【笔谈系列③】刘昌义 | 《巴黎协定》目标下的全球能源电力系统转型与气候变化经济评估分析

编者按：2020年9月22日，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表讲话，承诺“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。”10月29日，党的十九届五中全会审议通过《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》。

为深入贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想，抓住机遇，应对挑战，更好地减缓和适应气候变化，深入实施可持续发展战略，完善生态文明领域统筹协调机制，加快推动绿色低碳发展，2020年11月9日，《阅江学刊》编辑部联合中国社会科学院生态文明研究所，举办“全球气候变化与中国行动方案——‘十四五’规划期间中国气候治理”专题研讨会。会上，多位专家围绕我国气候治理的近期、中期和长期目标，针对气候变化宣传、净零排放、能源结构转型、国际气候政治博弈等问题深入交流。本刊整理专家发言的核心观点，以笔谈的形式发布，欢迎广大读者就相关话题进行研究和探讨。

关键词：气候变化；二氧化碳排放达峰；碳中和；气候治理；生态文明；能源结构转型

《巴黎协定》目标下的全球能源电力系统转型与气候变化经济评估分析 

全球能源互联网发展合作组织高级研究员

刘昌义

本文目录

一、能源结构转型迫在眉睫

二、构建公平合理的国际气候治理制度

三、不同情景下的全球碳减排路径

四、能源转型的成本、投资分析与协同效益

五、中国逐步由全球气候治理重要的参与者和贡献者向引领者转型

《巴黎协定》提出了“确保全球平均气温较工业化前水平升高控制在2℃之内，并努力把升温控制在1.5℃之内”的目标。当前，全球各国对于落实《巴黎协定》高度重视，欧盟、中国相继公布碳中和目标，带动全球120多个国家陆续宣布了碳中和目标。

能源电力系统转型对全球实现《巴黎协定》目标和各国实现碳中和目标至关重要。在当前全球的排放格局中，2015年，能源相关排放占温室气体排放总量的比例为74%，化石能源二氧化碳排放占二氧化碳总排放量的85%，因此全球落实《巴黎协定》的重点和关键在于能源系统的清洁转型。

一、能源结构转型迫在眉睫

在能源供给侧，全球一次能源结构正从传统的以化石能源为主导快速向以清洁能源为主导转型。当前，全球清洁能源（即非化石能源）占一次能源的比例为19%。根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的评估报告，要实现2℃温控目标，到2050年全球清洁能源占一次能源的比例要达到50%左右（44%～65%）；要实现1.5℃温控目标，清洁能源占比要求更高。因此，能源清洁化转型的步伐要大大加快。

在能源消费侧，电能消费将成为未来能源消费的主导。当前，全球的电气化水平为19%。根据IPCC的评估报告，要实现2℃温控目标，到2050年，电能占终端能源消费的比例要达到50%以上；要实现1.5℃温控目标，电能消费占比将超过65%。

在未来，清洁能源将主要转化为电能，电能的生产和消费都来源于清洁和零碳的能源。传统化石能源将逐步退出能源生产和能源消费领域，能源生产尤其是电和热的生产主要依靠清洁能源而不是传统化石能源（即“清洁替代”），能源消费领域主要依靠电能替代传统化石能源（即“电能替代”），通过清洁替代和电能替代实现能源领域的减排目标。

在未来的终端能源消费系统中，在交通领域，电动汽车将取代燃油汽车，轨道交通、航空、航海等领域都要大幅提高电气化程度。在建筑领域，用能基本依靠电力，燃气灶将改为电炉灶，供暖都将改为电力采暖。在工业领域，传统观点认为很难通过电能替代实现减排，尤其是部分工业部门如钢铁、水泥等需要化石能源提供高品位热能，但随着技术进步，低品位热能可以由电能直接提供，高温供热则通过电制氢的方式借助氢能来实现，进而推动工业领域的电气化和低碳化。

