凈零碳轉型的主要路徑及其優化集成

潘家華，陳夢玫，劉保留

（1. 北京工業大學經濟與管理學院，北京 100124； 2. 北京工業大學生態文明研究院，北京 100124；3. 中國社會科學院可持續發展研究中心，北京 100732）

全球溫升已成為不爭的事實，近年來世界各地的局部高溫紀錄被不斷打破。2023 年7 月，全球平均氣溫飆升至前所未有的17.2 ℃［1］。根據美國國家海洋和大氣管理局自1979 年以來地表以上2 m 處的平均氣溫數據，最熱的四天發生在2023 年7 月4 日—7 月7 日，打破了2016年8月中旬創下的16.9 ℃的紀錄［1］。雖然氣溫會有波動，短時局部升溫不能代表整體情況，但是從長期趨勢來看，地球溫升在不斷加快。聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第六次評估報告結論表明，全球地表溫升相對于工業化前已達1.1 ℃［2］。2023 年5 月，世界氣象組織（WMO）發布報告稱，《巴黎協定》所力爭的溫升控制目標1.5 ℃，在未來5 年里內的某一年份就有可能出現［3］。全球氣候變暖不僅會帶來極地冰川融解、海平面上升、生物多樣性喪失等不可逆轉的負面影響，同時也將對人類經濟社會的可持續發展構成巨大威脅。控制全球溫升并適應氣候變化是全世界面臨的共同挑戰。

工業革命以來，以煤、石油、天然氣為主的化石能源燃燒所產生的溫室氣體排放是造成全球變暖甚至“全球沸騰”的元兇［4］。要實現2 ℃乃至1.5 ℃的溫控目標，需要世界各國加大減排力度，力爭到本世紀中葉實現全球凈零碳排放。目前已有139 個國家提出了凈零碳目標。中國在2020 年宣布將提高國家自主貢獻力度，力爭2030 年前二氧化碳排放達峰，努力爭取2060 年前實現碳中和。碳中和的目標進程就是化石能源減退的進程。國際能源署（IEA）對2050 全球凈零碳的能源供給結構進行了展望，強調化石能源占比從2021年的82%減退至2050年的18%［5］。2021年9月《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》中也進行了明確規劃，非化石能源在一次能源消費占比從2020年的15%提升至2060 年的80%以上。碳中和作為一場廣泛而深刻的經濟社會系統性變革，面向碳中和的凈零碳轉型需要整個社會的通力配合，多管齊下。當前社會各界對于凈零碳轉型實現路徑眾說紛紜，莫衷一是。該研究試圖剖析凈零碳轉型的主要路徑，包括生產、儲能、消費的核心賽道，要素集成融合的系統優化賽道，高碳化石能源以及碳移除的輔助賽道以及經濟社會系統性變革的軟實力賽道，并對不同賽道的戰略定位進行詳細梳理和闡釋，為碳中和目標下的凈零碳轉型提供可供選擇的科學路徑。

1 凈零碳轉型的核心賽道：可再生能源的生產、儲能、消費

凈零碳轉型，零碳是關鍵。只有在能源主體上實現零碳，才有可能實現經濟社會發展的凈零碳。這就要求零碳能源生產的量要足夠，質有保障，而且還要匹配消費需求。

1.1 零碳可再生能源生產之量的拓展：零碳可再生能源賽道

能源是經濟社會發展的基礎和動力源泉，歷次能源革命均帶來了生產力的提高和文明的進步。特別是工業革命以來，化石能源的開發利用支撐了人類文明和科技的高度繁榮。但是化石能源的短缺及其環境影響使得推動能源轉型替代尤為緊迫。經濟社會發展需要的是能源服務，并不是碳，風、光、水、生物質能、核能、氫能都是可供利用的零碳新能源。但是保障經濟社會運行和發展，必須要有經濟可行、安全穩定、足夠的零碳能源的量的產出。單一品種的可再生能源中，水電雖具有經濟性和安全性，但是囿于地理空間限制，量級存在缺口；生物質能則存在經濟性和量產的雙重約束；核能及氫能雖然零碳，但在安全穩定及經濟性方面仍存在不少局限，且氫能作為二次能源，可以作為一次可再生能源的轉換或者衍生品，這里不作具體分析。技術成熟、產業鏈完備的風電、光電，伴隨著其經濟性的提升，為量能的產出擴張提供了動能，良好解決了成本以及量的充裕性問題，因而成為了零碳的終極賽道。

風電、光電與煤電屬于同質商品，并且更加清潔、經濟、高效。風電及光伏發電經過數十年的發展，不僅技術成熟度高，而且成本也大幅下降。根據國際能源署的核算（圖1），從2010 年到2022 年，太陽能光伏發電成本從0.445 美元/（kW·h），降至0.049 美元/（kW·h），下降了90%，陸上風電、海上風電、聚光太陽能成本均有不同程度的下降。國內光伏、陸上風電成本已經低于0.2 元/（kW·h），相對于標桿電價0.35～0.41元/（kW·h）的煤電，即使涵蓋部分儲能成本，風電、光電也表現出強勁的市場競爭力。風電和光伏發電經濟性能的提升，為可再生能源發電產出量能的擴張，提供了市場動能。全球風電、光電發電裝機不斷增加，2022 年太陽能發電裝機容量達到1 185 GW，風電裝機容量達到906 GW，占總裝機容量的23.9%，比2021年高出2.4個百分點［6］。中國可再生能源電力發展迅速，風電、光電占電力生產總量的份額從2019年的9.7%提升到2022 年的13.9%。國家發展改革委的統計數據顯示，截至2022 年底，全國風電、光電裝機已經突破7 億kW；2022 年風電光伏新增裝機占全國新增裝機總量的78%，新增發電量也占全國新增發電量的55%以上。按照這樣的發展走勢，到2030年中國的風電、光電裝機容量能夠達到17億kW以上，甚至可能達到22億kW。

