光伏系统工程 来源:《价格理论与实践》 2021/7/23 9:05:28
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内容提要：为实现
碳中和目标需要最终构建近零碳排放能源体系。本文从能源消费总量和结构两个维度对满足
碳达峰、碳中和要求的中国
能源转型进行情景分析，探讨中国能源转型框架路线图。研究结果表明：在2050年能源消费总量50亿吨、非化石能源消费比重80%的低能耗-高比重情境下，能源消费二氧化碳排放量可以减少到20亿吨左右；在2050年能源消费总量55亿吨、非化石能源消费比重75%的高能耗-低比重情境下，能源消费二氧化碳排放量可以减少到30亿吨左右。
在2020年9月22日第七十五届联合国大会和2020年12月12日联合国气候雄心峰会上，国家主席习近平两次宣布：中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。2021年3月召开的中央财经委员会第九次会议进一步强调：“我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体”。实现碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统变革，而作为二氧化碳排放“大户”的能源系统将“首当其冲”。本文从能源消费总量和能源消费结构两个方面对满足碳中和要求的中国能源转型进行情景分析，探讨中国能源转型框架路线。
一、实现碳中和要求构建近零排放新型能源体系
对于中国提出的碳中和目标，主要存在两种理解：一种认为碳中和是指二氧化碳的净零排放；另一种认为碳中和是指温室气体的净零排放。显然，温室气体净零排放的目标更高，实现该目标需要更为强有力的行动和措施。对于碳中和的定义和内涵，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的《全球1.5℃增暖特别报告》提出了四种概念：碳中和（carbon neutrality）、二氧化碳净零排放（net zeroCO2emissions）、净零排放（net zero emissions）和气候中性（climate neutrality）。其中，碳中和与二氧化碳净零排放虽然表述不同但内涵一致，均是指一定时期内人类活动引起的二氧化碳排放量与二氧化碳人为消除量相抵消；而净零排放是指一定时期内人类活动引起的温室气体排放与温室气体人为消除量相抵消，通过选择气候指标如全球变暖潜势值（global warming potential）将各种温室气体转换成二氧化碳当量值再进行加总，从而完成对温室气体净零排放的核算；气候中性（climate neutrality）描述的是人类活动对气候系统作用净零的一种状态，其侧重点是人类活动对气候系统的影响，不仅要考虑温室气体的排放，还需要考虑人类活动带来的生物地球物理效应（biogeophysical effects）。例如，众所周知的城市热岛效应，城市化对地表反照率、植被覆盖率等产生影响从而引起温升等地区性气候变化。
可见，碳中和从字面上理解是指二氧化碳的净零排放，即指一定时期内人类活动引起的二氧化碳排放量与二氧化碳人为消除量相抵消。2021年4月《中美应对气候危机联合声明》中对中美两国的应对气候变化目标做出了区分：“两国都计划在格拉斯哥联合国气候公约第26次缔约方大会之前，制定各自旨在实现碳中和/温室气体净零排放的长期战略”。这一表述意味着中国所提出的碳中和目标有别于美国的温室气体净零排放目标。
不过，需要进一步指出的是：《巴黎协定》第四条第一点明确指出：为了实现2℃和1.5℃的长期温控目标，缔约方旨在尽快达到温室气体排放的全球峰值，此后利用现有的最佳科学迅速减排，在21世纪下半叶实现温室气体源的人为排放与汇的清除之间的平衡。因此，在各国的具体实践中政策表述均围绕温室气体展开。2021年4月，欧洲议会和欧盟理事会就《欧洲气候法》关键内容达成临时协议，其中明确2050年实现气候中性。可见，温室气体净零排放将逐步成为国际社会的主流目标。因此，本文认为碳中和顾名思义就是指二氧化碳的净零排放，但考虑到国际上的趋势，中国也将会逐步把非二氧化碳温室气体排放纳入约束范围。
