在碳中和目標下以能源轉型促進經濟高質量發展

姜克雋

經過二十多年高速發展，我國經濟已進入轉型時期。經濟轉型是經濟社會發展到一定階段后的必然現象，但由于我國仍屬于發展中國家，尚處于發展階段，還需追求較高經濟發展速度，因而在轉型時期，如何實現經濟又好又快增長是我們面臨的重要任務。2017年12月召開的中央經濟工作會議提出，推動高質量發展是當前和今后一個時期確定發展思路、制定經濟政策、實施宏觀調控的根本要求。由高速增長轉向高質量發展是當前我國經濟的基本特征，是適應我國社會主要矛盾變化和全面建設社會主義現代化國家的必然要求，也是遵循經濟規律發展的必然要求。

經濟社會運行離不開能源。能源供應一旦出現問題，就會帶來重大影響。為此，能源工業發展和能源供應受到世界各國高度重視，甚至成為驅動地緣政治變化的主要因素。在我國，能源工業還是經濟發展的重要部門。2019年能源工業的增加值占GDP的5.8%左右，占工業的15%左右。目前每年煤炭供應40多億噸，石油7億多噸，天然氣近3600億立方米。從產品總量上看，能源量占全部工業產品量的50%以上，占交通貨運量的35%以上。能源技術裝備也是我國重要的引領行業，是國家科技研發的重點領域之一。我國在特高壓輸電、第三代核電、大型水電、先進燃煤發電、光伏、風電等關鍵能源技術領域處于世界領先水平。總之，能源行業的技術引領是我國在新時代復興的重要支撐，能源行業是我國經濟發展的核心支撐產業。

碳中和目標下的能源轉型

《巴黎協定》提出，要把全球平均氣溫的升高幅度較工業化以前水平控制在2°C之內，并為把升溫幅度控制在1.5°C以內努力。研究發現，如果以升溫幅度控制在1.5 °C之內為目標進行情景設計，全球需要在2050年到2060年實現凈零排放（IPCC，2018），如果要實現2°C的升溫幅度控制目標，則需要在2070年后進入凈零排放（IPCC，2014;IPCC， 2018）。

這些情景的主要特征包括：到2050年，非化石能源占一次能源的比重達到或超過75%（按照發電煤耗方法計算）;電力系統在2050年前實現零碳排放，之后進入負碳排放階段;終端部門大力推進電力化;無法電力化的行業使用綠氫作為能源、原料以及工藝材料（如還原劑）;大力發展碳捕集和利用（CCU）技術、碳捕集和封存技術（CCS），到2050年，需要捕獲的CO2有可能會達到16億噸;在化石燃料發電、生物質能發電以及工藝過程都需要使用CCU技術和CCS技術。與其他模型組不同的是，中國綜合環境政策評價模型（IPAC）在未來一次能源情景中給予核電更大的發展空間，到2050年，發電裝機容量達到5.6億千瓦，加上其他核能的使用，裝機能力將達到7.5億千瓦（Kejun et al， 2018） 。

伴隨著能源轉型，未來我國能源安全的內涵也會有所轉變。高比例非化石能源情景下，能源已經不需要進口，甚至開始出口氫到周邊國家。能源安全從目前以進口能源占比轉向到控制能源相關的事故，以及高可靠度供應能源。依賴可再生能源和核能的情景將可以更加安全地供應能源，并且將能源價格保持獨立，切斷和國際能源價格的關聯，避免能源價格受國際價格變動的影響。同時，大力發展核能，可以在系統能源價格上更具競爭力。

從發電情景來看，未來風電、光伏等可再生能源發電需要保持現階段快速增長的趨勢，同時較大幅度提高核能發電量。在我國能源部門到2050年可實現凈零排放或負排放的情況下，應鼓勵終端用能部門盡快實現電力化轉型，即到2050年，交通部門全部電力化，建筑部門基本電力化，工業部門盡力電力化。對于無法實現電力化的工藝，應鼓勵使用氫能替代。以交通部門為例，到2050年，我國交通部門實現能源完全清潔化，做到凈零排放。2050年，道路交通將基本全部使用純電動車，部分大型貨車也將采用燃料電池車。在船舶方面，萬噸以上船舶基本依靠燃料電池或者氫基燃料（如甲醇、合成氨等）驅動，萬噸以下船舶則采用純電動電池驅動。在航空方面，大部分飛機將以生物航空燃油和氫燃料驅動;其他運輸基本實現電力化。實現交通部門凈零排放的重要因素之一是技術革新（Jiang et al， 2021）。研究表明，未來電動車有望徹底超越燃油車，即性能更好、售價更低（莊幸等，2012）。

