價(jià)0.2 元，可以產(chǎn)生2 600 元的收益。實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)燃油車向新能源汽車的轉(zhuǎn)變，既是消費(fèi)行為的轉(zhuǎn)變，也是能源消費(fèi)的變革。根據(jù)公安部交通管理局公布的數(shù)據(jù)，千人汽車擁有量為220 輛，燃油汽車百公里能耗按8 L 油計(jì)，費(fèi)用約為60 元；而純電動(dòng)汽車每百公里能耗約12 kW·h，這部分電力如果由光伏發(fā)電，則可低至2.5元。消費(fèi)行為的改變不僅可以帶來(lái)消費(fèi)福祉的改善，也助力碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，部分技術(shù)仍有待進(jìn)一步提高，如電動(dòng)車出行需要配套的充電樁建設(shè)，零碳電力電解水制氫等，未來(lái)顛覆性的技術(shù)變革也會(huì)逐漸解決這些問(wèn)題。

此外，充分激發(fā)農(nóng)業(yè)、林業(yè)、其他土地利用等自然生態(tài)系統(tǒng)管理的潛力，發(fā)揮自然的價(jià)值，促進(jìn)人與自然和諧共生，也是凈零碳的重要途徑和基本保障。農(nóng)耕文明時(shí)代下，由于生產(chǎn)力水平不高，需要?dú)Я珠_荒來(lái)滿足日常的糧食需求，這會(huì)造成森林、草原和濕地等自然碳庫(kù)受損，加劇溫室效應(yīng)。工業(yè)文明時(shí)代，化石能源大量使用，能源密度高，帶來(lái)的發(fā)展動(dòng)能強(qiáng)勁。但是人類在征服和改造自然的過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)失衡。

按照人類文明演進(jìn)的進(jìn)程來(lái)梳理，實(shí)現(xiàn)人與自然的發(fā)展主要有四種解決方案［18］。第一種是自然作為解決方案。此方案強(qiáng)調(diào)人與自然共存，如自然保護(hù)區(qū)、國(guó)家公園等。第二種是利用自然的解決方案。此方案強(qiáng)調(diào)的是將自然作為人類發(fā)展的工具，如自然的農(nóng)牧林利用、河流交通等。第三種是耗竭自然的解決方案。以化石能源為主的工業(yè)文明時(shí)代并不是簡(jiǎn)單地利用自然來(lái)獲得人類所需的物質(zhì)和財(cái)富，需要耗減、轉(zhuǎn)換自然資產(chǎn)，長(zhǎng)期這樣會(huì)導(dǎo)致自然資產(chǎn)的枯竭。顯然，這一方案會(huì)加劇人與自然的沖突，并不能實(shí)現(xiàn)人對(duì)自然的可持續(xù)利用，無(wú)法助力人類邁向持續(xù)的碳中和時(shí)代。而第四種是增值自然的解決方案。此方案是通過(guò)資金、技術(shù)和勞動(dòng)力投入等，將自然資源加以合理轉(zhuǎn)換和利用，為人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供價(jià)值。增值自然的解決方案是更高層次的，不同于前面提到的基于或者利用的解決方案，實(shí)現(xiàn)了固有形態(tài)的轉(zhuǎn)變，將原有自然存在的能量，如風(fēng)、光和水力等變成電能。這又區(qū)別于耗竭自然的解決方案，并沒(méi)有耗減自然資產(chǎn)，是可再生可持續(xù)的。由此可見(jiàn)，充分發(fā)揮自然生態(tài)帶來(lái)的貢獻(xiàn)，以增值自然的方式來(lái)推動(dòng)零碳技術(shù)產(chǎn)品、服務(wù)的發(fā)展，有巨大的市場(chǎng)潛力，并可加以操作和推廣。

4.2 碳的信息和服務(wù)賽道

實(shí)現(xiàn)凈零碳轉(zhuǎn)型發(fā)展也離不開碳的信息和服務(wù)賽道。具體來(lái)說(shuō)，需要統(tǒng)計(jì)、核算、盤點(diǎn)、市場(chǎng)和技術(shù)，包括各種碳核算、碳監(jiān)測(cè)、碳統(tǒng)計(jì)、大數(shù)據(jù)分析與交易等，這些能為碳中和進(jìn)程提供客觀真實(shí)的數(shù)據(jù)，確保碳中和始終走在正確的道路上。

