中國碳中和實現路徑及能源電力系統零碳轉型研究

劉昌義

實現碳達峰碳中和是黨中央立足國際國內兩個大局做出的重大戰略決策，對于我國生態文明建設、引領全球氣候治理、實現“兩個一百年”奮斗目標具有重大意義。以化石能源為主的傳統發展模式是導致我國和全球氣候環境問題的根源。立足我國碳排放總量大、能源消費需求高、能源體系“一煤獨大、油氣進口依賴”的發展實際，提出并實施符合我國國情和發展階段，能夠有力推動我國現代化建設的碳中和綜合方案和行動路線圖是挑戰巨大、意義重大的戰略問題。

首先，提出碳中和實現路徑與政策選擇的十個重要問題。第一，碳中和目標下中國的碳預算是多少？全球2℃和15℃溫控目標對應不同的碳預算約束，碳預算是研究中國碳中和的最重要的邊界條件之一。第二，中國若在2060年前實現碳中和，對全球溫控目標的貢獻是多少？要回答這個問題，需要結合自然科學的氣候模式、經濟社會系統和能源電力系統利用綜合評估模型進行研究。第三，最優的碳中和路徑是什么？關于這個問題，經濟學界有很大的爭議，最典型的就是以斯特恩和諾德豪斯為代表的關于減排政策的爭論。斯特恩贊成立即大幅減排，但諾德豪斯認為要考慮經濟社會發展階段、技術和成本等因素，先小幅減排，然后再大幅減排。因此，最優減排路徑的決定因素有待研究，尤其是應用于氣候變化的長期貼現率的取值，是影響氣候成本收益和政策評估的最核心的變量。第四，碳中和目標下的能源電力系統如何轉型？如何設計化石能源尤其是最核心的煤電的退出路徑？第五，碳中和目標下的電力系統如何轉型？未來電力系統如何發展？是大規模開發可再生能源，還是基于當前以化石能源為主導的能源結構，開發碳捕捉與封存（CCS）技術？發展可再生能源，是采用集中式開發加遠距離輸電的模式，還是發展分布式能源加儲能的模式？未來需要進行深入的比較分析。第六，碳中和的技術組合及發展路徑。各類低碳、零碳、負碳能源和減排技術的發展趨勢、經濟技術參數及其對碳達峰碳中和的減排貢獻如何？第七，構建碳中和的制度和政策體系。實現碳中和目標需要多管齊下，不僅需要借助行政命令等手段和措施，還需要建立和完善市場機制，既包括碳市場、碳稅等新建的市場機制，也包括電力市場、財稅、金融等已有的體制機制改革。此外，對碳中和的協同收益和得失權衡、化石能源退出導致的就業和公正轉型問題需要加強研究。第八，實現碳中和目標的投資和成本是多少？投資包括基礎設施固定資產投資和以節能減排為目標的更新改造投資。成本包括全社會用能成本、用電成本、邊際減排成本和各地區、分部門的減排成本，這些都是科學制定政策和評估政策有效性的重要前提條件。第九，不同情景下的氣候變化影響與氣候損失評估。例如全社會通過減排能夠避免多少損失，反過來說即減排能夠獲得多大的收益。這里的損失或收益不僅包括直接經濟損失或能夠貨幣化的價值，還應該包括很多無法貨幣化的價值，例如污染治理的協同效益，公眾健康的協同收益，生態環境的服務價值，等等。第十，碳中和的成本和收益分析。我們需要綜合考慮成本和收益，從而選擇實現碳中和的最優決策和政策組合。

全球能源互聯網發展合作組織運用全球綜合評估模型、能源優化模型和電力規劃模型，開展碳中和實現路徑的深入系統研究，提出中國能源互聯網實現碳中和的方案和路徑，發布《中國2060年前碳中和研究報告》，全球能源互聯網發展合作組織：《中國2060年前碳中和研究報告》，2021年，北京：中國電力出版社。下文摘錄報告主要結論。

一、碳中和的重大意義與挑戰

實現碳達峰碳中和是黨中央、國務院在應對氣候變化、統籌國際國內兩個大局做出的重大戰略決策，其意義不僅局限于引領應對氣候變化，對加快促進生態文明建設、保障能源安全高效、推動經濟和產業結構轉型升級、實現“兩個一百年”奮斗目標具有重大意義。