在能源配置侧，无论清洁能源发电还是终端部门用电都要通过电网系统进行输送和配置，因此未来高比例的能源清洁化和电气化必须依靠电网互联才能实现。

目前，各国和区域之间电网互联的趋势正在形成并不断加强。电能网络可以集成电能、热能和其他用能品种（如氢能），未来能源互联是大势所趋。

以中国为例，我国清洁能源资源丰富，但资源分布不均，资源与负荷中心呈逆向分布。水电资源主要集中在西南地区，该地区的水能资源占全国总量的67%；风能资源主要集中在“三北”地区，风能经济可开发量占全国总量的90%以上；西北地区的太阳能资源占全国的比例超过80%。

但是，我国70%左右的电力消费集中在东部沿海省份和中部省份，与清洁能源的资源富集地相距1000～4000千米，因此需要通过电网互联实现风光互补、区域互济、发电用电平衡，这样才能实现清洁能源大规模开发利用。

此外，未来以太阳能、风能为主导的能源系统波动性非常强，用能需求也在实时波动，因此电力系统需要与信息技术深度融合，实现发电侧和用电侧的实时平衡。

当前，各国的行动力度距离《巴黎协定》的要求差距较大。世界气象组织发布的最新气候预测报告显示，未来五年（2020—2024年），每年的全球平均气温都有可能比工业化前水平至少高出1℃，突破1.5℃的可能性已经超过了20%，人类已经非常逼近1.5℃的阈值“红线”。如果按照目前这种趋势，不到十年，1.5℃温控目标下的碳预算就会全部用完。就当前各国提出的国家自主贡献目标而言，减排力度远远不够，未来各国需要将自主贡献目标提升3倍才能实现2℃温控目标，提升5倍才能实现1.5℃温控目标。

二、构建公平合理的国际气候治理制度

国际气候治理经过30年的发展，发达国家与发展中国家的排放格局已经发生了逆转。从《京都议定书》到《巴黎协定》，国际气候制度谈判从双轨变为单轨，从自上而下分配减排责任变为自下而上国家自主决定减排贡献。

要构建公平合理的国际气候制度，必须要统筹兼顾公平、效率、责任与能力等重要原则。从工业革命以来的历史累积排放量来看，美国占25%，欧盟占22%，中国还不到13%。从当前的全球人均排放量来说，中国虽然已经超过了全球平均水平，但是发达国家依然远远高于全球平均水平，美国更是达到了全球人均排放量的3.5倍。从减排责任的角度来看，发达国家应该率先垂范，率先实现碳中和。从经济效率的角度来看，发达国家减排成本高，发展中国家减排成本相对较低，未来需要设计全球市场机制，实现全球清洁能源与减排成本的优化配置。

针对二氧化碳排放的环境库兹涅茨曲线的实证研究表明，除欧盟等少数发达国家实现温室气体排放达峰并下降之外，大多数国家尤其是广大发展中国家的排放仍在持续快速增加。发达国家的经验表明，只有人均GDP达到1万～2万美元才会实现二氧化碳排放达峰。中国人均GDP刚刚突破1万美元，目前距离2030年前实现碳达峰目标的时间不足十年，而且在不足30年内就要实现发达国家两百多年工业化进程才能完成的碳达峰和碳中和进程，时间紧、挑战大，需要统筹协调，处理好经济社会发展与碳达峰、碳中和的矛盾关系。未来，能源电力清洁发展将为经济社会零碳转型提供重要支撑。

三、不同情景下的全球碳减排路径

全球能源互联网发展合作组织、国际应用系统分析研究所以及世界气象组织以全球能源优化模型（MESSAGE）为基础，共同构建了基于全球能源互联网的全球温控2℃情景和1.5℃情景。全球能源优化模型以成本最小化为目标，耦合宏观经济社会模型、气候模型以及大气污染、土地、水资源等各个部门模型，能够系统评估能源结构转型的路径和成本。

这项研究首次在全球综合评估模型中将能源优化模型和电力系统优化模型耦合起来，刻画全球电网互联实现《巴黎协定》温控目标的情景。首先是确定碳预算，2℃情景对应全球10000亿吨二氧化碳排放，1.5℃情景对应全球5800亿吨二氧化碳排放。经过测算，如果要实现2℃温控目标，到2050年，清洁能源在一次能源中的比例应超过50%；如果要实现1.5℃温控目标，能源清洁化的比例要超过74%。

