重點行業/領域碳達峰成本測算及社會經濟影響評估

張 靜，薛英嵐,3，趙 靜，何 捷，李 冰，張鴻宇，袁閃閃，李 勃，黃志輝，翁 慧，邵朱強，曹 東*，張 偉，蔣洪強

1.生態環境部環境規劃院，國家環境保護環境規劃與政策模擬重點實驗室，北京 100012

2.生態環境部環境規劃院京津冀區域生態環境研究中心，北京 100012

3.中國科學院科技戰略咨詢研究院，北京 100190

4.中國建筑材料科學研究總院，北京 100024

5.冶金工業規劃研究院，北京 100013

6.中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013

7.中國環境科學研究院，國家環境保護機動車污染控制與模擬重點實驗室，北京 100012

8.中國石油和化學工業聯合會產業發展部，北京 100723

9.中國有色金屬工業協會，北京 100814

政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)第五次評估報告中顯示，1880?2012 年，全球平均地表溫度上升了0.85 ℃[1]，如果不采取進一步的緩解措施，到20 世紀末，平均氣溫可能上升2.6～4.8 ℃[2].我國的碳排放量依然處于世界首位，超過了美國和歐盟的總排放量[3].2015 年中國提交《國家自主貢獻》，承諾CO2排放在2030 年左右達到峰值，爭取盡早達峰.2020 年12 月氣候雄心峰會上，我國宣布提高國家自主貢獻度，CO2排放“力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取2060 年前實現碳中和”，并提出構建“1+N”的碳達峰實施方案政策體系[4].2021 年10 月，國務院印發《2030 年前碳達峰行動方案》的通知，提出對能源、工業、建筑和交通等領域提出碳減排的總體部署.分領域分行業實施方案是我國制定碳達峰、碳中和頂層設計重點之一.2020 年，六大行業(電力、鋼鐵、水泥、鋁冶煉、煉油和石化、煤化工)及兩大領域(交通、建筑)的能源活動碳排放占到我國能源活動碳排放的90%以上，行業碳達峰需要國家、地方乃至企業投入大量資金，同時，碳達峰行動將重新塑造我國的能源和產業結構，全面推動我國綠色低碳轉型和高質量發展[5].科學評估碳達峰路徑實施的成本與社會經濟影響，可為政府后期制定相應的政策措施提供定量化的決策建議.

碳減排成本核算是碳達峰、碳中和政策的重要內容[6-7].碳減排成本的核算形式包含邊際減排成本[8-9]、平均減排成本、增量減排成本、影子價格[10]和碳價格等[11]，測算的方法分為自下而上模型、自上而下模型、混合模型.自下而上的模型可以給出碳減排的技術構成，分析技術的碳減排成本，如節能技術綜合成本估算模型、TIMES 模型[12]、LEAP 模型[13]等.節能技術綜合成本估算模型適用于發展成熟的行業，基于各種減排技術措施及長期全面的統計數據來核算行業碳減排成本，能夠計算包括減排設備投資、節能技術開發、低碳能源替代等減排成本.自上而下的模型可以模擬行業間的反饋和聯系，側重于碳減排政策對宏觀經濟及產業部門的影響，常用的有宏觀經濟模型、可計算一般均衡模型等.混合模型則結合了二者的優勢，如MESSAGEix 模型，但模型計算隨之變得較為復雜.歐美發達國家在出臺國家碳減排行動方案時，均考慮了政策實施預計投入的成本.2020年，美國發布《美國零碳行動計劃》(America's Zero Carbon Action Plan)，預計2020?2050 年，美國實行重點領域深度脫碳的年度成本約占GDP 的0.5%[14].2019 年，歐盟出臺《歐洲綠色協議》(European Green Deal)，預計到2030 年每年將投入約2 600×108歐元[15].行業層面，近年來隨著綠色低碳理念的推廣，國內外對電力[16-17]、鋼鐵[18-20]、水泥[20-22]、鋁冶煉[23-25]、煉油和石化[26-27]、煤化工[28-30]等重點行業及交通[31-34]、建筑[35-38]等領域的成本已經展開了大量的研究并取得很多寶貴的經驗，相關研究在調研實測方法、優化決策模型、能源系統模型和全生命周期理論方面均取得豐碩成果.我國碳排放量大，能源結構以碳密度較大的煤炭為主[39]，且承諾的碳達峰與碳中和時間間隔遠短于發達國家[40]，如何在重點行業和領域選取最為經濟有效的碳減排措施，是制定我國國家和重點行業碳達峰方案需要重點考慮的關鍵因素[39].目前對于在碳達峰背景下全行業各減排措施的成本和減排貢獻，涉及工業分行業詳細措施核算的文獻較少，在碳達峰路徑方面也缺乏各相關行業之間的統籌考慮.該文定量分析了重點行業和領域碳排放達峰成本和社會經濟影響，建立了基于清潔能源降碳、能效提升降碳、資源循環降碳、管理調控降碳等具體措施的重點行業/領域碳達峰成本核算數據庫，并采用節能技術綜合成本估算模型構建了降碳技術綜合成本估算模型，全面系統地核算了我國2025 年、2030 年、2035 年不同階段的分行業/領域、分措施的達峰成本及單位減排成本，并對重點行業和領域碳排放達峰投資對GDP、就業、產業的影響進行了定量化分析，以期為政府及行業制定碳達峰行動方案及政策措施提供經濟有效的建議.

