林衛(wèi)斌 吳嘉儀
（北京師范大學經濟與資源管理研究院）
內容提要：為實現碳中和目標需要最終構建近零碳排放能源體系。本文從能源消費總量和結構兩個維度對滿足碳達峰、碳中和要求的中國能源轉型進行情景分析，探討中國能源轉型框架路線圖。研究結果表明：在2050年能源消費總量50億噸、非化石能源消費比重80%的低能耗-高比重情境下，能源消費二氧化碳排放量可以減少到20億噸左右；在2050年能源消費總量55億噸、非化石能源消費比重75%的高能耗-低比重情境下，能源消費二氧化碳排放量可以減少到30億噸左右。
在2020年9月22日第七十五屆聯合國大會和2020年12月12日聯合國氣候雄心峰會上，國家主席習近平兩次宣布：中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。2021年3月召開的中央財經委員會第九次會議進一步強調：“我國力爭2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和，是黨中央經過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，事關中華民族永續(xù)發(fā)展和構建人類命運共同體”。實現碳中和是一場廣泛而深刻的經濟社會系統(tǒng)變革，而作為二氧化碳排放“大戶”的能源系統(tǒng)將“首當其沖”。本文從能源消費總量和能源消費結構兩個方面對滿足碳中和要求的中國能源轉型進行情景分析，探討中國能源轉型框架路線圖。
一、實現碳中和要求構建近零排放新型能源體系
對于中國提出的碳中和目標，主要存在兩種理解：一種認為碳中和是指二氧化碳的凈零排放；另一種認為碳中和是指溫室氣體的凈零排放。顯然，溫室氣體凈零排放的目標更高，實現該目標需要更為強有力的行動和措施。對于碳中和的定義和內涵，聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的《全球1.5℃增暖特別報告》提出了四種概念：碳中和（carbon neutrality）、二氧化碳凈零排放（net zero CO2 emissions）、凈零排放（net zero emissions）和氣候中性（climate neutrality）。其中，碳中和與二氧化碳凈零排放雖然表述不同但內涵一致，均是指一定時期內人類活動引起的二氧化碳排放量與二氧化碳人為消除量相抵消；而凈零排放是指一定時期內人類活動引起的溫室氣體排放與溫室氣體人為消除量相抵消，通過選擇氣候指標如全球變暖潛勢值（global warming potential）將各種溫室氣體轉換成二氧化碳當量值再進行加總，從而完成對溫室氣體凈零排放的核算；氣候中性（climate neutrality）描述的是人類活動對氣候系統(tǒng)作用凈零的一種狀態(tài)，其側重點是人類活動對氣候系統(tǒng)的影響，不僅要考慮溫室氣體的排放，還需要考慮人類活動帶來的生物地球物理效應（biogeophysical effects）。例如，眾所周知的城市熱島效應，城市化對地表反照率、植被覆蓋率等產生影響從而引起溫升等地區(qū)性氣候變化。
可見，碳中和從字面上理解是指二氧化碳的凈零排放，即指一定時期內人類活動引起的二氧化碳排放量與二氧化碳人為消除量相抵消。2021年4月《中美應對氣候危機聯合聲明》中對中美兩國的應對氣候變化目標做出了區(qū)分：“兩國都計劃在格拉斯哥聯合國氣候公約第26次締約方大會之前，制定各自旨在實現碳中和/溫室氣體凈零排放的長期戰(zhàn)略”。這一表述意味著中國所提出的碳中和目標有別于美國的溫室氣體凈零排放目標。
不過，需要進一步指出的是：《巴黎協定》第四條第一點明確指出：為了實現2℃和1.5℃的長期溫控目標，締約方旨在盡快達到溫室氣體排放的全球峰值，此后利用現有的最佳科學迅速減排，在21世紀下半葉實現溫室氣體源的人為排放與匯的清除之間的平衡。因此，在各國的具體實踐中政策表述均圍繞溫室氣體展開。2021年4月，歐洲議會和歐盟理事會就《歐洲氣候法》關鍵內容達成臨時協議，其中明確2050年實現氣候中性?？梢姡瑴厥覛怏w凈零排放將逐步成為國際社會的主流目標。因此，本文認為碳中和顧名思義就是指二氧化碳的凈零排放，但考慮到國際上的趨勢，中國也將會逐步把非二氧化碳溫室氣體排放納入約束范圍。
