脫碳成本研究：態勢、熱點與新興主題

黃魯成，郭 鑫，苗 紅，林昭潁

（1.哈爾濱工程大學經濟管理學院，黑龍江 哈爾濱 150001；2.北京工業大學經濟與管理學院，北京 100124）

0 引言

2015年，《聯合國氣候變化框架公約》（UNFCCC）各締約方一致通過了《巴黎協定》，呼吁采取行動，將全球平均氣溫較前工業化時期上升幅度限制在2℃以內，并且努力將溫度上升幅度限制在1.5℃以內［1］。2020年，中國政府承諾在2030年前實現碳排放達峰，2060年前實現碳中和［2］。《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》提出，堅持系統觀念，處理好發展和減排的關系，堅持節約優先等原則。碳中和需要投入大量資源，如何處理好發展與減碳的關系？在低碳約束的條件下，如何避免“運動式”減碳，實現碳中和與經濟發展協同共進？對脫碳成本進行科學評估和有效控制是重要抓手。

脫碳成本是碳中和過程中資源投入的貨幣化、對象化。根據聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）對碳中和的定義，碳中和也被稱為凈零排放，它是指在特定的時間內，人為的二氧化碳排放量與二氧化碳去除量相等的狀態［3］。因此，碳中和包括減少排放量的活動和去除二氧化碳的活動，兩個方面的活動都需要投入資源。碳中和這種特性也決定了脫碳成本不能簡單地與減排成本畫等號，因為脫碳包括減排，但又不限于減排，還包括負碳技術的應用。目前我國對脫碳成本的研究還比較薄弱，主要限于邊際減排成本、脫碳路徑以及具體脫碳技術的研究。在CNKI數據庫中對“脫碳成本”進行關鍵詞檢索，僅檢索出2篇文獻（檢索時間：2022年5月23日）。其中，《面向碳中和的脫碳成本控制：優化創新與政策》［4］一文，闡述了依靠科技創新控制脫碳成本的科學性和必要性，提出了依靠科技創新控制脫碳成本的優化路徑和政策優化路徑；《碳中和技術經濟學的理論與實踐研究》［5］一文，研究了關于脫碳成本曲線模型的設定問題。而在Scopus數據庫中檢索到的文獻數量呈顯著增長趨勢。

因此，系統分析脫碳成本研究態勢、研究熱點和新興主題，對于貫徹落實中央提出的“節約優先原則、科學評估和有效控制脫碳成本”部署要求，具有重要的現實意義。由此確立本文主要研究內容（主要圍繞成本評估、成本控制展開）：首先，以Scopus數據庫為數據來源，對脫碳成本研究進行量化分析，把握脫碳成本研究基本態勢。其次，采用聚類分析與文獻閱讀方法，識別脫碳成本研究的5個熱點領域。最后，依據最新研究文獻，在“關注度”和“新穎度”基礎上進行戰略坐標分析，識別脫碳成本研究的新興主題。在此基礎上，為我國開展脫碳成本研究與脫碳成本控制實踐提出建議。

1 數據采集及研究方法

1.1 數據采集

首先，以Scopus數據庫為數據源，在標題、摘要、關鍵詞中檢索含有“脫碳”的文獻，檢索詞見圖1，得到文獻6 132篇（檢索時間：2021年8月16日）。其次，對6 132篇文獻進行過濾：一是識別出6 132篇文獻的全部關鍵詞，共計158個；二是從158個關鍵詞中識別出與成本相關的關鍵詞（CostCost AnalysisCostbenefit AnalysisCost EffectivenessCost ReductionCost ReductionCost-benefit Analysis），并以此對6 132篇文獻進行過濾，篩選出716篇含有“脫碳成本”關鍵詞的研究文獻。最后，“脫碳”中的“碳”是指涉及氣候變化或能源系統的“二氧化碳”，不是材料加工中改變材料性能的“碳元素”。據此對選擇的716篇文獻進行再次篩選，最終剩余648篇文獻。

圖1 數據集檢索及篩選過程

所選文獻并未對“脫碳”與“減排（減少二氧化碳排放）”區別定義，在很多情況下是混用的。IPCC術語表也僅對“脫碳（Dicarbonization）”進行了解釋，沒有對“減排”進行解釋。2014年版IPCC報告指出，脫碳是國家或其他實體旨在實現低碳經濟的過程，或個人旨在減少碳消費的過程［6］。2018年版IPCC報告指出，脫碳是國家、個人或其他實體旨在實現化石碳零存在的過程，通常指的是與電力、工業和運輸相關的二氧化碳排放的減少［2］。還有研究認為，脫碳技術通常包括零碳技術、減碳技術和負碳技術［4］。據此，本文認為，脫碳包括減排，減排（碳）技術是脫碳技術的一部分，減排技術通常不包括負碳技術，而負碳技術是脫碳的重要支撐。故后續脫碳成本研究（評估）論述中包括減排成本內容。

1.2 分析方法及過程

首先，基于文獻計量法分析脫碳成本研究態勢，主要包括文獻發文趨勢分析、學科分布分析、發文期刊分布分析、高被引論文分析和脫碳成本研究影響力分析等；其次，利用Citespace工具基于文獻共被引進行聚類分析和閱讀梳理，識別脫碳成本研究熱點；最后，采用共詞矩陣（Bibcomb）構建脫碳成本研究戰略坐標，識別近3年脫碳成本研究的新興主題。具體研究過程如圖2所示。

圖2 研究框架

2 脫碳成本研究態勢

本部分主要從脫碳成本研究的發文趨勢、發文學科分布、發文期刊分布以及高被引論文等4個方面把握脫碳成本研究基本態勢。

2.1 脫碳成本研究發文趨勢

在圖3中，統計了脫碳成本研究相關文獻的發表趨勢。脫碳成本研究始于1995年發表的第一篇脫碳成本研究文獻。2015年可以被看作脫碳成本領域研究的轉折點，發文量開始呈現顯著增長的趨勢，這與2015年各國簽署《巴黎協定》有關。2020年發文量達到161篇（2021年為不完整數據）。從1995年至今，脫碳成本研究大致可以分為兩個階段：①起步期（1995—2015年），這一階段發文數量少，尤其是1995—2011年，年發文量在0—1間波動。②發展期（2016年至今），這一階段發文數量增長迅速。這是因為2015年各國簽署的《巴黎協定》開啟了全球氣候治理的新進程，允許各國基于各自能力，制定符合本國國情和自身發展階段的“國家自主決定的碳減排貢獻”目標（NDC）；同時也與氣候的變化、應對氣候變化的成本上升、國家政策重視等密切相關。