1 方法與數據

1.1 重點行業/領域碳達峰路徑成本及經濟影響分析框架

該文對接各行業碳達峰措施研究，以2020 年為基準年.通過對全國2021?2035 年實施行業碳達峰路徑清潔能源降碳、能效提升降碳、資源循環降碳、管理調控降碳4 類降碳措施的梳理整合，對全國電力、鋼鐵、水泥、煉油和石化、煤化工、有色6 個重點行業和交通、建筑2 個重點領域進行成本評估，基于各項行業特點和降碳措施，構建了自下而上的降碳技術綜合成本估算模型，模型中主要包括了新能源設施投入、低碳技術改造投入、資源循環體系建設投入以及管理手段的投入或補貼4 個方面的成本，主要采用成本系數法進行各項計算(見圖1).此外，結合碳減排量綜合對比分析得出分行業分措施的單位減排成本.經濟影響分析通過投入產出模型計算，主要包括行業碳達峰路徑各措施實施對宏觀經濟產生的影響，主要體現在GDP、產業帶動及就業的凈影響.投資主體從全社會系統考慮，包括政府、企業和公眾.

圖1 行業碳達峰成本分析框架Fig.1 The framework of carbon peak costs of industries

1.2 行業成本計算思路范圍

以重點行業/領域碳達峰路徑的政策措施為對象，該文主要對全國6 個重點行業和2 個重點領域進行成本評估，包含26 個一級措施和59 個二級措施，各行業/領域的碳減排措施如表1 所示.

表1 各行業措施描述Table 1 Detailed measures for each sector

需要說明的是，該文計算的范圍主要為直接與碳達峰相關的部分，未包含部分基礎設施建設或直接關系較小的部分(即若沒有“雙碳”目標，此部分仍將增長)，如電力行業電網升級改造投入僅包含了新能源消納輸電通道新建投資及接網投資成本，并未包含其他電網投資成本.此外，該文核算對象為各項措施的初始投資成本，并未包含措施運行相關成本.

1.3 成本計算方法

清潔能源降碳類措施投資成本主要包括非化石能源發電新增裝機和配套設施建設、車船鐵路電氣化、清潔供暖等的費用；能效提升降碳類措施成本包括余熱余能利用改造、節能和低碳技術改造等的費用；資源循環降碳類措施成本包括資源回收體系建設和產品高效利用體系建設等的費用；管理調控類措施投資成本包括淘汰落后產能補貼、先進技術研發投入、超低能耗建筑投入、貨運運輸結構調整的費用.各類型的措施計算方法如式(1)所示：