根據生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《中華人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告》：2014 年中國溫室氣體排放總量為123億噸二氧化碳當量，二氧化碳排放總量為103億噸，占溫室氣體排放總量的83.5%；能源消費二氧化碳排放量為89億噸，占二氧化碳排放總量的87%，占溫室氣體排放總量的72%；碳匯量為11億噸①。二氧化碳排放方面，主要有兩大來源：一是煤炭、石油、天然氣等化石能源消費碳排放，二是水泥生產、石灰生產、玻璃、純堿、氨水、電石和氧化鋁等工業(yè)過程碳排放。其中，化石能源消費二氧化碳排放是主體，按照國家應對氣候變化戰(zhàn)略研究和國際合作中心核算的結果，2020年能源消費二氧化碳排放量為99億噸；按比例估算2020年工業(yè)過程二氧化碳排放量為15億噸左右。非二氧化碳溫室氣體排放方面，按照清華大學氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院課題組發(fā)表的報告，2020年非二氧化碳溫室氣體排放量為25億噸二氧化碳當量左右。
在人為消除方面：其主要包括兩類：一是碳匯，即通過植樹造林等措施，利用植物光合作用吸收大氣中的二氧化碳，并將其固定在植被和土壤中；二是碳捕捉與封存（CCS），即將CO2從相關排放源中分離出來，輸送到封存地點，并長期與大氣隔絕。其中，碳匯方面受國土自然條件的約束而具有有限性，中國通過植樹造林等方式農林業(yè)碳匯總量預計在10億-15億噸。根據上述排放量和碳匯量數據，2060年之前實現碳中和要求在2060年之前將二氧化碳排放量從當前的115億噸左右減少到10億-15億噸。考慮到工業(yè)領域的二氧化碳排放和非二氧化碳溫室氣體排放問題，為了給實現溫室氣體凈零排放爭取空間，對于能源領域而言，要求到2060年實現二氧化碳近零排放，即從當前的100億噸左右減少到接近零。二氧化碳近零排放的能源體系理論上有兩種可能：一是化石能源退出歷史舞臺，未來能源系統(tǒng)依靠零碳的非化石能源；二是能源系統(tǒng)中仍存在一定規(guī)模的化石能源，但是通過碳捕集和封存技術將這一部分化石能源使用所帶來的二氧化碳排放進行捕集、封存或利用。如果碳捕集的成本不能夠大幅度下降，那么碳中和就意味著到2060年要基本結束化石能源時代，建成近零碳排放能源體系。
二、實現碳中和要求調整能源轉型的進程
碳中和要求最終構建近零碳排放的能源體系，這和中國能源轉型的既定戰(zhàn)略在方向上是一致的，是一脈相承的。黨的十八大首次提出了“能源生產和消費革命”，這一提法實質上是定性給出了能源轉型的戰(zhàn)略目標，所謂革命，就是最終要實現能源系統(tǒng)的顛覆性重構。黨的十八大以來歷次重要會議/文件逐步明確了能源轉型的方向（如表1所示）。2014年中央財經領導小組第六次會議進一步明確了“四個革命、一個合作”的戰(zhàn)略框架，即推動能源消費革命、推動能源供給革命、推動能源技術革命、推動能源體制革命和全方位加強能源國際合作。2017年黨的十九大將能源轉型戰(zhàn)略方向凝練為“推進能源生產和消費革命，構建清潔低碳、安全高效的能源體系”。2020年黨的十九屆五中全會提出要“推動能源清潔低碳安全高效利用”。
表1 重大會議/文件對能源戰(zhàn)略的表述
上述分析表明，碳中和與中國能源轉型戰(zhàn)略的既定方向是一致的，都是要實現能源系統(tǒng)清潔低碳綠色轉型。不過，碳中和對能源轉型提出了更高的要求。按照2016年國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)的《能源生產和消費革命戰(zhàn)略（2016-2030）》確定的戰(zhàn)略進程是：到2030年非化石能源比重達到20%左右；到2050 年非化石能源比重提高到50%以上。按照2050年能源消費總量50億噸標準煤保守估計和非化石能源、煤炭、石油、天然氣消費比重為50%:20%:15%:15%的情景，依據各種能源消費二氧化碳排放系數②可以估算屆時能源消費二氧化碳排放量仍將高達55億噸左右，這顯然無法滿足2060年前實現碳中和的要求。因此，碳中和的提出意味著原定的能源轉型進程需要提速。