圖1 不同類型可再生能源的發電成本變化

1.2 零碳可再生能源生產之質的提升：儲能賽道

零碳的風電、光電間歇性、隨機性和波動性特征明顯，即使有了量能的保證和成本的市場競爭力，也難以滿足電源和負荷的實時平衡。儲能的存在，特別是新型儲能系統的出現和完善，能夠有效平滑可再生能源的波動性，確保零碳能源電力供應的穩定性，增強能源系統的靈活性，實現可再生能源的大規模接入。如果說可再生能源生產是零碳能源“量”的賽道，那么儲能則是“質”的賽道，保障了零碳能源供應的穩定性、靈活性、經濟性。

儲能形式多樣，既包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、重力儲能等物理儲能形式，也包括磷酸鐵鋰、鉛炭電池、鈉鹽電池等電化學儲能形式，以及氫儲能、儲熱蓄冷、生物質能等。不同形式的儲能在儲能效率、時長、成本等方面存在差異性，因而能夠靈活滿足不同場景的儲能需求。抽水蓄能是當前最為成熟的儲能技術，具備長時型和成本端的優勢，運行時間可長達6～12 h，成本在0.25 元/（kW·h）左右，而受整體建設周期過長和站址資源約束，近年來抽水蓄能整體增速放緩。除抽水蓄能以外的儲能被稱為新型儲能，除了商業化應用程度較高的鋰電儲能外，還包括代表長時儲能的壓縮空氣和液流電池，代表降成本需求的鈉離子電池儲能以及代表瞬時功率的鉛炭電池儲能，能夠有效適配未來電力系統對于成本控制、長時儲能、瞬時功率等方面的不同需求。

隨著可再生能源裝機及發電規模的不斷提升，儲能規模也在不斷擴大?！读闾贾袊ば滦蛢δ堋穲蟾骘@示，截至2021年底，全球已投運儲能項目裝機規模約2.1億kW，同比增長9%。其中，抽水蓄能裝機規模約1.8 億kW，占比首次低于90%。新型儲能累計裝機規模3×106kW，同比增長67.7%。其中，鋰離子電池裝機約2 300 萬kW，占據主導地位。作為零碳能源革命不可缺少的重要一環，在碳中和導向下，未來儲能規模將進一步擴大。根據國際可再生能源機構IRENA 的預測，全球固定式儲能（不包括電動汽車）需要從2020 年的約30 GWh 增加到2030、2050 年的745 GWh、9 000 GWh［7］。同時，儲能的經濟性也將進一步提升，當前平均0.35 元/（kW·h）的儲能成本將進一步下降?？梢灶A見，具有靈活性和經濟性的儲能將成為未來多元化電力系統的壓艙石。

1.3 零碳可再生能源終端需求之滿足：消費匹配賽道

構建以零碳能源為主體的新型能源體系，除了需要可再生能源生產和儲能賽道確保零碳能源供應的質和量之外，還需要能源終端消費同步進行匹配，即交通、供熱、制冷、制造等終端消費側的電力化改造，這是零碳能源的匹配性賽道。在工業文明的發展范式下，經濟社會體系中的終端能源消費已被化石能源全面占據。發達國家的現代化建立在高品質化石能源消耗的基礎上，包括物質財富的生產、生活品質的保障以及社會治理的高水平，因而發達國家的化石能源消費和二氧化碳排放長期高于發展中國家。但發達國家人口約占全世界人口的16%，地球上有限的不可再生的化石能源不可能支撐發展中國家像發達國家那樣依靠化石能源實現現代化。如何提升發展中國家的居民福祉，實現人人享有清潔且便宜的電力（聯合國可持續發展目標SDG7），零碳可再生能源電力為此提供了解決方案。零碳能源電力與化石能源電力屬于同質產品，不僅能夠為經濟社會發展提供同樣的動能，甚至零碳電力比化石能源電力效率更高，更為清潔、經濟，能夠全方位、高品質、低成本地滿足終端能源消費需求。

交通部門是重要的能源消耗部門之一，以石油為主的能源消費結構使得交通部門碳排放量持續增長。根據國際能源署的統計，2020 年交通運輸的碳排放占全球碳排放量的27%左右。中國2019 年交通部門能源相關的碳排放量增至9.5 億t，較2010 年增長47%，占與能源相關碳排放總量的比例從2010 年的7.5%升至接近10%。交通運輸是居民出行和物流服務的基礎支撐和重要保障，隨著經濟社會快速發展以及居民生活水平的不斷提高，未來運輸需求將進一步增長。2022年，中國民用汽車擁有量為3.12 億輛，每千人汽車擁有量約為221 輛，對比美日歐等成熟經濟體，未來中國民用汽車擁有量至少還會增加一倍。作為一個化石能源儲量并不豐富的國家，中國的油氣消費對外依存總體上超過一半，原油甚至高達3/4，費用高，能源安全缺少保障。新增的民用汽車關系到居民福祉的剛性需求，不可能也沒必要消除，倘若仍然走燃油車的道路，很可能導致對化石能源依賴過高，能源安全無法保障。以純電動車取代燃油車，是交通領域實現碳中和的必然途徑。

