摘要：“2030年前碳達(dá)峰”和“2060年前碳中和”目標(biāo)要求我國(guó)能源經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)行深刻的轉(zhuǎn)型。本文利用全球可計(jì)算一般均衡能源經(jīng)濟(jì)模型（C-GEM）等模型工具，研究了碳中和愿景下我國(guó)能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的邏輯和路徑，定量評(píng)價(jià)了主要減排措施在不同時(shí)期的減排貢獻(xiàn)度和所需的政策干預(yù)力度，對(duì)能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型路徑的關(guān)鍵特征指標(biāo)進(jìn)行了不確定性分析。研究表明，要實(shí)現(xiàn)“2060年前碳中和”目標(biāo)，我國(guó)應(yīng)進(jìn)一步提高能源利用效率，2060年單位GDP能源消費(fèi)相比當(dāng)前下降75%以上；持續(xù)推進(jìn)以新能源為主體的能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，2060年非化石能源在一次能源消費(fèi)中的比重提高到80%以上；大力推進(jìn)電氣化和電力系統(tǒng)深度脫碳，2060年電力在終端能源消費(fèi)中的比重提高至70%以上，非化石電力在電力供應(yīng)中比重提升至90%以上，電力系統(tǒng)在2045~2050年間實(shí)現(xiàn)凈零碳排放；碳定價(jià)機(jī)制將在碳中和轉(zhuǎn)型中發(fā)揮關(guān)鍵作用，為低碳、零碳和負(fù)碳技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供有效的激勵(lì)。研究還表明，碳中和將有助于我國(guó)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展，2030年和2050年我國(guó)人均GDP將超過2萬美元和3萬美元。

關(guān)鍵詞：碳中和 轉(zhuǎn)型路徑 碳定價(jià) CGE模型

一、引言

《巴黎協(xié)定》確定了控制全球溫度上升的目標(biāo)：將溫升控制在2℃之內(nèi)，并爭(zhēng)取控制在1.5℃之內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)這一長(zhǎng)期目標(biāo)，各國(guó)溫室氣體排放應(yīng)盡快達(dá)到峰值，并促使全球在21世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)碳中和。中國(guó)作為世界上最大的碳排放國(guó)家與工業(yè)門類最為齊全的國(guó)家，正處在城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段，面臨著經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、環(huán)境保護(hù)、應(yīng)對(duì)氣候變化等多重挑戰(zhàn)。

長(zhǎng)期以來，中國(guó)高度重視氣候變化問題，把積極應(yīng)對(duì)氣候變化作為國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重大戰(zhàn)略，采取了一系列行動(dòng)，為應(yīng)對(duì)全球氣候變化做出了重要貢獻(xiàn)。自“十二五”以來，中國(guó)積極實(shí)施了各項(xiàng)政策措施，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整加快推進(jìn)，能源利用效率大幅提高，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）碳排放實(shí)現(xiàn)年均下降超5%。2015年，中國(guó)發(fā)布國(guó)家自主貢獻(xiàn)，承諾二氧化碳排放2030年左右達(dá)到峰值并爭(zhēng)取盡早達(dá)峰，到2030年單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%~65%，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到20%左右。2020年9月22日，習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上發(fā)表重要講話，宣布“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，爭(zhēng)取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。”

為了實(shí)現(xiàn)“2030年前達(dá)峰”和“2060年前碳中和”目標(biāo)，當(dāng)前迫切需要識(shí)別能源經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型路徑、評(píng)估轉(zhuǎn)型所需政策干預(yù)力度。為此，本研究綜合國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“綠色低碳發(fā)展轉(zhuǎn)型中的關(guān)鍵管理科學(xué)問題與政策研究”成果，采用中國(guó)—全球能源經(jīng)濟(jì)模型（China-in-Global Energy Model，C-GEM），同時(shí)結(jié)合電力、交通和建筑三大部門能源技術(shù)模型，綜合考慮國(guó)內(nèi)外社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)等因素，重點(diǎn)圍繞以下5個(gè)方面展開研究：（1）合理的碳中和碳排放軌跡；（2）碳中和對(duì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的要求；（3）碳中和對(duì)能源系統(tǒng)變革的要求；（4）實(shí)現(xiàn)碳中和所需的政策干預(yù)力度；（5）主要減排技術(shù)方案的減排貢獻(xiàn)。

二、文獻(xiàn)綜述

（一）溫升控制與碳排放軌跡

《巴黎協(xié)定》確定了將全球溫升控制在2℃并爭(zhēng)取控制在1.5℃之內(nèi)的目標(biāo)，而《IPCC全球升溫1.5℃特別報(bào)告》指出，將全球變暖限制在1.5℃而不是2℃或更高的溫度，可以避免一系列氣候變化影響。例如，到2100年，將全球變暖限制在1.5℃而非2℃，全球海平面上升將減少10厘米（IPCC，2018）。因此，應(yīng)識(shí)別全球?qū)崿F(xiàn)2℃和1.5℃溫升控制的碳排放軌跡，以2℃溫控為底線、以1.5℃溫控為目標(biāo)確定我國(guó)合理的碳中和排放軌跡。

《IPCC全球升溫1.5℃特別報(bào)告》（Rogelj et al.，2018）研究顯示，要以大于66%的概率實(shí)現(xiàn)2℃和1.5℃溫升控制目標(biāo)，必須將2011~2100年間的全球累計(jì)排放分別控制在1萬億噸和4000億噸CO2。為實(shí)現(xiàn)1.5℃溫升控制目標(biāo)，全球需要在土地、能源、工業(yè)、建筑、交通和城市方面進(jìn)行“快速而深遠(yuǎn)的”轉(zhuǎn)型。到2030年，全球CO2排放量需要比2010年的水平下降大約45%，到2050年左右達(dá)到“凈零”排放（Rogelj et al.，2018）。Lurderer等（2018）聯(lián)合5個(gè)重要能源模型組，基于減排發(fā)生在具有最佳成本效益的時(shí)間和地點(diǎn)的原則，研究得出全球需要在2020年左右實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，而后加快減排，在2045~2060年間實(shí)現(xiàn)碳中和，而后實(shí)現(xiàn)負(fù)排放，方能以大于66%的概率實(shí)現(xiàn)1.5℃溫控目標(biāo)。由此可見，中國(guó)于2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的承諾與努力實(shí)現(xiàn)1.5℃溫升控制目標(biāo)是一致的。

