【学术前沿】碳中和目标下中国碳排放路径研究

作者：余碧莹，赵光普，安润颖 等

北京理工大学管理与经济学院

北京理工大学能源与环境政策研究中心

转载《北京理工大学学报》1月上线 、3月刊出的《碳中和目标下中国碳排放路径研究》

摘要：气候变化是当今人类面临的重大全球性挑战。中国是第一大碳排放国，在全球气候治理中起着关键作用。继2015年气候变化巴黎大会之后，中国在2020年联合国大会一般性辩论和气候雄心峰会等重要会议上，首次提出了争取2030年前碳达峰、2060年前碳中和、2030年碳强度下降65%、非化石能源比重达到25%等中长期战略目标。这一系列里程碑意义的新目标，彰显了中国负责任的大国担当，也是实现中国高质量发展的客观要求。为支撑国家应对气候变化战略实施，围绕碳达峰与碳中和目标，利用自主研发的国家能源技术经济模型（C³IAM/NET），从自下而上的行业视角，研究了中国中长期CO₂排放的总体目标和实现路径；分析了不同经济增速和减排力度情景下，能源系统、碳捕集与封存技术以及碳汇的贡献程度。研究发现：全国CO₂排放量有望于2025年实现达峰，峰值约108亿吨，最晚于2030年达峰。通过能源系统实施不同减排努力，并结合碳捕集与封存技术部署，到2060年，与能源相关的CO₂排放量仍将存在3-31亿吨，主要来自电力、钢铁、化工、交通等行业，需要森林、海洋碳汇来吸收。最后针对电力、工业、交通、建筑等重点领域和行业提出了建议。

关键词：气候变化;碳中和;碳达峰;能源系统;碳捕集与封存技术;减排路径;行业责任;技术布局

研究方法

为了探索实现中国碳达峰、碳中和目标的可行性路径，本文自主构建了一个自下而上的国家能源技术模型（NET），模拟能源供给-加工转化-运输配送-终端使用-末端治理的全过程。在统筹考虑后疫情时代的经济发展水平、能源系统的低碳转型力度、CCS的部署规模以及森林碳汇可用量等多方面不确定性基础上，进一步回答：后疫情时代不同经济复苏情况下，能源系统的低碳转型能否实现碳中和目标？各行业应该如何分担减排责任？应该如何部署CCS技术？实现碳中和目标需要多少碳汇？最终为国家制定低碳发展战略，引领全球气候治理提供科学支撑。

NET模型是中国气候变化综合评估模型（C³IAM）的子模型，由北京理工大学能源与环境政策研究中心自主研发。NET模型包括供给和需求两个层次。对各终端行业（如钢铁、水泥、化工、造纸、有色、其他工业、建筑、交通等）分别构建反应该行业工艺过程和决策机理的子模型，并汇总各终端行业的用电和用热总需求，进而对电力和热力行业进行技术优化布局，最终获得满足终端行业用电和用热需求的电力、热力行业能源消耗。在此基础上，集成供给和需求侧的能源投入和排放产出，得到全社会的能源和排放总量。

NET模型框架

研究结论

综合气候目标种类、GDP增速、能源系统减排力度、CCS部署力度，本文设置了多种情景。为了进一步刻画能源系统可能出现的低碳转型到位、转型不足的情况，进一步对能源系统减排力度划分为三种情景：中度、大力、强力，即在原NDC情景的基础上，加快推进先进技术和低碳技术的渗透，大幅提高可再生能源和电力消费比重，以达到能源系统各行业的最佳可行性路径。

可以发现，不论在何种GDP增速、能源系统转型力度、CCS部署规模程度下，2060年中国能源相关的CO₂排放都高于0。换言之，仅靠能源系统低碳转型和CCS技术捕集CO₂是无法实现中国2060年碳中和的目标，仍然需要森林、海洋碳汇等方式来吸收。碳达峰的行动方案必须在碳中和目标的牵引和约束下统筹规划。具体来说，在可行技术路径下实现能源系统不同程度低碳转型，结合CCS技术部署，到2060年，与能源相关的CO₂排放量仍有3-31亿吨CO₂，这一部分余量需要森林、海洋碳汇来吸收。按照更新的国家自主减排贡献目标，在GDP低速增长、能源系统中度减排情景下，全国能源相关CO₂排放量有望于2025年实现全国碳达峰，峰值约108亿吨。在GDP高速增长、能源系统中度减排力度下，碳达峰时间最晚不超过2030年。