建筑部門亦是能源消耗和碳排放的大戶。隨著居民對生活品質的追求，建筑采暖和供冷需求將不斷攀升。提高建筑保溫隔熱功效是降低建筑用能的一方面，另一方面，更新建筑采暖和制冷方式，以零碳電能取代天然氣供暖也是減少建筑部門碳排放的必經之路。目前在建筑采暖和制冷方面已有較為完善的技術，比如地源熱泵和氣源熱泵等。2022 年2 月俄烏沖突發生以來，歐盟從中國進口電熱毯、電暖氣等電采暖設備激增。中國家用電器協會數據顯示，2022 年1 月—7 月，中國出口至歐洲的電暖器、電熱毯品類累計出口額分別達到4.9 億美元和3 340 萬美元，電熱毯的出口增速達到97%。海關總署數據顯示，2022 年7 月，歐盟27 國進口中國電熱毯高達129萬條，環比增加150%［8］。湖北省孝感市大悟縣洪畈村建有一所“全電”校園，校園中所有的終端用能，包括炊事、采暖、制冷，均采用電力［9］。這些案例有力地證明建筑系統的供暖制冷等終端用能可以實現全電力化。

終端消費側進行電力化替代，與零碳的可再生能源生產、儲能一起，構成了一個零碳能源的“產-儲-消”閉環，使得零碳的可再生能源能夠得以全方位、有效率、高品質、更安全地支撐中國經濟社會的高質量發展，助力中國式現代化的實現。中國在光伏、風電、動力電池、新能源汽車等零碳能源生產和終端電力消費產業的產能、產量和市場競爭力，在全球占有較大優勢，有的甚至是絕對優勢。中國的光伏組件占全球的3/4，裝機超過1/3；2021 年中國的海洋風電裝機占全球新增裝機的80%；2022 年中國新能源汽車產銷占全球的60%；中國的動力電池產能和產量，也遙遙領先于世界。從高碳的化石能源賽道切換到零碳的可再生能源，不僅是當前全球應對氣候變化的道義使然，同時也為中國換道超車創造了良好契機。當然，也有一些觀點質疑零碳可再生能源的全生命周期碳排放，比如光伏組件、風機生產，以及電動車的生產。誠然，這些組件的一些生產過程是高耗能的，但是通過回收報廢階段的材料和部件，部分載能得以循環利用，而且風電、光伏發電能夠替代化石能源，理論上100%可再生能源滿足生產完全可以實現。已有研究表明，純電動汽車全生命周期排放量仍然低于混合動力汽車和燃油車（表1）。需要指出的是，生命周期分析有其理性，但忽略了零碳潛力上的本質差異。理論上或實際上，電池制造、汽車部件制造所耗能源均可采用零碳可再生能源。當前在煤電占據主導地位的情況下，電力排放因子較高，但不表明可再生能源電力就不可以100%市場擠出化石能源電力。然而，燃油汽車使用油氣而產生的排放，絕對不可能實現零碳。因而，動態地看，從潛力上看，從本質上看，燃油車不可能零碳，而純電動車可以實現零碳。

表1 不同類型汽車全生命周期排放量/t CO2e

2 凈零碳轉型的系統優化賽道：零碳可再生能源系統的要素集成融合

零碳可再生能源涉及風、光、水、生物質等種類，需要儲能調節，具有荷源二元特征，以及消費的聯動，因而區別于化石能源單品種獨立使用，需要多能互補，源網荷儲將各要素綜合集成，優化調控。

2.1 多能互補系統

單一可再生能源難以確保能源供給的穩定性，構建零碳能源系統需要采用多能互補技術，這也是未來新型能源體系建設的發展趨勢。風能、光能、水能、生物質能等可再生能源之間的互補，能夠在一定程度上形成較為穩定的能源供給，而化石能源的作用在于應急或備用，不宜作為多能互補的主體成分。日間陽光充裕，光伏發電較多；而風力發電則往往相反：日間風力較小，夜間風力較大，因而風電、光電之間具有一定的互補性。不僅如此，太陽輻射能可以直接轉換為電力，也可以聚光形成光熱，推動汽輪機發電，從而具有燃煤發電的共同靈活性，光熱光伏可以互補。水電即使不是抽水蓄能，也具有可調節的靈活性。風電、光電可以形成互補系統，水電也可以和風電、光電等間歇性可再生能源形成良好的互補，在風電、光伏發電充足時將其轉變為水的勢能，在風能、光能資源不足的時候又可以將水的勢能轉化為電能。我國抽水蓄能潛力巨大，按照《抽水蓄能中長期發展規劃（2021—2035 年）》的預測，到2025 年，抽水蓄能投產總規模將達到62 GW 以上，到2030 年達到120 GW 左右。以浙江省為例，雖然國土面積僅占1%，卻有大約3 200 個潛在站點，具備1.1 萬GW·h 儲能容量，足以支撐我國構建100%可再生能源電力系統［10］。

多能互補能源系統提高了零碳能源供給端的經濟性和安全可靠性。多能互補能源系統的建立能夠利用各種可再生能源之間的互補性，解決水電、風電和光伏發電的波動性，容納多種類型的可再生能源，提高能源系統效率，降低單位能源成本，此為其經濟性。同時，多能互補能源系統通過多種能源之間的優勢互補，將不同種類能源的各自優勢發揮到最大，能夠解決電力的安全穩定問題，提高供電的可靠性和供電質量。

2.2 “源網荷儲”一體化

多能互補是能源供應端的要素集成，“源網荷儲”一體化則是整個電力產銷鏈條的要素集成。傳統的電力系統構成模式是“源隨荷動”，用發電去匹配居民和用戶的用電需求。但是隨著風電、光電等可再生能源滲透率的提高，以及儲能、電動車、充電樁等各種可調節負荷的大規模接入，無論是發電端還是負荷端的預測難度都會加大。未來更大規模的零碳能源與電力系統相連接，會改變當前的電力系統運行模式，需要“源網荷儲”一體化發展，才能更好地平衡可再生能源的開發規模與消納能力，適應未來能源多元化的發展需求。

