摘要

碳中和已成為引領(lǐng)中國(guó)中長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展的綱領(lǐng)性目標(biāo)。通過(guò)對(duì)已有研究成果的梳理與評(píng)述,從目標(biāo)內(nèi)涵和實(shí)現(xiàn)路徑兩個(gè)方面探討了“碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革”這一重要命題。中國(guó)碳中和目標(biāo)與全球溫控2℃/1.5℃目標(biāo)內(nèi)涵一致,需要以階段性減排成效為基礎(chǔ)制定中期行動(dòng)方案來(lái)逐步實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期減排目標(biāo)。作為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的兩個(gè)主要路徑,高比例非化石能源代表的“零碳圖景”與化石能源脫碳化代表的“凈零圖景”之間有著互補(bǔ)與沖突并存的矛盾關(guān)系,這需要在政府頂層設(shè)計(jì)、行業(yè)協(xié)作創(chuàng)新和企業(yè)實(shí)踐推廣的聯(lián)合支持下,借助“電力、碳、金融”等市場(chǎng)化工具的強(qiáng)外部作用力,加強(qiáng)對(duì)切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)可負(fù)擔(dān)的零碳、低碳和脫碳技術(shù)的探索創(chuàng)新與協(xié)同應(yīng)用,最大可能地降低轉(zhuǎn)型難度與減排代價(jià)。就碳中和技術(shù)路徑而言,能效技術(shù)、新能源和數(shù)字化貫穿碳中和的全過(guò)程,近期以強(qiáng)化儲(chǔ)能和需求響應(yīng)等靈活性資源的應(yīng)用及加快終端電氣化進(jìn)程為主,中期要加強(qiáng)能源互聯(lián)、推動(dòng)低碳材料和負(fù)排放技術(shù)的示范應(yīng)用,遠(yuǎn)期評(píng)估現(xiàn)實(shí)可行且成本可負(fù)擔(dān)的全面碳中和方案,確保碳中和轉(zhuǎn)型重塑的安全經(jīng)濟(jì)可靠。

引言

《巴黎協(xié)定》確立了將全球平均地表溫度升幅控制在相比工業(yè)化前水平2℃以?xún)?nèi)、并努力控制在1.5℃以?xún)?nèi)的目標(biāo),為實(shí)現(xiàn)氣候治理目標(biāo),全球要“在21世紀(jì)下半葉實(shí)現(xiàn)溫室氣體源的人為排放與匯的清除之間的平衡”,即實(shí)現(xiàn)“碳中和”^[1]。2020年9月,中國(guó)鄭重承諾2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和^[2],引起了國(guó)內(nèi)外的熱烈討論。2021年3月,中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議研究討論了促進(jìn)平臺(tái)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的基本思路和主要舉措,明確了要如期實(shí)現(xiàn)2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的目標(biāo)^[3]。碳中和已成為引領(lǐng)中國(guó)中長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展的綱領(lǐng)性目標(biāo)。

2019年,中國(guó)與能源相關(guān)的CO₂排放占全球的28.8%^[4],其碳中和目標(biāo)有望使21世紀(jì)的全球變暖減少0.24℃,能夠提高中國(guó)的GDP且對(duì)其他國(guó)家產(chǎn)生積極的“溢出”效應(yīng)^[5]。然而,2060年前碳中和目標(biāo)對(duì)中國(guó)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。一方面,中國(guó)雖然提前實(shí)現(xiàn)了“2020年GDP碳排放強(qiáng)度比2005年下降40%~45%”的承諾^[6],但以煤炭為主的高碳化石能源消費(fèi)量尚未達(dá)峰、仍將持續(xù)增長(zhǎng)^[7];另一方面,歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家從碳達(dá)峰到碳中和有40~80年的時(shí)間^[4],而中國(guó)力爭(zhēng)在30年左右的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)CO₂從百億t降至零的快速減排,意味著中國(guó)低碳轉(zhuǎn)型力度將遠(yuǎn)超發(fā)達(dá)國(guó)家。時(shí)間緊迫、任務(wù)艱巨是中國(guó)碳中和愿景最直觀的寫(xiě)照。

全球變暖和低碳減排是近年來(lái)的熱門(mén)研究話(huà)題,很多學(xué)者對(duì)全球及中國(guó)的碳減排問(wèn)題進(jìn)行了廣泛而深刻的討論,如全球碳預(yù)算^{[8,9,10,11,12,13]}、中國(guó)2030年碳達(dá)峰可行性^{[14,15,16,17]}、2℃/1.5℃目標(biāo)下減排情景與路徑^[18,19,20]、低碳轉(zhuǎn)型機(jī)制^[21,22,23]與政策評(píng)估^{[24,25,26,27,28]}等,尤其是對(duì)能源^{[29,30,31,32]}、電力^{[33,34,35,36]}、建筑^[37,38]等主要CO₂排放部門(mén)的減排路徑的描述較為成熟、全面。然而,以上研究成果在情景目標(biāo)、時(shí)間尺度、轉(zhuǎn)型力度、路徑策略等方面與中國(guó)碳中和目標(biāo)的契合度存在不同程度的偏差,且研究發(fā)現(xiàn)與啟示有一定的滯后性,借鑒意義大于實(shí)際應(yīng)用意義。關(guān)于中國(guó)碳中和的討論尚處于起步階段,對(duì)碳中和目標(biāo)內(nèi)涵的界定較為模糊、存在分歧,不利于氣候治理工作的持續(xù)穩(wěn)步推進(jìn)。因此,本文從目標(biāo)內(nèi)涵和實(shí)現(xiàn)路徑兩個(gè)方面對(duì)現(xiàn)有碳中和研究的成果、進(jìn)展及觀點(diǎn)進(jìn)行綜述和討論,旨在加深對(duì)碳中和的認(rèn)識(shí)、探討可行的解決方案,為中國(guó)碳中和研究提供參考。