我國實現碳中和面臨碳排放總量大、碳減排時間短、經濟轉型升級挑戰多、能源系統轉型難度大等復雜挑戰。作為全球最大的發展中國家，我國2060年前實現碳中和需要在更短時間、更廣范圍采取更大力度的減排行動。

二、碳中和的機理

能源相關碳排放主要受六大因素影響，化石能源二氧化碳排放、清潔化水平、電氣化水平、能源消費強度、人均GDP和總人口等因素分別體現了能源消費總量和結構、能效、經濟發展水平以及人口增長對碳排放的影響。對1978年改革開放以來我國碳排放情況進行卡雅（KAYA）驅動因素分解研究，可以發現：第一，人口和經濟增長是導致碳排放增長的主要驅動因素。1978—2018年，我國二氧化碳排放增長了83億噸，總人口由10億人增長到14億人，城市化率從18%增長到60%，經濟總量從0.4萬億元增長到90萬億元。在二氧化碳排放增量中，人口與人均GDP增長的貢獻分別為16%和176%。第二，能源強度降低是近年來二氧化碳排放下降的主要原因。1990—2018年，我國能源強度下降了75%，對二氧化碳減排的貢獻為79%。第三，我國能源碳排放強度近年略有下降，對二氧化碳減排的貢獻為13%。能源碳排放強度主要受能源結構清潔化和電氣化水平的影響。未來，能源結構清潔化和電氣化是最有效和最具潛力的減排途徑。

三、中國能源互聯網的發展與必然要求

我國清潔能源資源與負荷中心呈逆向分布，未來高比例可再生能源對電網架構和調節能力的要求，客觀上決定了我國實現碳中和必須要加快形成以特高壓骨干網絡架構為核心的全國清潔能源資源優化配置平臺。

電力互聯互通是推動清潔能源大規模發展的必然要求。我國資源與負荷中心呈逆向分布，經濟中心位于東中部地區，而70%以上的風、光、水能資源都分布在西部和北部地區，與東中部負荷中心相距1000～4000公里，可再生能源只有融入大電網才能實現大規模開發和遠距離輸送。風、光等可再生能源發電具有很強的間歇性、波動性和隨機性。發揮特高壓技術輸電容量大、距離遠、損耗低、安全性高的優勢，可以獲得水、風、光的多能互補效益，共享靈活性資源，大幅降低運行成本。目前，我國特高壓輸電技術已經發展成熟，技術全球領先，已建和在建特高壓工程32項，并網清潔能源裝機76億千瓦，支撐我國清潔能源發展進入快車道。這些實踐都為實現碳達峰、推動碳中和奠定了堅實的基礎。

以中國能源互聯網為基礎平臺，大力實施“兩個替代”（在能源開發方面實施清潔替代，在能源使用方面實施電能替代），通過盡早達峰、快速減排、全面中和三個階段部署實現碳中和，促進能源、經濟、社會、環境協調發展。

四、基于中國能源互聯網的碳中和實現路徑

耦合綜合評估模型MESSAGE、能源優化模型和電力系統規劃模型，作為碳中和情景的模型工具。綜合研判未來40年我國宏觀經濟增長、產業結構升級、人口與城鎮化發展、能源電力消費變化以及實現《巴黎協定》目標下的碳排放空間等關鍵要素，作為碳中和情景的主要邊界條件。

我國實現全社會碳中和總體可按照盡早達峰、快速減排、全面中和三個階段有序實施。

在盡早達峰階段（2030年前），我國以化石能源總量控制為核心，能夠實現2028年左右全社會碳達峰，峰值控制在109億噸左右，能源活動峰值為102億噸左右。2030年的碳強度相比2005年下降70%，提前完成并超額兌現自主減排承諾。

在快速減排階段（2030—2050年），以全面建成中國能源互聯網為關鍵，2050年前電力系統實現近零排放，標志著我國碳中和取得決定性成效。2050年全社會碳排放降至13.8億噸，相比碳排放峰值下降約90%，人均碳排放降至1.0噸。

