摘要

碳中和已成為引領(lǐng)中國中長期可持續(xù)發(fā)展的綱領(lǐng)性目標。通過對已有研究成果的梳理與評述,從目標內(nèi)涵和實現(xiàn)路徑兩個方面探討了“碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革”這一重要命題。中國碳中和目標與全球溫控2℃/1.5℃目標內(nèi)涵一致,需要以階段性減排成效為基礎(chǔ)制定中期行動方案來逐步實現(xiàn)長期減排目標。作為實現(xiàn)碳中和目標的兩個主要路徑,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”之間有著互補與沖突并存的矛盾關(guān)系,這需要在政府頂層設(shè)計、行業(yè)協(xié)作創(chuàng)新和企業(yè)實踐推廣的聯(lián)合支持下,借助“電力、碳、金融”等市場化工具的強外部作用力,加強對切實可行、經(jīng)濟可負擔的零碳、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。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程,近期以強化儲能和需求響應(yīng)等靈活性資源的應(yīng)用及加快終端電氣化進程為主,中期要加強能源互聯(lián)、推動低碳材料和負排放技術(shù)的示范應(yīng)用,遠期評估現(xiàn)實可行且成本可負擔的全面碳中和方案,確保碳中和轉(zhuǎn)型重塑的安全經(jīng)濟可靠。

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℃以內(nèi)、并努力控制在1.5℃以內(nèi)的目標,為實現(xiàn)氣候治理目標,全球要“在21世紀下半葉實現(xiàn)溫室氣體源的人為排放與匯的清除之間的平衡”,即實現(xiàn)“碳中和”^[1]。2020年9月,中國鄭重承諾2030年前實現(xiàn)碳達峰、努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和^[2],引起了國內(nèi)外的熱烈討論。2021年3月,中央財經(jīng)委員會第九次會議研究討論了促進平臺經(jīng)濟健康發(fā)展問題和實現(xiàn)碳達峰、碳中和的基本思路和主要舉措,明確了要如期實現(xiàn)2030年前碳達峰、2060年前碳中和的目標^[3]。碳中和已成為引領(lǐng)中國中長期可持續(xù)發(fā)展的綱領(lǐng)性目標。

2019年,中國與能源相關(guān)的CO₂排放占全球的28.8%^[4],其碳中和目標有望使21世紀的全球變暖減少0.24℃,能夠提高中國的GDP且對其他國家產(chǎn)生積極的“溢出”效應(yīng)^[5]。然而,2060年前碳中和目標對中國是一個巨大的挑戰(zhàn)。一方面,中國雖然提前實現(xiàn)了“2020年GDP碳排放強度比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量尚未達峰、仍將持續(xù)增長^[7];另一方面,歐美等發(fā)達國家從碳達峰到碳中和有40~80年的時間^[4],而中國力爭在30年左右的時間內(nèi)實現(xiàn)CO₂從百億t降至零的快速減排,意味著中國低碳轉(zhuǎn)型力度將遠超發(fā)達國家。時間緊迫、任務(wù)艱巨是中國碳中和愿景最直觀的寫照。

全球變暖和低碳減排是近年來的熱門研究話題,很多學(xué)者對全球及中國的碳減排問題進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2030年碳達峰可行性^{[14,15,16,17]}、2℃/1.5℃目標下減排情景與路徑^[18,19,20]、低碳轉(zhuǎn)型機制^[21,22,23]與政策評估^{[24,25,26,27,28]}等,尤其是對能源^{[29,30,31,32]}、電力^{[33,34,35,36]}、建筑^[37,38]等主要CO₂排放部門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、時間尺度、轉(zhuǎn)型力度、路徑策略等方面與中國碳中和目標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,借鑒意義大于實際應(yīng)用意義。關(guān)于中國碳中和的討論尚處于起步階段,對碳中和目標內(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。因此,本文從目標內(nèi)涵和實現(xiàn)路徑兩個方面對現(xiàn)有碳中和研究的成果、進展及觀點進行綜述和討論,旨在加深對碳中和的認識、探討可行的解決方案,為中國碳中和研究提供參考。