實現“源網荷儲”的一體化發展，一方面要充分發揮儲能的荷源二元功能，保障成本低廉、規模不一的光伏能夠有效消納，將太陽能光伏的電量轉化為有品質保障的電能。當前90%以上的大規模集中式光伏能夠順利上網，但是隨著分布式光伏裝機容量的不斷增加，特別是戶用光伏的增加，儲能成為零碳能源利用中的關鍵一環。2022 年，我國集中式電站裝機規模達到36.3 GW，占年度新增裝機的41.5%；分布式電站裝機規模51.1 GW，占比58.5%，其中戶用光伏新增裝機容量25.25 GW，占比28.9%，成為新增裝機中至關重要的項目類型［11］。大量分布式戶用光伏全部上網必然會對當前電網造成巨大沖擊，儲能的存在有助于大量的微觀主體自主發電、自主消納，增加光伏消納能力。另一方面，也需要推動電力系統從“源隨荷動”轉向“荷隨源動”，推動當地電網從“消納”轉向“服務”，推動零碳能源從“并網”轉向“組網”。風力、光伏資源充足時，就全力發電，采取各種方式消納儲能；一旦風電、光電資源缺乏，可將儲存的能源釋放，進而構建清潔低碳、安全高效能源體系。

2.3 微單元系統集成

目前，我國光伏和陸上風電成本已經低至0.15 元/（kW·h），海上風電成本也逼近0.30 元/（kW·h）。水電、生物質發電、抽水蓄能、光熱發電、壓縮空氣等長時間大容量儲能，可以為電網消納規模性的風電、光電等間歇性電力提供空間，但數量眾多的分布式光伏具有單體零散、微量但集合量大而沖擊電網穩定。根據國家能源局公布的光伏裝機情況（表2），2022 年，國內新增光伏裝機87.41 GW，分布式再次超過地面電站，占比達到58%。與集中式電站不同，分布式光伏發電項目的容量并不高，一般在數kW 以內，輸出功率不高，能夠實現自發自用，發電用電并存。特別是分布式屋頂光伏，資源潛力豐富，可在不犧牲土地資源的情況下增加零碳電力的供應。

表2 2012—2022年國內光伏新增年裝機構成/%

中國有著數以億計的鄉村民居、城鎮獨棟住房、學校、醫院等低層建筑，屋頂光伏生產的電量充裕，但發電量不均。加上當前技術經濟性成熟的鉛炭電池和汽車電池，儲能可以平抑滿足數天或更長時間的保供需求。特殊情況不能自我保供則可高價從電網購電，余量零碳電力低價或平價上網滿足城市和工業集中用電。這種“光-儲-用”一體化的方案最終可形成獨立微單元的運行模式，眾多的零碳微單元聚合體形成零碳能源微電網、局域網，相對獨立并與區域能源網絡互聯互通，不僅可以形成“零碳能源產用融合綜合體”，而且還可以減少區域大電網的裝機容量和負荷，推進區域乃至國家層面的凈零碳進程。

這樣的微單元市場已露端倪，市場競爭力將不斷提升。華為公司提出了家庭綠電4.0 解決方案［12］，實現光儲一體化發展。屋頂有效面積為55 m2，可以配備光伏組件裝機容量為10 kWp，儲能容量30 kW·h，目前出口主要針對歐美市場，未來隨著配套技術的深入變革，能夠更好實現普及和應用。生產儲能一體化也能夠發揮其商業功能，如中核新華發電集團在新疆莎車縣投資建設的100萬kW 光儲一體化項目［13］，其中儲能規模達到20 萬～80 萬kW·h，實現全容量并網發電，可實現調峰調頻、減少棄光，可配合光伏發電部分實現年發電量16.12 億kW·h。全壽命周期內每年可節約標準煤49.2萬t，減少二氧化碳排放134.2萬t，減少二氧化硫排放983.9 t，減少氮氧化物排放288.7 t，減少煙塵排放約51.6 t［13］。

3 凈零碳轉型的輔助賽道：高碳化石能源減退與碳移除

零碳可再生能源的市場競爭力提升，將逐步擠出化石能源。但從化石能源自身看，也不是一步退出，而是國民經濟的一些部門可能還需要化石能源的保駕護航，備用應急。因而，化石能源在未來必須要提質增效，按碳中和目標進程有序退出。另一方面，必須使用的化石能源，其排放的溫室氣體也可以終端捕集、利用和封存。而且，自然生態系統也有碳匯功能，可以加以利用，但這些與零碳可再生能源相比，此消彼長，從屬于零碳能源發展，總體上是輔助性的。

3.1 化石能源提質增效有序減退賽道

化石能源提質增效有序減退賽道，是凈零碳轉型的過渡性賽道，具有時效性，雖不可或缺，但不具備長遠性。原因在于，化石能源的清潔高效利用只可以不斷低碳，但不可能絕對零碳。發達國家近半個世紀以來的碳排放趨勢充分說明了這一點。英國和美國分別于1971 年和2000年左右實現碳排放達峰，但時至今日，遲遲未能實現碳中和，歸根結底還是因為化石能源利用的能效提升雖然可以不斷降低碳排放，但是難以實現凈零碳。黨的二十大報告中提出“煤炭清潔高效利用”，化石能源部門對此的解讀是要大力發展現代煤化工，走高端化、多元化、低碳化、產業化、園區化、基地化的建設路徑［14］。各大能源集團持續投資煤化工項目，現代煤化工四大主要產業——煤制油、煤（甲醇）制烯烴、煤制氣、煤（合成氣）制乙二醇的產能，在2021 年分別達到931 萬t/年、1 672 萬t/年、61.25 億m3/年、675 萬t/年。其中，除了煤制烯烴同比保持齊平，其他產能均再創新高。煤炭清潔高效利用開展得如火如荼，但在碳中和的剛性目標約束下，所謂煤炭清潔高效利用應該是提質增效、有序退出。