不同情景下中国CO2排放路径

在能源系统大力减排、结合CCS大规模部署情景下，2020-2060年，能源系统（含CCS）累计排放空间总量约为3758亿吨CO₂，各行业直接CO₂排放比例为：电力热力42%、工业35%、交通17%、建筑6%。相比于BAU政策照常发展情景，能源系统各行业直接CO2减排责任为：电力热力49%、工业29%、交通12%、建筑10%。

 碳中和目标下行业累计CO₂排放和减排责任

（以能源系统大力减排+CCS大规模部署情景为例）

2021年1月10日，在北京理工大学能源与环境研究中心举办的年度“能源经济预测与展望研究报告发布会”上，中心魏一鸣教授提出关于我国实现碳中和的对策与建议。现转载研究简报的具体内容。

关于我国实现“碳中和”的对策与建议

作者：魏一鸣 等

北京理工大学能源与环境政策研究中心

我国提出二氧化碳排放力争2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。北京理工大学能源与环境政策研究中心魏一鸣教授团队在长期研究基础上，结合我国现代化建设总体目标和阶段性任务，围绕“碳达峰”、“碳中和”的实现路径问题，从能源系统转型、行业节能减排、重点技术规划、固碳项目布局等方面提出具体对策，认为2021-2030年应争取“碳达峰”适度超前，推动部分区域和重点行业尽早达峰，为实现“碳中和”赢得时间和信心；2031-2060年需低碳转型和固碳布局双轮驱动，稳步推进实现“碳中和”；并从法律法规、激励机制、能源革命、科技创新、固碳能力、全民参与等方面，提出了落实“碳达峰”和“碳中和”路径的政策建议。

一、争取“碳达峰”适度超前，为实现“碳中和”赢得时间和信心

（一）适度加快进度、略留余地，避免在2030年出现被动“达峰”局面

按照适度超前、略留余地、提升信心的要求部署达峰行动方案。鼓励有条件的地区率先实现达峰。若全国年均经济增速低于5.5%，碳排放量有望在2025年达到峰值，峰值规模约为108亿吨。在经济增速较高情形下，我国二氧化碳排放量有望在“十五五”期间进入平台期，峰值超过111亿吨，给“碳中和”工作带来更大压力。2030年全国单位GDP碳排放较2005年降低67%以上，一次能源消费总量控制在58亿吨标准煤以内，煤炭占比不超过45%。

（二）提前规划重点领域排放限额和碳达峰时间表，引导和强化市场预期

瞄准2030年前碳达峰目标，尽早确定行业碳排放限额和达峰时间表，并向全社会公布，以引导排放主体及时采取行动。考虑到后疫情时代可能的经济复苏进程及我国新发展格局的建设要求，未来十年累计二氧化碳排放量不超过1090亿吨，其中电力（含热力）约占42%，工业约37%、交通约13%、建筑约8%（均不含电力）。

水泥、钢铁、电力行业碳排放率先达峰。水泥行业仍处于震荡期，谨防其碳排放出现反弹。钢铁行业力争在“十四五”初期达峰，2030年吨钢碳排放较2020年至少下降24%。电力行业力争在“十四五”期间碳排放达峰，最晚不迟于2030年，峰值为40-43亿吨，2030年平均每度电碳排放较2020年至少下降25%。化工行业乙烯、甲醇、电石等关键产品碳排放将继续增长，其达峰时间可以略晚于全国碳达峰时间。建筑、交通等民生部门可以在“十五五”甚至“十六五”期间达峰，力争实现2030年前碳达峰。