圖3 脫碳成本研究發文趨勢圖

2.2 脫碳成本研究發文學科分布

分析某個主題期刊論文的學科分布情況，可以反映出這一主題在某個學科中的研究進展。圖4統計了不同學科領域脫碳成本研究的發文量。從圖中可以看出，脫碳成本研究的大多數文獻屬于能源（Energy）、環境科學（Environmental Science）以及工程（Engineering）領域；除此之外，數學（Mathematics），商業、管理和會計（Business，Management and Accounting），經濟學、計量經濟學 和 金 融（Economics，Econometrics and Finance），社會科學（Social Sciences）等領域也發表了一定數量的相關文獻。其中，數學領域主要關注脫碳成本控制建模層面的問題（如投入產出分析、MCEE模型等），商業、管理和會計領域關注脫碳方法的技術經濟評估問題，經濟學、計量經濟學和金融領域側重于探索各種線性規劃模型在脫碳成本控制中的應用問題，社會科學領域側重于關注能源、環境層面的可持續性因素問題。

圖4 脫碳成本研究的不同學科發文量

2.3 脫碳成本研究發文期刊分布

分析發文期刊分布可以了解脫碳成本相關研究論文主要發表在哪些期刊上，有助于快速了解研究動態。發文總量前五位的期刊以及期刊發文側重點如表1所示。

表1 脫碳成本研究發文期刊TOP5及期刊發文側重點

圖5繪制了發文量TOP10期刊的發文趨勢，可以看到：除了Energy Policy，其余9本期刊發文數量的激增始于2013年，與總趨勢保持一致；Applied Energy在2017年發文數量攀至TOP1，并持續保持到2020年；大多數期刊在2020年的發文量都達到了峰值（由于2021年是不完整數據，暫時不做分析）。根據各期刊的發文趨勢可知，近年來脫碳成本研究的關注度急劇上升。

圖5 脫碳成本研究期刊發文趨勢

2.4 脫碳成本研究高被引論文分析

利用Histcite工具分析648篇文獻的引用關系，在 Histcite的主界面“Tools”中點擊“Graph Maker”，即可制作引文編年圖。本文首先對648篇文獻記錄進行LCS數值高低排序，再選擇前30條記錄繪制引文編年圖。圖6中每個方框代表一篇文獻，方框的大小反映文獻的被引頻次，方框之間的箭頭代表文獻間的引用關系，圖中連線的密集程度也可以反映該領域研究的熱度［7］。

圖6中呈現了一條很明顯的引證關系鏈，這條引證關系鏈由文獻節點 60、37、67、163、43、115、36、98等共計8篇文獻組成。文獻60是Filipa Amorim等于2014年發表的關于葡萄牙2050 年電力脫碳路徑的討論研究［8］；文獻 37、67則討論了歐盟的電力系統脫碳路徑［9-10］；文獻163總結了低碳政策對歐洲電力部門脫碳的重要程度［11］；文獻43基于PRIMES能源系統模型量化了歐盟到2050年的脫碳成本［12］；文獻115探索了碳定價對加拿大某省脫碳減排的影響［13］；文獻36分析了在各種政策和成本情景下北美西部的最低成本發電、存儲和輸電容量擴展問題［14］；文獻98探索了美國西部電力協調委員會電力系統的運營、平衡要求和成本［15］。從以上引證關系鏈可以看出，最核心的研究源于歐洲和美國等發達國家或地區，研究重心側重于對電力部門脫碳成本的控制。

圖6 脫碳成本研究核心文獻的引文編年圖（Histcite導出）

被引次數最多的文獻是60、88、98。文獻60強調在能源系統建模中開放系統的重要作用，而開放系統中最重要的成本是相對于封閉系統場景的燃料成本和運維成本。這意味著，由于未來的燃料成本更加不確定，因此在集成系統中可以實現更低的成本風險控制［8］。文獻88強調了不確定性對實現減排目標的影響，以及足夠的價格信號對于確保對低碳能源體系投資的重要性；還強調了電力系統在轉型中的重要性以及關鍵低碳技術的重要性，這些技術極大影響了轉型的成本［16］。文獻98重點針對儲能技術的成本效益分析模型進行了改進，彌補了以往研究未考慮存儲和沒有存儲的系統之間運營成本的差異這一不足之處［15］。

3 脫碳成本研究影響力分析

“影響力”反映了脫碳成本研究的質量和水平，主要包括國別影響力、期刊影響力、作者影響力。關于影響力的測度，在征求專家意見的基礎上，選取發文量、被引量、年平均被引量等3個衡量指標，分別賦予其0.3、0.4和0.3的權重。具體計算公式如下所示：

其中，In為影響力綜合得分，SA為發文量得分，SC為被引量得分，SAVC為年平均被引量得分（i=1，2，3，4，5）。3個指標的得分根據總量排名確定，總量排名第一位得分為5分，排名第二位得分為4分，然后以此類推。

3.1 國別影響力分析

脫碳成本研究國別影響力分析是在發文與引文基礎上，對相關國家發表的有關脫碳成本研究的文獻數量和質量進行的綜合評價，并用氣泡圖表示（見圖7）。氣泡圖橫坐標為發文量——數量指標，縱坐標為發文被引量——質量指標，氣泡半徑為年平均被引量。從“氣泡”位置看，右上方代表影響力較高，左下方代表影響力較低。從“氣泡”大小看，相同位置上“氣泡”大代表影響力較高，“氣泡”小代表影響力較低。在“氣泡位置”和“氣泡大小”關系上，前者具有優先性。采用式（1）的綜合影響力測度方法，通過測算得到，脫碳成本研究國別影響力由高到低排序依次是（括號內數字是影響力綜合得分）：英國（5）、美國（4）、德國（3）、意大利（2）、中國（1）。這表明：英國在脫碳成本研究領域中具有較高的影響力，在該領域內研究成果多且受到了廣泛的關注；美國的發文量僅次于英國，其影響力與英國旗鼓相當；意大利和中國的綜合影響力較弱，德國居中。