根据生态环境部发布的《中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告》：2014 年中国温室气体排放总量为123亿吨二氧化碳当量，二氧化碳排放总量为103亿吨，占温室气体排放总量的83.5%；能源消费二氧化碳排放量为89亿吨，占二氧化碳排放总量的87%，占温室气体排放总量的72%；碳汇量为11亿吨①。二氧化碳排放方面，主要有两大来源：一是煤炭、石油、天然气等化石能源消费碳排放，二是水泥生产、石灰生产、玻璃、纯碱、氨水、电石和氧化铝等工业过程碳排放。其中，化石能源消费二氧化碳排放是主体，按照国家应对气候变化战略研究和国际合作中心核算的结果，2020年能源消费二氧化碳排放量为99亿吨；按比例估算2020年工业过程二氧化碳排放量为15亿吨左右。非二氧化碳温室气体排放方面，按照清华大学气候变化与可持续发展研究院课题组发表的报告，2020年非二氧化碳温室气体排放量为25亿吨二氧化碳当量左右。
在人为消除方面：其主要包括两类：一是碳汇，即通过植树造林等措施，利用植物光合作用吸收大气中的二氧化碳，并将其固定在植被和土壤中；二是碳捕捉与封存（CCS），即将CO2从相关排放源中分离出来，输送到封存地点，并长期与大气隔绝。其中，碳汇方面受国土自然条件的约束而具有有限性，中国通过植树造林等方式农林业碳汇总量预计在10亿-15亿吨。根据上述排放量和碳汇量数据，2060年之前实现碳中和要求在2060年之前将二氧化碳排放量从当前的115亿吨左右减少到10亿-15亿吨。考虑到工业领域的二氧化碳排放和非二氧化碳温室气体排放问题，为了给实现温室气体净零排放争取空间，对于能源领域而言，要求到2060年实现二氧化碳近零排放，即从当前的100亿吨左右减少到接近零。二氧化碳近零排放的能源体系理论上有两种可能：一是化石能源退出历史舞台，未来能源系统依靠零碳的非化石能源；二是能源系统中仍存在一定规模的化石能源，但是通过碳捕集和封存技术将这一部分化石能源使用所带来的二氧化碳排放进行捕集、封存或利用。如果碳捕集的成本不能够大幅度下降，那么碳中和就意味着到2060年要基本结束化石能源时代，建成近零碳排放能源体系。
二、实现碳中和要求调整能源转型的进程
碳中和要求最终构建近零碳排放的能源体系，这和中国能源转型的既定战略在方向上是一致的，是一脉相承的。党的十八大首次提出了“能源生产和消费革命”，这一提法实质上是定性给出了能源转型的战略目标，所谓革命，就是最终要实现能源系统的颠覆性重构。党的十八大以来历次重要会议/文件逐步明确了能源转型的方向。2014年中央财经领导小组第六次会议进一步明确了“四个革命、一个合作”的战略框架，即推动能源消费革命、推动能源供给革命、推动能源技术革命、推动能源体制革命和全方位加强能源国际合作。2017年党的十九大将能源转型战略方向凝练为“推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系”。2020年党的十九届五中全会提出要“推动能源清洁低碳安全高效利用”。
上述分析表明，碳中和与中国能源转型战略的既定方向是一致的，都是要实现能源系统清洁低碳绿色转型。不过，碳中和对能源转型提出了更高的要求。按照2016年国家发展改革委、国家能源局印发的《能源生产和消费革命战略（2016-2030）》确定的战略进程是：到2030年非化石能源比重达到20%左右；到2050 年非化石能源比重提高到50%以上。按照2050年能源消费总量50亿吨标准煤保守估计和非化石能源、煤炭、石油、天然气消费比重为50%:20%:15%:15%的情景，依据各种能源消费二氧化碳排放系数②可以估算届时能源消费二氧化碳排放量仍将高达55亿吨左右，这显然无法满足2060年前实现碳中和的要求。因此，碳中和的提出意味着原定的能源转型进程需要提速。