式中：INTce為新能源設施總投入，108元；INTne為新建或改造新能源設施的投入，如電源新增裝機投資、汽車、船舶或鐵路的本身電動化改造投資或補貼、清潔供暖設施投入等，108元；INTsf為發展新能源配套的投入，如電力行業靈活性提升投資、交通供電設施投資、清潔供暖管道或電網等投資，108元；NCAP、SCAP 分別為新建新能源設施量、配套設施量，單位均為套；Cne、Csf分別為單位新能源設施建設成本或補貼、單位配套設施建設成本，108元/套；INTtm為技術改造投入，108元；MCAP 技術改造量，套；Ctm為單位技術改造成本，108元/套；INTrc為資源回收體系建設和產品高效利用體系建設投入，108元；CRC 為項目年投資成本，108元/a；Yrc為項目投資時長，a；INTmg為管理調控措施的補貼或推廣投資，108元；GCAP 為補貼的淘汰量、推廣量或結構調整量，104t；Cmg為補貼標準或單位投資成本，104元/(104t).以上參數系數主要來源于行業協會調研結果、統計年鑒及相關文獻，單位投資成本考慮了技術改進所帶來的成本降低因素，隨技術發展水平、成熟度、建設難度在不同時期有所上升或下降.

1.4 單位碳減排成本計算方法

減排成本是碳達峰路徑選擇的重要考量因素，如何在減排量一定的情況下，尋求成本最低的減排方案是一個值得探討的問題.單位碳減排成本表示減排一單位CO2所需要的成本，是技術措施選擇的重要定量指標，計算公式：

式中：MACi為技術措施i的單位減排成本，元/t(以CO2計)；INTi為技術措施i的投資成本，元；ΔRi為技術措施i的碳減排量，表示在假設其他措施不變、僅考慮此措施變化下的排放變化量，t(以CO2計).

1.5 經濟影響計算方法

行業碳達峰路徑實施的經濟社會影響主要為在實施過程中對宏觀經濟、產業結構、稅收及就業等方面產生的直接和間接影響.該文將行業碳達峰路徑的投資成本作為核算對象，以2018 年中國153 個部門投入產出表為基礎，構建了包含產業內部關聯波及效應和居民消費誘發效應的投入產出宏觀閉模型，在此基礎上評估行業碳達峰路徑投入對GDP 增長的直接和間接拉動作用，同時根據增加值系數、稅收系數、居民收入系數、勞動力占用系數，進一步核算超低排放投入對國民經濟不同行業其他方面的貢獻作用.當最終產出發生變化時，所引起的國民經濟總產出增量(ΔX)的計算公式[41-42]如下：

式中：(I?A)?1為 列昂惕夫逆矩陣；I為單位對角矩陣；C為邊際消費傾向；t為邊際稅收傾向；為最終產品國內滿足率對角矩陣，指各行業最終產品中由本國生產的產品所占比例；F為居民直接消費系數列向量，指投入產出表中各行業的居民消費占總居民消費的比重；i′為 單位行向量；為勞動報酬系數的對角矩陣，指由投入產出表中各行業勞動報酬除以總產出得到的系數；ΔYe為固定資產形成或商品服務消費變動的列向量.

2 結果與討論

2.1 成本計算

我國重點行業和領域“十四五”“十五五”“十六五”期間資金總投入分別為9.3×1012、11.5×1012、13.3×1012元，累計投入34.0×1012元，平均每年投入2.3×1012元，約占年均GDP 的1.5%.其中，我國重點行業和領域2030 年前碳達峰(2021?2030 年)資金投入為20.8×1012元，年均投入2.1×1012元，約占年均GDP 的1.5%.

分行業/領域(見圖2、圖3)來看，“十四五”“十五五”“十六五”期間電力行業投入17.8×1012元，占比為52.4%；其他重點工業行業投入1.8×1012元，占比為5.3%；交通領域投入8.1×1012元，占比為23.8%；建筑領域投入6.3×1012元，占比為18.5%.其中，我國電力行業、鋼鐵行業、煉油和石化行業、水泥行業、有色行業、煤化工行業、交通領域、建筑領域2030年前實現碳達峰，分別需要投入10.7×1012、5 050×108、3 715×108、3 289×108、644×108、265×108、5.2×1012、3.6×1012元.這說明資金主要投入到了新能源發電、新能源汽車產業、節能設備制造、綠色建筑、資源回收利用等綠色低碳產業.

