碳中和目標下中國碳排放路徑研究

　　摘要：氣候變化是當今人類面臨的重大全球性挑戰。中國是第一大碳排放國，在全球氣候治理中起著關鍵作用。繼2015年氣候變化巴黎大會之后，中國在2020年聯合國大會一般性辯論和氣候雄心峰會等重要會議上，首次提出了爭取2030年前碳達峰、2060年前碳中和、2030年碳強度下降65%、非化石能源比重達到25%等中長期戰略目標。這一系列里程碑意義的新目標，彰顯了中國負責任的大國擔當，也是實現中國高質量發展的客觀要求。為支撐國家應對氣候變化戰略實施，圍繞碳達峰與碳中和目標，利用自主研發的國家能源技術經濟模型(C3IAM/NET)，從自下而上的行業視角，研究了中國中長期CO2排放的總體目標和實現路徑;分析了不同經濟增速和減排力度情景下，能源系統、碳捕集與封存技術以及碳匯的貢獻程度。研究發現：全國CO2排放量有望于2025年實現達峰，峰值約108億噸，最晚于2030年達峰。通過能源系統實施不同減排努力，并結合碳捕集與封存技術部署，到2060年，與能源相關的CO2排放量仍將存在3億~31億噸，主要來自電力、鋼鐵、化工、交通等行業，需要森林、海洋碳匯來吸收。最后針對電力、工業、交通、建筑等重點領域和行業提出了建議。

　　關鍵詞：氣候變化;碳中和;碳達峰;能源系統;碳捕集與封存技術;減排路徑;行業責任;技術布局

　　氣候變化是當今人類面臨的重大挑戰,應對氣候變化已經成為全球共識。2015年12月，締約方通過《巴黎協定》，并明確了21世紀末將全球溫升控制在不超過工業化前2℃的目標，并將1.5℃溫控目標確立為應對氣候變化的長期努力方向。《巴黎協定》要求各締約方每五年提交一次“國家自主減排貢獻”(NDC)，由各國自主制定減排目標。多項研究表明，即使各國均兌現《巴黎協定》中各締約方提交的國家自主減排貢獻方案，全球平均溫升水平有可能達到3℃以上，無法滿足2℃和1.5℃溫控目標的要求[1-3]。

　　碳排放論文范例：我國電力行業碳排放責任核算及碳排放權分配研究

　　因此，全球各國和地區均需要大幅提升自主貢獻目標，加大減排力度，以避免長期不可逆的巨大風險。長期以來，中國積極參與和引領全球治理，將溫室氣體減排任務納入國家五年規劃和2035遠景目標。在落實政策方面，通過產業結構調整、能源結構優化、能源效率提高、碳市場建設、生態碳匯增加等一系列措施，使得中國節能減排行動取得了顯著成效。2019年，中國單位國內生產總值CO2排放(碳強度)較2005年降低48.1%，非化石能源占比為15.3%，已經提前和超額完成2020年氣候行動目標[4]。為進一步強化應對氣候危機，在全球碳減排進程中做出更大貢獻，中國在第七十五屆聯大會議及氣候雄心峰會上宣布了新的國家自主貢獻目標和長期愿景。

　　相比于2015年提交的國家自主減排貢獻(NDC)方案，碳強度由“2030年左右達峰”提升到“2030年前碳達峰、2060年前碳中和”，非化石能源比重由20%提高到25%，森林蓄積量由45億立方米增加到60億立方米。這些新的目標具有多重意義，展現了中國積極應對全球氣候變化的責任擔當，有利于推動全面綠色轉型，加快形成清潔、高效、綠色、安全的現代治理體系。實現中國碳中和，要求全國在一定時間內(一般指一年)由人為活動直接和間接排放的CO2，通過碳捕集與封存或植樹造林等固碳技術吸收后，達到CO2的“零排放”。相比于歐洲、美國等發達國家的歷史進程，中國實現碳中和目標，面臨時間緊任務重的嚴峻挑戰，需要用比發達國家更短的時間去實施更大體量的碳中和。

　　那么，中國應該如何走出自己的碳中和道路?此外，由于碳達峰的時間點和峰值直接決定從碳達峰到碳中和轉變的可用時間和需要完成的減排體量，因此，碳達峰的行動方案必須在碳中和目標的牽引和約束下統籌規劃。但是，目前關于中國實現碳達峰、碳中和目標路徑的研究極為缺乏，特別是在當前百年未有之大變局形勢下，后疫情時代社會經濟發展存在較大的不確定性，數字化、智能化、網絡化等新技術對人們生活形態和工作業態帶來了極大的改變。因此，如何在綜合考慮社會經濟技術不確定性的前提下，提出適用于中國新發展格局的碳中和行動方案，是當前必須要回答的問題。