实际上，碳中和宣示后中国能源转型战略目标和进程已经做出了一些调整。在2020年12月12日举行的联合国气候雄心峰会上，国家主席习近平宣布：到2030 年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，中国非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右。这意味着2030年非化石能源消费比重目标提高了5个百分点，而原定的20%的目标则可能提前5年实现。那么，进一步地，2030年碳达峰之后中国能源转型的战略进程如何安排？尤其是按照党的十九大确定的社会主义现代化建设“两步走”战略，基本实现现代化的2035年和建设现代化强国的2050年等关键时间节点能源转型的阶段性战略目标如何确定？这些需要进一步明确，同时也是制定碳中和目标下中国能源转型框架路线图最重要的里程碑。
三、实现碳中和要求合理把握能源转型的节奏
碳中和目标下，确定能源转型框架路线图核心的边界条件就是能源消费二氧化碳排放量。按照碳达峰、碳中和的统一部署，能源消费二氧化碳排放同样可以分为两大阶段：第一阶段是2030年之前达峰，第二阶段是达峰后排放量逐步减少，到2060 年减少到接近零排放的水平。能源转型的路线图就是能源消费二氧化碳排放量从当前的100亿吨左右增加到2030年之前达峰后的峰值，然后逐步减少到接近0的减排路线图。就整个能源系统而言，二氧化碳排放取决于两个因素，一是能源消费总量；二是能源消费结构。因此，探讨能源转型框架路线图需要从这两个方面进行情景分析，基于这两个维度的情景分析可以得出能源消费二氧化碳减排路径。
（一）能源消费总量情景分析
21世纪以来，中国经济快速增长，工业化和城镇化进程加速，能源消费大幅度增加。能源消费总量从2000年的14.7亿吨标准煤增加到2020年的49.8亿吨标准煤，二十年间年均增长6.3%。分时期看，五年规划期间年均能源消费增长呈增量和增速逐期“双下降”趋势。从“十五”到“十三五”，四个五年规划期年均能源消费增量分别为2.29、1.99、1.47和1.28亿吨标准煤，增速分别为12.20%、6.65%、3.78%和2.78%。
如果说过去二十年，工业化、城镇化快速推进和经济快速增长带动能源消费需求快速增加。那么，随着中国经济进入新发展阶段，能源消费增长也将呈现新的特征。2020年中国城镇化率超过60%，第三产业增加值占比达到54.5%，中国经济发展逐步进入后工业化时代，城镇化速度将逐步放缓。与此相应地，中国经济增速将进一步放缓，产业结构将深度调整，这必然会导致能源消费增速进一步放缓。
对于未来中国能源消费走势，本文设定两种情景：高能耗情景和低能耗情景。2016年《能源生产和消费革命战略（2016-2030）》提出：2020年能源消费总量控制在50亿吨标准煤以内。到2030年能源消费总量控制在60亿吨标准煤以内，据此，本文将高能耗情景下2030年能源消费总量设定为60亿吨标准煤，2025年能源消费总量设定为55亿吨标准煤。这样，在高能耗情景下“十四五”和“十五五”期间的能源消费增速分别为2%和1.7%。低能耗情景下，“十四五”和“十五五”期间的能源消费增速分别比高能耗情景低0.5个百分点。“十六五”期间，预计能源消费增速将进一步减缓，高能耗情景和低能耗情景下的增速分别设定为0.7%和0.4%，2035年能源消费总量分别为62和58亿吨标准煤。2035年以后，预计能源消费总量将有所回落，高能耗情景和低能耗情景下的增速分别设定为-0.8%和-1.0%，到2050年能源消费总量分别为55和50亿吨标准煤。
（二）能源消费结构情景设定