以未來(lái)碳排放空間計(jì)算為例，《2022 年全球碳預(yù)算》報(bào)告中［19］，設(shè)置了1.5 ℃、1.7 ℃和2 ℃三種情景。若全球變暖的可能性達(dá)到上述溫度的50%，以2022 年的排放水平來(lái)計(jì)算剩余碳預(yù)算，全球碳預(yù)算或許將在9 年、18 年和30 年內(nèi)耗盡，剩余二氧化碳排放的碳預(yù)算將分別降至3 800億t、7 200億t和1 230億t。2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放則需要每年將人為產(chǎn)生的二氧化碳排放量減少約14 億t。Global Carbon Project 的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，從1850 年開始的化石能源人均累計(jì)碳排放量由高到低排列，美國(guó)排第一，歐盟排第二，中國(guó)排第三。對(duì)比前幾個(gè)排放大國(guó)（地區(qū)）歷年的化石能源燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間推移，中國(guó)的排放量會(huì)逐步超過(guò)歐盟，用十年左右的時(shí)間，能夠超過(guò)美國(guó)，成為第一大累計(jì)碳排放量大國(guó)（圖2—圖4）。這清晰地反映了化石能源帶來(lái)的碳資產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。只有基于這些碳的數(shù)據(jù)與信息，碳中和的進(jìn)程才能不走偏。

圖2 1850—2021年歷史累積化石能源CO2排放量

圖3 歷年化石能源二氧化碳排放量

圖4 歷年化石能源人均二氧化碳排放量

4.3 經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革賽道

凈零碳發(fā)展是一種發(fā)展范式的轉(zhuǎn)型，將帶來(lái)生產(chǎn)關(guān)系和生產(chǎn)方式的革命性轉(zhuǎn)型，終結(jié)化石能源的地緣與資本壟斷。生產(chǎn)資料的所有制關(guān)系是人們進(jìn)行物質(zhì)資料生產(chǎn)的前提，決定生產(chǎn)、分配、交換和消費(fèi)關(guān)系。對(duì)于化石能源，礦藏的煤炭、石油、天然氣，皆可壟斷。地下礦藏國(guó)家所有，居民無(wú)使用權(quán)、收益權(quán)。但是，對(duì)于可再生能源而言，無(wú)法壟斷無(wú)處不在的太陽(yáng)光和風(fēng)能。而對(duì)于發(fā)展光伏所需的地表所屬也有官方的界定，根據(jù)中華人民共和國(guó)憲法第九條規(guī)定：礦藏、水流、森林、山嶺、草原、荒地、灘涂等自然資源，都屬于國(guó)家所有，即全民所有；由法律規(guī)定屬于集體所有的森林和山嶺、草原、荒地、灘涂除外。分布式光伏所需的屋頂，所有者擁有其使用權(quán)。生產(chǎn)資料所有權(quán)的改變使得產(chǎn)品分配和交換的方式也發(fā)生改變，進(jìn)而使得整個(gè)社會(huì)生產(chǎn)發(fā)生重大變革。

除此之外，有序?qū)崿F(xiàn)化石能源的逐步退出，能夠更好實(shí)現(xiàn)多重紅利的釋放［20］。目前化石能源使用仍然具有一定的市場(chǎng)慣性，但需要明確這種繼續(xù)大量使用帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)性。首先，根據(jù)表3 數(shù)據(jù)，中國(guó)石油的對(duì)外依存度超70%，這會(huì)對(duì)供給需求帶來(lái)較大的風(fēng)險(xiǎn)。其次，投資金額巨大。如果將中國(guó)每年花費(fèi)在石油進(jìn)口上的約2 萬(wàn)億人民幣用來(lái)投資零碳可再生能源，帶來(lái)的邊際收益也會(huì)愈加明顯。此外，從公正轉(zhuǎn)型的角度來(lái)講，石油產(chǎn)業(yè)形成的工作崗位高資本密集，發(fā)揮作用有限，如果轉(zhuǎn)向零碳可再生能源，則可以在產(chǎn)業(yè)鏈的上下游產(chǎn)生更多就業(yè)崗位，并且是零污染。從這些方面來(lái)講，實(shí)現(xiàn)化石能源的有序退出，減少石油消費(fèi)，能夠更好地釋放多重紅利。

表3 2016—2022年中國(guó)油氣進(jìn)口情況

零碳能源的生產(chǎn)與消費(fèi)，是經(jīng)濟(jì)社會(huì)廣泛而深刻的系統(tǒng)性變革，是新增長(zhǎng)方式的動(dòng)力源泉。從壟斷科層到分散扁平的可再生能源，壟斷利潤(rùn)被瓦解，生產(chǎn)資料占有由原來(lái)集中式、中心化程度較高的大規(guī)模生產(chǎn)模式，轉(zhuǎn)向分布式、去中心化、小巧靈活的生產(chǎn)方式。所得利潤(rùn)也歸個(gè)人所有，財(cái)政稅收有了大幅提升，民生福祉得到保障。從高碳化石能源到零碳可再生能源發(fā)展的軌道切換，需要從財(cái)政、稅收、國(guó)防、外交、安全、科教等方面入手，通過(guò)系統(tǒng)性變革的政策體系沖擊與重構(gòu)，達(dá)到紅利釋放、風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避的目的。