1 中國(guó)碳中和愿景的目標(biāo)內(nèi)涵

目前全球已有85個(gè)國(guó)家提出了碳中和目標(biāo),但各國(guó)對(duì)碳中和概念的理解和減排氣體范圍的界定存在差異^[39]?！栋屠鑵f(xié)定》規(guī)定的碳中和減排對(duì)象為全部溫室氣體(包含CO₂、甲烷、氧化亞氮等多種氣體)^[1],而IPCC的《全球升溫1.5℃特別報(bào)告》則將碳中和定義為CO₂的凈零排放^[40],可以將前者定義為廣義碳中和,后者為狹義碳中和。對(duì)碳中和概念界定的差異,一方面是因?yàn)槟繕?biāo)實(shí)現(xiàn)難度不同,CO₂可以通過(guò)加大清潔能源利用和固碳的方式實(shí)現(xiàn)大規(guī)模快速減排,其他溫室氣體中和還需要大量的自然碳匯（如森林、草原、農(nóng)田、濕地、海洋等);另一方面是考慮溫室氣體的特性、數(shù)量和統(tǒng)計(jì)難度的區(qū)別,與甲烷等氣體相比,CO₂在大氣中存留時(shí)間更長(zhǎng)、占比高、且容易統(tǒng)計(jì)核算,通常會(huì)將CO₂視為溫室氣體的代表^[41]。

中國(guó)尚未對(duì)碳中和給出明確的官方解釋,而不同的目標(biāo)內(nèi)涵意味著未來(lái)減排難度與轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)的差異。廣義碳中和要求中國(guó)2060年前自然碳匯要抵消非CO₂溫室氣體、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程CO₂和能源活動(dòng)CO₂。2014年,中國(guó)溫室氣體排放總量巨大（見(jiàn)表1);自然碳匯（土地利用、土地利用變化和林業(yè)）中森林碳匯約占50%^[42,43]。中國(guó)自然碳匯規(guī)模較少,但存在被低估的可能,未來(lái)發(fā)展?jié)摿^大^[44,45]。非CO₂溫室氣體減排難度較大,根據(jù)減排力度不同,2050年中國(guó)非CO₂溫室氣體排放量在12億~21億t CO₂當(dāng)量范圍內(nèi)^[41]。除了非CO₂溫室氣體,工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的CO₂排放也不能完全避免^[46]。而與前兩者相比,能源活動(dòng)的CO₂排放雖然體量巨大,但減排難度相對(duì)較小,通過(guò)能源清潔替代和電能替代可以貢獻(xiàn)約80%的累積減排量^[7,19]。因此,由于自然碳匯要優(yōu)先中和難以完全消除的非CO₂溫室氣體和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程CO₂,廣義碳中和目標(biāo)意味著2060年中國(guó)的CO₂只有很少的排放空間,甚至要實(shí)現(xiàn)負(fù)排放;而選擇狹義碳中和目標(biāo),與能源活動(dòng)和工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的CO₂仍有一定的排放空間。廣義碳中和目標(biāo)下,減少與能源活動(dòng)、工業(yè)過(guò)程相關(guān)的CO₂的凈排放量,從源頭減少非CO₂溫室氣體排放,對(duì)已排放到空氣中的CO₂進(jìn)行回收,這3種減排理念可概括為CO₂的快速且大量減少、非CO₂溫室氣體的額外深度減少以及逐漸從空氣中去除CO₂^[47]。

中國(guó)的減排行動(dòng)與《巴黎協(xié)定》溫控目標(biāo)相一致。《巴黎協(xié)定》雖然初步構(gòu)建了各國(guó)參與全球溫室氣體減排的平臺(tái),但對(duì)于各自的減排責(zé)任存在較大爭(zhēng)議。2℃目標(biāo)下,IPCC提出的碳配額分配方案中,中國(guó)累計(jì)CO₂排放配額占全球的比例,基于減排量分配的責(zé)任方案要比基于排放量分配的平等方案高出15個(gè)百分點(diǎn)^[18]。不同的配額分配方案意味著未來(lái)減排的難度和所付出的經(jīng)濟(jì)代價(jià)存在很大差別,其中,用“人均累計(jì)排放指標(biāo)”來(lái)分配未來(lái)CO₂排放空間,能較好地體現(xiàn)國(guó)際公平正義的準(zhǔn)則^[8]?；诓煌寂漕~分配方案,2℃和1.5℃目標(biāo)對(duì)中國(guó)碳中和實(shí)現(xiàn)時(shí)間的要求分別是2075年前后和2060年前后^[18]。這表明,中國(guó)提出的2060年前碳中和承諾在實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放的時(shí)間節(jié)點(diǎn)上與《巴黎協(xié)定》更為嚴(yán)格的1.5℃目標(biāo)是一致的。中國(guó)2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和,實(shí)際上就是要努力實(shí)現(xiàn)以1.5℃目標(biāo)為導(dǎo)向的長(zhǎng)期深度脫碳轉(zhuǎn)型路徑^[48]。但二者存在很大區(qū)別,中國(guó)碳中和目標(biāo)并未設(shè)定累積排放值目標(biāo),而1.5℃溫控目標(biāo)則是要求隨時(shí)間累積的排放量限定在一定范圍內(nèi)。對(duì)于中國(guó)而言,仍在增長(zhǎng)的CO₂排放會(huì)快速消耗碳配額量,增長(zhǎng)持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)、CO₂排放峰值越高,累積排放量也就越高,實(shí)現(xiàn)1.5℃溫控目標(biāo)的難度越大^[49]。雖然1.5℃目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)難度要高于碳中和目標(biāo),但以1.5℃目標(biāo)為導(dǎo)向的減排措施能夠顯著提高實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的可能性^[20,50],加強(qiáng)2030年之前的短期減排行動(dòng)力度有助于對(duì)沖碳中和目標(biāo)達(dá)成的不確定性風(fēng)險(xiǎn)^[51]。