（三）持续推动能源供给革命，进一步加快可再生能源开发和储运设施部署

加快向清洁能源转型，到2030年风电、太阳能发电量占比提升至20%。进一步完善清洁电力消纳长效机制，充分发挥西部和北部的风、光资源优势，推动多能互补，加快储能技术和设施部署，形成更大范围、更大规模的清洁电力智能调度新格局。加速淘汰落后燃煤机组，结合保障可再生能源电力消纳需求和电力安全稳定供应要求，适度发展灵活调节的超超临界和煤气化联合循环等先进燃煤发电技术，以及核电技术。

（四）加快先进节能减排技术推广，继续大力挖掘节能增效潜力

推进钢铁、水泥、化工、建筑、交通等能源密集型部门的低碳技术应用。钢铁行业短期加速低碳烧结、高炉喷煤、轧钢加热炉蓄热式燃烧等技术推广，争取“十五五”前实现100%普及；进一步提高烧结余热回收利用、干式高炉炉顶余压余热发电等能量再利用技术，争取2030年实现60%-80% 渗透。水泥行业进一步普及先进新型干法窑和高效余热发电技术，争取实现2030年全覆盖；逐步推进燃料替代，力争实现10-15% 渗透。化工行业加速推广先进煤气化技术，推动原料结构轻质化发展和现有先进生产技术的进一步推广。建筑部门提高采暖制冷效率，提升电气化水平，因地制宜发展分布式能源，争取实现2030年电气化水平上升至65%。交通部门加快引导“公转铁”、“公转水”等低碳运输方式，发展电动车、氢燃料车等先进技术。

二、低碳转型和固碳布局双轮驱动，稳步推进实现“碳中和”

（一）继续强力推进能源系统低碳转型，有序部署固碳技术

统筹能源系统低碳转型和多种固碳技术有序布局，形成合力，低成本实现“碳中和”。我国在2031-2060年的30年内需要实现净碳排放从108-111亿吨至0吨，其中能源系统低碳转型仍然是重点，这不仅影响 “碳中和”的实现，也影响实现“碳中和”的代价，对于难以消除或降低的碳排放可由碳捕集、利用与封存技术（CCUS）、森林碳汇等固碳技术来吸收。若能源系统加大转型力度，CCUS从2030年起有序部署，到2060年，非化石能源占比达到73%以上，终端电气化率达到85%以上，二氧化碳排放量20-31亿吨，需依靠森林等碳汇吸收来实现碳中和。

（二）谋划重点领域碳达峰后的中和行动，低成本实施碳捕集、利用与封存技术

为了从“碳达峰”迈向 “碳中和”，电力（含热力）行业应承担约37-41%的二氧化碳中和量，并争取在2050-2060年间实现零排放；工业、交通、建筑部门承担的二氧化碳中和量分别约为25-33%、10-14%、8%。完成上述任务，需要大规模部署CCUS技术。基于技术可行性和经济性考虑， CCUS技术累计捕集200-300亿吨二氧化碳，为氢能、储能等突破性技术的大规模应用争取时间。CCUS项目应重点环绕渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地、南华北盆地、四川盆地等区域进行部署。

（三）持续推进能源技术革命，加快能源供需“零碳化”进程

加快构建适应高比例可再生能源发展的新型电力系统，并配套部署大规模储能和远距离输电技术，实现电力供给更大限度的时间和空间转移，争取2060年风电、太阳能发电装机容量突破60亿千瓦、可再生能源发电比例提升至75%以上，并在2060年基本完成存量火电替换。

钢铁行业大力发展短流程炼钢和氢能炼钢，并结合CCUS技术使用，争取2060年吨钢碳排放相比于2020年下降60%以上。水泥行业加快实施生活垃圾和工业固废等燃料替代化石燃料使用，同时使用碳强度较低的原料替换传统石灰石，并配套实施CCUS技术，争取2060年前燃料替代和原料替代比例均达到50%以上。化工行业继续推动原料结构轻质化发展，并逐步发展以CCUS、电解制氢、CO2利用和生物质转化技术为代表的颠覆性技术，争取实现乙烯、甲醇、电石、合成氨等关键化工产品碳排放在2037年前达峰。建筑和交通等民生部门，全面推进电气化进程；大力普及绿色建筑，发展基于储能技术的智能需求响应系统，推广热泵、储热技术快速发展，力争2060年电气化率提升到85%以上；基本淘汰燃油汽车，创新共享出行业态，大力推进航空替代燃料商业化进程，加快电力、氢燃料、生物燃料等新能源在交通领域的推广应用，尤其是在公共服务领域，应尽早实现交通和运输工具100%清洁能源的使用。