對(duì)于中國(guó)的轉(zhuǎn)型路徑，清華大學(xué)聯(lián)合我國(guó)十多家研究機(jī)構(gòu)開展“中國(guó)長(zhǎng)期低碳發(fā)展戰(zhàn)略與轉(zhuǎn)型路徑研究”項(xiàng)目，研究了面向2050年的中國(guó)2℃情景和1.5℃情景，估算出2050年化石能源燃燒碳排放應(yīng)分別為29和15億噸CO2（解振華等，2020）。姜克雋等（2012）利用IPAC-AIM模型研究，估計(jì)出要實(shí)現(xiàn)2℃溫控目標(biāo)需要在2050年將碳排放控制在30億噸CO2以內(nèi)，要實(shí)現(xiàn)1.5℃溫控目標(biāo)則應(yīng)在2050年實(shí)現(xiàn)負(fù)排放5.9億噸（Jiang et al.，2018）。段宏波和汪壽陽（2019）基于中國(guó)能源—經(jīng)濟(jì)—環(huán)境系統(tǒng)集成模型（CE3METL），從排放路徑、能源重構(gòu)和經(jīng)濟(jì)影響3個(gè)維度對(duì)比分析了全球溫控目標(biāo)從2℃到1.5℃的戰(zhàn)略調(diào)整對(duì)中國(guó)的長(zhǎng)期影響。該研究認(rèn)為，中等可能性的2℃目標(biāo)下，中國(guó)的二氧化碳排放量將于2030年前達(dá)到峰值，2050年碳排放為70億噸左右，而后快速減排至2060年的20億噸；而1.5℃目標(biāo)則要求碳排放從當(dāng)下開始急劇下降至2025年20~40億噸，且最早到2060年前后實(shí)現(xiàn)近零排放。在此基礎(chǔ)上，Duan等（2021）進(jìn)一步評(píng)估中國(guó)實(shí)現(xiàn)1.5℃目標(biāo)所需的行動(dòng)力度，綜合AIM、GCAM、IMAGE、POLES等團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果，認(rèn)為中國(guó)要實(shí)現(xiàn)1.5℃目標(biāo)，需在2020年達(dá)峰，而后加快減排至2030年的30~80億噸，于2050年降至（-10）億~20億噸。此外，能源基金會(huì)（2020）發(fā)布的《中國(guó)碳中和綜合報(bào)告2020》對(duì)中國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵年份（2035和2050年）進(jìn)行分析，識(shí)別并建議電力、建筑、工業(yè)、交通、農(nóng)業(yè)、林業(yè)和土地利用等關(guān)鍵部門的減排行動(dòng)。雖然上述文獻(xiàn)涉及中國(guó)的碳排放路徑，但大多數(shù)為面向2050年的論證分析，仍然缺乏對(duì) 2060年前碳中和目標(biāo)下的能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型邏輯和能源經(jīng)濟(jì)協(xié)同轉(zhuǎn)型路徑的系統(tǒng)研究。目前國(guó)際上針對(duì)1.5℃溫控目標(biāo)的大多數(shù)研究，幾乎都假設(shè)我國(guó)碳排放于2020年達(dá)峰后急劇下降，不符合我國(guó)國(guó)情。

（二）碳定價(jià)在能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型中的作用

目前國(guó)際通行的碳減排政策主要包括能效與排放標(biāo)準(zhǔn)、公共技術(shù)研發(fā)和碳定價(jià)工具（包括碳稅和碳排放交易體系）。政策分析人士普遍認(rèn)為，要以經(jīng)濟(jì)有效的方式實(shí)現(xiàn)深度碳減排，覆蓋全經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的碳定價(jià)工具將是政策的必要組成部分（Metcalf，2009；Kaplow，2010；Borenstein et al.，2019）。鑒于碳排放來源的多樣性，傳統(tǒng)的能效和排放標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)很大，且會(huì)造成不必要的高成本（Newell and Stavins，2003）。碳定價(jià)工具的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于它的靈活性以及可以帶來經(jīng)濟(jì)總體成本效益最優(yōu)的有效激勵(lì)（Knittel，2019）。另外，碳定價(jià)還可以通過誘導(dǎo)氣候友好型技術(shù)變革降低長(zhǎng)期減排成本（Newell et al.，1999）。

國(guó)際社會(huì)廣泛認(rèn)可碳定價(jià)在能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型中的核心作用并將其落諸實(shí)踐。當(dāng)前，全球已有61項(xiàng)碳定價(jià)機(jī)制正在實(shí)施或計(jì)劃實(shí)施中，其中31項(xiàng)屬于碳排放交易體系，30項(xiàng)屬于碳稅，共覆蓋約120億噸CO2，占全球溫室氣體排放量的約22%（世界銀行，2020）。《巴黎協(xié)定》的189個(gè)締約方提交的減排承諾中，有一半以上表示將使用碳定價(jià)工具。經(jīng)過近十年的地方試點(diǎn)和建設(shè)準(zhǔn)備，2021年7月我國(guó)全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了電力行業(yè)的交易運(yùn)行。這種基于市場(chǎng)的碳定價(jià)機(jī)制通過限制多個(gè)碳密集型行業(yè)的碳排放，也推動(dòng)高碳排放產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

在模型研究中，碳定價(jià)可以用來定量顯示減排所需的政策行動(dòng)的整體力度。根據(jù)《IPCC全球升溫1.5℃特別報(bào)告》，要實(shí)現(xiàn)2℃溫控，2030年全球碳價(jià)水平需達(dá)到15~220美元/噸CO2，2050年則需達(dá)到45~1050美元/噸CO2，2070年將達(dá)到120~1100美元/噸CO2；相對(duì)的，要實(shí)現(xiàn)1.5℃溫控，2030年全球碳價(jià)水平需進(jìn)一步提升至135~6050美元/噸CO2，2050年則需達(dá)到245~14300美元/噸CO2，2070年將達(dá)到420~19300美元/噸CO2（Rogelj et al.，2018）。反映政策力度的碳價(jià)水平由于模型框架、減排目標(biāo)和技術(shù)可用性預(yù)測(cè)等的不同而有所差別（Clarke et al.，2014；Kriegler et al.，2015；Rogelj et al.，2015a；Riahi et al.，2017；Stiglitz et al.，2017）。

目前已有部分模型研究對(duì)不同國(guó)家實(shí)現(xiàn)碳中和所需政策力度開展了評(píng)估。European Union（2018）基于價(jià)格導(dǎo)向的市場(chǎng)均衡模型PRIMES研究顯示，歐盟要于2050年實(shí)現(xiàn)碳中和，碳價(jià)需達(dá)到350歐元/噸CO2（約為430美元/噸）。Oshiro等（2018）利用自下而上能源系統(tǒng)模型AIM/Enduse（Japan）分析日本于2050年實(shí)現(xiàn)碳中和所需的能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，計(jì)算得到碳減排成本在2050年高達(dá)2200美元/噸CO2。Climate Works Australia（2020）利用技術(shù)優(yōu)化模型Aus-TIMES模型研究澳大利亞2050年實(shí)現(xiàn)碳中和所需的碳價(jià)：在強(qiáng)調(diào)技術(shù)創(chuàng)新的發(fā)展路徑下，碳價(jià)水平約為200美元/噸CO2；在強(qiáng)調(diào)政策干預(yù)的發(fā)展路徑下，碳價(jià)水平將達(dá)到233美元/噸CO2。總體而言，不同地區(qū)實(shí)現(xiàn)碳中和時(shí)所面臨的碳價(jià)水平不同，與國(guó)家的發(fā)展水平、技術(shù)路徑和資源稟賦密切相關(guān)。因此，在利用模型評(píng)估中國(guó)碳中和目標(biāo)下的能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型所需碳價(jià)水平時(shí)，需要充分考慮我國(guó)的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和能源系統(tǒng)的特點(diǎn)。

三、模型介紹

為模擬我國(guó)綠色低碳轉(zhuǎn)型的路徑與政策，本研究采用自上而下的全球可計(jì)算一般均衡能源經(jīng)濟(jì)模型——中國(guó)—全球能源模型（China-in-Global Energy Model，C-GEM）進(jìn)行情景模擬分析，并利用3個(gè)自下而上的技術(shù)模型REPO（China Renewable Electricity Planning and Operation Model）、CPREG（China Provincial Road Transport Energy Demand and GHG Emissions Analysis Model）和CBEM（China Building Energy Model）分別對(duì)電力、交通和建筑三大重點(diǎn)排放部門的能源消費(fèi)、成本和技術(shù)選擇情況進(jìn)行校核驗(yàn)證，確保研究結(jié)果在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上都具有可解釋性。詳細(xì)的模型介紹參見《管理世界》網(wǎng)絡(luò)發(fā)行版附錄。