能源结构方面，碳中和愿景下能源转型的核心是零碳的非化石能源比重提高，本文设定未来两种不同非化石能源消费比重的能源消费结构情景：高比重情景和低比重情景。在2020年12月举办的联合国气候雄心峰会上，国家主席习近平宣布到2030年中国非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右。2021年3月发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出：“十四五”时期非化石能源占能源消费总量比重提高到20%左右。据此，本文分别将20%和25%设定为低比重情景下2025年和2030年的非化石能源消费比重。
在具体实践中，非化石能源消费比重可能努力突破所设定的目标，比如《能源发展“十三五”规划》提出到2020年非化石能源消费比重提高到15%以上，而2019年非化石能源消费比重为15.3%，提前一年就完成了规划设定的目标，2020年非化石能源消费比重接近16%，比预定目标提高近1个百分点。据此，本文设定高比重情景下，2025年和2030年的非化石能源消费比重分别为22%和27%。对于2035年和2050年的非化石能源消费比重，分别设定为30%-35%和75%-80%，2035年之后非化石能源消费比重每五年提高15个百分点。
根据非化石能源消费比重，考虑到煤炭、石油和天然气的消费增长趋势，设定未来一次能源消费结构的情景。近年来，虽然煤炭占能源消费总量的比重有所下降，但是消费总量上仍在增加。2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，需要煤炭和石油消费尽早达峰而后逐步削减。未来随着非化石能源替代高碳能源大力推进，煤炭和石油的消费比重将逐步下降。因此，本文设定煤炭消费比重由当前的56.8%逐步下降至2030年的43%-45%、2035年的35%-40%和2050年的5%-10%；石油消费比重由当前的18.9%逐步下降至2030年的16%、2035年的14%和2050年的5%。由于相对清洁低碳，天然气被认为是可以助力能源转型的过渡能源，未来天然气的利用规模将进一步扩大，而2035年后随着能源转型加速推进，以非化石能源为主体的能源体系逐步建立，天然气利用规模将有所回缩。据此，本文设定天然气消费比重由当前的8.4%先逐步提高至2035年的16%，再逐步回落至2050年的10%。
（三）能源消费碳减排路径情景分析
能源消费总量和结构的两种情景设定结合，组成了四种未来能源转型和碳减排情景：一是低能耗—低比重情景；二是高能耗—低比重情景；三是高能耗-高比重情景；四是低能耗—高比重情景。二氧化碳减排速度最快的是低能耗—高比重情景，其次是高能耗-高比重情景，再次是低能耗—低比重情景，最后是高能耗- 低比重情景。低能耗—高比重情景下，二氧化碳排放量有望在“十四五”期间达峰，其余三种情景下碳达峰将在“十五五”期间实现。四种情景下能源转型和碳减排都将在2035年之后显著加速。2030年能源消费二氧化碳排放量为97-105 亿吨，到2035年下降至86-100亿吨左右，到2050年降至20-29亿吨，2050年可以实现能源消费二氧化碳的深度减排，有望在2060年就实现近零碳排放能源体系。上述四种情景均能够满足2030年前碳达峰和2060年前碳中和的要求。
四、结语
本文基于中国温室气体排放情况和碳汇潜力，分析认为实现碳中和目标要求到2060年建成二氧化碳近零排放的新型能源体系。在此基础上，从能源消费总量和结构两个维度进行情景分析，探讨满足碳达峰、碳中和要求的中国能源转型路线图。分析表明，满足碳中和要求的能源转型一方面要加大节能力度，通过提高能效抑制过高的能源消耗；另一方面要积极有序推进能源结构调整，将非化石能源消费比重由当前的16%左右提高到2035年的30%-35%和2050年的75%-80%。
①对于中国的温室气体及二氧化碳排放量和碳汇量的最新数据，目前尚缺乏权威性的官方核算结果。
②为了简化，本文对能源消费二氧化碳碳排放量的估算采用各能源品种平均排放系数，未细分考虑各种不同能源品种在不同用途中的不同排放情况，因此所得到的数值只是一个概算值，并且可能存在一定程度的高估。按照本文的估算方法2020年能源消费二氧化碳排放量为102亿吨，比国家应对气候变化战略研究和国际合作中心核算值高3亿吨。
