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(zhàn)。中國是第一大碳排放國，在全球氣候治理中起著關(guān)鍵作用。繼2015年氣候變化巴黎大會之后，中國在2020年聯(lián)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(zhàn)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(xiàn)中國高質(zhì)量發(fā)展的客觀要求。為支撐國家應對氣候變化戰(zhàn)略實施，圍繞碳達峰與碳中和目標，利用自主研發(fā)的國家能源技術(shù)經(jīng)濟模型(C3IAM/NET)，從自下而上的行業(yè)視角，研究了中國中長期CO2排放的總體目標和實現(xiàn)路徑;分析了不同經(jīng)濟增速和減排力度情景下，能源系統(tǒng)、碳捕集與封存技術(shù)以及碳匯的貢獻程度。研究發(fā)現(xiàn)：全國CO2排放量有望于2025年實現(xiàn)達峰，峰值約108億噸，最晚于2030年達峰。通過能源系統(tǒng)實施不同減排努力，并結(jié)合碳捕集與封存技術(shù)部署，到2060年，與能源相關(guān)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(yè)，需要森林、海洋碳匯來吸收。最后針對電力、工業(yè)、交通、建筑等重點領(lǐng)域和行業(yè)提出了建議。

　　關(guān)鍵詞：氣候變化;碳中和;碳達峰;能源系統(tǒng);碳捕集與封存技術(shù);減排路徑;行業(yè)責任;技術(shù)布局

　　氣候變化是當今人類面臨的重大挑戰(zhàn),應對氣候變化已經(jīng)成為全球共識。2015年12月，締約方通過《巴黎協(xié)定》，并明確了21世紀末將全球溫升控制在不超過工業(yè)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(xié)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(xiàn)《巴黎協(xié)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(yè)碳排放責任核算及碳排放權(quán)分配研究

　　因此，全球各國和地區(qū)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(lǐng)全球治理，將溫室氣體減排任務納入國家五年規(guī)劃和2035遠景目標。在落實政策方面，通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、能源效率提高、碳市場建設、生態(tài)碳匯增加等一系列措施，使得中國節(jié)能減排行動取得了顯著成效。2019年，中國單位國內(nèi)生產(chǎn)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(jīng)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(lián)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(xiàn)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(zhuǎn)型，加快形成清潔、高效、綠色、安全的現(xiàn)代治理體系。實現(xiàn)中國碳中和，要求全國在一定時間內(nèi)(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(shù)吸收后，達到CO2的“零排放”。相比于歐洲、美國等發(fā)達國家的歷史進程，中國實現(xiàn)碳中和目標，面臨時間緊任務重的嚴峻挑戰(zhàn)，需要用比發(fā)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(zhuǎn)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(tǒng)籌規(guī)劃。但是，目前關(guān)于中國實現(xiàn)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(jīng)濟發(fā)展存在較大的不確定性，數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化等新技術(shù)對人們生活形態(tài)和工作業(yè)態(tài)帶來了極大的改變。因此，如何在綜合考慮社會經(jīng)濟技術(shù)不確定性的前提下，提出適用于中國新發(fā)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(xiàn)中國碳達峰、碳中和目標的可行性路徑，本文自主構(gòu)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(shù)模型(China’sClimateChangeIntegratedAssessmentModel/NationalEnergyTechnologymodel，C3IAM/NET)，模擬能源供給-加工轉(zhuǎn)化-運輸配送-終端使用-末端治理的全過程。在統(tǒng)籌考慮后疫情時代的經(jīng)濟發(fā)展水平、能源系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型力度、碳捕集與封存技術(shù)(CCS)的部署規(guī)模以及森林碳匯可用量等多方面不確定性基礎(chǔ)上，進一步回答：后疫情時代不同經(jīng)濟復蘇情況下，能源系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型能否實現(xiàn)碳中和目標?各行業(yè)應該如何分擔減排責任?應該如何部署CCS技術(shù)?實現(xiàn)碳中和目標需要多少碳匯?最終為國家制定低碳發(fā)展戰(zhàn)略，引領(lǐng)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(shù)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(huán)境政策研究中心自主研發(fā)[5]。C3IAM/NET模型是以自下而上的角度，從工藝流程出發(fā)，模擬了從一次能源供應、到加工轉(zhuǎn)換、再到終端行業(yè)生產(chǎn)運行全過程中產(chǎn)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(yè)、客運、貨運、其他工業(yè)等20多個細分行業(yè)，共涉及六百余類具體技術(shù)[6-14]。

　　模型不僅可以評估技術(shù)創(chuàng)新和能源經(jīng)濟政策的節(jié)能減排潛力和減排成本，而且可以尋找實現(xiàn)能源消費或排放控制等環(huán)境目標的最佳技術(shù)路徑。展示了模型總體框架，包括三個模塊(數(shù)據(jù)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(shù)—能源—環(huán)境模型)。

　　具體原理為：在綜合考慮經(jīng)濟發(fā)展、產(chǎn)業(yè)升級、城鎮(zhèn)化加快、智能化普及等社會經(jīng)濟形態(tài)變化的基礎(chǔ)上，利用服務需求預測模型對各個終端用能行業(yè)的產(chǎn)品和服務需求進行預測;進一步基于技術(shù)—能源—環(huán)境模型模擬各終端行業(yè)生產(chǎn)工藝過程或消費過程中各類技術(shù)的能源流和物質(zhì)流，引入技術(shù)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(yè)以經(jīng)濟最優(yōu)方式，實現(xiàn)其產(chǎn)品或服務供給目標的技術(shù)發(fā)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(chǎn)生的排放。