在全面中和階段（2050—2060年），以深度脫碳和碳捕捉、增加林業碳匯為重點，能源和電力生產進入負碳階段，2055年左右實現全社會碳中和。2060年，通過保持適度規模負排放，控制和減少我國累積碳排放量。

五、能源供應以清潔能源為主導

在能源生產轉向清潔的過程中，化石能源總量在2028年左右達峰：煤炭消費在現有基礎上持續下降，煤電在2025年達峰之后開始下降，石油消費在2030年達峰以后開始下降，天然氣消費的達峰時間預計為2035年。清潔能源在2040年前成為主導能源，到2060年，90%以上的能源需求都將由清潔能源來滿足。能源供應系統80%的減排量來自電力的清潔化。

六、能源消費以電為中心

電能成為最主要的能源利用形式，全社會用電量持續增長。2060年全社會用電量將達到17萬億千瓦時，全社會三分之二的能源消費均為電能，實現能源消費體系向以電為中心的轉型。 在終端能源減排中，一半是來自工業領域的減排貢獻，其余是來自交通和建筑部門電能替代的減排貢獻。同時，碳捕捉利用與封存（包括生物質能等負排放）、森林碳匯等也將起到必要的支撐作用。

七、電力系統零碳路徑

電力系統的轉型將以構建中國能源互聯網，實現特高壓電網的大規模互聯為關鍵，2050年前實現電力領域的近零排放。首先，電源裝機結構轉向清潔低碳。新增電源裝機主要為清潔能源發電，預計2060年我國電源總裝機將達到80億千瓦，超過96%的電源裝機和發電量均來自清潔能源。其次，電網配置能力大幅提升。中國能源互聯網方案可以支撐高比例的可再生能源目標，電網的配置能力將實現大幅提升，電網配置規模和范圍擴大，建成東部、西部特高壓同步電網，形成“西電東送、北電南供、跨國互聯”的能源發展格局。

八、碳中和的關鍵技術與重點行動

低碳零碳技術是實現碳中和目標的關鍵。中國能源互聯網為低碳零碳技術發展提供了集成創新平臺。我國應當發揮在能源電力領域的優勢，重點在清潔替代、電能替代、能源互聯、能效提升、碳捕捉利用與封存、負排放與碳匯等六大領域開展關鍵技術的研發攻關和推廣應用，爭取實現重大突破創新，挖掘更大的減排潛力，為實現高質量發展和碳中和目標提供技術支撐。

九、碳中和的投資與成本分析

中國能源互聯網的碳中和方案具有邊際減排成本低、能源系統投資少的經濟性優勢。第一，減少碳中和成本。建設中國能源互聯網實現碳中和的全社會邊際減排成本為258元/噸二氧化碳，低于全球1.5℃溫控目標的減排方案（約700元/噸二氧化碳）。電網互聯互通之后，能夠大規模采用減排成本低的光伏、風電等清潔發電技術，提升能源系統安全性，有效降低碳減排成本。第二，降低能源系統投資。預計2020—2060年，我國能源電力系統累計投資將達到122萬億元，以占GDP不到1.2%的投資實現從以化石能源為主導到以清潔能源為主導的能源體系變革。

十、碳中和的綜合效益

氣候變化既是環境問題，更是發展問題。實現碳中和不僅僅是為了應對氣候變化，更是為了落實生態文明，促進全球人與自然命運共同體建設。實現碳中和不僅需要能源系統和電力系統全面深刻的變革，也需要廣泛而深刻的經濟社會系統性變革。建成中國能源互聯網，實現碳中和目標，標志著我國全面形成零碳能源體系，邁入可持續發展新階段，將對經濟發展、能源安全、生態環境、社會民生等各方面產生巨大的協同效益。至2060年，我國預計投資122萬億元，可以實現拉動經濟增長、減少化石能源補貼、創造就業崗位、避免氣候損失、提高公眾健康水平等協同效益，累計創造社會福利約1100萬億元，相當于通過1元的能源投資獲得9元的社會福祉。

（作者為全球能源互聯網發展合作組織高級研究員）