1 中國碳中和愿景的目標內(nèi)涵

目前全球已有85個國家提出了碳中和目標,但各國對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。對碳中和概念界定的差異,一方面是因為目標實現(xiàn)難度不同,CO₂可以通過加大清潔能源利用和固碳的方式實現(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)計難度的區(qū)別,與甲烷等氣體相比,CO₂在大氣中存留時間更長、占比高、且容易統(tǒng)計核算,通常會將CO₂視為溫室氣體的代表^[41]。

中國尚未對碳中和給出明確的官方解釋,而不同的目標內(nèi)涵意味著未來減排難度與轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)的差異。廣義碳中和要求中國2060年前自然碳匯要抵消非CO₂溫室氣體、工業(yè)生產(chǎn)過程CO₂和能源活動CO₂。2014年,中國溫室氣體排放總量巨大（見表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]。中國自然碳匯規(guī)模較少,但存在被低估的可能,未來發(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年中國非CO₂溫室氣體排放量在12億~21億t CO₂當量范圍內(nèi)^[41]。除了非CO₂溫室氣體,工業(yè)生產(chǎn)過程的CO₂排放也不能完全避免^[46]。而與前兩者相比,能源活動的CO₂排放雖然體量巨大,但減排難度相對較小,通過能源清潔替代和電能替代可以貢獻約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)過程CO₂,廣義碳中和目標意味著2060年中國的CO₂只有很少的排放空間,甚至要實現(xiàn)負排放;而選擇狹義碳中和目標,與能源活動和工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的CO₂仍有一定的排放空間。廣義碳中和目標下,減少與能源活動、工業(yè)過程相關(guān)的CO₂的凈排放量,從源頭減少非CO₂溫室氣體排放,對已排放到空氣中的CO₂進行回收,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]。

中國的減排行動與《巴黎協(xié)定》溫控目標相一致?！栋屠鑵f(xié)定》雖然初步構(gòu)建了各國參與全球溫室氣體減排的平臺,但對于各自的減排責(zé)任存在較大爭議。2℃目標下,IPCC提出的碳配額分配方案中,中國累計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個百分點^[18]。不同的配額分配方案意味著未來減排的難度和所付出的經(jīng)濟代價存在很大差別,其中,用“人均累計排放指標”來分配未來CO₂排放空間,能較好地體現(xiàn)國際公平正義的準則^[8]?；诓煌寂漕~分配方案,2℃和1.5℃目標對中國碳中和實現(xiàn)時間的要求分別是2075年前后和2060年前后^[18]。這表明,中國提出的2060年前碳中和承諾在實現(xiàn)溫室氣體凈零排放的時間節(jié)點上與《巴黎協(xié)定》更為嚴格的1.5℃目標是一致的。中國2060年前實現(xiàn)碳中和,實際上就是要努力實現(xiàn)以1.5℃目標為導(dǎo)向的長期深度脫碳轉(zhuǎn)型路徑^[48]。但二者存在很大區(qū)別,中國碳中和目標并未設(shè)定累積排放值目標,而1.5℃溫控目標則是要求隨時間累積的排放量限定在一定范圍內(nèi)。對于中國而言,仍在增長的CO₂排放會快速消耗碳配額量,增長持續(xù)的時間越長、CO₂排放峰值越高,累積排放量也就越高,實現(xiàn)1.5℃溫控目標的難度越大^[49]。雖然1.5℃目標的實現(xiàn)難度要高于碳中和目標,但以1.5℃目標為導(dǎo)向的減排措施能夠顯著提高實現(xiàn)碳中和目標的可能性^[20,50],加強2030年之前的短期減排行動力度有助于對沖碳中和目標達成的不確定性風(fēng)險^[51]。