4.4 國(guó)際賽道

中國(guó)加快能源轉(zhuǎn)型的步伐，變軌走向凈零碳發(fā)展，既能確保能源的生產(chǎn)端和消費(fèi)端使用更加安全、經(jīng)濟(jì)和清潔，也方便提供更公平和合理的就業(yè)崗位，從而能夠進(jìn)一步走向世界，助力全球凈零碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

一方面，中國(guó)的風(fēng)電和光伏技術(shù)領(lǐng)先全球。2000年，中國(guó)陸上風(fēng)電裝機(jī)容量為35.2萬(wàn)kW，僅占全球裝機(jī)總量的2%，相比印度只占其1/4；海上風(fēng)電裝機(jī)為零［21］。2022年，中國(guó)新增吊裝容量48.8 GW，占全球裝機(jī)的一半以上，超過(guò)美國(guó)近40 GW；全球海上風(fēng)電總裝機(jī)為64.3 GW，中國(guó)占比達(dá)到49%，中國(guó)的風(fēng)電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力凸顯。2022 年，全球十大風(fēng)電新增裝機(jī)企業(yè)中，中國(guó)有6 家。其中，金風(fēng)科技以12.7 GW 的裝機(jī)容量位居第一，遠(yuǎn)景能源排名第四。未來(lái)五年全球風(fēng)電新增并網(wǎng)容量將達(dá)到680 GW，其中，中國(guó)將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。到2030年，中國(guó)預(yù)計(jì)年新增裝機(jī)70~80 GW［22］。

此外，將風(fēng)電裝機(jī)所需的裝置進(jìn)行細(xì)分，無(wú)論是陸上風(fēng)電還是海上風(fēng)電，中國(guó)風(fēng)電組件技術(shù)的制造能力占比均超過(guò)50%，海上風(fēng)電所需葉片裝置制造占比甚至高達(dá)83%（表4），這表明中國(guó)風(fēng)電供應(yīng)鏈制造能力處于世界領(lǐng)先地位。通過(guò)跟蹤風(fēng)能組件的全球貿(mào)易流量（按美元計(jì)），中國(guó)也是風(fēng)力渦輪機(jī)部件生產(chǎn)的主要參與者，在全球制造業(yè)總份額中占60%以上。由于葉片、機(jī)艙、平臺(tái)、塔架和船舶等渦輪機(jī)部件的運(yùn)輸成本較高，其全球產(chǎn)量中只有不到五分之一在區(qū)域間交易，而中國(guó)在區(qū)域貿(mào)易中占據(jù)重要比重。

表4 2021年風(fēng)電技術(shù)組件的制造能力/%

中國(guó)不僅在風(fēng)電領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯，在光伏領(lǐng)域也成為最大的全球供應(yīng)商，支撐全球太陽(yáng)能光伏供應(yīng)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的正常運(yùn)行。IEA 發(fā)布的統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示［23］，中國(guó)的光伏組件生產(chǎn)能力達(dá)到340 GW/年，超過(guò)全球光伏組件安裝量的兩倍。2021 年，太陽(yáng)能組件的產(chǎn)能利用率在40%~50%之間。剖析太陽(yáng)能光伏供應(yīng)鏈的全球貿(mào)易量流向，除了北美以外的所有市場(chǎng)，中國(guó)均能夠?qū)崿F(xiàn)直接供應(yīng)。盡管美國(guó)會(huì)對(duì)來(lái)自中國(guó)的太陽(yáng)能光伏元件征收相應(yīng)的進(jìn)口關(guān)稅，中國(guó)通過(guò)積極投資和擴(kuò)大東南亞市場(chǎng)的生產(chǎn)能力，來(lái)滿足供應(yīng)需求，并出口美國(guó)，擺脫進(jìn)口關(guān)稅制度的限制。2021 年，中國(guó)在硅片、電池、組件等關(guān)鍵光伏部件上的產(chǎn)量和產(chǎn)能均超越其他國(guó)家（表5）。歐洲和美國(guó)等地區(qū)越來(lái)越依賴中國(guó)的光伏組件出口來(lái)滿足其需求。