　　為了探索實現中國碳達峰、碳中和目標的可行性路徑，本文自主構建了一個自下而上的中國氣候變化綜合評估模型/國家能源技術模型(China’sClimateChangeIntegratedAssessmentModel/NationalEnergyTechnologymodel，C3IAM/NET)，模擬能源供給-加工轉化-運輸配送-終端使用-末端治理的全過程。在統籌考慮后疫情時代的經濟發展水平、能源系統的低碳轉型力度、碳捕集與封存技術(CCS)的部署規模以及森林碳匯可用量等多方面不確定性基礎上，進一步回答：后疫情時代不同經濟復蘇情況下，能源系統的低碳轉型能否實現碳中和目標?各行業應該如何分擔減排責任?應該如何部署CCS技術?實現碳中和目標需要多少碳匯?最終為國家制定低碳發展戰略，引領全球氣候治理提供科學支撐。

　　一、研究方法：C3IAM/NET模型

　　(一)模型介紹

　　國家能源技術模型(NationalEnergyTechnologymodel，NET)是中國氣候變化綜合評估模型(C3IAM)的子模型，由北京理工大學能源與環境政策研究中心自主研發[5]。C3IAM/NET模型是以自下而上的角度，從工藝流程出發，模擬了從一次能源供應、到加工轉換、再到終端行業生產運行全過程中產生的能源消費及排放。目前已應用于多個部門，涵蓋一次能源供應、電力、熱力、鋼鐵、水泥、化工、有色、造紙、居民、商業、客運、貨運、其他工業等20多個細分行業，共涉及六百余類具體技術[6-14]。

　　模型不僅可以評估技術創新和能源經濟政策的節能減排潛力和減排成本，而且可以尋找實現能源消費或排放控制等環境目標的最佳技術路徑。展示了模型總體框架，包括三個模塊(數據模塊、綠色政策模塊和輸出模塊)和兩個子模型(服務需求預測模型、技術—能源—環境模型)。

　　具體原理為：在綜合考慮經濟發展、產業升級、城鎮化加快、智能化普及等社會經濟形態變化的基礎上，利用服務需求預測模型對各個終端用能行業的產品和服務需求進行預測;進一步基于技術—能源—環境模型模擬各終端行業生產工藝過程或消費過程中各類技術的能源流和物質流，引入技術升級、燃料替代、成本下降等變化趨勢和政策要求，提出各行業以經濟最優方式，實現其產品或服務供給目標的技術發展路徑，最終得到溫室氣體排放、能源供應和能源效率等約束下全社會所需投入的能源以及產生的排放。

　　C3IAM/NET包括供給和需求兩個層次。對各終端行業(如鋼鐵、水泥、化工、造紙、有色、其他工業、建筑、交通等)分別構建反映該行業工藝過程和決策機理的NET子模型，并匯總各終端行業的用電和用熱總需求，進而對電力和熱力行業進行技術優化布局，最終獲得滿足終端行業用電和用熱需求的電力、熱力行業能源消耗。在此基礎上，集成供給和需求側的能源投入和排放產出，得到全社會的能源和排放總量。

　　(二)模型數學表達

　　C3IAM/NET模型是一個線性優化模型，在相關條件(例如技術滲透速度、能源服務需求、碳預算、能源和材料供應的可用性等)約束下，選擇實現系統總成本最小的最優技術組合方案。

　　二、情景設置與參數假設

　　實現碳中和的路徑存在極大的不確定性，取決于后疫情時代的社會經濟發展態勢、能源系統低碳轉型速度、碳捕集與封存技術(CCS)部署規模、森林碳匯可用量等多個方面。本研究以能源系統轉型為主，CCS和森林碳匯等技術為輔的思路，探討未來中國實現碳中和目標的可能路徑。本節簡要介紹模型的相關參數設置，包括情景設置、技術參數特征、能源服務需求預測等。

　　(一)社會經濟參數假設

　　2020年中國取得疫情防控的重大戰略成果，成為全球唯一實現正增長的大型經濟體，全年國內生產總值超過百萬億元，比上年增長2.3%。同時由于受到全球政治經濟格局深度影響，中國未來經濟在樂觀的走勢中帶有不確定性。