表1   2014年中國(guó)溫室氣體排放量

Table 1  China's greenhouse gas emissions inventory in 2014億t CO₂當(dāng)量

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于《中華人民共和國(guó)氣候變化第二次兩年更新報(bào)告》;“0.00”表示該值<0.005億t CO₂當(dāng)量,“-”表示無(wú)此項(xiàng),負(fù)值表示碳匯。

新窗口打開(kāi)| 下載CSV

 

根據(jù)1.5℃情景全球CO₂排放配額推算中國(guó)未來(lái)的CO₂排放量,主要有兩種方式：(1)按照IPCC提出的碳配額分配方案規(guī)則,中國(guó)2011—2050年CO₂排放配額為1380億~2450億t,其中,2050年碳排放量相對(duì)2010年要下降60%~92%^[18];(2)根據(jù)實(shí)現(xiàn)1.5℃目標(biāo)的概率水平（50%和67%）和不同碳配額分配方案,估算中國(guó)未來(lái)的可排放空間,由于概率水平的作用,其結(jié)果要低于第一種估算方式^[20]。考慮到化石能源基礎(chǔ)設(shè)施的長(zhǎng)壽命、高排放特性,中國(guó)現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施在2021—2058年間將累計(jì)排放2420億t CO₂^[52]。這是不考慮繼續(xù)新建化石能源項(xiàng)目的理想結(jié)果,但仍然嚴(yán)重超出IPCC碳配額上限。為實(shí)現(xiàn)1.5℃目標(biāo),中國(guó)需要謹(jǐn)慎對(duì)待燃煤電站^[53],并通過(guò)綜合減排手段加快降低GDP的碳強(qiáng)度^[54];不同預(yù)測(cè)模型的結(jié)果顯示,到2050年,中國(guó)能源活動(dòng)的CO₂排放的可能區(qū)間值為-19.4億~20億t,且CO₂排放要在2020年后急劇下降^[55],凸顯出“十四五”減排窗口期的重要性。這一可能的CO₂排放區(qū)間與本文提出的廣義和狹義碳中和目標(biāo)具有相似的內(nèi)涵,CO₂排放值的差異意味著中國(guó)的目標(biāo)強(qiáng)度、減排方式、減排軌跡、經(jīng)濟(jì)代價(jià)和政策組合的不同。相比之下,更為嚴(yán)格的廣義碳中和所要求的減排力度與經(jīng)濟(jì)代價(jià)要遠(yuǎn)高于狹義碳中和,2020—2050年間,1.5℃目標(biāo)導(dǎo)向下中國(guó)能源系統(tǒng)所需新增投資要比2℃目標(biāo)高出38萬(wàn)億元人民幣^[48],并更加注重能源領(lǐng)域負(fù)排放技術(shù)的發(fā)展,這不可避免地對(duì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生負(fù)面影響^[55]。與1.5℃目標(biāo)契合的廣義碳中和目標(biāo)雖然難度巨大,但依然有實(shí)現(xiàn)的可能性^[56],而且挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存,嚴(yán)格的氣候目標(biāo)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源安全、社會(huì)民生、生態(tài)環(huán)境將產(chǎn)生巨大的協(xié)同效益,累計(jì)創(chuàng)造的社會(huì)福利將遠(yuǎn)超轉(zhuǎn)型投入與損失^[5,7]。