圖2 “十四五”“十五五”“十六五”各行業資金投入對比Fig.2 Comparison of capital investment in various sectors during the ‘14th,15th,16th Five-Year Plan’

分措施看，電力行業和交通、建筑領域措施的成本普遍高于工業領域措施的成本.電源結構優化、電力系統靈活性提升、交通運輸結構調整是成本最高的三項措施，共占總成本的1/2 以上.電源結構優化在2030 年前碳達峰共投入6.59×1012元，主要包括水電、核電、風電、光伏發電和生物質等新能源發電的新增裝機投入；電力系統靈活性提升為發展新能源同時推進的配套措施，包括新建新型儲能、純凝機組、抽水蓄能和熱電聯產靈活性改造等，2030 年前碳達峰共需投入2.29×1012元；交通運輸調整主要為鐵路專用線建設、大宗貨物“公轉鐵”“公轉水”，2030 年前碳達峰共需投入2.42×1012元.工業領域措施成本在2%以下，投資成本最高的措施為煉鋼系統能效提升，包括余熱余能利用和新增球團礦，2030 年前碳達峰共需投入0.35×1012元.

2.2 單位碳減排成本計算

2030 年前我國重點行業和領域碳減排總量為34.7×108t，電力、工業、交通、建筑4 個領域分別減排25.0×108、5.2×108、1.1×108、3.4×108t，占比分別為72.1%、15.1%、3.1%、9.7%.2030 年前碳達峰電力、工業、交通、建筑單位碳減排成本分別為4 269、2 467、47 869、10 766元/t(以CO2計)，各行業/領域的碳減排措施成本與減排量如圖4、5 所示.核算結果顯示，工業領域單位碳減排成本遠小于電力、交通和建筑領域，從經濟角度看是碳達峰減排首選的領域.鋁冶煉行業為工業中單位減排成本最低的行業〔624元/t (以CO2計)〕，其次為煤化工行業〔1 767元/t (以CO2計)〕和煉油和化工行業〔1 933 元/t (以CO2計)〕.二級措施來看，上述行業中的廢鋁回收體系建設、煤化工節能改造等措施減排成本最低，建議優先加以推廣.

電力行業單位碳減排成本稍高于工業領域.電源結構優化措施的單位減排成本較低〔4 009元/t(以CO2計)〕；不同電源結構單位碳減排成本從低至高依次為生物質<太陽能<核電<風電<水電，“十六五”太陽能發電成本將進一步下降.建筑領域單位碳減排成本高于電力行業.2030 年前建筑領域分措施單位碳減排成本從低至高依次為低碳清潔取暖<超低能耗建筑發展<既有建筑節能改造<建筑領域可再生能源應用.交通領域單位碳減排成本最高，由于貨物運輸結構調整的鐵路專用線建設成本較高，但短期內減排量相對有限，此外交通配套的充電樁、加氫站建設、機場改造等措施成本也較高，故交通領域單位減排成本最高.

2.3 社會經濟影響評估

碳達峰通過促進新能源產業發展、重點工業行業節能、交通運輸行業綠色升級以及綠色建筑、綠色基礎設施建設等，將刺激經濟高質量增長.基于投入產出模型的模擬結果(見圖6)顯示，2021?2035 年，碳達峰投資累計創造GDP 增長約42.8×1012元(其中2030 年前GDP 增長26.2×1012元)，稅收增加3.8×1012元，居民收入增加11.2×1012元，每年新增就業崗位約677×108個，達峰路徑帶動的綠色低碳產業投入產出比為1.26(即達峰路徑投資1 元將帶來GDP 增加1.26元)，高于傳統基建產業(約1.20)，略低于新基建產業(約1.30)，有利于戰略新興產業發展和經濟綠色低碳轉型.分行業看，重點行業/領域碳達峰資金投入主要帶動了設備產品制造業、礦采選業、金屬和非金屬產品制造業GDP 的增長，其中設備產品制造業增長主要集中于電氣機械和器材制造(占比在1/2 以上)，其余包括通用設備、專用設備、運輸設備、電子設備制造等.礦采選業中GDP 增長主要為煤炭采選、石油和天然氣開采和金屬礦采選等行業，金屬和非金屬產品中GDP 增長的主要為金屬冶煉和壓延加工品業，占金屬和非金屬產品GDP 增長的61%左右.其他行業主要包括了除設備產品、電力、礦采選業、金屬和非金屬產品、金融、房地產、化工產品、交通運輸、農業、輕工業、建筑外的其他工業行業和服務業，占比較大原因在于重點行業/領域碳達峰資金投入同時帶動了信息技術服務、綜合技術服務、其他制造產品和廢品廢料、批發零售等行業的增長.