圖7 脫碳成本研究國別影響力（TOP5）

3.2 期刊影響力分析

分析脫碳成本研究期刊影響力時，本文仍采用式（1）的測度方法以及氣泡圖示法。發文總量排名前五位期刊的發文量、被引量以及年平均被引量如圖8所示。通過測算得到，脫碳成本研究期刊影響力由高到低排序依次是（括號內數字是影響力綜合得分）：Applied Energy（5）、Energy Policy（4）、Energy（3）、Journal of Cleaner Production（1.7）、Energies（1.3）。其中，影響力最高的期刊是Applied Energy，發文量和被引量均最高；Energy Policy次之；Journal of Cleaner Production的發文量雖然居于第五位，但其被引量遠遠高于Energies，影響力綜合得分位居第四。

圖8 脫碳成本研究期刊影響力（TOP5）

3.3 作者影響力分析

分析脫碳成本研究作者影響力時，還是采用前述方法，結果如圖9所示。綜合影響力排名前五位的作者分別是（括號內數字是影響力綜合得分）：Strachan N（3.95）、Gambhir A（3.25）、Shah N（2.55）、Hawkes A（1.95）、Strbac G（1.9）。其中，影響力最高的作者是倫敦大學學院的Neil Strachan，發文量也位列第8名（共計7篇），可以看出，該作者在脫碳成本研究領域的活躍度極高；研究興趣圍繞能源—環境—經濟建模、情景和轉換路徑的量化以及能源經濟學和政策中的跨學科問題展開。影響力第二的作者是倫敦帝國理工學院的Ajay Gambhir，其在該領域發表了7篇文獻，使用國家、區域或全球范圍內的能源系統模型來繪制潛在的低碳轉型路徑，特別關注降低低碳技術成本的過程，從而使它們的部署更具成本效益，同時探索低成本太陽能光伏組件生產的制造創新、儲能創新以及借助太陽能光伏和電池的農村電氣化。影響力第三的作者是Nikhikumar Shah，來自阿爾斯特大學，是發文量最高的作者，在脫碳成本研究領域共計發文12篇；研究主要圍繞熱脫碳的方法和技術展開，較為重視碳捕獲和儲存（CCS）技術的應用，研究領域涉及熱泵、供熱和制冷、建筑節能成本問題等。影響力第四的作者是倫敦帝國理工學院的Adam Hawkes，該作者與倫敦帝國理工學院的Avinash Vijay在脫碳成本研究領域的合作文獻共計4篇，主要通過能源系統建模（優化、模擬、預測）對可持續能源轉型成本進行定量評估。影響力第五的作者是倫敦帝國理工學院Goran Strbac等的研究團隊，其致力于降低脫碳成本的創新研究，關注電力系統建模、電力系統分析以及分布式發電在脫碳領域的應用。

圖9 脫碳成本研究作者影響力（TOP5）

4 脫碳成本研究熱點主題

熱點主題是指持續不斷的研究主題。在對所獲取文獻的標題、摘要和全文進行篩選的基礎上，利用Citespace進行關鍵詞共現分析和聚類分析，整理歸納后識別出下列5個脫碳成本研究熱點主題。

4.1 脫碳成本評估方法改進研究

Marginal Abatement Cost（MAC）曲線是脫碳成本評估的重要方法。改進研究是針對MAC曲線存在的問題所展開的研究。有些研究取得了比較好的進展，有些研究需要繼續開展深入探索。

4.1.1 如何解決脫碳（減排）措施間、部門間相互作用的問題。一眾研究通過分解分析將脫碳選項與碳減排成本進行了關聯。Jan［17］在考慮整個能源供應鏈以及能源系統內的相互聯系和相互依賴的情況下，推導出運輸部門（混合動力電動汽車）溫室氣體排放的邊際減排成本曲線，該曲線直觀地反映了不同邊際減排措施之間的替代效應。這種方法可以轉移到其他經濟部門以及世界其他區域，以制定出具有成本效益的溫室氣體減排戰略。Eory等［18］于2015年在評估英國溫室氣體減排潛力中采用了“相互作用因子概念”，以解決減排措施的相互作用問題：當實施第一種措施后，用相互作用因子修正其他措施的減排潛力；然后選擇第二種措施，并對所有措施重復上述過程。因此，相互作用因子反映的是一項措施實施后，隨之發生的其他各項措施減排潛力的變化，而不是兩項措施合并后減排潛力的變化。Dunant等［19］提出了一種新穎的、透明的方法來建立邊際減排成本曲線，從而可以比較脫碳（減排）成本和潛力。這一曲線較現有方法有所改進，因為它可以對同時采取的脫碳（減排）措施進行分析，并考慮措施之間的相互作用，探討成本不確定性問題。該方法被應用于建立第一個自底向上的邊際消減成本曲線，以提高英國鋼材的材料效率，進而減少排放。但是，新方法相比傳統方法需要更多的數據——需要物質流圖來評估脫碳（減排）措施之間的相互作用，并且獲取這些數據可能很費時間，具有不確定性。Fellmann等［20］以部分均衡模型為基礎，構建了一個連貫的框架，以評估獨立措施與綜合措施、綜合措施與區域措施之間的差異，但該研究未考慮市場環境因素的影響。Baccour等［21］針對考慮和不考慮措施之間的相互作用及其交易成本的幾種情景，依據MAC曲線研究了脫碳（減排）措施的潛力和成本效益；在考慮了各項措施之間相互作用的情況下，評估確定了不同措施組合的環境和經濟效益；將此方法應用于農林領域后發現，措施之間相互作用降低了脫碳（減排）潛力并使措施的成本效益惡化。Prina［22］等采用自下而上的能源系統模型，將EnergyPLAN軟件和爬坡算法相結合，提出了EPLANoptMAC模型驅動的MAC曲線生成優化方法。該方法解決了模型驅動的MAC曲線無法實現部門耦合與時間的高分辨率問題。然而，該算法也存在一定的局限性：爬坡優化算法存在陷入局部極小值的可能性；靜態或短期模型未考慮整個過渡過程，而是著眼于未來的目標年份，導致很難在研究中討論時間依賴的現象。Kesicki等［23］通過使用能源系統模型來捕獲脫碳（減排）措施間的相互作用，并評估與其他部門并行的住宅部門的脫碳（減排）成本和潛力。