然而,實(shí)際情況是,中國(guó)高耗能行業(yè)比重大、對(duì)化石能源依賴(lài)度高、城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速等因素使得中國(guó)的高碳路徑效應(yīng)很強(qiáng)、排放慣性大^[57],其能源活動(dòng)的CO₂排放仍處于增長(zhǎng)階段。按照“十四五”規(guī)劃,2020—2025年的排放量大約有5%~10%的增長(zhǎng)空間（取決于GDP的增長(zhǎng)率）^[58]。能源活動(dòng)的碳減排是中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)必須完成的最為龐大、最為復(fù)雜的工程,將是一個(gè)長(zhǎng)周期的多要素、多維度共同演化的、動(dòng)態(tài)的深刻變遷過(guò)程^[59]。這是因?yàn)槟茉椿顒?dòng)涵蓋了社會(huì)生產(chǎn)生活的所有環(huán)節(jié),要打破原有的高能源強(qiáng)度、高碳密度的發(fā)展軌跡,不能僅靠單個(gè)部門(mén)的減排行動(dòng),而是要實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)全鏈?zhǔn)降牡吞嫁D(zhuǎn)型升級(jí)^[60]。為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo),到2060年,工業(yè)過(guò)程CO₂排放和非CO₂溫室氣體要控制在10億t CO₂當(dāng)量左右^[51],依據(jù)減排力度與情景設(shè)定不同,能源活動(dòng)CO₂排放量的估計(jì)結(jié)果差異顯著,如近零排放^[61]、6億t^[62,63]、9.6億t^[7]、3億~31億t^[64],其中,電力部門(mén)將實(shí)現(xiàn)負(fù)排放來(lái)抵消其他部門(mén)的能源CO₂排放^{[60-61,64-65]}。從目標(biāo)實(shí)現(xiàn)過(guò)程來(lái)看,中國(guó)需要依靠提高能效與非化石能源比重來(lái)實(shí)現(xiàn)CO₂排放盡早低位達(dá)峰^[19],將能源活動(dòng)的CO₂排放控制在105億~108億t以?xún)?nèi)^[51,64],為廣義/狹義碳中和創(chuàng)造可能性;在高能效、低能耗的前提下,實(shí)施大規(guī)模的可再生能源替代才能實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)快速減排至近零排放,2050年一次能源消費(fèi)中的80%和55%（甚至更高）分別來(lái)自低碳能源和非生物質(zhì)可再生能源^[66],此時(shí)依靠自然碳匯可提前實(shí)現(xiàn)狹義碳中和目標(biāo);但廣義碳中和目標(biāo)要求碳捕獲技術(shù)達(dá)到一定的規(guī)模,以實(shí)現(xiàn)能源行業(yè)負(fù)排放（圖1)。以1.5℃情景下2050年中國(guó)碳減排貢獻(xiàn)為例,不同模型假設(shè)的結(jié)果顯示,碳捕獲技術(shù)貢獻(xiàn)了12.8億~63.1億t,占到年度減排量的9.2%~39.2%^[55]。雖然碳捕獲技術(shù)貢獻(xiàn)潛力能達(dá)到很高的水平,但多數(shù)研究均表明,能效提升和非化石能源替代是減排的最大貢獻(xiàn)者^[19,55,66]。同時(shí),系統(tǒng)化和標(biāo)準(zhǔn)化的轉(zhuǎn)型情景框架的可行性還處于討論階段^[67],意味著差異化的情景設(shè)計(jì)與減排技術(shù)路徑的多種可能性。

圖1

圖1   廣義與狹義碳中和目標(biāo)CO₂減排差異

Fig. 1   Difference of CO₂ emissions between broad and narrow sense of carbon neutrality

 

中國(guó)是全球氣候治理的重要貢獻(xiàn)者,更積極有力的減排措施可以加速全球氣候治理進(jìn)程,為減排工作留足空間,同時(shí)也會(huì)為中國(guó)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力提升、社會(huì)良性發(fā)展、生態(tài)環(huán)境改善等多重協(xié)同效益和新的發(fā)展機(jī)遇,形成“減排創(chuàng)造發(fā)展新機(jī)遇、發(fā)展培育減排新動(dòng)力”的良性循環(huán)。碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革,需要權(quán)衡發(fā)展與減排的關(guān)系。中國(guó)雖然用較短時(shí)間完成了工業(yè)化進(jìn)程,但經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程仍落后于發(fā)達(dá)國(guó)家,需要慎重決策碳中和目標(biāo)的具體要求。從“十四五”規(guī)劃綱要制定CO₂排放強(qiáng)度目標(biāo)而非總量目標(biāo)可以看出,中國(guó)選擇的是生態(tài)優(yōu)先、綠色低碳的高質(zhì)量發(fā)展之路,兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展與低碳轉(zhuǎn)型;從中國(guó)碳減排承諾目標(biāo)及實(shí)施的歷程來(lái)看,中國(guó)持續(xù)推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型,是以階段性減排成效為基礎(chǔ)制定中期行動(dòng)方案來(lái)逐步實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期減排目標(biāo)。預(yù)計(jì)中國(guó)將在實(shí)現(xiàn)CO₂排放達(dá)峰目標(biāo)后才會(huì)初步明確碳中和的目標(biāo)要求及相關(guān)細(xì)節(jié)。

2 中國(guó)碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)路徑

中國(guó)碳中和是一個(gè)長(zhǎng)期且需不斷探索的社會(huì)轉(zhuǎn)型過(guò)程,需要借鑒國(guó)內(nèi)外減排經(jīng)驗(yàn)、權(quán)衡發(fā)展形勢(shì),明確碳中和的遠(yuǎn)期愿景和總體方針,進(jìn)而制定減排技術(shù)路線(xiàn)圖及配套的政策和市場(chǎng)機(jī)制,最終構(gòu)建以碳中和目標(biāo)為導(dǎo)向的“經(jīng)驗(yàn)—方針—技術(shù)—機(jī)制”減排路徑體系（圖2)。