在能源消费侧，电气化率也会大幅提升，到2050年，在2℃情景和1.5℃情景中，电能占终端能源消费的比例要分别达到50%和65%。电力系统将发生革命性变化，由清洁能源提供的电力将占据主导地位，在2℃情景和1.5℃情景中，清洁能源发电量占总发电量的比例将分别超过80%和90%。

全球能源互联网2℃和1.5℃情景下的能源清洁替代和电能替代路径

基准情景下，碳排放总量会保持增长趋势。要实现2℃和1.5℃温控目标，那么在2020年到2030年就要实现二氧化碳排放达峰，之后开始深度减排，才能在本世纪中叶实现碳中和。通过全球电网互联优化全球清洁电力配置，能够加快全球碳中和进程：在2℃情景下，全球可在2065年实现二氧化碳净零排放；在1.5℃情景下，可在2050年实现净零排放。

四、能源转型的成本、投资分析与协同效益

在2℃情景和1.5℃情景中，全球平均碳价为15～50美元/吨二氧化碳当量，低于国际主流模型的计算结果。能源系统总投资为78万亿～92万亿美元，平均每年投资约2万亿美元，GDP占比不超过2%，这个投资接近于目前全球以化石能源为主的能源投资。这意味着不用新增投资，只需要改变能源投资结构，推动化石能源消费转向清洁能源消费，就能够实现《巴黎协定》的温控目标。

应对气候变化在改善环境质量、促进经济社会高质量发展方面具有重要的协同效益。一方面，应对气候变化有助于大幅降低气候变化带来的风险。全球气候损失的评估结果表明，相较基准情景，如果实现《巴黎协定》温控目标，就能够避免全球累积损失470万亿美元，相当于目前能源系统投资的5～6倍。另一方面，应对气候变化还能拉动经济增长，提供就业岗位，降低各类污染，在健康、农业、水资源、生态等诸多方面实现协同效益，据估测，1美元的能源系统投资能够带来9美元的社会福祉。

五、中国逐步由全球气候治理重要的参与者和贡献者向引领者转型

2020年9月22日，习近平主席宣示了我国新的二氧化碳排放达峰、碳中和的时间目标。经过测算，中国的这些新目标能够将全球的温升幅度从2.7℃降为2.4℃。

我国是世界最大的清洁能源开发国，截至2018年底，清洁能源并网装机容量达7.6亿千瓦，占全国总发电装机容量的40%，中国国家电网是全球清洁能源并网装机规模最大的电网。其中，水电装机容量为3.5亿千瓦，并网风电装机容量达1.8亿千瓦，并网太阳能发电装机容量为1.7亿千瓦，太阳能集热面积保有量近5亿平方米，均为全球第一。我国的特高压、智能电网等先进技术全球领先。截至2019年底，我国已建成和在建32项特高压工程，已投入运营和正在建设的特高压线路长度达3.8万千米。

中国在清洁能源开发、装备制造等产业及相关低碳和零碳技术研发创新中已占据有利地位。未来，应着力规划二氧化碳排放达峰和碳中和路线图，在国家层面制定能源系统转型和减排战略，带动更多国家提高自主贡献力度，提振全球减排雄心，在国际气候治理中发挥引领者的作用。

原文出处：

柴麒敏、郭虹宇、刘昌义、董亮、鞠立新、刘长松、陈迎、陈洪波、庄贵阳：《全球气候变化与中国行动方案——“十四五”规划期间中国气候治理(笔谈)》，《阅江学刊》，2020年第6期，第36-58页。

柴麒敏,郭虹宇,刘昌义,董亮,鞠立新,刘长松,陈迎,陈洪波,庄贵阳.全球气候变化与中国行动方案——“十四五”规划期间中国气候治理(笔谈)[J].阅江学刊,2020,12(06):36-58.

责任编辑：沈丹

微信编辑：侯苏皖

校对：来向红、沈丹、李海中

作者照片：刘昌义提供

文中插图：源自互联网

复审：来向红

终审：渠红岩

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