4.1.2 如何解決模型驅動的MAC曲線缺乏技術經濟細節的問題。Kesicki［24］將能源系統建模（MARKAL）、分解分析和不確定性分析相結合，提出了一種生成MAC曲線的新方法。它依賴于系統模型與減排措施的單項評估，并反映跨時期、跨部門在能源系統中的交互；與以前基于模型的減排曲線相比，該方法能夠將減排量歸因于不同的減排措施。該方法將系統模型考慮交互作用的優點和專家判斷的技術細節優點相結合，較好地彌補了模型驅動的MAC曲線和專家驅動的MAC曲線存在的不足。但該分析方法僅被應用于英國交通部門，且局限于能源系統內的直接成本，未能闡述微觀經濟和宏觀經濟的相互作用，也未能考慮減少二氧化碳產生的輔助效益對成本的影響；僅考慮了價格這一不確定性因素，技術學習和市場潛力的因素未考慮。針對上述研究的不足，Yue等［25］從全系統角度研究了MACC（邊際減排成本曲線），重點關注所有緩解措施的技術細節，建立了基于TIMES模型的MACC，進而捕獲了更多的技術經濟細節，并以綜合的方式考慮了整個時間范圍內所有部門的減排方案，具有高粒度性；還考慮了脫碳（減排）措施組合中不確定性的影響；利用分解分析，確定了關鍵脫碳（減排）技術，將其分為彈性技術（成本效益高）、臨界點技術（高邊際減排成本）和利基技術（需要進一步降低成本以增強競爭力），并根據其成本效益進行排序，直觀地反映了技術滲透與邊際減排成本增加之間的關系，也反映了技術之間的相互作用。該研究相比Fabian［24］的研究有新的發展。Fellmann等［26］認為，只關注單項的MAC曲線可能會導致對脫碳（減排）潛力的過高估計。相反，在單項和聚合的MAC中被劃分為相對較高成本的措施不應被丟棄，因為它們在某些區域仍然具有成本效益。為此，作者應用了部分均衡模型來表示從自底向上（單項減排措施）和自頂向下（組合減排措施）兩種方法衍生出來的能展現技術細節的邊際減排曲線，而且所采取的建模方法明確考慮了除盈利能力和利潤最大化以外的影響農民采用減排技術的相關因素。Wing等［27］提出了一個整合自下而上邊際減排成本曲線、部分均衡技術經濟模擬和分析一般均衡模型的理論框架，該框架將能源效率改進方面自下而上的技術細節納入一個簡單且易于校準的經濟模型，其模擬結果使技術部署政策的經濟機會成本和環境效益一覽無余。Weitzel等［28］將高度技術細節嵌入到全球模型中，提出了一個框架，將自下而上的末端減排成本信息集成到CGE模型中。

4.1.3 如何解決共同效應和附帶效益的問題。He等［29］計算了24種不同措施的大氣污染物綜合協同減排指標（ICER），采用共控效應坐標系統、共控交叉彈性、單位減排成本和邊際減排成本曲線，考察了不同措施的共控效應。結果表明：大多數節能脫碳（減排）措施都能起到協同減排的作用；脫碳的最大潛力來自結構調整措施；提高能效和節能措施的單位成本相對較低，但脫碳（減排）潛力有限。而后，其又分析了鋼鐵領域共同效應問題。Yang等［30］試圖填補碳減排成本與輔助效益之間的研究空白，回答與中國自主貢獻碳減排相關的幾個關鍵問題：減排成本中有多少可以被環境效益所抵消？碳減排的盈虧平衡速率是多少？中國的自主貢獻減排目標是否具有成本效益？作者通過對MACC和ChinaMAPLE模型的分析，得出相應結論：首先，考慮到環境效益，碳減排的凈成本可以大大降低；其次，如果實施嚴格的末端控制（EPC）措施，則環境效益會受到嚴重影響；最后，在NEPC情景下，中國的自主貢獻碳減排目標是可實現的，且具有成本效益。

4.2 市場機制對脫碳成本影響的評估

市場機制是以經濟杠桿撬動碳排放單位主動減排，通過市場手段降低社會綜合減碳成本，以支持脫碳目標實現的機制［31］。主要工具包括碳（排放）交易市場、碳排放交易價格等。

碳（排放）交易作為碳定價工具，以市場為基礎，是一種以最具成本效益的方式實現脫碳的激勵機制。碳交易市場的碳定價是根據溫室氣體排放給社會帶來的外部成本進行的市場定價，使其價值在市場中反映出來。如果缺乏市場機制對碳環境容量合理使用的引導，氣候變化帶來的社會成本將不斷侵蝕全社會福利。《京都議定書》簽署后，發達國家將構建碳交易市場制度體系作為實現脫碳的重要措施。其中，比較典型的碳交易市場有國際排放交易機制（International Emission Trading，IET）、聯合履行機制（Joint Implementation，JI）、清潔發展機制（Clean Development Mechanism，CDM）。Bushnell等［32］研究了歐盟排放交易計劃對利潤的影響。碳價格變化會影響直接和間接投入成本、產出收入和碳許可證資產價值。由于減排成本、產出價格敏感性和碳配額分配的不同，這些影響在不同行業和企業之間可能會有很大差異。總體而言，碳密集型或電力密集型且不參與國際貿易的公司或行業會因為碳價格下降而承擔利益損失。Strbac等［33］認為，由于電力系統脫碳需要對低碳能源以及供熱、運輸部門進行大量持續的投資，因此，去中心化是一個低成本、高效益的方式。新興智能技術通過動態定價、本地能源市場、安全市場和點對點（P2P）交易等積極參與電力交易，提供輔助服務，體現了分布式靈活性的作用和價值，能夠最大限度地降低未來能源系統脫碳的總成本。

碳排放交易試點中的碳排放價格是影響減排目標實現的關鍵因素。碳排放價格會隨著減排目標的提高而上升；碳排放價格越高，減排力度就越大。合理的碳排放價格不僅有利于促進碳排放市場的發展，而且可以節省企業的脫碳成本［34］。Calel等［35］揭示了碳市場的價格發現功能，當單位碳價高于或等于企業邊際減排成本時，企業會通過綠色創新減少碳排放以適應碳排放約束，這其實是碳排放權交易機制促進企業綠色創新的內在邏輯；碳排放權交易市場價格上升可以促進企業綠色創新。