經(jīng)過7年多的開發(fā)和應(yīng)用實(shí)踐，C-GEM的低碳技術(shù)表達(dá)和政策模擬功能日趨成熟，比較適合能源經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)轉(zhuǎn)型路徑及所需政策力度的評(píng)估工作。一方面，C-GEM模型細(xì)致刻畫了多種低碳、零碳和負(fù)碳技術(shù)。Qi等（2014a）細(xì)致刻畫了風(fēng)、光、生物質(zhì)發(fā)電等11種先進(jìn)能源技術(shù)，并評(píng)估可再生能源發(fā)展對(duì)中國(guó)能源和碳排放的影響。與此同時(shí)，Zhang等（2015）進(jìn)一步改進(jìn)了模型中煤電碳捕集及封存（CCS）技術(shù)和氣電CCS等CCS技術(shù)的刻畫，并研究得出當(dāng)碳價(jià)高于35美元/噸CO2時(shí)，電力系統(tǒng)將開始部署CCS技術(shù)。為了進(jìn)一步研究中國(guó)的深度脫碳路徑，Huang等（2020）在模型中刻畫了負(fù)排放技術(shù)——生物質(zhì)碳捕集及封存（BECCS）技術(shù)，并評(píng)估可利用生物質(zhì)資源量，研究顯示，若2050年中國(guó)的碳排放空間為23億噸CO2，BECCS需負(fù)排放6億噸CO2；當(dāng)排放空間為10億噸CO2，則BECCS需負(fù)排放近10億噸CO2。另一方面，C-GEM模型細(xì)致刻畫了碳市場(chǎng)交易模塊，并已經(jīng)支撐了一系列評(píng)估轉(zhuǎn)型所需政策力度的研究。Qi等（2016）評(píng)估中國(guó)延續(xù)《哥本哈根協(xié)議》減排承諾力度（即年均碳強(qiáng)度下降率為3%）所需的碳定價(jià)政策力度，研究顯示，2050年要將碳排放控制在120億噸，碳價(jià)需達(dá)到58美元/噸CO2。Weng等（2018）研究了中國(guó)實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》氣候承諾（即2030年碳排放強(qiáng)度相比2005年下降60%~65%）所需的碳價(jià)水平，研究顯示，中國(guó)2021~2025年碳價(jià)達(dá)到8美元/噸CO2，2026~2030年達(dá)到12美元/噸CO2，則可以大于90%的概率實(shí)現(xiàn)氣候承諾。

本節(jié)將對(duì)C-GEM、REPO、CPREG和CBEM這4個(gè)模型進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

（一）中國(guó)—全球能源模型（C-GEM）

中國(guó)—全球能源模型（C-GEM）是全球多區(qū)域遞歸動(dòng)態(tài)可計(jì)算一般均衡（CGE）模型。該模型由清華大學(xué)能源環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究所與美國(guó)麻省理工學(xué)院全球變化科學(xué)與政策聯(lián)合項(xiàng)目合作開發(fā)，主要用于評(píng)估中國(guó)與全球低碳政策對(duì)經(jīng)濟(jì)、貿(mào)易、能源消費(fèi)與溫室氣體排放的影響。模型以2014年為基年，并根據(jù)世界銀行、國(guó)際能源署與中國(guó)統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)將模型主要國(guó)家及地區(qū)的能源經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)校核至2018年，隨后從2020年起以5年為一個(gè)周期運(yùn)行到2100年。

C-GEM模型涵蓋全球17個(gè)區(qū)域與19個(gè)經(jīng)濟(jì)部門，在開發(fā)過程中注重對(duì)中國(guó)及其他發(fā)展中國(guó)家的經(jīng)濟(jì)特征表述，尤其對(duì)發(fā)展中國(guó)家能耗較高的工業(yè)部門細(xì)節(jié)與對(duì)能源系統(tǒng)低碳化轉(zhuǎn)型十分重要的多種能源技術(shù)做出詳細(xì)刻畫。為了模擬研究碳中和路徑，模型重點(diǎn)刻畫了可再生能源技術(shù)和BECCS、空氣直接碳捕集（DAC）、鋼鐵CCS、煤電CCS等多種CCS技術(shù)（Huang et al.，2020；Zhang et al.，2015；Qi et al.，2014a）。此外，模型參考發(fā)達(dá)國(guó)家的電氣化程度和經(jīng)驗(yàn)，通過動(dòng)態(tài)調(diào)整主要部門電力與化石能源間的替代彈性來有效刻畫我國(guó)未來電氣化進(jìn)程。

考慮到中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入“新常態(tài)”，需求管理與供給側(cè)改革不斷深入，研究團(tuán)隊(duì)在C-GEM模型中特別考慮了中國(guó)未來經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的特點(diǎn)。C-GEM模型借鑒歐盟、日本、美國(guó)等國(guó)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)變化情況，結(jié)合中國(guó)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革進(jìn)程和擴(kuò)大內(nèi)需消費(fèi)等政策措施，對(duì)模型動(dòng)態(tài)過程中的消費(fèi)和投資等結(jié)構(gòu)進(jìn)行外生動(dòng)態(tài)演變，以模擬中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速轉(zhuǎn)型的特點(diǎn)，具體過程詳見Zhang等（2016）和翁玉艷（2018）。

（二）自下而上的分部門技術(shù)模型

本研究采用由清華大學(xué)能源經(jīng)濟(jì)研究所開發(fā)的中國(guó)可再生能源電力規(guī)劃及運(yùn)行模型（REPO）對(duì)電力部門轉(zhuǎn)型進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證。該模型是反映中國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)行特征和省際差異的分省電力系統(tǒng)規(guī)劃模型，以最小化電力系統(tǒng)貼現(xiàn)成本為優(yōu)化目標(biāo)，能夠得出滿足約束條件下各類發(fā)電技術(shù)各模型模擬年份在各省的裝機(jī)和發(fā)電量、省間傳輸線容量和碳排放等結(jié)果（熊威明，2016；Yang et al.，2018）。不同情景下，C-GEM模型將所模擬的全國(guó)電力需求和碳價(jià)反饋給REPO模型，REPO模型以上述指標(biāo)為輸入模擬得到電力結(jié)構(gòu)并反饋給C-GEM，后者以此更新模型電力結(jié)構(gòu)并得到新的電力需求和碳價(jià)，重新反饋至REPO模型，通過多次迭代校驗(yàn)，最終保證兩模型電力結(jié)構(gòu)、電力需求和碳價(jià)基本一致。

對(duì)于交通部門的轉(zhuǎn)型路徑，本研究應(yīng)用自下而上的中國(guó)分省道路交通能耗和溫室氣體排放模型（CPREG）進(jìn)行驗(yàn)證。該模型細(xì)致刻畫了多種交通技術(shù)，通過外生的宏觀經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展指標(biāo)以及廣義交通成本，采用彈性的方法預(yù)測(cè)中國(guó)未來客貨運(yùn)服務(wù)需求，運(yùn)用離散選擇的方法計(jì)算未來各種交通技術(shù)所承擔(dān)的交通服務(wù)份額，并測(cè)算能耗及溫室氣體排放情況（Peng et al.，2018）。驗(yàn)證過程中，C-GEM模型將根據(jù)不同碳排放約束下CPREG模型的研究結(jié)果校核電動(dòng)車發(fā)展規(guī)模，保證兩個(gè)模型交通部門電氣化水平和用能需求量可比。