表1   2014年中國溫室氣體排放量

Table 1  China's greenhouse gas emissions inventory in 2014億t CO₂當量

注：數(shù)據(jù)來源于《中華人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告》;“0.00”表示該值<0.005億t CO₂當量,“-”表示無此項,負值表示碳匯。

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根據(jù)1.5℃情景全球CO₂排放配額推算中國未來的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2011—2050年CO₂排放配額為1380億~2450億t,其中,2050年碳排放量相對2010年要下降60%~92%^[18];(2)根據(jù)實現(xiàn)1.5℃目標的概率水平（50%和67%）和不同碳配額分配方案,估算中國未來的可排放空間,由于概率水平的作用,其結(jié)果要低于第一種估算方式^[20]?？紤]到化石能源基礎(chǔ)設(shè)施的長壽命、高排放特性,中國現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施在2021—2058年間將累計排放2420億t CO₂^[52]。這是不考慮繼續(xù)新建化石能源項目的理想結(jié)果,但仍然嚴重超出IPCC碳配額上限。為實現(xiàn)1.5℃目標,中國需要謹慎對待燃煤電站^[53],并通過綜合減排手段加快降低GDP的碳強度^[54];不同預(yù)測模型的結(jié)果顯示,到2050年,中國能源活動的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具有相似的內(nèi)涵,CO₂排放值的差異意味著中國的目標強度、減排方式、減排軌跡、經(jīng)濟代價和政策組合的不同。相比之下,更為嚴格的廣義碳中和所要求的減排力度與經(jīng)濟代價要遠高于狹義碳中和,2020—2050年間,1.5℃目標導(dǎo)向下中國能源系統(tǒng)所需新增投資要比2℃目標高出38萬億元人民幣^[48],并更加注重能源領(lǐng)域負排放技術(shù)的發(fā)展,這不可避免地對經(jīng)濟產(chǎn)生負面影響^[55]。與1.5℃目標契合的廣義碳中和目標雖然難度巨大,但依然有實現(xiàn)的可能性^[56],而且挑戰(zhàn)與機遇并存,嚴格的氣候目標對經(jīng)濟發(fā)展、能源安全、社會民生、生態(tài)環(huán)境將產(chǎn)生巨大的協(xié)同效益,累計創(chuàng)造的社會福利將遠超轉(zhuǎn)型投入與損失^[5,7]。

然而,實際情況是,中國高耗能行業(yè)比重大、對化石能源依賴度高、城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速等因素使得中國的高碳路徑效應(yīng)很強、排放慣性大^[57],其能源活動的CO₂排放仍處于增長階段。按照“十四五”規(guī)劃,2020—2025年的排放量大約有5%~10%的增長空間（取決于GDP的增長率）^[58]。能源活動的碳減排是中國實現(xiàn)碳中和目標必須完成的最為龐大、最為復(fù)雜的工程,將是一個長周期的多要素、多維度共同演化的、動態(tài)的深刻變遷過程^[59]。這是因為能源活動涵蓋了社會生產(chǎn)生活的所有環(huán)節(jié),要打破原有的高能源強度、高碳密度的發(fā)展軌跡,不能僅靠單個部門的減排行動,而是要實現(xiàn)社會經(jīng)濟全鏈式的低碳轉(zhuǎn)型升級^[60]。為實現(xiàn)碳中和目標,到2060年,工業(yè)過程CO₂排放和非CO₂溫室氣體要控制在10億t CO₂當量左右^[51],依據(jù)減排力度與情景設(shè)定不同,能源活動CO₂排放量的估計結(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,電力部門將實現(xiàn)負排放來抵消其他部門的能源CO₂排放^{[60-61,64-65]}。從目標實現(xiàn)過程來看,中國需要依靠提高能效與非化石能源比重來實現(xiàn)CO₂排放盡早低位達峰^[19],將能源活動的CO₂排放控制在105億~108億t以內(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,實施大規(guī)模的可再生能源替代才能實現(xiàn)能源系統(tǒng)快速減排至近零排放,2050年一次能源消費中的80%和55%（甚至更高）分別來自低碳能源和非生物質(zhì)可再生能源^[66],此時依靠自然碳匯可提前實現(xiàn)狹義碳中和目標;但廣義碳中和目標要求碳捕獲技術(shù)達到一定的規(guī)模,以實現(xiàn)能源行業(yè)負排放（圖1)。以1.5℃情景下2050年中國碳減排貢獻為例,不同模型假設(shè)的結(jié)果顯示,碳捕獲技術(shù)貢獻了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)貢獻潛力能達到很高的水平,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者^[19,55,66]。同時,系統(tǒng)化和標準化的轉(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CO₂減排差異