圖2

圖2   中國(guó)碳中和轉(zhuǎn)型體系架構(gòu)

Fig. 2   Transition framework of China's carbon neutrality

 

全球多個(gè)國(guó)家和地區(qū)已將碳中和目標(biāo)納入法律框架或正在進(jìn)行立法工作,為溫室氣體減排行動(dòng)和配套制度設(shè)計(jì)奠定了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)^[68]。中國(guó)雖然還未開(kāi)展碳中和立法工作,但已明確要把碳達(dá)峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局,并于2021年5月27日成立了碳達(dá)峰碳中和工作領(lǐng)導(dǎo)小組,意味著碳達(dá)峰、碳中和工作進(jìn)入了新的階段?？紤]到全球溫室氣體排放量的73%源于能源消耗,其中38%來(lái)自能源供給部門(mén),35%來(lái)自建筑、交通、工業(yè)等能源消費(fèi)部門(mén),為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo),部分國(guó)家制定了以產(chǎn)業(yè)政策為主的減排路線(xiàn)圖：(1)發(fā)展清潔能源,降低煤電的供應(yīng);(2)減少建筑物碳排放,打造綠色建筑;(3)減少交通運(yùn)輸業(yè)碳排放,布局新能源交通工具;(4)減少工業(yè)碳排放,發(fā)展碳捕獲、碳儲(chǔ)存;(5)減輕農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放,加強(qiáng)植樹(shù)造林^[69]。中國(guó)現(xiàn)行的減排行動(dòng)與其他國(guó)家的共同點(diǎn)體現(xiàn)在節(jié)能提效、可再生能源、電動(dòng)汽車(chē)、植樹(shù)造林等方面,但受限于經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段和資源稟賦約束,中國(guó)在降低工業(yè)碳排放和減少煤炭/煤電供應(yīng)方面面臨更大的挑戰(zhàn),需要依靠產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和清潔電力驅(qū)動(dòng)的電氣化戰(zhàn)略?xún)蓚€(gè)關(guān)鍵“抓手”來(lái)推進(jìn)碳減排工作。

目前對(duì)中國(guó)碳中和實(shí)現(xiàn)路徑的研究可以劃分為兩個(gè)方向,即零碳圖景和凈零圖景,二者的區(qū)別在于是否大規(guī)模采用碳捕獲技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)化石能源的脫碳化以使其保留（圖3)。零碳圖景的表觀特征是在高能效的前提下超高比例的非化石能源滿(mǎn)足全社會(huì)的用能需求,可再生能源占一次能源比重達(dá)到80%~84%^[60,69],以清潔電力、綠氫（可再生能源制氫)、生物質(zhì)能及合成燃料取代化石能源,實(shí)現(xiàn)能源利用和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程深度減排。但高比例非化石能源系統(tǒng)必須解決風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電等可變的可再生能源的波動(dòng)性與間歇性問(wèn)題^[70]。雖然很多研究表明,儲(chǔ)能^[71]、需求響應(yīng)^[72]、多元靈活性技術(shù)^[73]和先進(jìn)的輸電網(wǎng)絡(luò)^[74]等措施有望友好地兼容新能源發(fā)電的特性,但存在電價(jià)大幅上漲（如德國(guó)）^[75]、極端天氣時(shí)電力系統(tǒng)可靠性不足（如寒潮時(shí)中國(guó)江西和湖南、美國(guó)得克薩斯州)^[76]等風(fēng)險(xiǎn)。凈零圖景則是依然保留一定規(guī)模的化石能源,通過(guò)碳鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)CO₂的儲(chǔ)存、循環(huán)利用（即CCS、CCUS),2060年CO₂移除年規(guī)模要達(dá)到10億t以上^[7,77],達(dá)到凈零CO₂排放的要求。其優(yōu)勢(shì)是對(duì)CO₂的去除效率可達(dá)到90%^[78],能夠消除化石能源的高碳屬性,減少中國(guó)化石能源快速退出可能引發(fā)的轉(zhuǎn)型風(fēng)險(xiǎn)和負(fù)面影響^[79,80]。然而,碳捕獲技術(shù)大規(guī)模發(fā)展需要考慮技術(shù)可行性與經(jīng)濟(jì)性、碳儲(chǔ)存的規(guī)模潛力和生態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題,大規(guī)模部署的可能性尚未得到證實(shí)^[12,19,81]。實(shí)際上,零碳圖景與凈零圖景之間存在一定的沖突。零碳圖景中CO₂排放較早達(dá)峰和隨后的大幅減排降低了1.5℃目標(biāo)對(duì)負(fù)排放技術(shù)的依賴(lài),而凈零圖景中碳捕獲技術(shù)的發(fā)展對(duì)風(fēng)能、核能等清潔能源技術(shù)具有較強(qiáng)的擠出效果,對(duì)未來(lái)碳鏈技術(shù)的過(guò)度依賴(lài),可能會(huì)降低近期的減排熱情從而延誤轉(zhuǎn)型的最佳時(shí)機(jī)^[20]。由此可見(jiàn),高比例非化石能源和化石能源脫碳化均是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的可選替代路徑,但需要進(jìn)一步討論二者在系統(tǒng)可塑性、經(jīng)濟(jì)適用性和減碳潛力等方面的優(yōu)劣與風(fēng)險(xiǎn),激發(fā)多種低碳能源技術(shù)的協(xié)同效應(yīng),最大可能地降低轉(zhuǎn)型難度與減排代價(jià)。