當前，全球減碳聚焦于化石能源尤其是煤炭。2021年聯合國氣候變化格拉斯哥大會達成減煤協議，一些國家成立“棄煤聯盟”。美國煤炭在一次能源消費中的占比已低至11%，而中國則超過56%。德國尚存4 000 萬kW的煤電裝機，計劃2030年終止運行，其煤電退出成本高達500 億歐元。中國煤電裝機達到11.3 億kW，并仍處于不斷增長之中。據統計，2022 年中國新增核準煤電項目82個，總核準裝機達9 071.6萬kW，是2021年獲批總量的近5倍。而且，西北風電、光電零碳電力東輸，為保證電力系統的穩定性，規劃煤電占比達到50%。雖然煤電的靈活性有助于消納不穩定的風電、光電電源，但是需要高度重視煤炭投資的高碳鎖定和市場風險，特別是在碳中和剛性目標約束下，2060 年我國非化石能源占比需要達到80%以上。化石能源占比按15%計，如果碳排放因子相對較低的天然氣占7%~8%，石油占4%~5%，煤炭可能低至3%以內。2060 年能源消費總量按60 億t標煤計，實現碳中和目標，煤炭總需求可能低至2 億t 標煤。繼續大規模投資建設煤電和煤化工項目，面臨來自國際社會以及市場擠出等多方面的壓力。一方面，在國際社會棄煤減碳的趨勢下，持續上馬煤電和煤化工項目將加大后期實現碳中和的難度，引發國際社會對于中國碳中和目標的質疑。畢竟無論煤炭如何清潔高效利用，最終仍有大量的碳排放。另一方面，煤電及煤化工項目投資動輒上百億，且運行周期大多跨過2060年，高資本密集和長周期回報的特征使得化石能源項目一旦投產，高碳鎖定效應明顯，在碳中和目標的倒逼機制下，過早退役必然引致過多資產閑置浪費的金融風險。即使有序退出，參照德國退煤成本匡算，僅退出煤電裝機，相關成本可能超過10萬億元人民幣。而且，在風電、光電生產加儲能的加權平均成本可望低于0.4元和電動汽車全面取代燃油車的情況下，我國的煤電和煤制油面臨巨大的市場擠出風險。因此，對于煤電以及煤化工等新的化石能源項目的投資需要持審慎的態度，并且從長遠考慮，必須要將退煤納入統籌謀劃。況且，中國也并不是真正的“富煤”，我國的人均煤炭儲量遠低于世界平均水平，按當前的消費，我國煤炭的儲采比，只有40年［15］。

3.2 人工碳移除賽道

人工碳移除賽道是指將已排放的二氧化碳等溫室氣體進行捕集或利用，或地質埋存以減少大氣中溫室氣體濃度的方案。人工碳移除賽道是標準的工業文明思想下的末端技術解決方案，類同于環保領域的“先污染、后治理”。誠然，人工碳移除方案對于碳中和進程具有應急和備用的潛在功效。但是人工碳移除方案受投資成本、自然空間、資源稟賦等多方面客觀因素的制約，雖不可或缺，但難當大任，只能作為碳中和的輔助性賽道，發展潛力和拓展空間極其有限。

碳捕集、利用與封存（CCUS）是人工碳移除賽道的一個重要方向。碳捕集、利用與封存技術經過30 多年的發展，已經取得了一些突破性成果，如二氧化碳驅油、二氧化碳降解塑料等，但是距離規?；?、產業化實施仍有較大距離，對于碳中和的作用空間較為有限。第一，從技術的角度，CCUS 包括捕集、分離、運輸、利用與封存等環節，每個環節的技術成熟度不盡相同，除了極少數技術實現商業應用外，大部分尚處于研究和示范階段，并且CCUS 對于碳捕集利用的效率并不高，不能實現100%的碳捕集。燃煤電廠捕集二氧化碳，還需要加裝新的裝備設施，額外消耗一部分能源。第二，從成本的角度，CCUS 項目的投資額度巨大，動輒數千萬甚至上億。美國Petra Nova Carbon Capture項目，建設耗資超過10億美元，捕集的二氧化碳用于驅油，石油價格必須保持在75 美元/桶才能達到利潤平衡點。華能上海石洞口第二電廠碳捕獲項目投資成本約為1 億元，安裝燃燒后捕集裝置后，電價從0.26 元/（kW·h）增至0.5 元/（kW·h）。第三，從安全的角度，二氧化碳的地質封存容易受到地震等不可控因素的影響，導致埋存的二氧化碳溢出泄漏，影響周圍地區的土壤、地下水以及大氣環境，給生物多樣性以及人類生存帶來災難性的影響。第四，更為關鍵的是，地球的地質儲存空間有限，不可能無限大量儲存每年數十乃至數百億噸的二氧化碳。因而，CCUS 項目規模較小，大多為十萬噸級，最大的也只有百萬噸級，與我國百億噸級的二氧化碳排放相比，存在著多個數量級上的差距。

人工碳移除賽道的另一個重要方面則是碳匯。樹木每生長1 m3的蓄積，平均吸收1.83 t二氧化碳，釋放1.62 t氧氣。隨著碳交易市場的不斷完善，林業碳匯在應對氣候變化、生態惠民等方面展現出一定的發展潛力。但是期望通過碳匯實現碳中和，并不現實。第九次全國森林資源清查成果《中國森林資源報告（2014—2018 年）》顯示，全國森林面積22 044.62 萬hm2，森林蓄積175.6 億m3，森林植被總生物量188.02 億t，森林植被每年全口徑的固碳量約4.34 億t。這與我國動輒100 多億t 二氧化碳排放量相比，不過是杯水車薪。