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

　　(二)模型數(shù)學表達

　　C3IAM/NET模型是一個線性優(yōu)化模型，在相關(guān)條件(例如技術(shù)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(xiàn)系統(tǒng)總成本最小的最優(yōu)技術(shù)組合方案。

　　二、情景設置與參數(shù)假設

　　實現(xiàn)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(jīng)濟發(fā)展態(tài)勢、能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型速度、碳捕集與封存技術(shù)(CCS)部署規(guī)模、森林碳匯可用量等多個方面。本研究以能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型為主，CCS和森林碳匯等技術(shù)為輔的思路，探討未來中國實現(xiàn)碳中和目標的可能路徑。本節(jié)簡要介紹模型的相關(guān)參數(shù)設置，包括情景設置、技術(shù)參數(shù)特征、能源服務需求預測等。

　　(一)社會經(jīng)濟參數(shù)假設

　　2020年中國取得疫情防控的重大戰(zhàn)略成果，成為全球唯一實現(xiàn)正增長的大型經(jīng)濟體，全年國內(nèi)生產(chǎn)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(jīng)濟格局深度影響，中國未來經(jīng)濟在樂觀的走勢中帶有不確定性。

　　(二)產(chǎn)品或能源服務需求

　　能源服務需求是指各類耗能技術(shù)或設備所能提供給最終能源消費者的產(chǎn)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(chǎn)業(yè)升級、城鎮(zhèn)化加快、智能化普及等變化趨勢基礎(chǔ)上，預測三種不同的終端行業(yè)產(chǎn)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(yè)各行業(yè)考慮到產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、貿(mào)易政策變化、下游產(chǎn)業(yè)變動等因素;交通行業(yè)考慮新能源車推廣、運輸結(jié)構(gòu)優(yōu)化、電子商務發(fā)展等;建筑行業(yè)考慮收入水平提高、數(shù)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(yè)能源服務需求的種類及未來預測值。模型中消費側(cè)與供給側(cè)通過硬連接的方式來實現(xiàn)供需平衡。由于行業(yè)自身特性不同，鋼鐵和鋁產(chǎn)品屬于存量型用能產(chǎn)品，其他行業(yè)的服務需求均屬于流量型用能產(chǎn)品和服務。存量型用能產(chǎn)品涵蓋每年新生產(chǎn)量、下游行業(yè)的在用量、回收量。流量型用能產(chǎn)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(yōu)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(yè)責任分配等結(jié)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(fā)現(xiàn)，不論在何種GDP增速、能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型力度、CCS部署規(guī)模程度下，2060年中國能源相關(guān)的CO2排放都高于0。換言之，僅靠能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型和CCS技術(shù)捕集CO2是無法實現(xiàn)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(shù)路徑下實現(xiàn)能源系統(tǒng)不同程度低碳轉(zhuǎn)型，結(jié)合CCS技術(shù)部署，到2060年，與能源相關(guān)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(tǒng)籌規(guī)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(tǒng)中度減排情景下(即CM1-L-2030、CM1-L-2040情景)，全國能源相關(guān)CO2排放量有望于2025年實現(xiàn)全國碳達峰，峰值約108億噸。在GDP高速增長、能源系統(tǒng)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(xiàn)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(nèi)。

　　四、結(jié)論與政策建議

　　為了實現(xiàn)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(zhàn)略要求，采取更加有力的政策和措施，加快推進新技術(shù)普及、新業(yè)態(tài)創(chuàng)新、低碳技術(shù)部署。進一步完善經(jīng)濟激勵政策和部門協(xié)同管理機制，依靠市場競爭促進可再生能源發(fā)展。各方主體合力推進碳達峰和碳中和目標的實現(xiàn)，鼓勵企業(yè)推廣先進適用技術(shù)，加快擴大CCS、氫能等突破性技術(shù)的商業(yè)化應用。加強能源發(fā)展政策協(xié)同，引導金融資源向綠色發(fā)展和應對氣候變化領(lǐng)域傾斜，促進綠色產(chǎn)能創(chuàng)新。同時，能源系統(tǒng)各個行業(yè)需加快綠色轉(zhuǎn)型步伐。電力行業(yè)應重點發(fā)展風電、光電、CCS技術(shù)。鋼鐵行業(yè)短期應加速小球燒結(jié)、低溫燒結(jié)、干法熄焦、干式高爐爐頂余壓余熱發(fā)電等節(jié)能技術(shù)，中長期應加大電弧爐煉鋼、氫能煉鋼和CCS技術(shù)的部署。

　　化工行業(yè)應發(fā)展輕質(zhì)化原料、先進煤氣化技術(shù)、低碳制氫和CO2利用技術(shù)、CCS技術(shù)等。建筑部門應繼續(xù)提高采暖制冷效率，大幅提升電氣化水平,因地制宜發(fā)展分布式能源。交通部門應優(yōu)先鐵路、水路運輸，發(fā)展電動客/貨車、氫燃料車、生物燃料飛機和船舶等先進技術(shù)。通過各個行業(yè)協(xié)同發(fā)力，爭取盡早實現(xiàn)行業(yè)達峰和中和目標，最終落實國家碳中和的戰(zhàn)略目標。

　　參考文獻：

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

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

　　[4]生態(tài)環(huán)境部.生態(tài)環(huán)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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