表5 2021年太陽(yáng)能光伏組件的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量 /%

2022 年，中國(guó)光伏組件出口量為154.5 GW，同比增長(zhǎng)了53.8%。十多年來(lái)，出口量和出口額均呈現(xiàn)逐步增長(zhǎng)的趨勢(shì)。2022年，中國(guó)光伏產(chǎn)品（硅片、電池和組件）出口額達(dá)到500.3 億美元，同比增長(zhǎng)了72.9%，最大的出口市場(chǎng)是歐洲。此外，2022年國(guó)際能源署發(fā)布的《太陽(yáng)能光伏全球產(chǎn)業(yè)鏈特別報(bào)告》顯示［24］，到2025 年，在太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈上，中國(guó)將成為全球市場(chǎng)中不可缺少的重要組成部分。2022年歐洲光伏裝機(jī)需求為40~50 GW，僅僅依靠自身光伏制造產(chǎn)能完全無(wú)法滿足要求。當(dāng)然，歐洲為了重振本土光伏制造、分散光伏供應(yīng)鏈，設(shè)置綠色新型貿(mào)易壁壘，如碳足跡認(rèn)證、能源標(biāo)簽工作計(jì)劃等。美國(guó)作為除中國(guó)外的最大單一光伏裝機(jī)市場(chǎng)，也通過(guò)“雙反”調(diào)查、《涉疆法案》等各種貿(mào)易壁壘手段來(lái)打壓中國(guó)光伏市場(chǎng)。這些措施對(duì)中國(guó)光伏企業(yè)來(lái)說(shuō)，既是障礙也是挑戰(zhàn)、機(jī)遇。光伏企業(yè)要更加重視海外市場(chǎng)的開拓，加強(qiáng)供應(yīng)鏈碳足跡的管理，使其技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力處于領(lǐng)先地位。

另一方面，中國(guó)在零碳終端消費(fèi)方面市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力亦凸顯。根據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2022年底，中國(guó)電動(dòng)汽車保有量約有1 310 萬(wàn)輛，超過(guò)世界總量的一半，約占3/5。中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，隨著近三年的快速發(fā)展，2022 年中國(guó)汽車總產(chǎn)量為2 702.06萬(wàn)輛，其中新能源汽車約占26%，為705.8 萬(wàn)輛。對(duì)比國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035 年）》，提出到2025 年電動(dòng)汽車在新車市場(chǎng)中占比達(dá)到20%左右，顯然2022年就已達(dá)到。

從鋰離子電池和電動(dòng)汽車的全球貿(mào)易流量走向來(lái)看，2021 年中國(guó)在全球電動(dòng)汽車和電池市場(chǎng)中的份額占比超過(guò)50%（表6），歐洲是中國(guó)主要的出口市場(chǎng)，其生產(chǎn)電動(dòng)汽車所需電池有將近25%來(lái)自中國(guó)。國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)得以快速發(fā)展，離不開自2009 年起實(shí)施的國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車購(gòu)買激勵(lì)政策，以及逐步推出的針對(duì)電動(dòng)汽車消費(fèi)免稅政策。IEA 發(fā)布的《全球電動(dòng)汽車展望2023》指出［25］，中國(guó)、歐洲、美國(guó)分別位于世界電動(dòng)汽車銷量的前三位。2022 年，全球電動(dòng)汽車銷量首次突破1 000 萬(wàn)輛，乘用車1 031 萬(wàn)輛，電動(dòng)汽車保有量達(dá)到2 600 萬(wàn)輛。全球電動(dòng)汽車新車滲透率達(dá)到14%，其中，中國(guó)占據(jù)首位，占比達(dá)到全球電動(dòng)汽車銷量60%以上。從2023 年1—5月數(shù)據(jù)來(lái)看，全球動(dòng)力電池裝車量237.6 GW·h。全球前十名企業(yè)中，中國(guó)企業(yè)仍然占據(jù)六席，總市場(chǎng)占有率高達(dá)62.7%。寧德時(shí)代的全球動(dòng)力電池裝車量同比增長(zhǎng)59.6%，達(dá)到86.2 GW·h，市場(chǎng)占有率高達(dá)36.3%。