清潔發展機制（CDM）同樣是處理溫室氣體排放問題的有用工具。它允許工業化國家在發展中國家實施可持續性減排項目，減少溫室氣體排放，以較低的成本降低發展中國家承諾的減排量，最終實現工業化國家的法定減排目標［36］。CDM還能促進發展中國家在可再生能源和低碳排放技術方面的創新［37］。

4.3 政策策略對脫碳成本影響的評估

政策策略是指國家層面（政府）在控制成本的基礎上為實現各行業、各領域脫碳而制定的法規與戰略規劃，是脫碳（減排）行動和控制成本的依據。這些法規與戰略規劃都涉及脫碳（減排）成本，特別強調成本效益，強調可負擔性。一般的政策策略包括碳定價、碳稅、碳排放交易政策、禁煤令政策等。

4.3.1 碳定價。稅收或碳排放交易計劃，通常被視為主要的氣候政策工具。基于理論預期，這將促進完全脫碳所必需的新技術的創新和傳播。使用碳定價作為主要減排工具的理由如下：通過碳定價，污染者有減少碳排放的經濟動機。價格信號將催發低排放或零排放技術的開發和部署，如可再生能源或絕緣建筑。通過激勵制定成本較低的減排方案，使碳價格與部門的邊際減排成本達到動態平衡，從而推動以具有成本效益的方式進行脫碳［38］。

4.3.2 碳稅。碳稅是一種具有成本效益的脫碳（減排）工具，稅率相對穩定，減排成本也具有確定性和可預測性，通常按燃料或類似能源產品的碳排放量來征收［39］。企業可以根據稅率調整生產方式，選擇最優的減排方式［40］。Yu等［41］比較了碳排放交易計劃（ETS）與碳稅（CT）的減排量和減排成本，結果證明：短期內ETS減排效果優于CT，但長期來看CT減排潛力更為顯著，減排成本也低于ETS。Shi等［42］基于CGE模型探討了不同碳稅稅率情景對中國建筑業減排和宏觀經濟的影響。研究表明，適當的碳排放稅率可以實現減排目標，也可以顯著減弱對經濟的不利影響。Hou等［43］為促進航空客運中生物燃料的可持續消費，抑制碳排放，探索了一種碳稅政策，包括定期碳稅和懲罰性碳稅，以懲罰性碳稅為基礎設定碳排放上限。通過雙層規劃模型明確預期的碳排放水平和生物燃料消耗策略。研究結果表明，碳排放的社會成本可以通過適當的比例系數進行部分轉移，具體取決于碳稅政策參數，包括預期排放水平和碳稅價格；設定適當的預期排放水平和碳稅價格可以鼓勵航空公司使用生物燃料，促進碳減排并實現可持續的航空客運發展。

4.3.3 碳排放交易政策。碳排放交易政策是脫碳（減排）最具成本效益的工具，能以最低的社會成本實現環境目標。公司通過平衡減排成本與配額成本來調整其排放量［44］。設置排放上限而不是通過稅收來控制排放，可以為未來的排放和遵守國際協議提供更多確定性［45］。Ellerman和 Buchner［46］通過分析對比 2005 年和 2006 年的歐盟溫室氣體排放數據，發現碳排放交易政策對溫室氣體的控制十分有效，進一步證實了市場化的管理對減排政策的效度。碳排放交易是通過市場經濟促進環境保護的重要機制。Li等［47］基于2007—2017年碳交易試點數據，綜合評價中國碳交易政策的空間減排效果，結果證明：碳交易政策促進了試點地區的碳減排，也有助于抑制周邊地區的碳排放；碳排放交易的長期減排效果逐漸顯著，而短期減排效果相對較弱；在減少碳排放方面，經濟發展發揮了關鍵作用，抑制了周邊地區的碳排放；從長遠來看，技術進步往往成為碳交易政策潛在減排效果實現的關鍵。Xian等［48］通過參數和非參數組合技術計算減排成本（即降低潛在減排成本和未實現減排成本）和邊際減排成本以及對碳排放交易潛在碳減排量進行估計。結果表明：中國的碳排放交易體系試點存在減排成本節約空間；碳排放交易即使運行效率低下，也具備一定的減排潛力；如果碳排放交易得到實施并且全面運作，幾乎所有地區都將實現邊際減排成本節約。

4.3.4 其他政策，如禁煤令、可再生能源投資組合等。例如，實施煤炭開采禁令對捷克能源系統環境的影響研究。為了應對褐煤開采及其在附近發電廠燃燒造成的大規模景觀破壞和空氣污染，捷克劃分了允許露天采礦和不允許露天采礦的區域。該政策在一定程度上緩解了由煤炭產生的碳排放壓力，但是同時也產生了供暖不足、社會壓力大等新的問題［49］。從這個層面來看，禁煤令無法從根本上解決脫碳問題。可再生能源投資組合標準（RPS）是美國等國家常見的政策工具，但這項政策的脫碳成本效益存在爭議。Young等［50］發現，可再生能源投資組合標準的脫碳成本效益受到多方因素的影響，如天然氣價格和二氧化碳價格，在大多數情況下其并非成本效益最優的選擇。

4.4 技術及創新對脫碳成本的影響研究

目前學者主要圍繞零碳技術、減碳技術和負碳技術開展了相關研究。

4.4.1 關于零碳技術對脫碳成本的控制。零碳能源技術即以零碳排放為特征的清潔能源技術，包括可再生能源發電技術（光伏、風能、水力）、生物能利用技術、綠色氫能利用技術等，以徹底取代化石能源［51］。其中，可再生能源的利用：在區域供熱系統中利用鉆孔熱能存儲降低熱電聯產和太陽能集熱器的溫室氣體排放量，從而降低脫碳成本［52］；提高可再生能源的滲透率和儲存能力，進而降低脫碳成本［53-59］。生物能的利用：生物質混燒在實現能源脫碳方面發揮著重要作用，有助于提高生物能源生產效率和降低能源脫碳成本［60］。綠色氫能的利用：氫作為能源載體可以實現零碳排放，并降低運輸成本［61］；電制氫技術在銅生產脫碳方面的技術經濟潛力極大，且敏感性分析結果進一步表明，電制氫技術在控制脫碳成本方面具有顯著優勢［62］；低碳情境下電制甲烷的成本優化方法擁有高于電制氫的儲存容量［63］。