實際上，碳中和宣示后中國能源轉型戰(zhàn)略目標和進程已經做出了一些調整。在2020年12月12日舉行的聯合國氣候雄心峰會上，國家主席習近平宣布：到2030 年，中國單位國內生產總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，中國非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右。這意味著2030年非化石能源消費比重目標提高了5個百分點，而原定的20%的目標則可能提前5年實現。那么，進一步地，2030年碳達峰之后中國能源轉型的戰(zhàn)略進程如何安排？尤其是按照黨的十九大確定的社會主義現代化建設“兩步走”戰(zhàn)略，基本實現現代化的2035年和建設現代化強國的2050年等關鍵時間節(jié)點能源轉型的階段性戰(zhàn)略目標如何確定？這些需要進一步明確，同時也是制定碳中和目標下中國能源轉型框架路線圖最重要的里程碑。
三、實現碳中和要求合理把握能源轉型的節(jié)奏
碳中和目標下，確定能源轉型框架路線圖核心的邊界條件就是能源消費二氧化碳排放量。按照碳達峰、碳中和的統(tǒng)一部署，能源消費二氧化碳排放同樣可以分為兩大階段：第一階段是2030年之前達峰，第二階段是達峰后排放量逐步減少，到2060 年減少到接近零排放的水平。能源轉型的路線圖就是能源消費二氧化碳排放量從當前的100億噸左右增加到2030年之前達峰后的峰值，然后逐步減少到接近0的減排路線圖。就整個能源系統(tǒng)而言，二氧化碳排放取決于兩個因素，一是能源消費總量；二是能源消費結構。因此，探討能源轉型框架路線圖需要從這兩個方面進行情景分析，基于這兩個維度的情景分析可以得出能源消費二氧化碳減排路徑。
（一）能源消費總量情景分析
21世紀以來，中國經濟快速增長，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程加速，能源消費大幅度增加。能源消費總量從2000年的14.7億噸標準煤增加到2020年的49.8億噸標準煤，二十年間年均增長6.3%。分時期看，五年規(guī)劃期間年均能源消費增長呈增量和增速逐期“雙下降”趨勢。從“十五”到“十三五”，四個五年規(guī)劃期年均能源消費增量分別為2.29、1.99、1.47和1.28億噸標準煤，增速分別為12.20%、6.65%、3.78%和2.78%。
圖1 2000-2020 年各時期年均能源消費增長
數據來源：國家統(tǒng)計局官網
如果說過去二十年，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速推進和經濟快速增長帶動能源消費需求快速增加。那么，隨著中國經濟進入新發(fā)展階段，能源消費增長也將呈現新的特征。2020年中國城鎮(zhèn)化率超過60%，第三產業(yè)增加值占比達到54.5%，中國經濟發(fā)展逐步進入后工業(yè)化時代，城鎮(zhèn)化速度將逐步放緩。與此相應地，中國經濟增速將進一步放緩，產業(yè)結構將深度調整，這必然會導致能源消費增速進一步放緩。
對于未來中國能源消費走勢，本文設定兩種情景：高能耗情景和低能耗情景。2016年《能源生產和消費革命戰(zhàn)略（2016-2030）》提出：2020年能源消費總量控制在50億噸標準煤以內。到2030年能源消費總量控制在60億噸標準煤以內，據此，本文將高能耗情景下2030年能源消費總量設定為60億噸標準煤，2025年能源消費總量設定為55億噸標準煤。這樣，在高能耗情景下“十四五”和“十五五”期間的能源消費增速分別為2%和1.7%。低能耗情景下，“十四五”和“十五五”期間的能源消費增速分別比高能耗情景低0.5個百分點。“十六五”期間，預計能源消費增速將進一步減緩，高能耗情景和低能耗情景下的增速分別設定為0.7%和0.4%，2035年能源消費總量分別為62和58億噸標準煤。2035年以后，預計能源消費總量將有所回落，高能耗情景和低能耗情景下的增速分別設定為-0.8%和-1.0%，到2050年能源消費總量分別為55和50億噸標準煤。
表2 能源消費總量情景設定 單位：億噸標準煤
（二）能源消費結構情景設定