對(duì)于建筑部門的轉(zhuǎn)型路徑，本研究則采用自下而上的中國(guó)建筑用能模型（CBEM）進(jìn)行驗(yàn)證。該模型以大量統(tǒng)計(jì)、調(diào)研與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了中國(guó)的典型建筑庫(kù)；基于建筑全性能仿真平臺(tái)，得到不同氣象條件、建筑本體、設(shè)備性能及行為模式下的建筑全性能情況（能耗、碳排放、污染物、室內(nèi)環(huán)境）；同時(shí)基于多源數(shù)據(jù)分析得到不同典型建筑在我國(guó)的整體分布情況，從而獲得我國(guó)建筑用能現(xiàn)狀與歷史；同時(shí)通過文獻(xiàn)分析與趨勢(shì)判斷，研究不同驅(qū)動(dòng)因素在不同假設(shè)下如何變化，從而得到不同情景下的建筑部門發(fā)展情況（Guo et al.，2021）。驗(yàn)證過程中，C-GEM模型將根據(jù)不同碳排放約束下CBEM模型的研究結(jié)果校核建筑用能規(guī)模，保證最終建筑部門用能結(jié)構(gòu)和規(guī)模與技術(shù)模型協(xié)調(diào)一致。

四、主要假設(shè)與情景設(shè)計(jì)

（一）社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展假定

未來人口增長(zhǎng)的假定采用聯(lián)合國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)事務(wù)部（UNDESA，2019）發(fā)布的《2019世界人口展望》中等人口情景的預(yù)測(cè)結(jié)果：中國(guó)人口預(yù)計(jì)將于2030年達(dá)峰，為14.6億，而后逐漸下降到2060年的13.3億。該預(yù)測(cè)也與《國(guó)家人口發(fā)展規(guī)劃（2016—2030年）》中的人口發(fā)展預(yù)期目標(biāo)基本一致。

通過對(duì)國(guó)家信息中心（祝寶良，2019）、國(guó)際貨幣基金組織（IMF，2020）、世界銀行（WB，2020）、牛津經(jīng)濟(jì)（Oxford Economics，2020）、經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD，2020，2021）、美國(guó)能源信息署（EIA，2019）和國(guó)際能源署（IEA，2019）等國(guó)際機(jī)構(gòu)對(duì)中國(guó)未來經(jīng)濟(jì)增速的預(yù)測(cè)調(diào)研，本研究假設(shè)參考情景下，中國(guó)經(jīng)濟(jì)總量在2035年達(dá)到205萬億元（2020年人民幣不變價(jià)），2060年達(dá)到420萬億元；人均GDP在2035年達(dá)到14萬元（約2.0萬美元），在2060年達(dá)到約31萬元（約4.6萬美元）。

（二）情景描述

本研究開發(fā)了面向2060年的參考情景及2060碳中和情景，來比較研究實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型及政策干預(yù)力度。兩個(gè)情景的能源技術(shù)成本和自動(dòng)能效進(jìn)步率假設(shè)相同，技術(shù)應(yīng)用規(guī)模由市場(chǎng)價(jià)格驅(qū)動(dòng)。兩個(gè)情景采用碳定價(jià)機(jī)制作為所有氣候政策的代表，碳價(jià)顯示全經(jīng)濟(jì)尺度的邊際減排成本，反映實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)所需的政策力度。由于我國(guó)過去和近期的碳減排目標(biāo)以碳強(qiáng)度形式提出，為了保證政策在一段時(shí)間內(nèi)的可比性，本研究以年均碳強(qiáng)度下降率作為碳排放約束。

1.參考情景

該情景在2030年以前的碳減排力度以我國(guó)2015年在巴黎氣候變化大會(huì)上承諾的碳減排力度為依據(jù)，即碳排放于2030年左右達(dá)峰、單位GDP碳排放與2005年相比下降60%~65%、非化石能源比重2030年達(dá)20%以上；2030年以后假設(shè)延續(xù)2020~2030年的碳減排力度，單位GDP碳排放年均下降率保持在大約4%的水平。

2.2060碳中和情景

該情景的碳減排力度以習(xí)總書記提出的“2030年前碳排放實(shí)現(xiàn)達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”目標(biāo)為依據(jù)，碳排放趨勢(shì)盡可能靠近全球1.5℃溫升控制目標(biāo)下要求的中國(guó)碳排放軌跡。何建坤等（2020）研究顯示，要爭(zhēng)取2030年之前實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放的達(dá)峰，中國(guó)單位GDP碳排放強(qiáng)度的年下降率需達(dá)到4.5%~5%的水平，才能用GDP碳強(qiáng)度下降抵消能源消費(fèi)增長(zhǎng)帶來的碳排放增量。2060碳中和情景假設(shè)“十四五”年均碳排放強(qiáng)度下降率為4.5%，“十五五”年均碳強(qiáng)度下降率為5%。

對(duì)于2030年后的排放軌跡設(shè)定，盡量對(duì)標(biāo)1.5℃溫升控制目標(biāo)。Luderer等（2018）研究顯示，若要以大于66%的概率實(shí)現(xiàn)1.5℃溫升控制，在沒有任何減排分擔(dān)機(jī)制、減排發(fā)生在最具成本效益的地點(diǎn)和時(shí)間的情況下，全球應(yīng)在2045~2060年間實(shí)現(xiàn)碳中和。若將Luderer等（2018）的減排軌跡用碳強(qiáng)度下降率的方式表示，則全球2030~2040年應(yīng)以至少7.8%的年均碳強(qiáng)度下降率進(jìn)行減排，2041~2045年年均碳強(qiáng)度下降率應(yīng)達(dá)到至少9.2%，2046~2050年應(yīng)達(dá)到至少11.7%，2051~2055年應(yīng)達(dá)到至少15%。因此，本研究設(shè)置階梯式碳強(qiáng)度下降率，使得我國(guó)2030年后碳強(qiáng)度下降率基本達(dá)到1.5℃溫升控制目標(biāo)所要求的最低碳強(qiáng)度下降率。

五、結(jié)果與討論

（一）能源相關(guān)碳排放應(yīng)在“十五五”中期達(dá)峰，2050年相比峰值下降約75%

在參考情景下，若延續(xù)我國(guó)2015年在巴黎氣候變化大會(huì)上承諾的碳減排力度，我國(guó)化石能源燃燒碳排放將于2030年達(dá)峰，峰值為108億噸CO2，而后碳排放量逐漸下降，但到2060年仍有79億噸，不能實(shí)現(xiàn)“兩度溫升控制”目標(biāo)和“2060年前碳中和”目標(biāo)。在2060碳中和情景下，我國(guó)“十四五”年均碳排放強(qiáng)度下降率為4.5%，“十五五”年均碳強(qiáng)度下降率為5%，化石能源燃燒碳排放將于2027~2028年左右達(dá)峰，峰值在105億噸以內(nèi)，而后穩(wěn)中有降，2030年碳排放緩慢降為100億噸。2030~2035年碳排放有明顯下降，2035年碳排放將相比峰值下降約15%，約87億噸；此后進(jìn)一步加速減排，2050年將減排至26億噸，即相比峰值下降約75%；2060年，能源相關(guān)碳排放將實(shí)現(xiàn)凈零排放。與此同時(shí)，工業(yè)過程碳排放和非二氧化碳溫室氣體排放有望與農(nóng)林業(yè)增匯相抵消，最終實(shí)現(xiàn)全社會(huì)的碳中和。