表6 2021年電動(dòng)汽車和電池零部件的生產(chǎn)能力和產(chǎn)量

當(dāng)然，隨著中國(guó)在風(fēng)電、光電儲(chǔ)能的投資規(guī)模、技術(shù)發(fā)展以及產(chǎn)能產(chǎn)量等在世界上所占比重越來(lái)越大，更需要制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則和輸出標(biāo)準(zhǔn)，提高原創(chuàng)能力，將零碳制造業(yè)打上中國(guó)烙印。盡管現(xiàn)在美國(guó)等國(guó)家開始力主打造本土供應(yīng)鏈，但中國(guó)相關(guān)企業(yè)仍可以發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，在全球開拓更廣闊的市場(chǎng)。全球各個(gè)國(guó)家要實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，離不開中國(guó)的光伏、風(fēng)電等零碳能源技術(shù)支持。中國(guó)企業(yè)要坦坦蕩蕩地走向世界，與更多的國(guó)家和地區(qū)積極合作，聯(lián)手推進(jìn)零碳發(fā)展。

前文提及，歐盟以及一些國(guó)家對(duì)中國(guó)產(chǎn)品提出了更高的碳足跡要求，設(shè)置一些綠色門檻，這從側(cè)面反映了制定標(biāo)準(zhǔn)的重要性。比如，中國(guó)的光伏產(chǎn)品在全球的市場(chǎng)占有率高達(dá)70%，但缺乏完善的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并輸出到其他國(guó)家。中國(guó)的可再生能源發(fā)電占比愈來(lái)愈高，但是有關(guān)綠電交易、碳市場(chǎng)、綠證等一系列政策并沒(méi)有及時(shí)更新完善。因此，中國(guó)零碳產(chǎn)業(yè)發(fā)展更需要制定好自己的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，做好自主研發(fā)和創(chuàng)新，發(fā)揮自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并突破化石能源供給的壟斷思維，助力全世界走向凈零碳。

5 結(jié)論及展望

碳中和是一場(chǎng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的系統(tǒng)性變革，核心在于轉(zhuǎn)變能源賽道，從高碳的化石能源轉(zhuǎn)為零碳的可再生能源。風(fēng)電、光電等可再生能源發(fā)電成本的降低為零碳能源量的產(chǎn)出提供了市場(chǎng)動(dòng)力，儲(chǔ)能的發(fā)展為可再生能源的穩(wěn)定供應(yīng)提供了保障，消費(fèi)端電力化改造使得能源終端消費(fèi)能夠與零碳電力得以匹配，由此形成了零碳可再生能源“產(chǎn)-儲(chǔ)-消”的完整閉環(huán)。多能互補(bǔ)、“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化以及更高階的微單元系統(tǒng)集成融合，構(gòu)成了凈零碳轉(zhuǎn)型的系統(tǒng)優(yōu)化賽道，有效支撐凈零碳的轉(zhuǎn)型。而高碳的化石能源提質(zhì)增效有序減退賽道，以及人工碳移除賽道，作為凈零碳轉(zhuǎn)型的輔助賽道，雖不可或缺，但難當(dāng)大任。凈零碳轉(zhuǎn)型的軟實(shí)力賽道、經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革賽道，包括經(jīng)濟(jì)社會(huì)自發(fā)性貢獻(xiàn)賽道、碳的信息和服務(wù)賽道、經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革賽道以及國(guó)際賽道與凈零碳轉(zhuǎn)型息息相關(guān)，相輔相成，在實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的同時(shí)，助力高質(zhì)量發(fā)展以及中國(guó)式現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)。此外，無(wú)論是凈零碳轉(zhuǎn)型的核心賽道、系統(tǒng)優(yōu)化賽道，還是輔助賽道和軟實(shí)力賽道，各個(gè)賽道之間應(yīng)該互為補(bǔ)充，共同發(fā)力，形成集生產(chǎn)、消費(fèi)于一體的系統(tǒng)優(yōu)化集成的綜合能源解決方案。實(shí)現(xiàn)凈零碳轉(zhuǎn)型不僅需要對(duì)各個(gè)賽道進(jìn)行優(yōu)化和提升，更需要不同技術(shù)的綜合集成，如零碳能源生產(chǎn)技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用，這樣才能確保凈零碳轉(zhuǎn)型能夠順利實(shí)現(xiàn)。

碳中和進(jìn)程道阻且長(zhǎng)，無(wú)論是化石能源的有序減退還是零碳可再生能源系統(tǒng)的逐步建立，都不可能一蹴而就，既需要“風(fēng)物長(zhǎng)宜放眼量”的格局，也需要“不畏浮云遮望眼”的定力。在可再生能源賽道上中國(guó)已經(jīng)有了良好的基礎(chǔ)，更需抓住碳中和的發(fā)展機(jī)遇，打造新的科技、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)極，借助全球應(yīng)對(duì)氣候變化的良好契機(jī)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高質(zhì)量發(fā)展。