能源結構方面，碳中和愿景下能源轉型的核心是零碳的非化石能源比重提高，本文設定未來兩種不同非化石能源消費比重的能源消費結構情景：高比重情景和低比重情景。在2020年12月舉辦的聯合國氣候雄心峰會上，國家主席習近平宣布到2030年中國非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右。2021年3月發(fā)布的《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》提出：“十四五”時期非化石能源占能源消費總量比重提高到20%左右。據此，本文分別將20%和25%設定為低比重情景下2025年和2030年的非化石能源消費比重。
在具體實踐中，非化石能源消費比重可能努力突破所設定的目標，比如《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》提出到2020年非化石能源消費比重提高到15%以上，而2019年非化石能源消費比重為15.3%，提前一年就完成了規(guī)劃設定的目標，2020年非化石能源消費比重接近16%，比預定目標提高近1個百分點。據此，本文設定高比重情景下，2025年和2030年的非化石能源消費比重分別為22%和27%。對于2035年和2050年的非化石能源消費比重，分別設定為30%-35%和75%-80%，2035年之后非化石能源消費比重每五年提高15個百分點。
根據非化石能源消費比重，考慮到煤炭、石油和天然氣的消費增長趨勢，設定未來一次能源消費結構的情景，如表3所示。近年來，雖然煤炭占能源消費總量的比重有所下降，但是消費總量上仍在增加。2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和，需要煤炭和石油消費盡早達峰而后逐步削減。未來隨著非化石能源替代高碳能源大力推進，煤炭和石油的消費比重將逐步下降。因此，本文設定煤炭消費比重由當前的56.8%逐步下降至2030年的43%-45%、2035年的35%-40%和2050年的5%-10%；石油消費比重由當前的18.9%逐步下降至2030年的16%、2035年的14%和2050年的5%。由于相對清潔低碳，天然氣被認為是可以助力能源轉型的過渡能源，未來天然氣的利用規(guī)模將進一步擴大，而2035年后隨著能源轉型加速推進，以非化石能源為主體的能源體系逐步建立，天然氣利用規(guī)模將有所回縮。據此，本文設定天然氣消費比重由當前的8.4%先逐步提高至2035年的16%，再逐步回落至2050年的10%。
表3 能源消費結構情景設定
（三）能源消費碳減排路徑情景分析
能源消費總量和結構的兩種情景設定結合，組成了四種未來能源轉型和碳減排情景：一是低能耗—低比重情景；二是高能耗—低比重情景；三是高能耗-高比重情景；四是低能耗—高比重情景。二氧化碳減排速度最快的是低能耗—高比重情景，其次是高能耗-高比重情景，再次是低能耗—低比重情景，最后是高能耗- 低比重情景。低能耗—高比重情景下，二氧化碳排放量有望在“十四五”期間達峰，其余三種情景下碳達峰將在“十五五”期間實現。如圖2所示，四種情景下能源轉型和碳減排都將在2035年之后顯著加速。2030年能源消費二氧化碳排放量為97-105 億噸，到2035年下降至86-100億噸左右，到2050年降至20-29億噸，2050年可以實現能源消費二氧化碳的深度減排，有望在2060年就實現近零碳排放能源體系。上述四種情景均能夠滿足2030年前碳達峰和2060年前碳中和的要求。
圖2 四種情景下的能源消費碳減排路徑
四、結語
本文基于中國溫室氣體排放情況和碳匯潛力，分析認為實現碳中和目標要求到2060年建成二氧化碳近零排放的新型能源體系。在此基礎上，從能源消費總量和結構兩個維度進行情景分析，探討滿足碳達峰、碳中和要求的中國能源轉型路線圖。分析表明，滿足碳中和要求的能源轉型一方面要加大節(jié)能力度，通過提高能效抑制過高的能源消耗；另一方面要積極有序推進能源結構調整，將非化石能源消費比重由當前的16%左右提高到2035年的30%-35%和2050年的75%-80%。
①對于中國的溫室氣體及二氧化碳排放量和碳匯量的最新數據，目前尚缺乏權威性的官方核算結果。
②為了簡化，本文對能源消費二氧化碳碳排放量的估算采用各能源品種平均排放系數，未細分考慮各種不同能源品種在不同用途中的不同排放情況，因此所得到的數值只是一個概算值，并且可能存在一定程度的高估。按照本文的估算方法2020年能源消費二氧化碳排放量為102億噸，比國家應對氣候變化戰(zhàn)略研究和國際合作中心核算值高3億噸。
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來源：《價格理論與實踐》