4.4.2 關于減碳技術對脫碳成本的控制。減碳路徑包括源頭減排、革新技術和工藝流程再造、行業綠色低碳材料開發及末端治理等［64］。在空運方面，改用低碳燃料（大規模采用可持續航空燃料）是實現航空運輸脫碳的主要途徑之一，但是低碳燃料同樣面臨著需要降低成本的困境［65］。在陸運方面，通過使用火花點火直噴汽油車技術、壓燃柴油車技術或者汽油和乙醇混合燃料，能夠提高燃料的燃燒效率，減少碳排放量，從而降低脫碳成本［66］。通用汽車公司構建了一套標準化的全球制造系統（GMS），以管理和提高能源效率，控制脫碳成本［67］。

4.4.3 關于負碳技術對脫碳成本的控制。負碳技術主要包括自然生態碳匯以及碳捕集、封存與利用技術（CCUS）［68］。碳捕集、封存與利用（CCUS）是大多數大型燃燒工業設施為保持現有生產流程的可行性技術選擇，但是用于工業用途的成本非常高，因此大規模投入使用還須進一步實現技術創新以優化成本：其一是通過膜分離技術捕獲CO2，其二通過是降低氮氣含量保證CO2相對純凈［69］。將生物能源發電與碳捕獲和儲存（BECCS）結合起來可能會產生“負排放”，這對于實現CO2的凈零排放至關重要，但其效用受生物能源供應情況，生物技術可用性、成本以及碳預算水平的影響［70］。

4.5 不同行業領域的脫碳成本控制途徑研究

該部分研究重點圍繞電力、交通運輸、工業生產、建筑等領域展開。

4.5.1 關于電力部門的脫碳成本控制途徑。①能源模型組合使用將發揮更有價值的效用。與使用長期優化能源模型相比，短期模型可能會導致戰略投資延遲和實現脫碳目標成本的顯著增加，將長期優化模型與其短期等效模型結合使用可以為政策設計提供有價值的建議［71］；將Monte Carlo模擬與Modelling-to-Generate Alternatives（MGA）相結合，可產生800種不同的場景路徑，這些路徑同時考慮了政策、技術和成本的不確定性［72］。②政策對電力部門脫碳成本控制的影響。其包括：CO2定價對電力脫碳的影響［78-79］；碳定價、褐煤供應和天然氣成本對能源系統的影響［75］；通過對比碳價格等多種不同的情境因素、方法手段，分析最優減排途徑［76］。

4.5.2 關于交通運輸部門的脫碳成本控制途徑。①燃料電池的技術改進。例如：解決高成本支出問題［77］；解決電池成本、里程問題以及對電池充電網絡的依賴問題［78］。②對替代運輸途徑的探索。如通過公共交通穩定交通需求是經濟有效地實現脫碳的關鍵途徑［79］。③替代燃料技術的研發。例如：碳中性合成燃料（CNSF）的替代方案［80］；使用生物燃料被證明是交通運輸部門減排成本最低、最有效的途徑之一。生物柴油與石油柴油相比，它可以減少高達99%的溫室氣體排放量［81］。

4.5.3 關于工業生產部門的脫碳成本控制途徑。①技術創新方法對工業部門脫碳成本控制的作用。熱電聯產（CHP）系統是高效的供電和供熱方式，有助于減少工業部門能源使用［82］。②開發替代燃料。使用氫氣制鋼和生產部分氨，基于氫氣的零排放電力為工業減排提供了巨大潛力；BECCS產生負排放，通過這種方法，工業制造商可以將生物能源作為原料或燃料，然后使用CCS來減少由此產生的二氧化碳排放［83］。③加強終端部門節能提效和電氣化替代。電氣化是工業部門脫碳的關鍵戰略。Schoeneberger等［84］認為，美國工業鍋爐的電氣化潛力（電鍋爐滿足蒸汽所需的電量）和鍋爐電氣化的排放影響在很大程度上取決于常規鍋爐的當前庫存及其燃料來源。電鍋爐不僅具有高熱效率、啟動快速、停機時間短并且不產生現場污染、不燃燒附件的特點，還具有其他優勢，如更低的維護和管理成本。

4.5.4 關于建筑部門的脫碳成本控制途徑。①建筑行業供熱系統的熱泵區級協調問題。如評估與城市區域供熱網絡擴展相關的情景［85］；開發分層協調方法可最大限度地提高熱舒適度并最大限度地降低電力成本，從而降低脫碳成本［86］。②建筑節能改造的環境［87］、經濟可行性評價［87-88］。Tang等［89］評估不同情景下所需的減排成本，探索中國建筑行業能源消耗和碳排放的主要影響因素。③用凈零能源取代建筑中的化石燃料。凈零排放包括將燃料轉換為電力、生物燃料或氫［90］。在建筑中，電熱泵的廣泛采用是最優選項之一，采用電熱泵替代傳統的化石燃料燃燒系統用于建筑空間的供熱制冷，有助于降低碳排放；天然氣發電廠使用混合氫來生產更清潔的電力。

5 脫碳成本研究新興主題

新興主題是指近期出現的并日益受到關注的研究主題，其有助于把握領域研究走向，占領研究制高點。本文基于檢索得到了近幾年的相關數據（2018—2021年，2021年為不完整數據），在“關注度”和“新穎度”基礎上進行戰略坐標分析，識別得到了5個新興主題。

5.1 主題關注度與新穎度戰略坐標構建

利用Bicomb軟件提取2018—2021年文獻關鍵詞矩陣，進行數據的轉換與準備，然后將準備的共詞矩陣置于SPSS軟件中進行聚類，將166個關鍵詞聚成25類，剔除與脫碳成本研究無關且不能反映研究主題的聚類，最后形成23個有效聚類。

得到新興主題聚類之后，利用Law等［91］于1988年提出的戰略坐標（Strategic Diagram）方法，以聚類的關注度指標為橫軸，新穎度指標為縱軸，建立戰略坐標。