3 結論與展望

a) 該文利用成本分析法、投入產出模型預評估了2021?2035 年六大行業(電力、鋼鐵、水泥、鋁冶煉、煉油和石化、煤化工)及兩大領域(交通、建筑)實施碳達峰路徑所花費的投資成本、單位減排成本及對經濟社會的影響.結果顯示，2021?2035 年8 個重點行業/領域碳達峰路徑實施 需累計投入34.0×1012元，其中，我國重點行業和領域2030 年前碳達峰(2021?2030 年)資金投入為20.8×1012元，年均投入2.1×1012元，約占年均GDP 的1.5%.

b) 我國2030 年前碳達峰電力行業、工業行業、交通領域、建筑領域分別需要投入10.7×1012、1.3×1012、5.2×1012、3.6×1012元，占比分別為51%、6%、25%、18%，資金主要投入新能源發電、新能源汽車產業、節能設備制造、綠色建筑、資源回收利用等綠色低碳產業.分措施看，電源結構優化、電力系統靈活性提升、交通運輸結構調整、交通配套措施、建筑領域可再生能源應用、電力節能改造投資成本較高，6 種措施投資成本占總投資成本的78%.重點工業行業領域煉鋼系統能效提升、煉油與化工行業資源回收和產品高效利用體系建設投資，水泥行業先進燒成系統與粉磨技術改造投資成本為最高的3 種措施.

c) 2030 年前碳達峰單位碳減排成本由低至高依次為工業行業〔2 467元/t (以CO2計)〕、電力行業〔4 269元/t(以CO2計)〕、建筑領域〔10 766元/t(以CO2計)〕和交通領域〔47 869元/t(以CO2計)〕.從經濟角度，工業碳減排是碳達峰減排首選的領域，其中鋁冶煉行業單位碳減排成本最低〔624元/t(以CO2計)〕.其次為電力行業，不同電源結構單位碳減排成本從低至高依次為生物質<太陽能<核電<風電<水電，低碳清潔取暖和超低能耗建筑發展是建筑領域單位減排成本較低的2 個措施.

d) 碳達峰將通過促進新能源產業發展、重點工業行業節能、交通運輸行業綠色升級以及綠色建筑、綠色基礎設施建設等刺激經濟高質量增長.2030 年前碳達峰投資累計創造GDP 增長約26.2×1012元，每年新增就業崗位約677×104元，達峰帶動的綠色低碳產業投入產出比為1.26(即達峰投資1 元將帶來GDP 增加1.26 元)，高于傳統基建產業(約1.20)，略低于新基建產業(約1.30)，有利于戰略新興產業發展和經濟綠色低碳轉型.

e) 由于數據的可獲得性等原因，該研究在系數選取、成本范圍等方面仍存在局限性，需要在未來的研究中進一步加強.首先，在成本的計算過程中，應該了解獨立于行業碳達峰政策的其他因素帶來資金的使用和增長，如技術進步和產業結構調整、經濟增長本身帶來的成本增加.其次，該文只計算了投資成本，成本范圍偏小，導致部分措施單位減排成本可能出現嚴重低估，如推進電爐短流程煉鋼，主要是運行成本較高的問題.再次，各行業成本數據也存在一定的不確定性.該文數據主要來源于各行業碳達峰路徑措施，系數主要來自調研數據和經驗數據，方法上變化成本的計算多采用系數法，但部分措施的單位投資系數各年度并沒有變化，下一步可以選擇差別化的系數，以更好地體現各年度之間的差異.最后，該文經濟社會影響基于包含產業內部關聯波及效應和居民消費誘發效應的投入產出宏觀閉模型得到，投入產出模型可以清楚地反映產業鏈的關系，但缺少負面的反饋，經濟社會影響存在一定的不確定性.未來可針對以上問題進一步開展細化研究，提升研究的科學性和精度.