中心魏一鸣教授接受央视记者采访

三、政策建议

（一）确立低碳发展在国家法律法规和重大决策部署中的地位

强化综合协调决策，协同推动经济高质量发展和碳中和目标实现。加快应对气候变化立法进程，以法律形式确认碳排放总量控制制度、碳排放交易制度等；在已有法律法规修订过程中体现应对气候变化的法律地位，强化低碳甚至零碳发展理念。坚持系统观，加强宏观顶层设计，将落实碳达峰和碳中和作为国民经济与社会发展规划的重要内容，统筹融合低碳发展与经济体系优化升级、能源系统清洁低碳安全高效转型、科技创新、生态环境保护、国土空间优化、国家安全维护等相关工作。

（二）健全低碳发展的激励机制

加快建立健全全国碳交易市场，引入配额拍卖机制，建立全国碳银行，允许碳排放额度的跨期存储和借贷。制定系统的企业绿色信贷政策体系，鼓励大中小企业参与绿色低碳创新，鼓励开展绿色债券、绿色基金、绿色融资租赁、绿色保险等绿色金融产品创新，引导金融资源向新能源、氢能、储能、低碳建筑、低碳交通、需求响应、智能电网等前沿技术产业及配套基础设施建设领域流动。在低碳产品认证、能源合同管理、碳排放第三方核证等领域，严格限制政府参与市场活动的范围，采取社会监督、违规严惩的方式培育和维护第三方信用。制定低碳排放标准，促进高排放行业过剩产能的退出和转型发展。

（三）加速推进面向碳中和的能源革命

未来我国能源发展战略的重点是构建清洁低碳安全高效能源供应体系，满足实现碳中和的能源需求。科学评估各地区能源资源潜力，结合资源禀赋，因地制宜，在煤炭和能源消费总量控制的基础上，制定各地区实现碳中和目标的多能互补能源长期战略。深化能源领域体制改革，充分发挥市场在能源资源配置中的决定性作用，理顺考虑碳排放的不同能源资源比价关系、煤电价格关系，促进可再生和新能源开发利用。

（四）深度推进储能与CCUS等技术的科技创新

加强统筹推进碳达峰与碳中和相关的科学研究，重视气候工程系统管理，建立生态、能源、环境与经济复杂系统的综合集成数据库，构建碳排放与生态系统碳汇监测、预警和管控平台，追踪时空变化和预测预警分析，建立碳中和评估技术与标准。超前谋划低碳科技发展战略，成立专项基金，力争在一些低碳技术发展所需要的基础材料、关键器件和核心技术等领域有所突破。加大国家对低碳技术创新的扶持力度，发挥企业在技术创新中的主导地位，突破储能、氢能、CCUS等关键技术。加速低碳技术的试验、示范和推广工作，加快商业化和市场化进程。

（五）增强生态系统固碳能力

在不影响粮食安全和生态安全的前提下，因地制宜，完善和实施合理的生态系统增汇政策，重视现有陆地生态系统碳汇功能的长期维持，采取政策扶助、投资引导等措施，鼓励相关行业和地区开发、应用和推广人工造林、森林植被保护与管理、保护性耕作与土壤管理、草原放牧管理以及湿地恢复与管理等各种增强生态系统碳汇的技术，提高区域和全国陆地生态系统的固碳能力。

（六）引导全社会积极参与低碳发展的社会治理进程

通过信息公开、听证、产品碳标签、政策宣讲等多种渠道，普及低碳知识和政策，提高全民低碳意识，倡导低碳生产和生活方式。建立企业、公众、家庭广泛参与应对气候变化的行动机制，构建公众和民间环保组织参与低碳治理的制度和平台，发挥媒体监督作用，在全社会形成低碳发展的氛围。

来源： 北理工能源与环境政策研究中心