圖3

圖3   可行的碳中和圖景

Fig. 3   Feasible pathways for carbon neutrality

 

以上碳中和路徑是對(duì)總體方向的概括,需要切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)可負(fù)擔(dān)的零碳、低碳和脫碳技術(shù)的支撐?；谝延屑夹g(shù)理念和應(yīng)用展望,對(duì)電力與熱力、制造業(yè)、工業(yè)過(guò)程、建筑、交通和農(nóng)業(yè)等主要排放部門(mén)減碳方案的討論的核心思路是,建立清潔電力驅(qū)動(dòng)的以低碳燃料、原料與工藝為中心的高能效碳中和社會(huì)經(jīng)濟(jì)體系,具體包括零碳電力（如可再生耦合儲(chǔ)能、火電CCS)、能效提升、終端電氣化、再生資源利用（如鋼材回收、碳循環(huán))、低碳生產(chǎn)工藝（如生物燃油、無(wú)碳冶煉、水泥熟料替代、新型農(nóng)業(yè))、數(shù)字化（如能源互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng))、負(fù)排放技術(shù)（如農(nóng)林碳匯、生物質(zhì)能碳捕集與封存、直接空氣碳捕集與封存)^{[7,61,77,82-86]}。這些低碳技術(shù)大多處于“萌芽—研發(fā)—示范—應(yīng)用”生命周期的不同階段^[87],在技術(shù)成本下降、應(yīng)用場(chǎng)景擴(kuò)展、多元技術(shù)耦合等方面還需要較長(zhǎng)時(shí)間實(shí)現(xiàn)突破,即便是現(xiàn)已廣泛使用的新能源、儲(chǔ)能、數(shù)字化技術(shù)依然有很大的進(jìn)步空間,如提高新能源自身電力穩(wěn)定性、提升儲(chǔ)能的能量密度與供能時(shí)長(zhǎng)、能源子系統(tǒng)全面數(shù)字化連通等。從不同CO₂排放源的減排貢獻(xiàn)來(lái)看,以2030年排放量為基準(zhǔn),電力、工業(yè)、交通和建筑分別為2060年碳中和貢獻(xiàn)39%、28%、11%和6.6%的減排量^[7]。就具體的技術(shù)減排貢獻(xiàn)度而言,能效提升和再生資源利用能夠直接降低能源消費(fèi)量,對(duì)中國(guó)碳減排的貢獻(xiàn)度最高可達(dá)68.5%^[55];非化石零碳電力驅(qū)動(dòng)的電氣化工程將使得終端能源消費(fèi)中電能比重提升至2060年的66%以上^[7],其減排貢獻(xiàn)度最高可達(dá)46.7%^[55];負(fù)排放技術(shù)（不包含火電和工業(yè)過(guò)程的碳捕獲）的減排貢獻(xiàn)度可達(dá)3.9%~17.5%^[55]。這些碳中和技術(shù)的進(jìn)步與應(yīng)用具有很強(qiáng)的協(xié)同性和創(chuàng)新溢出效應(yīng),某一項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新性成果往往會(huì)帶動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的進(jìn)步^[51],未來(lái)碳中和關(guān)鍵革命性技術(shù)突破將是多種技術(shù)融合的產(chǎn)物,重塑中國(guó)的社會(huì)發(fā)展范式。

碳中和實(shí)現(xiàn)路徑的推演與設(shè)計(jì)是CO₂排放軌跡約束下考慮可行技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性潛力優(yōu)勢(shì)的評(píng)估結(jié)果,而其中隱含的假設(shè)是,新技術(shù)會(huì)在外部推力的作用下逐漸具備替代舊技術(shù)的成本競(jìng)爭(zhēng)力,最為直觀的例證是風(fēng)電和光伏在政策傾斜與制度保障下的平價(jià)上網(wǎng)進(jìn)程。這表明,長(zhǎng)周期、高投入的新技術(shù)的發(fā)展與普及嚴(yán)重依賴(lài)公共政策支持^[88,89]。碳中和零碳體系的長(zhǎng)期演變需要更廣泛的政策制度體系創(chuàng)新的支持,通過(guò)法律、規(guī)則、市場(chǎng)、基礎(chǔ)設(shè)施、社會(huì)理念等方式,將低碳發(fā)展嵌入到經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式、能源開(kāi)發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新和消費(fèi)方式等全社會(huì)圖景中^[59]。為適應(yīng)不同發(fā)展階段對(duì)能源電力的需求,通過(guò)出臺(tái)和完善能源相關(guān)法律法規(guī)、“上大壓小”政策、電源多元化發(fā)展、煤電清潔高效改造、超低排放標(biāo)準(zhǔn)、配套電價(jià)補(bǔ)貼政策、電力市場(chǎng)化改革等一系列政策組合,中國(guó)的低碳能源轉(zhuǎn)型已取得突出成效^[90]。但延續(xù)現(xiàn)有模式無(wú)法實(shí)現(xiàn)2060年碳中和^[7]。中國(guó)已出臺(tái)《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》和《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》兩個(gè)重磅綱領(lǐng)性文件,構(gòu)建了“1+N”的頂層政策機(jī)制,為進(jìn)一步明確碳達(dá)峰、碳中和的時(shí)間表、路線(xiàn)圖、施工圖指明了方向。下一步,中國(guó)需以此作為開(kāi)展低碳轉(zhuǎn)型工作的戰(zhàn)略指導(dǎo)思想,鼓勵(lì)行業(yè)協(xié)會(huì)、科研院所、高端智庫(kù)、先進(jìn)企業(yè)、金融機(jī)構(gòu)等聯(lián)合發(fā)布產(chǎn)業(yè)藍(lán)皮書(shū),明確技術(shù)突破的政策保障、可行方向、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、綠色投融資、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、加工工藝、行業(yè)規(guī)范等;能效技術(shù)、新能源和數(shù)字化貫穿碳中和的全過(guò)程,近期要強(qiáng)化儲(chǔ)能和需求響應(yīng)等靈活性資源的應(yīng)用及加快終端電氣化進(jìn)程,中期加強(qiáng)能源互聯(lián)、推動(dòng)低碳材料和負(fù)排放技術(shù)的示范應(yīng)用,遠(yuǎn)期評(píng)估現(xiàn)實(shí)可行且成本可負(fù)擔(dān)的全面碳中和方案,確保碳中和轉(zhuǎn)型重塑的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠。