4 凈零碳轉型的軟實力賽道：經濟社會系統性變革

零碳、減碳、去碳，需要硬技術，需要工程手段，是硬實力的體現。但硬實力的壯大，必須要有政策、信息、服務、金融支、國家合作等軟實力的加持。

4.1 經濟社會自發性貢獻

從能源生產變革帶來的自發性貢獻來看，其變革路徑是從高碳的化石能源整體切換到零碳可再生能源賽道。黨的二十大報告中提出，要推進能源革命、規劃建設新型能源體系。碳排放的主要源頭還是能源，需要控制高碳的化石能源，進而轉向以零碳能源為主體的新型能源體系［16］。積極穩妥地推動能源體系的“先立后破”，并不意味著直接“先破后立”，抑或“守成不破”。化石能源如煤炭，需要實現提質增效，減少發電煤耗，充分發揮其自發性貢獻作用。2021年，中國和世界的能源結構中，化石能源占比達到85%左右。邁入碳中和時代，化石能源需要根本性變革，占比也將從當前的85%下降到15%左右。當然，化石能源并不是全部退出，更需要的是提高能效，減少其發電過程中造成的損耗。此外，除了能效提升，還可以通過材料工藝的改進來實現節能減排，如建筑領域采用更加環保、污染性更小的建筑材料等。

而消費者消費行為的改變也會為凈零碳發展帶來強勁而可持續的動能。從消費行為認知上實現化石能源轉向零碳可再生能源也需要過程和一定的時間，但零碳可再生能源的生產卻有著“化腐朽為神奇”的功效［17］。例如，之前視為農業廢棄物的農作物秸稈、動植物廢棄物等，需要花費大量的資金處理。而對這些生物質能的多元化利用可以增加就業機會，進而成為經濟增長源。居民屋頂、山地、荒漠和海洋等通過光伏發電、風力發電以及農光互補等途徑來產生源源不斷的零碳電力，也能產生較高的經濟效益。例如，華北地區居民屋頂通過安裝100 m2的太陽能光伏發電裝置，按照裝機容量為10 kW計，一年發電量1.3 萬kW·h，平均電價0.2 元，可以產生2 600 元的收益。實現傳統燃油車向新能源汽車的轉變，既是消費行為的轉變，也是能源消費的變革。根據公安部交通管理局公布的數據，千人汽車擁有量為220 輛，燃油汽車百公里能耗按8 L 油計，費用約為60 元；而純電動汽車每百公里能耗約12 kW·h，這部分電力如果由光伏發電，則可低至2.5元。消費行為的改變不僅可以帶來消費福祉的改善，也助力碳中和目標實現。當然，部分技術仍有待進一步提高，如電動車出行需要配套的充電樁建設，零碳電力電解水制氫等，未來顛覆性的技術變革也會逐漸解決這些問題。

此外，充分激發農業、林業、其他土地利用等自然生態系統管理的潛力，發揮自然的價值，促進人與自然和諧共生，也是凈零碳的重要途徑和基本保障。農耕文明時代下，由于生產力水平不高，需要毀林開荒來滿足日常的糧食需求，這會造成森林、草原和濕地等自然碳庫受損，加劇溫室效應。工業文明時代，化石能源大量使用，能源密度高，帶來的發展動能強勁。但是人類在征服和改造自然的過程中，會導致生態系統失衡。

按照人類文明演進的進程來梳理，實現人與自然的發展主要有四種解決方案［18］。第一種是自然作為解決方案。此方案強調人與自然共存，如自然保護區、國家公園等。第二種是利用自然的解決方案。此方案強調的是將自然作為人類發展的工具，如自然的農牧林利用、河流交通等。第三種是耗竭自然的解決方案。以化石能源為主的工業文明時代并不是簡單地利用自然來獲得人類所需的物質和財富，需要耗減、轉換自然資產，長期這樣會導致自然資產的枯竭。顯然，這一方案會加劇人與自然的沖突，并不能實現人對自然的可持續利用，無法助力人類邁向持續的碳中和時代。而第四種是增值自然的解決方案。此方案是通過資金、技術和勞動力投入等，將自然資源加以合理轉換和利用，為人類經濟社會發展提供價值。增值自然的解決方案是更高層次的，不同于前面提到的基于或者利用的解決方案，實現了固有形態的轉變，將原有自然存在的能量，如風、光和水力等變成電能。這又區別于耗竭自然的解決方案，并沒有耗減自然資產，是可再生可持續的。由此可見，充分發揮自然生態帶來的貢獻，以增值自然的方式來推動零碳技術產品、服務的發展，有巨大的市場潛力，并可加以操作和推廣。

4.2 碳的信息和服務賽道

實現凈零碳轉型發展也離不開碳的信息和服務賽道。具體來說，需要統計、核算、盤點、市場和技術，包括各種碳核算、碳監測、碳統計、大數據分析與交易等，這些能為碳中和進程提供客觀真實的數據，確保碳中和始終走在正確的道路上。

以未來碳排放空間計算為例，《2022 年全球碳預算》報告中［19］，設置了1.5 ℃、1.7 ℃和2 ℃三種情景。若全球變暖的可能性達到上述溫度的50%，以2022 年的排放水平來計算剩余碳預算，全球碳預算或許將在9 年、18 年和30 年內耗盡，剩余二氧化碳排放的碳預算將分別降至3 800億t、7 200億t和1 230億t。2050年實現凈零排放則需要每年將人為產生的二氧化碳排放量減少約14 億t。Global Carbon Project 的統計數據表明，從1850 年開始的化石能源人均累計碳排放量由高到低排列，美國排第一，歐盟排第二，中國排第三。對比前幾個排放大國（地區）歷年的化石能源燃燒產生的二氧化碳排放數據，可以發現，隨著時間推移，中國的排放量會逐步超過歐盟，用十年左右的時間，能夠超過美國，成為第一大累計碳排放量大國（圖2—圖4）。這清晰地反映了化石能源帶來的碳資產風險。只有基于這些碳的數據與信息，碳中和的進程才能不走偏。