碳中和下的經濟轉型

實現多重目標，將對我國的經濟轉型產生明顯和深遠影響。技術將發生變革，隨之而來經濟產業格局將出現變化。這些變化之中，多重目標的實現不會拖累經濟，而是會更好地促進經濟發展，增加GDP。實現這些經濟轉型，需要盡早做出準備。

2050年，工業部門應盡力實現電力化。針對難以電力化的工藝，可考慮用氫作為替換，例如在合成氨、苯、乙烯、甲醇等原材料時，在生產工藝中采用氫做還原劑和原料，或在有色金屬、無機化工等行業的生產工藝中用氫還原礦石。分析交通部門和工業部門的轉型需求可發現，未來我國對氫的需求量（5000萬噸-8000萬噸）較大，需加快綠氫發展，即使用零碳電力制氫。由此可見，我國光伏、風力等可再生能源裝機量及發電量將持續增長，這一趨勢也將改變中國經濟發展格局——下游行業的生產區域可能會向可再生能源發電或核能發電成本較低的地區轉移，如我國北部、西部和東北地區。

1.經濟發展和投資

2020年我國固定資產投資52.7萬億，占GDP的51.9%。長期以來我國的固定投資占GDP的比重都在52%以上。近年來我國能源工業的固定資產投資都在4萬億以上，占全國固定資產投資的7%左右，占工業投資25%以上。實現碳中和目標下的能源轉型，需要未來的投資方向明確。同時實現碳中和目標，也需要用能部門的轉型，其中一些部門的轉型會很明顯，包括交通、建筑、石化行業、金屬冶煉行業等。根據相關研究，實現碳中和目標下的能源轉型，能源部門的投資會超過125萬億元，終端能源消費部門的投資會超過110萬億元。

實現碳中和目標下的能源和經濟轉型路徑的認識需要明確，以確保投資走向正確的方向。碳中和目標下能源轉型和經濟轉型的行業可以帶來新增的GDP，這是支撐我國投資中有效投資的重要部分。表 1給出了在碳中和路徑中有明顯轉型的部門2017年的固定資產投資，以及未來的轉型方向，和根據IPAC模型計算的到2035年的投資需求。表 2則給出了一些碳中和路徑下新型行業發展的展望和投資需求。總的來講，投入到碳中和路徑中轉型行業的固定投資并沒有超出多少既有投資的需求，而且和當年的GDP總量相比投資規模也并不大，因而是可以實現的。重要的是要支撐我國經濟高質量發展，就需要從目前開始確保投資的有效性，需要從長期視野來辨識投資的領域。

2.科技創新

在能源轉型進程中，需要一些重大技術突破，如下：（1）由于大部分《巴黎協定》目標的溫升情景都是超越情景，因此生物質能碳捕集與封存（BECCS）技術就必須要出現，并在2050年大規模使用。根據IPAC模型結果，中國需要到2060年前通過BECCS實現16億噸的CO2負排放，這樣就需要近8億噸的生物質能進入BECCS系統。（2）直接空氣捕獲技術（DAC）。近期研究發現，我國實現16億噸的負排放，依賴BECCS會存在一些問題。BECCS需要依賴作為新碳林的速生樹木，速生樹木需要大量用水，我國能夠提供這些條件的地方基本都在南方，但是南方CO2存儲庫卻很缺乏，很多CO2需要超過1000公里運輸到華北的存儲庫中，這樣就會導致能耗更高。在這種情況下，如果可再生能源成本足夠低，在存儲庫附近利用可再生能源進行空氣直接碳捕獲并封存會有競爭性。（3）先進電動汽車技術，包括低電耗，無人駕駛等。（4）先進核電技術。IPAC模型分析到2050年核電發電量將達到5.5億千瓦，成本在 0.25元/kWh。高可靠性，高燃料效率。基本特征是以第四代核電技術為主，小型化。目前，核聚變正處于研發階段。根據專家預計，在加大投入的情況下，核聚變技術有可能在2050年前投入實用。