轉(zhuǎn)型需要外部沖擊和壓力為新技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造機(jī)會(huì),而隨著退補(bǔ)貼時(shí)代的到來(lái),市場(chǎng)成為推動(dòng)低碳技術(shù)快速進(jìn)步與應(yīng)用的強(qiáng)外部作用力^[59]。中國(guó)的電力市場(chǎng)和碳市場(chǎng)（雙市場(chǎng)）均立足于促進(jìn)清潔能源發(fā)展、減少CO₂排放,具有很強(qiáng)的協(xié)同耦合性^[91,92]。電力市場(chǎng)的邊際出清原則使得新能源被優(yōu)先調(diào)度,碳市場(chǎng)對(duì)高碳企業(yè)施加成本約束、對(duì)低碳企業(yè)產(chǎn)生激勵(lì)作用,二者的耦合進(jìn)一步改變了電力市場(chǎng)發(fā)電供應(yīng)曲線(xiàn)和出清電價(jià),約束抑制化石能源電廠的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,為非化石能源發(fā)電提供了額外的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)和強(qiáng)大的價(jià)格信號(hào)^[93]。合理的交易機(jī)制能夠有效促進(jìn)行業(yè)碳減排、減少轉(zhuǎn)型帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失^[94,95]。但中國(guó)的雙市場(chǎng)處于初始探索階段,仍需進(jìn)一步完善市場(chǎng)制度和耦合機(jī)制。碳中和目標(biāo)下,電力市場(chǎng)要建立起反映電能時(shí)間和空間價(jià)值的合理的實(shí)時(shí)電價(jià)機(jī)制,完善靈活性資源及新型輔助服務(wù)交易機(jī)制,并結(jié)合容量機(jī)制來(lái)保障電力資源的充裕度,引導(dǎo)投資^[92,96]。碳市場(chǎng)要從試點(diǎn)地區(qū)先行逐漸走向重點(diǎn)行業(yè)開(kāi)展的全國(guó)性交易,形成規(guī)模效應(yīng);采取由易到難、由松到緊的配額分配方式,確保碳價(jià)維持在合理區(qū)間;采取分階段建設(shè)原則,定期根據(jù)實(shí)施的效果進(jìn)行階段性回顧評(píng)估,根據(jù)實(shí)踐過(guò)程中遇到的問(wèn)題不斷調(diào)整和完善^[91,97-98]。對(duì)于雙市場(chǎng)的協(xié)同耦合,考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、激勵(lì)的有效性及覆蓋、結(jié)果的公平性^[91],前期要防范二者市場(chǎng)機(jī)制產(chǎn)生相互抵消的負(fù)效應(yīng),即由于碳價(jià)過(guò)低而影響深化電力體制改革對(duì)于節(jié)能減排的要求^[92,99];逐步將所有電力企業(yè)納入到雙市場(chǎng)中,電價(jià)機(jī)制設(shè)計(jì)應(yīng)合理考慮碳成本,實(shí)現(xiàn)化石能源發(fā)電CO₂排放外部成本內(nèi)部化,有序擴(kuò)大對(duì)可再生能源發(fā)電的支持范圍,共同推動(dòng)煤電供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,淘汰落后機(jī)組;遠(yuǎn)期強(qiáng)化低碳減排技術(shù)應(yīng)用和吸引低碳投資共同推動(dòng)電力低碳轉(zhuǎn)型^[98,100]。當(dāng)前階段,中國(guó)采用總量控制和排放交易機(jī)制能夠有效促進(jìn)減排,未來(lái)有必要引入差異化行業(yè)碳稅政策,彌補(bǔ)碳交易“抓大放小”的缺陷,并將碳稅收益用于支持企業(yè)的減排技術(shù)創(chuàng)新,形成與征收碳稅相配套的長(zhǎng)效機(jī)制^[86,97,101]。此外,加快綠色金融創(chuàng)新與實(shí)踐也是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要推動(dòng)力^[102]。中國(guó)需要發(fā)揮市場(chǎng)化工具的協(xié)同性,實(shí)現(xiàn)減排成本的最小化,獲得策略組合實(shí)施帶來(lái)的可能的政策紅利^[103]。