圖2 1850—2021年歷史累積化石能源CO2排放量

圖3 歷年化石能源二氧化碳排放量

圖4 歷年化石能源人均二氧化碳排放量

4.3 經濟社會系統性變革賽道

凈零碳發展是一種發展范式的轉型，將帶來生產關系和生產方式的革命性轉型，終結化石能源的地緣與資本壟斷。生產資料的所有制關系是人們進行物質資料生產的前提，決定生產、分配、交換和消費關系。對于化石能源，礦藏的煤炭、石油、天然氣，皆可壟斷。地下礦藏國家所有，居民無使用權、收益權。但是，對于可再生能源而言，無法壟斷無處不在的太陽光和風能。而對于發展光伏所需的地表所屬也有官方的界定，根據中華人民共和國憲法第九條規定：礦藏、水流、森林、山嶺、草原、荒地、灘涂等自然資源，都屬于國家所有，即全民所有；由法律規定屬于集體所有的森林和山嶺、草原、荒地、灘涂除外。分布式光伏所需的屋頂，所有者擁有其使用權。生產資料所有權的改變使得產品分配和交換的方式也發生改變，進而使得整個社會生產發生重大變革。

除此之外，有序實現化石能源的逐步退出，能夠更好實現多重紅利的釋放［20］。目前化石能源使用仍然具有一定的市場慣性，但需要明確這種繼續大量使用帶來的風險性。首先，根據表3 數據，中國石油的對外依存度超70%，這會對供給需求帶來較大的風險。其次，投資金額巨大。如果將中國每年花費在石油進口上的約2 萬億人民幣用來投資零碳可再生能源，帶來的邊際收益也會愈加明顯。此外，從公正轉型的角度來講，石油產業形成的工作崗位高資本密集，發揮作用有限，如果轉向零碳可再生能源，則可以在產業鏈的上下游產生更多就業崗位，并且是零污染。從這些方面來講，實現化石能源的有序退出，減少石油消費，能夠更好地釋放多重紅利。

表3 2016—2022年中國油氣進口情況

零碳能源的生產與消費，是經濟社會廣泛而深刻的系統性變革，是新增長方式的動力源泉。從壟斷科層到分散扁平的可再生能源，壟斷利潤被瓦解，生產資料占有由原來集中式、中心化程度較高的大規模生產模式，轉向分布式、去中心化、小巧靈活的生產方式。所得利潤也歸個人所有，財政稅收有了大幅提升，民生福祉得到保障。從高碳化石能源到零碳可再生能源發展的軌道切換，需要從財政、稅收、國防、外交、安全、科教等方面入手，通過系統性變革的政策體系沖擊與重構，達到紅利釋放、風險規避的目的。

4.4 國際賽道

中國加快能源轉型的步伐，變軌走向凈零碳發展，既能確保能源的生產端和消費端使用更加安全、經濟和清潔，也方便提供更公平和合理的就業崗位，從而能夠進一步走向世界，助力全球凈零碳目標實現。

一方面，中國的風電和光伏技術領先全球。2000年，中國陸上風電裝機容量為35.2萬kW，僅占全球裝機總量的2%，相比印度只占其1/4；海上風電裝機為零［21］。2022年，中國新增吊裝容量48.8 GW，占全球裝機的一半以上，超過美國近40 GW；全球海上風電總裝機為64.3 GW，中國占比達到49%，中國的風電市場競爭力凸顯。2022 年，全球十大風電新增裝機企業中，中國有6 家。其中，金風科技以12.7 GW 的裝機容量位居第一，遠景能源排名第四。未來五年全球風電新增并網容量將達到680 GW，其中，中國將發揮至關重要的作用。到2030年，中國預計年新增裝機70~80 GW［22］。

此外，將風電裝機所需的裝置進行細分，無論是陸上風電還是海上風電，中國風電組件技術的制造能力占比均超過50%，海上風電所需葉片裝置制造占比甚至高達83%（表4），這表明中國風電供應鏈制造能力處于世界領先地位。通過跟蹤風能組件的全球貿易流量（按美元計），中國也是風力渦輪機部件生產的主要參與者，在全球制造業總份額中占60%以上。由于葉片、機艙、平臺、塔架和船舶等渦輪機部件的運輸成本較高，其全球產量中只有不到五分之一在區域間交易，而中國在區域貿易中占據重要比重。

表4 2021年風電技術組件的制造能力/%

中國不僅在風電領域優勢明顯，在光伏領域也成為最大的全球供應商，支撐全球太陽能光伏供應鏈各個環節的正常運行。IEA 發布的統計報告顯示［23］，中國的光伏組件生產能力達到340 GW/年，超過全球光伏組件安裝量的兩倍。2021 年，太陽能組件的產能利用率在40%~50%之間。剖析太陽能光伏供應鏈的全球貿易量流向，除了北美以外的所有市場，中國均能夠實現直接供應。盡管美國會對來自中國的太陽能光伏元件征收相應的進口關稅，中國通過積極投資和擴大東南亞市場的生產能力，來滿足供應需求，并出口美國，擺脫進口關稅制度的限制。2021 年，中國在硅片、電池、組件等關鍵光伏部件上的產量和產能均超越其他國家（表5）。歐洲和美國等地區越來越依賴中國的光伏組件出口來滿足其需求。