（5）電動飛機、氫燃料飛機相關技術。航空運輸是交通部門最難減排的部門，其主要困難在于新型飛機的研發和實用進程很長，即使目前開始研發氫動力飛機，在最為順利的情況下，也只能在2045年進入商業運行，2050年占機隊的比例還不大，因此需要盡快進行研發。目前空客和波音都已經在進行研發，未來中國的商飛也需要盡快啟動相關研究。目前電動支線飛機已有20-50座飛機在實驗飛行，2050年600公里內運距的電動支線飛機有望完全普及。（6）零碳船舶相關技術。采用零碳能源驅動，如氫和氫基能源（合成氨、甲醇），以及生物能源。（7）先進高效低成本電解水制氫技術。各種減排情景中都設定了大量的氫作為原料和能源使用，來自于零碳電力的電解水技術的獲得可使得整個生命周期實現零碳排放。目前的幾種電解水制氫技術還有很大空間去改進成本、電解效率。目前的一個好消息是已經有很多企業和國家研發基金在投入這一領域。此外，也需要進行海水利用電解制氫技術方面的研發。

（8）工業利用氫參與生產工藝的技術，包括氫還原煉鋼，氫作為原料生產合成氨、乙烯、甲醇、甲苯等化工技術，水泥制造利用氫還原技術，其他金屬冶煉利用氫還原技術等。（9）適用于零碳電力技術的電網技術和高可靠性供電系統。電力供應的電網系統在未來1.5℃情景中起到至關重要的作用。在大量低質量電力接入的情況下，以及終端部門高比例電力化帶來的負荷曲線變率明顯加大的情況下，如何提高高質量高可靠性的電力，需要一個設計良好的電網系統。

我國在一些零碳技術方面已經具有優勢，產品出口很有競爭力。目前我國的光伏、風電、核電、水電裝備、電動汽車等方面已經在國際市場具有很大的競爭性。2021年全國出口發電機組915.6萬千瓦，同比增長0.1%，占發電設備產量的6.8%，主要出口到印尼、柬埔寨、巴基斯坦、尼泊爾、越南、巴西等國。其中出口水電機組181.2萬千瓦，同比增長27.7%;火電機組633.5萬千瓦，同比下降8.1%;風電機組100.9萬千瓦，同比增長20.0%，可再生能源設備出口產量占比提高6.1個百分點。2021年國內企業新接發電機組出口訂單1095.5萬千瓦。在海外光伏應用市場快速增長拉動下，我國光伏組件出口規模已連續三年大幅增長，平均增速超45%。2019年光伏組件出口至全球224個國家及地區，總出口額173.1億美元，占光伏產品（硅片、電池片、組件）出口總額的83.3%，同比增長2.7個百分點;出口量約為66.6GW，同比增長60.1%，占全球出口市場的70%左右。

近幾年我國的電動汽車出口也呈現快速增長趨勢，中國作為電動汽車出口國的影響力日益增長。2021年中國電動汽車出口量比上年增加2倍多，達到50萬輛左右，超過德國和美國，居世界首位，占世界出口市場的30%左右。根據英國艾爾西汽車市場咨詢公司的數據推算，2021年全世界電動汽車產量為399萬輛，其中中國產量為229萬輛，占全球產量的57.4%;歐洲占22%，美國占12%，日本僅占0.9%。

由于未來能源轉型將走向以零碳電力為主的格局，因而我國的可再生能源電力、核電有很大的發展空間。一些研究預計未來中國的光伏出口會達到1.2億千瓦以上，風電出口會達到5000萬千瓦以上。零碳技術出口將成為我國出口的一個重要拉動因素。

實現碳中和目標將帶來能源和經濟的轉型，良好的能源發展將助力我國經濟高質量發展。未來的能源轉型將更多依賴間歇性的可再生能源，因而高可靠度的電力供應將構成能源安全的核心，高度安全的能源供應，是經濟高質量發展的關鍵。同時碳中和路徑下的能源和經濟轉型，也是支撐經濟又好又快發展的動力之一。轉型會帶來變革，這樣的變革需要全社會提高認知，從政策、投資、技術研發等方面著手準備這樣的變革，要盡力確保從目前開始的投資走到應該投入的地方，這樣才能更好地促進經濟發展，為中央提出的經濟高質量發展提供支撐。