對(duì)比2060碳中和情景與全球1.5℃溫控目標(biāo)的排放趨勢(shì)可知，Luderer等人（2018）研究要求全球2020年碳達(dá)峰進(jìn)而快速減排，而我國(guó)作為一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，仍需要10年左右的準(zhǔn)備期才能進(jìn)入快速減排階段。從碳達(dá)峰到碳中和，中國(guó)預(yù)計(jì)需要30年的時(shí)間，相比歐盟1980年達(dá)峰、2050年前碳中和，美國(guó)2005年達(dá)峰、2050年前碳中和，中國(guó)的碳中和目標(biāo)已經(jīng)非常積極、挑戰(zhàn)巨大。考慮到參考情景無法滿足“2030年前碳達(dá)峰”目標(biāo)和“2060年前碳中和”目標(biāo)，下文將重點(diǎn)圍繞2060碳中和情景進(jìn)行討論。

（二）碳中和目標(biāo)要求經(jīng)濟(jì)進(jìn)行持續(xù)結(jié)構(gòu)性調(diào)整，高碳產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)不斷降低

“十二五”以來，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了較為明顯的變化，工業(yè)部門對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)不斷下降，服務(wù)業(yè)的貢獻(xiàn)不斷上升。未來，隨著人們生活水平和收入水平的提高，內(nèi)需將進(jìn)一步擴(kuò)大，人們的消費(fèi)選擇向以服務(wù)、休閑為主的消費(fèi)轉(zhuǎn)變，服務(wù)業(yè)投資占比加快增大；同時(shí)，高耗能部門將進(jìn)一步“去產(chǎn)能”，制造業(yè)從資源依賴走向技術(shù)依賴。因此，我國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)加快向服務(wù)業(yè)主導(dǎo)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。2050年隨著我國(guó)現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，第三產(chǎn)業(yè)增加值占GDP比重預(yù)計(jì)將達(dá)到71%，而后保持相對(duì)穩(wěn)定。

與此同時(shí)，2060年我國(guó)總產(chǎn)值將擴(kuò)大為2020年的3.5倍。增速最快的6個(gè)行業(yè)分別為服務(wù)業(yè)、運(yùn)營(yíng)交通運(yùn)輸業(yè)、交通設(shè)備制造業(yè)、化工制品制造業(yè)、電力與熱力生產(chǎn)與供應(yīng)業(yè)及電氣設(shè)備制造業(yè)。其中服務(wù)業(yè)產(chǎn)值約為2020年的6倍，運(yùn)營(yíng)交通運(yùn)輸業(yè)和交通設(shè)備制造業(yè)的產(chǎn)值約為2020年的4倍。在全社會(huì)再電氣化和新能源技術(shù)的帶動(dòng)下，2060年電力與熱力生產(chǎn)與供應(yīng)業(yè)、電氣設(shè)備制造業(yè)的產(chǎn)值約為2020年的3倍，而黑色金屬冶煉及壓延業(yè)、煉油業(yè)、煤炭開采與生產(chǎn)業(yè)、石油開采與生產(chǎn)業(yè)、天然氣開采與生產(chǎn)業(yè)等的產(chǎn)值將相比2020年有所下降。其他部門2060年的產(chǎn)值約為2020年的2~3倍。

2060年，我國(guó)未來紡織業(yè)、電氣設(shè)備制造業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)的凈出口將進(jìn)一步擴(kuò)大，非金屬礦物制品業(yè)與其他工業(yè)凈出口有所減少，化工制品制造業(yè)和有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)的凈進(jìn)口將進(jìn)一步擴(kuò)大。

通過技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)，中國(guó)在實(shí)現(xiàn)碳中和的同時(shí)，也可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，2035年GDP總量將相比2020年翻一番，2060年將比2020年翻兩番，2060年仍可保持2.6%的GDP增速。與此同時(shí)，人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值2035年將相比2020年翻一番至14萬元（2020年人民幣不變價(jià)），約2萬美元；2050年將進(jìn)一步提升至約23萬元，接近3.5萬美元；2060年將相比2020年番兩翻以上，達(dá)到31萬元，約4.5萬美元。

（三）碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需要引入足夠強(qiáng)的碳價(jià)信號(hào)

因?yàn)榇嬖谑袌?chǎng)失靈，能源經(jīng)濟(jì)的深刻轉(zhuǎn)型不能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，需要政策的推動(dòng)。碳價(jià)代表著全經(jīng)濟(jì)尺度的邊際碳減排成本，碳定價(jià)是成本最低的公共政策工具的代表。

要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和，2025年我國(guó)的碳價(jià)水平將達(dá)到近70元/噸（2020年人民幣不變價(jià)），約為10美元/噸；2030年將超過100元/噸，即近15美元/噸；2035年將達(dá)到近180元/噸，約為25美元/噸；2060年將超過2700元/噸，約為400美元/噸。2060年碳價(jià)超過了空氣直接碳捕集技術(shù)成本，空氣直接碳捕集技術(shù)是目前成本最高的負(fù)排放技術(shù)，在碳價(jià)高于300美元/噸時(shí)，空氣直接碳捕集技術(shù)將逐漸變得成本有效并開始大規(guī)模捕集CO2（Realmonte et al.，2019）。與European Union（2018）實(shí)現(xiàn)碳中和時(shí)的碳價(jià)350歐元/噸（約為430美元/噸）相比，我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳中和時(shí)的邊際減排成本略低一些；相比于全球?qū)崿F(xiàn)碳中和時(shí)的碳價(jià)水平，即100~1000美元/噸（Rogelj et al.，2015b），我國(guó)邊際減排成本處于中等水平。

（四）能源消費(fèi)總量應(yīng)于2030年進(jìn)入平臺(tái)期，煤油氣消費(fèi)應(yīng)依次達(dá)峰

2060碳中和情景下，隨著碳約束的加強(qiáng)、能效和電氣化水平的提升，中國(guó)一次能源消費(fèi)總量將于2030年起進(jìn)入約10年的平臺(tái)期（消費(fèi)量約為60億噸標(biāo)煤）。2040年后，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源消費(fèi)基本脫鉤，一次能源消費(fèi)總量以年均1%的下降率逐漸下降，2060年降低至50億噸標(biāo)煤，與2020年基本相當(dāng)。與2020年水平相比，我國(guó)單位GDP能源消費(fèi)量2025年下降15%左右、2030年下降28%左右、2060年下降75%左右；2020~2060年單位GDP能源消費(fèi)量年均下降率約為3.5%。