其中，新穎度的計算公式為：

式中，n表示共現的關鍵詞個數，l表示聚類個數，m表示每個聚類中關鍵詞個數，Yij表示第i個聚類第j個關鍵詞的共現年份，NWi表示第i個聚類的新穎度。

關注度的計算公式為：

式中，Fij表示第i個聚類第j個關鍵詞的共現頻次，Ci表示第i個聚類的關注度。

經過計算，得到戰略坐標圖如圖10所示。其中，共有7個聚類位于第一象限，2個聚類位于第二象限，10個聚類位于第三象限，4個聚類位于第四象限。

圖10 脫碳成本研究新興主題戰略坐標圖

5.2 脫碳成本研究新興主題分析

由圖10可知：聚類1、聚類2、聚類3、聚類4、聚類7位于第一象限，其關注度和新穎度指標均較高，尤其是新穎度指標。下面對這5個新興主題進行詳細解讀。

新興主題一（聚類4）：強調跨部門耦合（Cross-departmental Coupling）以降低能源系統脫碳成本。能源系統各部門存在密切的交互關系，電氣化水平的提高、以電力系統為基礎的各系統的不斷整合，會顛覆能源系統的規劃和運營方式。要想實現能源系統的凈零排放，就不能將能源系統分割開來，須遵循系統化的思想，關注各個系統之間的耦合程度和相互關系。這通過兩個方向來實現：第一，注重先進技術的應用，集成式系統和數字化技術的發展將為能源系統帶來機會。例如，通過尋找電力、加熱/冷卻、天然氣/氫氣、運輸部門之間的關聯關系以及相互作用，可以在一定程度上減少能源系統成本投入［92］，同時提高能源系統的運行效率。第二，注重先進系統的應用。例如，考慮如何將能源存儲、需求側響應、靈活/可調度的發電技術、電網間的互連傳輸等以一種具有成本效益的方式進行靈活且安全的耦合設計［93］。

新興主題二（聚類2）：探索儲能技術（Energy Storage Technology）的多元互補策略。儲能技術可以緩解可再生能源發電的間歇和波動問題，改善電力在時空方面的平衡困境。因此，對儲能技術進行大規模部署為取代價格高昂的低碳電力提供了可能性，也進一步降低了成本［94］。但是目前儲能技術的發展仍然處于一個較低的水平，無法提供足夠的電力以滿足所有的電網需求。因此，當前的問題在于如何構建一個多元化且功能互補的儲能系統。這一方面需要加速科技創新，另一方面則需要考慮這種儲能系統實現后帶來的后果，如公眾是否認可，以及技術經濟性和可擴展性、安全性是否存在問題等。

新興主題三（聚類1）：強調數字化（Digitization）對脫碳成本控制的重要作用。數字化是指利用傳感器收集更多、更高質量的物理數據，用算法或人工智能（AI）分析數據，并將由此產生的信息轉化為有助于提高生產力和效率的行動。數字技術已經應用于電網、交通網絡、工業設施、建筑等領域，隨著部署的增加，其發展經濟和加速脫碳的潛力也在提升［95］。工業數字化促成了“智能制造”，如增材（3D）打印、機器人技術以及人工智能和自動化技術等，可以優化能源和資源的使用、維護、生產和供應鏈管理。再如，“明日工廠”計劃利用機器人技術、人工智能和自動化技術、預測性維護和數字孿生（即用于模擬的物理對象或系統的虛擬復制品）使水泥生產更安全，提高生產力并減少能源使用和成本，有望將工廠運營效率提高15%～20%，且有助于降低水泥的碳強度［95］。能源存儲和分配新技術以及智能信息和通信技術對于優化能源組合與彈性運行至關重要。在未來的能源系統中，能源流將不再是“單行道”，數據將不得不進行大規模交換。這是識別何時、何地以及在何種程度上存在剩余和需求的唯一方法。為了實現這一點并能夠模擬、優化、設計、監控和安全運行電網，IT和數字化是必不可少的組成部分。沒有任何一項技術可以單獨解決世界氣候問題，但是通過針對特定地點的氣候、工業和社會條件調整多種技術組合可以取得進展。這種方法能提高能源效率，促進能源系統的發展，并具備彌補可再生能源發電波動的靈活性。克服這種復雜性需要能源基礎設施與物聯網相連接、邊緣設備與云計算相結合。首先需要更多的數據來映射網絡的運行狀態以及整個能源系統的運行狀態。傳感器或測量系統確定這些數據并將其提供給本地、區域或超區域系統。然后運用這些數據來確保能源供應和能源需求之間最具成本效益的平衡。這種平衡是在可以打開或關閉發電機的情況下或者在消費者的幫助下實現的。數據是當今模擬系統和建模圖像的基礎。在系統建模的幫助下，可以制定正確且合理的路徑規劃，以構建未來的脫碳能源系統。同時，數字化可以通過減少信息不對稱和降低交易成本來提高能源系統監管的成本效益［96］。

新興主題四（聚類7）：重視對脫碳軟成本（Soft Cost）的研究。軟成本包括能源升級業務、客戶獲取、項目管理、工作范圍開發、程序遵從性測試/調試等開銷。這些通常占項目總預算的一半［97］。Chan等［98］提出，簡化項目管理、規劃/設計和交付可能具有很高的節約潛力，而診斷、測試和許可由于成本較低，其潛力可能也相對較低。海上風電的軟成本占總安裝成本的很大一部分，再加之互聯的特性，其是實現可持續發展成本目標的關鍵挑戰［99］。但是軟成本因其隱蔽性和積累性的特征常常被忽略，直到出現了嚴重問題，也只會通過人工費等醒目的會計賬目的方式表現出來，所以建造階段存在隱性增量成本。因此，在對脫碳成本進行控制的過程中，要注重提高對軟成本的關注度，優化管理體制機制。

新興主題五（聚類3）：重視探索氫氣（Hydrogen）、氨氣（Ammonia）等能源載體的規模化應用。氫能是化學儲能方式之一，具有能量密度高、儲存時間足夠長等優點。綠色氫由可再生能源生產，碳排放幾乎為零，對環境的危害很小。因此，氫是最理想的化學儲能介質之一。從存儲周期或空間的角度來看，氫儲能具有明顯的優勢，特別是對于大型儲能設施［100］。氫氣有望減少電氣化難以實現的排放，可以用于重工業和長途運輸，或作為化學原料［101］。氫氣是提供低碳電力、熱力的重要原料，同時也是直接還原鐵礦石的重要原料。氫氣在部分區域已經得到了應用，并在一定程度上替代了天然氣。作為一種關鍵的可再生電力能源，氫氣彌補了電力系統的間歇性［102］。然而目前氫氣的大規模應用仍然存在瓶頸，僅僅在甲醇、氨氣生產和煉油方面得到了應用［103］。盡管如此，氫氣作為一種潛力極高的能源，未來可能在能源系統中展示更為巨大的作用。同時，氨氣作為一種可擴展的、具有成本效益的清潔能源載體，密度高于液態氫，且易于冷凝，因此便于長距離運輸和存儲，具有經濟便利性［104］。綜上所述，要想實現氫氣和氨氣在電力系統中的大規模應用，需要進一步攻破技術安全性和經濟性的難關。