3 結(jié)論與啟示

碳中和目標(biāo)的廣義內(nèi)涵是實(shí)現(xiàn)全部溫室氣體的中和,這要求能源活動(dòng)相關(guān)的CO₂需要深度減排并在2060年前實(shí)現(xiàn)負(fù)排放。以高比例可再生能源為主導(dǎo)的零碳圖景和依靠大規(guī)模碳捕獲設(shè)施的凈零圖景是兩條實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的可行路徑,二者的區(qū)別在于允許化石能源保留規(guī)模不同,而共同前提是能效水平的大幅提升,同時(shí)兩條路徑互補(bǔ)且存在一定程度的替代關(guān)系,需要評(píng)估各種減排技術(shù)的適用性以激發(fā)多種低碳能源技術(shù)的協(xié)同效應(yīng),最大可能地降低轉(zhuǎn)型難度與減排代價(jià)。大多數(shù)減排技術(shù)仍處于發(fā)展前期階段,需要依靠政策機(jī)制的大力扶持和市場(chǎng)環(huán)境的有效培育,采取以能效技術(shù)為前提、新能源驅(qū)動(dòng)的高電氣化和碳捕集技術(shù)支撐的負(fù)排放為深度減排手段、多元低碳技術(shù)互補(bǔ)融合的現(xiàn)實(shí)可行且成本可負(fù)擔(dān)的全面碳中和方案。

碳中和并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的減排目標(biāo),而是代表著一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革。碳中和的實(shí)現(xiàn)將打破原有發(fā)展模式的高碳路徑鎖定,勢(shì)必會(huì)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè),尤其是化石能源行業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè),產(chǎn)生巨大沖擊;但伴隨著的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、能效水平提升、能源體系重塑、新型技術(shù)研發(fā)、商業(yè)模式創(chuàng)新、低碳理念普及等,其亦將為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)新的增長(zhǎng)點(diǎn)并延續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。更為重要的是,碳中和為中國(guó)轉(zhuǎn)換發(fā)展思路提供了機(jī)遇期,由依靠“后發(fā)優(yōu)勢(shì)”轉(zhuǎn)向發(fā)揮“先發(fā)優(yōu)勢(shì)”,依靠創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)引領(lǐng)型發(fā)展。

無(wú)論目標(biāo)內(nèi)涵與減排難度如何,碳中和都將是一個(gè)異常復(fù)雜的轉(zhuǎn)型過(guò)程,中國(guó)要從戰(zhàn)略層面正視碳中和能源轉(zhuǎn)型的難度與復(fù)雜性,保持轉(zhuǎn)型路徑的開(kāi)放性,綜合考慮各種因素,確定實(shí)現(xiàn)CO₂排放快速達(dá)峰、下降及中和的可行技術(shù)路徑與轉(zhuǎn)型策略,并根據(jù)轉(zhuǎn)型試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)積累,對(duì)轉(zhuǎn)型路徑和策略進(jìn)行持續(xù)評(píng)估和調(diào)整。在2020—2030年加速碳達(dá)峰階段,中國(guó)要以提高能效和穩(wěn)步發(fā)展非化石能源作為前期經(jīng)濟(jì)減排的主要手段,能夠擴(kuò)大減排窗口期、降低減排壓力,對(duì)沖碳中和路徑的不確定性風(fēng)險(xiǎn);在2030—2050年快速減排階段,中國(guó)要構(gòu)建起以清潔電為中心的高電氣化終端用能體系,推廣生物質(zhì)燃油、氫能等低碳燃料的應(yīng)用,并提前布局碳鏈技術(shù),發(fā)揮多種能源技術(shù)的協(xié)同減排效應(yīng),為2050—2060年全面實(shí)現(xiàn)碳中和奠定基礎(chǔ)。

中國(guó)已制定了碳達(dá)峰、碳中和頂層指導(dǎo)方案,后續(xù)需要適時(shí)、適當(dāng)運(yùn)用法律、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、市場(chǎng)和金融等多樣化的政策工具,加強(qiáng)不同政策目標(biāo)和政策工具之間的協(xié)同性設(shè)計(jì),逐步建立完整、有效的政策支持體系,推動(dòng)能源體系的變革和重塑,實(shí)現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型的良性變遷。

對(duì)中國(guó)碳中和問(wèn)題的研究和討論正處于起步階段,本文對(duì)中國(guó)碳中和目標(biāo)的內(nèi)涵與實(shí)現(xiàn)路徑進(jìn)行了粗略的闡述,旨在豐富碳中和的討論與研究。文章篇幅所限,并未進(jìn)行更為深入、細(xì)致的分析。未來(lái)的研究可以加深對(duì)碳中和愿景下中國(guó)宏觀經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、CO₂排放軌跡、能源電力技術(shù)路徑、典型行業(yè)碳中和策略、終端用能結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)型的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響、不同政策對(duì)碳中和目標(biāo)的影響評(píng)估等方面的工作。

張浩楠 申融容 張興平 康俊杰 袁家海

1 華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,北京 

2 新能源電力與低碳發(fā)展研究北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 

3 北京大學(xué)能源研究院,北京