在碳中和情景下，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)將加快向新能源主導(dǎo)型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。煤炭消費(fèi)在2025年左右達(dá)峰后，大幅下降至2060年的5億噸標(biāo)煤左右，其中3/4為近零碳排放煤炭（采用CCS）。隨著交通部門電氣化與交通服務(wù)結(jié)構(gòu)和模式的改變，石油消費(fèi)于2030年左右達(dá)峰，峰值約為10.6億噸標(biāo)煤，而后不斷下降至2060年的3億噸標(biāo)煤。天然氣消費(fèi)在2035年左右達(dá)峰，峰值約為8.3億噸標(biāo)煤，其后逐步降低到2060年2億噸標(biāo)煤左右，其中一半以上為近零碳排放天然氣（采用CCS）。非化石能源發(fā)展速度大幅加快，其占比從2030年的26%，增長(zhǎng)至2060年的80%以上。其中，核電在一次能源消費(fèi)中的占比從2030年的4%，逐漸增長(zhǎng)至2060年的15%。2060年BECCS將利用2.4億噸標(biāo)煤的生物質(zhì)，常規(guī)生物質(zhì)發(fā)電及生物質(zhì)燃油規(guī)模將達(dá)到0.6億噸標(biāo)煤。

（五）加快電氣化和電力系統(tǒng)深度脫碳

未來用電需求隨著人民生活質(zhì)量的提升和經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)而不斷提高。由于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)仍需要能源的支撐，在碳排放約束趨嚴(yán)的情況下，能源系統(tǒng)需要加快非化石能源替代，而電力作為非化石能源的主要利用形式，需要在全社會(huì)各部門更加廣泛的應(yīng)用。預(yù)計(jì)到2025年電力需求將達(dá)8.9萬億千瓦時(shí)左右，到2030年電力需求將達(dá)10.4萬億千瓦時(shí)左右；而后用電量不斷增長(zhǎng)至2060年的15.1萬億千瓦時(shí)。達(dá)到碳中和時(shí)，電力占終端用能的比重達(dá)到70%以上。對(duì)于電力在終端用能中的作用，歐盟在1.5℃溫控研究中也進(jìn)行了分析（European Union，2018）：歐盟在2050年實(shí)現(xiàn)碳中和，電力直接使用在終端用能比重為50%，電制氣、電制液體燃料約占10%，氫氣約占終端用能的10%，其他燃料占30%。

對(duì)于分品種電力，未來煤電與氣電需進(jìn)行CCS技術(shù)改造，非化石電力尤其是風(fēng)光電力需大規(guī)模發(fā)展。對(duì)于常規(guī)煤電，其發(fā)電量將于2025年左右達(dá)峰，約為4.8萬億千瓦時(shí)，而后不斷減少至2050年完全退出市場(chǎng)。為了降低常規(guī)煤電機(jī)組擱淺所帶來的成本，自2035年起，常規(guī)煤電機(jī)組將進(jìn)行CCS改造，部分機(jī)組與生物質(zhì)進(jìn)行摻混燃燒并實(shí)現(xiàn)凈零乃至負(fù)排放。煤電CCS發(fā)電量將從2035年的0.1萬億千瓦時(shí)不斷增長(zhǎng)至2050年的0.9萬億千瓦時(shí)，而后保持相對(duì)穩(wěn)定（2060年占總發(fā)電量的6%）。常規(guī)天然氣發(fā)電量從2020年0.3萬億千瓦時(shí)增長(zhǎng)至2035年的0.4萬億千瓦時(shí)，之后隨著機(jī)組退役與機(jī)組的CCS技術(shù)改造，2060年常規(guī)天然氣發(fā)電量將減少至0.1萬億千瓦時(shí)，主要用于提供調(diào)峰輔助服務(wù)。與此同時(shí)，氣電CCS將于2035年起開始規(guī)模化應(yīng)用，至2060年發(fā)電量將達(dá)到0.4萬億千瓦時(shí)，占總發(fā)電量的2%。核電發(fā)電量由2020年的0.4萬億千瓦時(shí)不斷增長(zhǎng)至2060年的2.6萬億千瓦時(shí)。常規(guī)水電發(fā)電量由2020年的1.3萬億千瓦時(shí)增長(zhǎng)至2060年的1.9萬億千瓦時(shí)。風(fēng)光發(fā)電增長(zhǎng)顯著：風(fēng)電發(fā)電量由2020年的0.5萬億千瓦時(shí)，翻近兩番至2030年的1.7萬億千瓦時(shí)，而后再增長(zhǎng)至2060年的4.5萬億千瓦時(shí)；光伏和光熱發(fā)電由2020年的0.3萬億千瓦時(shí)，翻兩番至2030年的1.2萬億千瓦時(shí)，而后較快增長(zhǎng)至2060年的4.2萬億千瓦時(shí)；風(fēng)光發(fā)電量到2060年將占總發(fā)電量的近60%。隨著碳價(jià)的提高，BECCS技術(shù)將于2045年起開始規(guī)模應(yīng)用，發(fā)電量由2045年的0.1萬億千瓦時(shí)增長(zhǎng)至2060年的0.6萬億千瓦時(shí)。

對(duì)于電力裝機(jī)，將由2020年的22億千瓦增加至2030年的近35億千瓦，而后持續(xù)增長(zhǎng)至2060年的60億千瓦以上（其中風(fēng)光裝機(jī)占約75%）。在地區(qū)分布方面，煤電向新疆、內(nèi)蒙、寧夏、山西等煤價(jià)較低的煤產(chǎn)地集中，煤電CCS也主要集中在新疆和內(nèi)蒙兩地。水電發(fā)展受資源限制明顯，新增裝機(jī)主要集中在華中地區(qū)和西藏。風(fēng)電新增裝機(jī)主要分布在風(fēng)力資源較好的地區(qū)，如新疆、內(nèi)蒙、河北、云南以及福建等。太陽能發(fā)電裝機(jī)則兼顧地域和資源，在光照條件良好和負(fù)荷中心地區(qū)均有較快發(fā)展。BECCS機(jī)組主要分布在生物質(zhì)與碳封存資源較好的地區(qū)，如四川、山東、廣東、吉林等（Wei et al.，2021；科學(xué)技術(shù)部，2019）。

隨著未來非化石能源電力占總發(fā)電量的比例提升和CCS技術(shù)的推廣，電力部門將于2045~2050年間率先實(shí)現(xiàn)碳中和。其中，非化石電力占比從2020年的34%逐漸提高至2025年的43%，2030年提高至55%，2050年較快增長(zhǎng)至90%后保持相對(duì)穩(wěn)定（其中可再生電力占總發(fā)電量的約75%）。Rogelj等（2015b）研究顯示，1.5℃情景下全球需于2050年左右實(shí)現(xiàn)碳中和，該年份下低碳電力（非化石電力與煤/氣CCS電力）占比的中值為97%，與本研究結(jié)果（99%）基本可比。值得注意的是，隨著電力系統(tǒng)中可再生能源發(fā)電占比的提高，2035年起電力系統(tǒng)需要大規(guī)模的配備電化學(xué)儲(chǔ)能、壓縮空氣儲(chǔ)能等儲(chǔ)能裝置，以保障電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。通過大力發(fā)展可再生能源和CCS技術(shù)，在經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的情況下，電力部門將于2050年前實(shí)現(xiàn)碳中和，而后進(jìn)入負(fù)排放階段，為其他難減排部門提供一定的排放空間。