6 總結與啟示

本文以Scopus數據庫收錄的脫碳成本研究文獻為依據，基于文獻計量學，結合Histcite、Bicomb、Spss、Citespace工具以及戰略坐標等方法，對脫碳成本的研究態勢、研究熱點以及近三年的新興主題進行了詳細梳理與分析。通過分析可以發現：自2015年起，脫碳成本相關研究的數量開始激增，共有5個研究熱點，幾乎每個主題都涉及脫碳成本的評估問題，而脫碳成本控制需要以脫碳成本評估為工具。市場因素和政策因素作為脫碳成本研究的驅動因素，分別通過碳交易市場等市場工具和碳稅等政策工具影響脫碳成本；同時，市場工具的誕生又受到政府政策的驅動。不同行業的脫碳成本控制基本符合“電氣化、可再生能源、創新和發展零碳及負碳技術”的主要途徑，同時又具備各自行業的特點。通過繪制戰略坐標圖，獲得近年來的脫碳成本研究新興主題，包括：強調跨部門耦合以降低能源系統脫碳成本；探索儲能技術的多元互補策略；強調數字化對脫碳成本控制的重要作用；重視對脫碳軟成本的研究；重視探索氫氣、氨氣等能源載體的規模化應用。

厘清研究態勢、研究熱點與新興主題，對我國開展脫碳成本研究具有重要意義，主要理論研究與實踐建議如下。

①完善脫碳成本評估方面的研究。碳減排成本評估是碳達峰、碳中和政策的重要內容，目前涉及工業分行業詳細措施核算的研究較少，在碳達峰路徑方面也缺乏對各相關行業之間的統籌考慮。未來研究可以考慮納入路徑依賴、跨部門的相互作用、邊際措施的收益遞減，考慮在其他措施大規模部署時具有成本效益的措施，將能源系統脫碳的復雜動態內化到與氣候目標相兼容的水平上；致力于解決減排措施間、部門間相互作用問題，模型驅動的MAC曲線缺乏技術經濟細節的問題以及共同效應和附帶效益的問題。

②脫碳成本控制需要依靠脫碳技術及創新。實現碳中和目標需要高質量的脫碳，即依靠科技創新控制脫碳成本，實現碳中和與經濟的協調發展。科技創新是控制脫碳成本、實現碳中和的關鍵，要重點研究以科技創新控制脫碳成本的具體路徑和政策舉措。從實踐上看，科技創新能夠顯著降低脫碳成本，有效減緩脫碳壓力，尤其是低碳零碳負碳技術的創新及應用。2022年5月，財政部印發的《財政支持做好碳達峰碳中和工作的意見》提出，“加強對低碳零碳負碳、節能環保等綠色技術研發和推廣應用的支持”。雖然我國特別重視技術創新，但相關研究仍然不足。目前，中國的能源結構仍然以煤為主，煤炭仍將在較長時間內起到保障能源安全的作用。因而必須通過技術創新提升煤炭的利用效率和清潔利用水平，或者通過技術創新利用可再生能源及清潔能源逐步取代煤炭。因此，脫碳技術研發及其創新是今后研究的重要方向之一。

③進一步加強政策工具和市場工具的協同作用。如果說技術及創新是評估和控制脫碳成本的一只重要輪子，那么政策和市場機制則是另一只輪子，只有雙輪驅動才能更好發揮作用。2021年3月15日，習近平總書記在主持中央財經委員會第九次會議時強調，“要堅持政府和市場兩手發力，強化科技和制度創新，深化能源和相關領域改革，形成有效的激勵約束機制”。碳定價政策作為糾正碳排放負外部性的有效手段，無疑是推動“雙碳”目標順利實現的重要市場激勵型政策工具。但不容忽視的是，我國碳交易機制仍然存在一些亟待解決的問題：一方面，碳市場的覆蓋范圍有限，交易規模較小；另一方面，碳市場的交易價格明顯低于社會福利最大化目標下的最優價格水平。另一種代表性的市場激勵型政策工具——碳稅，因其能夠彌補現實中碳交易政策的不足而有被適時引入的必要。因此，積極探索構建碳交易和碳稅協同互補機制，有助于我國“雙碳”目標如期實現。

④構建數字化與脫碳成本的系統化框架。數字技術在提升脫碳管理效率進而降低脫碳成本方面發揮著重要作用。2021年12月30日，工業和信息化部辦公廳《關于印發制造業質量管理數字化實施指南（試行）的通知》提出，強化數字化思維，持續深化數字技術在制造業質量管理中的應用，創新開展質量管理活動。因此，脫碳也離不開數字創新。數字化的蓬勃發展為“雙碳”戰略賦予了極大的動能。傳統產業包括工業、能源、交通等，通過開展數字技術創新改變低效率、高耗能、高排放的生產方式，已成為實現綠色低碳轉型的最有效方式，并有助于加強數字技術設施的互聯互通和綠色發展的信息共享，為實現碳中和目標提供硬件和軟件基礎。

⑤推動儲能系統多元化、創新組合。儲能在降低脫碳成本方面具有重要作用。財政部印發的《財政支持做好碳達峰碳中和工作的意見》提出，“因地制宜發展新型儲能、抽水蓄能等，加快形成以儲能和調峰能力為基礎支撐的電力發展機制”。隨著分布式可再生能源的快速發展，儲能系統在保障電力系統高效運行方面的作用越來越突出。目前，抽水蓄能（PHS）系統占據全球總儲能容量的最大份額。然而，高昂的投資成本和較長的投資回收期阻礙了儲能系統的構建。諸如共享儲能系統、儲能系統優化組合、熱能存儲系統在一定程度上解決了成本高、轉換效率低的問題，但在規模化應用方面還存在一定距離。因此，應予以研發投入和資金支持，以進一步促進儲能產品落地和市場化應用。