表5 2021年太陽能光伏組件的生產能力和產量 /%

2022 年，中國光伏組件出口量為154.5 GW，同比增長了53.8%。十多年來，出口量和出口額均呈現逐步增長的趨勢。2022年，中國光伏產品（硅片、電池和組件）出口額達到500.3 億美元，同比增長了72.9%，最大的出口市場是歐洲。此外，2022年國際能源署發布的《太陽能光伏全球產業鏈特別報告》顯示［24］，到2025 年，在太陽能光伏產業供應鏈上，中國將成為全球市場中不可缺少的重要組成部分。2022年歐洲光伏裝機需求為40~50 GW，僅僅依靠自身光伏制造產能完全無法滿足要求。當然，歐洲為了重振本土光伏制造、分散光伏供應鏈，設置綠色新型貿易壁壘，如碳足跡認證、能源標簽工作計劃等。美國作為除中國外的最大單一光伏裝機市場，也通過“雙反”調查、《涉疆法案》等各種貿易壁壘手段來打壓中國光伏市場。這些措施對中國光伏企業來說，既是障礙也是挑戰、機遇。光伏企業要更加重視海外市場的開拓，加強供應鏈碳足跡的管理，使其技術競爭力處于領先地位。

另一方面，中國在零碳終端消費方面市場競爭力亦凸顯。根據國家發展改革委的統計數據，截至2022年底，中國電動汽車保有量約有1 310 萬輛，超過世界總量的一半，約占3/5。中國汽車工業協會的統計數據顯示，隨著近三年的快速發展，2022 年中國汽車總產量為2 702.06萬輛，其中新能源汽車約占26%，為705.8 萬輛。對比國務院辦公廳印發的《新能源汽車產業發展規劃（2021—2035 年）》，提出到2025 年電動汽車在新車市場中占比達到20%左右，顯然2022年就已達到。

從鋰離子電池和電動汽車的全球貿易流量走向來看，2021 年中國在全球電動汽車和電池市場中的份額占比超過50%（表6），歐洲是中國主要的出口市場，其生產電動汽車所需電池有將近25%來自中國。國內電動汽車產業得以快速發展，離不開自2009 年起實施的國內電動汽車購買激勵政策，以及逐步推出的針對電動汽車消費免稅政策。IEA 發布的《全球電動汽車展望2023》指出［25］，中國、歐洲、美國分別位于世界電動汽車銷量的前三位。2022 年，全球電動汽車銷量首次突破1 000 萬輛，乘用車1 031 萬輛，電動汽車保有量達到2 600 萬輛。全球電動汽車新車滲透率達到14%，其中，中國占據首位，占比達到全球電動汽車銷量60%以上。從2023 年1—5月數據來看，全球動力電池裝車量237.6 GW·h。全球前十名企業中，中國企業仍然占據六席，總市場占有率高達62.7%。寧德時代的全球動力電池裝車量同比增長59.6%，達到86.2 GW·h，市場占有率高達36.3%。

表6 2021年電動汽車和電池零部件的生產能力和產量

當然，隨著中國在風電、光電儲能的投資規模、技術發展以及產能產量等在世界上所占比重越來越大，更需要制定相應的標準規則和輸出標準，提高原創能力，將零碳制造業打上中國烙印。盡管現在美國等國家開始力主打造本土供應鏈，但中國相關企業仍可以發揮優勢，在全球開拓更廣闊的市場。全球各個國家要實現碳中和的目標，離不開中國的光伏、風電等零碳能源技術支持。中國企業要坦坦蕩蕩地走向世界，與更多的國家和地區積極合作，聯手推進零碳發展。

前文提及，歐盟以及一些國家對中國產品提出了更高的碳足跡要求，設置一些綠色門檻，這從側面反映了制定標準的重要性。比如，中國的光伏產品在全球的市場占有率高達70%，但缺乏完善的標準規范，并輸出到其他國家。中國的可再生能源發電占比愈來愈高，但是有關綠電交易、碳市場、綠證等一系列政策并沒有及時更新完善。因此，中國零碳產業發展更需要制定好自己的標準規范，做好自主研發和創新，發揮自身獨特的優勢，并突破化石能源供給的壟斷思維，助力全世界走向凈零碳。

5 結論及展望

碳中和是一場經濟社會的系統性變革，核心在于轉變能源賽道，從高碳的化石能源轉為零碳的可再生能源。風電、光電等可再生能源發電成本的降低為零碳能源量的產出提供了市場動力，儲能的發展為可再生能源的穩定供應提供了保障，消費端電力化改造使得能源終端消費能夠與零碳電力得以匹配，由此形成了零碳可再生能源“產-儲-消”的完整閉環。多能互補、“源網荷儲”一體化以及更高階的微單元系統集成融合，構成了凈零碳轉型的系統優化賽道，有效支撐凈零碳的轉型。而高碳的化石能源提質增效有序減退賽道，以及人工碳移除賽道，作為凈零碳轉型的輔助賽道，雖不可或缺，但難當大任。凈零碳轉型的軟實力賽道、經濟社會系統性變革賽道，包括經濟社會自發性貢獻賽道、碳的信息和服務賽道、經濟社會系統性變革賽道以及國際賽道與凈零碳轉型息息相關，相輔相成，在實現碳中和目標的同時，助力高質量發展以及中國式現代化的實現。此外，無論是凈零碳轉型的核心賽道、系統優化賽道，還是輔助賽道和軟實力賽道，各個賽道之間應該互為補充，共同發力，形成集生產、消費于一體的系統優化集成的綜合能源解決方案。實現凈零碳轉型不僅需要對各個賽道進行優化和提升，更需要不同技術的綜合集成，如零碳能源生產技術、儲能技術應用，這樣才能確保凈零碳轉型能夠順利實現。

碳中和進程道阻且長，無論是化石能源的有序減退還是零碳可再生能源系統的逐步建立，都不可能一蹴而就，既需要“風物長宜放眼量”的格局，也需要“不畏浮云遮望眼”的定力。在可再生能源賽道上中國已經有了良好的基礎，更需抓住碳中和的發展機遇，打造新的科技、經濟增長極，借助全球應對氣候變化的良好契機，實現經濟社會的高質量發展。