（六）CCUS技術(shù)和碳移除技術(shù)對(duì)全經(jīng)濟(jì)尺度碳中和具有重要意義

2060年，我國(guó)將通過人工CCUS和碳移除技術(shù)分別捕集約14和9億噸CO2。對(duì)于電力部門，煤電CCS、BECCS和氣電CCS機(jī)組將分別在2060年捕集約7、7和1.5億噸CO2。鋼鐵CCS在2035~2045年有一定規(guī)模的工業(yè)示范（2040年捕集約0.3億噸），2050年起開始規(guī)模化應(yīng)用，將捕集2.1億噸CO2，2060年捕集量約為2.9億噸CO2。化工CCS將從2035年捕集0.1億噸CO2不斷增加至2060年捕集近2億噸CO2。水泥CCS將從2035年捕集0.6億噸CO2不斷增加至2060年捕集近1億噸CO2。碳捕集成本高達(dá)300美元/噸的DAC技術(shù)將在2060年開始規(guī)模化應(yīng)用，捕集達(dá)到實(shí)現(xiàn)碳中和需要的剩余1.7億噸CO2排放。

實(shí)現(xiàn)碳中和需要識(shí)別主要部門的減排難度及相應(yīng)碳排放情況。在2050~2060年，工業(yè)部門是減排難度較大的部門，2060年仍將排放近4億噸CO2；電力部門將率先實(shí)現(xiàn)負(fù)排放，2060年將為其他部門提供5.6億噸的排放空間；2060年交通部門、建筑部門（只考慮直接排放）和其他部門的碳排放量基本相當(dāng)，分別為1.5、0.9和1億噸；2060年DAC技術(shù)的捕集量將能基本抵消建筑部門和其他部門的排放量。

（七）達(dá)峰前減排由能效提升主導(dǎo)，達(dá)峰后能源替代與碳捕集減排貢獻(xiàn)顯著

要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，不僅要通過能效提升（包括技術(shù)進(jìn)步、結(jié)構(gòu)調(diào)整、管理等）、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化（包括非化石能源替代與煤改氣等化石能源內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化）、發(fā)展人工CCUS和碳移除技術(shù)等手段減少經(jīng)濟(jì)體的碳排放存量，也要通過上述方式抵消由經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)所帶來的碳排放增量。為了識(shí)別上述因素在不同時(shí)期的碳減排貢獻(xiàn)，本研究應(yīng)用對(duì)數(shù)平均迪氏指數(shù)法（Logarithmic Mean Divisia Index，LMDI）（Ang，2005；Ang and Liu，2007）進(jìn)行了因素分解研究。

研究顯示，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)仍是碳排放增加的主要驅(qū)動(dòng)因素，而隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與碳排放的逐漸脫鉤，由經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)所帶來的碳排放增量將由“十四五”期間的28億噸CO2逐漸下降至“十六五”的17億噸，2046~2050年進(jìn)一步下降至約5億噸，2055~2060年基本實(shí)現(xiàn)碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的完全脫鉤。

能效提升（包括技術(shù)進(jìn)步、結(jié)構(gòu)調(diào)整、管理等）在達(dá)峰前的減排貢獻(xiàn)顯著，而后隨著能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的深入及人工CCUS和碳移除技術(shù)的發(fā)展，能源碳強(qiáng)度不斷下降，能效提升減排貢獻(xiàn)不斷下降。未來10年能效提升在所有減排因素中的減排比重達(dá)67%，2031~2035年減排貢獻(xiàn)度下降至50%，2036~2050年進(jìn)一步下降至36%，2051~2060年僅為11%。

能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，非化石能源替代與化石能源內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化的減排貢獻(xiàn)皆先增后降。對(duì)于非化石能源替代，其減排貢獻(xiàn)度由未來10年的24%提升至2031~2035年的37%，2036~2050年減排貢獻(xiàn)度進(jìn)一步提升至38%，而后隨著人工CCUS和碳移除技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用，2051~2060年下降至19%；相應(yīng)的，減排量由“十四五”期間的6億噸增長(zhǎng)至2036~2040年的近15億噸，而后開始下降，2046~2050年降至6億噸左右，2051~2060年減排貢獻(xiàn)約為5億噸。對(duì)于化石能源內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化，煤炭、石油、天然氣的單位能源碳排放量依次下降，當(dāng)化石能源結(jié)構(gòu)中煤炭比重下降、石油和天然氣比重提高，單位化石能源的碳排放量將逐漸下降，從而實(shí)現(xiàn)碳減排。隨著煤炭、石油、天然氣分別在“十四五”、“十五五”、“十六五”時(shí)期達(dá)峰，2035年前化石能源內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化的減排貢獻(xiàn)不斷提高，由“十四五”期間的約2億噸提升至“十六五”期間的近3億噸，而后隨著化石能源消費(fèi)總量的下降和人工CCUS和碳移除技術(shù)的推廣，減排貢獻(xiàn)逐漸下降。化石能源內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化的減排貢獻(xiàn)度將從未來10年的9%提升至“十六五”的10%，2036~2050年下降至3%，2041~2060年僅為1%。

人工CCUS和碳移除技術(shù)在碳達(dá)峰后的減排貢獻(xiàn)將大幅提升，從“十六五”期間的不到1億噸快速提升至2046~2050年的8億噸，2056~2060年進(jìn)一步提升至12億噸。減排貢獻(xiàn)比例將由“十六五”期間的3%左右提升至2036~2050年的23%，2051~2060年進(jìn)一步提升至69%。

六、不確定性討論

基于模型模擬結(jié)果，本研究參考國(guó)務(wù)院發(fā)展研究中心資環(huán)所、國(guó)家發(fā)展改革委能源研究所、國(guó)家氣候戰(zhàn)略中心等團(tuán)隊(duì)的研究成果（以上團(tuán)隊(duì)研究成果均未正式發(fā)表，大多以內(nèi)部座談會(huì)等形式交流獲得），重點(diǎn)圍繞2個(gè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（GDP增速與碳價(jià)），7個(gè)能源指標(biāo)（一次能源消費(fèi)量、化石能源消費(fèi)量、非化石能源在一次能源消費(fèi)中比重、非化石電力在總發(fā)電量中比重、電力占終端消費(fèi)比重、總用電量、分品種電力發(fā)電量），3個(gè)碳指標(biāo)（能源相關(guān)碳排放量、人工CCUS和碳移除量、分部門碳排放）進(jìn)行了不確定性討論，詳見論文原文。

未來我國(guó)經(jīng)濟(jì)增速將隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)所處階段的不同，由“十四五”期間的5.5%~6%逐漸向2060年的2.5%~3%轉(zhuǎn)變。整體而言，2035年GDP將相比2020年翻一番，2050年GDP約為2020年的3倍，2060年將相比2020年翻兩番。相對(duì)于大概率分布區(qū)間，在碳中和情景下，本研究對(duì)2050年前的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)預(yù)測(cè)較為樂觀，2050年后隨著社會(huì)主義現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，GDP增速將放緩，逐漸接近區(qū)間下限。對(duì)于碳中和目標(biāo)下的碳價(jià)水平，預(yù)計(jì)2030年將在15~18美元/噸CO2左右，2050年將超過100美元/噸CO2，2060年將達(dá)到390~415美元/噸CO2，即2650~2820元/噸CO2。由于本研究2060碳中和情景的碳排放軌跡處于大概率分布區(qū)間中間偏上的位置，所以碳價(jià)處于區(qū)間中間偏下位置。