　　(二)產品或能源服務需求

　　能源服務需求是指各類耗能技術或設備所能提供給最終能源消費者的產品和服務。在三種GDP增速下，并進一步考慮未來智能化、電氣化、產業升級、城鎮化加快、智能化普及等變化趨勢基礎上，預測三種不同的終端行業產品或能源服務需求(此處不列出詳細過程，見文獻[6-14])。具體來說，在進行預測時，工業各行業考慮到產業結構調整、貿易政策變化、下游產業變動等因素;交通行業考慮新能源車推廣、運輸結構優化、電子商務發展等;建筑行業考慮收入水平提高、數字化加深、老齡化加劇等因素影響。

　　以GDP中速增長情景為例，各個行業能源服務需求的種類及未來預測值。模型中消費側與供給側通過硬連接的方式來實現供需平衡。由于行業自身特性不同，鋼鐵和鋁產品屬于存量型用能產品，其他行業的服務需求均屬于流量型用能產品和服務。存量型用能產品涵蓋每年新生產量、下游行業的在用量、回收量。流量型用能產品和服務只能一次性使用，無法回收再加工。三、碳中和約束下全國碳排放路徑本文將主要介紹基于C3IAM/NET模型優化得到的碳達峰、碳中和目標下，中國總體碳排放路徑和行業責任分配等結果。

　　(一)碳中和總體路徑

　　24種情景下2020—2060年中國CO2排放路徑。可以發現，不論在何種GDP增速、能源系統轉型力度、CCS部署規模程度下，2060年中國能源相關的CO2排放都高于0。換言之，僅靠能源系統低碳轉型和CCS技術捕集CO2是無法實現中國2060年碳中和的目標，仍然需要森林、海洋碳匯等方式來吸收。具體來說，在可行技術路徑下實現能源系統不同程度低碳轉型，結合CCS技術部署，到2060年，與能源相關的CO2排放量仍有3~31億噸CO2，這一部分余量需要森林、海洋碳匯來吸收。碳達峰的行動方案必須在碳中和目標的牽引和約束下統籌規劃。

　　按照更新的國家自主減排貢獻目標，在GDP低速增長、能源系統中度減排情景下(即CM1-L-2030、CM1-L-2040情景)，全國能源相關CO2排放量有望于2025年實現全國碳達峰，峰值約108億噸。在GDP高速增長、能源系統中度減排力度下(即CM1-H-2030、CM1-H-2040情景)，碳達峰時間最晚不超過2030年。為了實現碳達峰目標，2020—2030年，CO2排放年均增長率不高于0.4%，年均新增CO2排放量應控制在0.5億噸以內。

　　四、結論與政策建議

　　為了實現中國碳達峰、碳中和目標，應認真落實“四個革命、一個合作”能源戰略要求，采取更加有力的政策和措施，加快推進新技術普及、新業態創新、低碳技術部署。進一步完善經濟激勵政策和部門協同管理機制，依靠市場競爭促進可再生能源發展。各方主體合力推進碳達峰和碳中和目標的實現，鼓勵企業推廣先進適用技術，加快擴大CCS、氫能等突破性技術的商業化應用。加強能源發展政策協同，引導金融資源向綠色發展和應對氣候變化領域傾斜，促進綠色產能創新。同時，能源系統各個行業需加快綠色轉型步伐。電力行業應重點發展風電、光電、CCS技術。鋼鐵行業短期應加速小球燒結、低溫燒結、干法熄焦、干式高爐爐頂余壓余熱發電等節能技術，中長期應加大電弧爐煉鋼、氫能煉鋼和CCS技術的部署。

　　化工行業應發展輕質化原料、先進煤氣化技術、低碳制氫和CO2利用技術、CCS技術等。建筑部門應繼續提高采暖制冷效率，大幅提升電氣化水平,因地制宜發展分布式能源。交通部門應優先鐵路、水路運輸，發展電動客/貨車、氫燃料車、生物燃料飛機和船舶等先進技術。通過各個行業協同發力，爭取盡早實現行業達峰和中和目標，最終落實國家碳中和的戰略目標。

　　參考文獻：

　　[1]WEIYM,HANR,LIANGQM,etal.AnintegratedassessmentofINDCsundersharedsocioeconomicpathways:animplementationofC3IAM[J].NaturalHazards,2018,92(2):585-618.

　　[2]IntergovernmentalPanelonClimateChange(IPCC).Specialreportonglobalwarmingof1.5℃[R].UK:CambridgeUniversityPress,2018.

　　[3]UnitedNationsEnvironmentProgramme(UNEP).EmissionsGapReport2020[R].Nairobi:UnitedNationsEnvironmentProgrammeandUNEPDTUPartnership,2020.

　　[4]生態環境部.生態環境部舉辦積極應對氣候變化政策吹風會[EB/OL].(2020-09-27)[2021-01-20].

　　作者：余碧瑩，趙光普，安潤穎，陳景明，譚錦瀟，李曉易

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