一次能源消費(fèi)量于“十六五”期間達(dá)峰，峰值約為59~62億噸標(biāo)煤，而后將進(jìn)入平臺(tái)期，2040年后隨著能效提升，逐漸下降至2060年的48~51億噸標(biāo)煤。本研究2060碳中和情景下的一次能源消費(fèi)量處于大概率分布區(qū)間中間位置。對(duì)于化石能源消費(fèi)量，本研究2060碳中和情景對(duì)近零碳排放煤炭與近零碳排放天然氣應(yīng)用規(guī)模的判斷較為慎重，消費(fèi)量處于大概率分布區(qū)間中間偏下的位置；若未來CCUS技術(shù)成本進(jìn)一步下降且經(jīng)濟(jì)有效的碳利用途徑增加，近零碳排放煤炭與天然氣應(yīng)用規(guī)模有望進(jìn)一步增加。2060年實(shí)現(xiàn)碳中和時(shí)，人工碳捕集、利用與封存量將達(dá)到9~15億噸CO2，人工碳移除量將達(dá)到6~9億噸；本研究2060碳中和情景結(jié)果位于區(qū)間中值。

非化石能源的發(fā)展可以分為3個(gè)時(shí)期：準(zhǔn)備期、加速期與穩(wěn)定期，分別為2020~2030年、2030~2050年和2050~2060年。對(duì)應(yīng)的，非化石能源在一次能源中的比重將由2020年的16%逐漸增長(zhǎng)至2030年的25%~28%；而后隨著新能源和儲(chǔ)能等技術(shù)的成熟，非化石能源應(yīng)用規(guī)模快速擴(kuò)大，其比重快速增長(zhǎng)至2050年的60%~70%；隨著易開發(fā)資源被基本開發(fā)、易電氣化領(lǐng)域已基本實(shí)現(xiàn)電氣化、以及CCUS技術(shù)基本成熟，非化石能源在一次能源中的比重增長(zhǎng)變緩，到2060年該比重為75%~85%。本研究2060碳中和情景的研究結(jié)果在2030年前與國(guó)家政策目標(biāo)基本一致，位于區(qū)間中等偏下位置；2030~2060年情景預(yù)測(cè)結(jié)果處于區(qū)間中值。關(guān)于非化石電力在總發(fā)電量中的比重趨勢(shì)，2040年前情景研究結(jié)果相對(duì)樂觀，處于區(qū)間上限；2050年后，隨著非化石電力占比達(dá)到90%，綜合考慮電網(wǎng)穩(wěn)定性與安全性問題，非化石電力占比將維持在該水平，處于區(qū)間中值。終端電氣化率將由當(dāng)前的27%逐步增長(zhǎng)至2060年的70%~80%，呈不斷加快趨勢(shì)。

七、結(jié)論與政策建議

中國(guó)—全球能源模型與電力、交通和建筑技術(shù)模型的情景模擬分析顯示，我國(guó)要實(shí)現(xiàn)2060年碳中和目標(biāo)，能源與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)就必須進(jìn)行深刻的轉(zhuǎn)型。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型的主要技術(shù)路徑和政策措施包括以下幾個(gè)方面。

1.明確碳排放總量控制路徑

能源相關(guān)碳排放在“十五五”中期達(dá)到峰值，峰值水平在105億噸以內(nèi)，2035年在峰值水平基礎(chǔ)上下降15%左右，2050年下降75%以上，2060年前實(shí)現(xiàn)全經(jīng)濟(jì)尺度碳中和。進(jìn)行分部門碳排放總量管理，推動(dòng)建筑（僅考慮直接排放）、電力、工業(yè)與交通部門依次達(dá)峰，達(dá)峰年分別為2025年前、2025年左右、2025年左右與2030年左右。

2.進(jìn)一步提高能源利用效率

通過產(chǎn)業(yè)升級(jí)和結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)節(jié)能和管理節(jié)能等措施，與2020年水平相比，我國(guó)單位GDP能源消費(fèi)量2025年下降15%左右、2030年下降28%左右，2050年下降65%左右，2060年下降75%以上。能源消費(fèi)總量于“十六五”期間進(jìn)入平臺(tái)期，2040年以后開始下降，2060年用能水平與2020年基本相當(dāng)。碳達(dá)峰前，減排量由能效提升所主導(dǎo)實(shí)現(xiàn)，該措施將貢獻(xiàn)超過60%的減排量。

3.持續(xù)推進(jìn)以新能源為主體的能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化

要實(shí)現(xiàn)2030年前碳達(dá)峰目標(biāo)和2060年前碳中和目標(biāo)，需要持續(xù)推進(jìn)以新能源為主體的能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，促使非化石能源在一次能源消費(fèi)中的比重2030年上升到25%以上，2050年進(jìn)一步增長(zhǎng)至65%左右，2060年達(dá)到80%以上。碳達(dá)峰后，到本世紀(jì)中葉，能源替代將比能效提高發(fā)揮更大的作用，貢獻(xiàn)40%左右的減排量。

4.大力推進(jìn)電氣化和電力系統(tǒng)深度脫碳

電氣化對(duì)于能源經(jīng)濟(jì)深度脫碳至關(guān)重要。終端能源中的電力占比2030年提高到32%左右，2050年提高到55%以上，2060年提高到70%以上。到2030年，電力系統(tǒng)風(fēng)電、光伏裝機(jī)分別將達(dá)到6.5億千瓦和9.5億千瓦，風(fēng)光發(fā)電量占比超過25%，非化石能源發(fā)電占比超過55%。到2050年以后，非化石電力占比達(dá)到90%以上，電力系統(tǒng)應(yīng)率先于2045~2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放，而后進(jìn)入負(fù)排放階段。常規(guī)煤電在“十四五”期間裝機(jī)達(dá)到峰值，2030年后進(jìn)入快速退出軌道，將在2050年前后基本完全退出。

5.積極推動(dòng)CCUS和碳移除技術(shù)的研發(fā)、示范和推廣

實(shí)現(xiàn)工業(yè)、交通、建筑部門零排放代價(jià)很大，需考慮通過發(fā)展BECCS、煤電CCS和氣電CCS等技術(shù)，率先實(shí)現(xiàn)電力部門的負(fù)排放（2060年負(fù)排放近6億噸），并通過發(fā)展鋼鐵等部門的CCUS技術(shù)促進(jìn)工業(yè)部門的深度減排；同時(shí)發(fā)展空氣直接碳捕集技術(shù)，使其在2060年形成近2億噸的負(fù)排放能力，從而以更低的成本實(shí)現(xiàn)全經(jīng)濟(jì)尺度的能源相關(guān)CO2排放的碳中和，并為在2060年后進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)負(fù)排放奠定基礎(chǔ)。在實(shí)現(xiàn)碳中和的最后一段時(shí)期，人工CCUS和碳移除技術(shù)將發(fā)揮關(guān)鍵作用。

6.充分發(fā)揮碳定價(jià)機(jī)制在能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型中的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)

碳定價(jià)機(jī)制將是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要手段。未來我國(guó)在積極發(fā)揮碳排放權(quán)交易體系的作用基礎(chǔ)上，對(duì)碳市場(chǎng)覆蓋以外的行業(yè)，如交通和建筑領(lǐng)域，可以考慮引入碳稅。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)我國(guó)的碳價(jià)水平2025年不應(yīng)低于近70元/噸（約為10美元/噸），2030年不應(yīng)低于100元/噸（約為15美元/噸），2035年不應(yīng)低于180元/噸（約為25美元/噸），2050年不應(yīng)低于700元/噸（約為100美元/噸）。

原文刊發(fā)：張希良、黃曉丹、張達(dá)、耿涌、田立新、范英、陳文穎：《碳中和目標(biāo)下的能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型路徑與政策研究》，2022年第1期，第35~51頁。