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

 

中國是全球氣候治理的重要貢獻者,更積極有力的減排措施可以加速全球氣候治理進程,為減排工作留足空間,同時也會為中國帶來經(jīng)濟競爭力提升、社會良性發(fā)展、生態(tài)環(huán)境改善等多重協(xié)同效益和新的發(fā)展機遇,形成“減排創(chuàng)造發(fā)展新機遇、發(fā)展培育減排新動力”的良性循環(huán)。碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革,需要權(quán)衡發(fā)展與減排的關(guān)系。中國雖然用較短時間完成了工業(yè)化進程,但經(jīng)濟發(fā)展水平和能源轉(zhuǎn)型進程仍落后于發(fā)達國家,需要慎重決策碳中和目標的具體要求。從“十四五”規(guī)劃綱要制定CO₂排放強度目標而非總量目標可以看出,中國選擇的是生態(tài)優(yōu)先、綠色低碳的高質(zhì)量發(fā)展之路,兼顧經(jīng)濟發(fā)展與低碳轉(zhuǎn)型;從中國碳減排承諾目標及實施的歷程來看,中國持續(xù)推進經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型,是以階段性減排成效為基礎(chǔ)制定中期行動方案來逐步實現(xiàn)長期減排目標。預(yù)計中國將在實現(xiàn)CO₂排放達峰目標后才會初步明確碳中和的目標要求及相關(guān)細節(jié)。

2 中國碳中和目標的實現(xiàn)路徑

中國碳中和是一個長期且需不斷探索的社會轉(zhuǎn)型過程,需要借鑒國內(nèi)外減排經(jīng)驗、權(quán)衡發(fā)展形勢,明確碳中和的遠期愿景和總體方針,進而制定減排技術(shù)路線圖及配套的政策和市場機制,最終構(gòu)建以碳中和目標為導(dǎo)向的“經(jīng)驗—方針—技術(shù)—機制”減排路徑體系（圖2)。

圖2

圖2   中國碳中和轉(zhuǎn)型體系架構(gòu)

Fig. 2   Transition framework of China's carbon neutrality

 

全球多個國家和地區(qū)已將碳中和目標納入法律框架或正在進行立法工作,為溫室氣體減排行動和配套制度設(shè)計奠定了強有力的基礎(chǔ)^[68]。中國雖然還未開展碳中和立法工作,但已明確要把碳達峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局,并于2021年5月27日成立了碳達峰碳中和工作領(lǐng)導(dǎo)小組,意味著碳達峰、碳中和工作進入了新的階段。考慮到全球溫室氣體排放量的73%源于能源消耗,其中38%來自能源供給部門,35%來自建筑、交通、工業(yè)等能源消費部門,為實現(xiàn)碳中和目標,部分國家制定了以產(chǎn)業(yè)政策為主的減排路線圖：(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、碳儲存;(5)減輕農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放,加強植樹造林^[69]。中國現(xiàn)行的減排行動與其他國家的共同點體現(xiàn)在節(jié)能提效、可再生能源、電動汽車、植樹造林等方面,但受限于經(jīng)濟發(fā)展階段和資源稟賦約束,中國在降低工業(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)動的電氣化戰(zhàn)略兩個關(guān)鍵“抓手”來推進碳減排工作。

目前對中國碳中和實現(xiàn)路徑的研究可以劃分為兩個方向,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)來實現(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足全社會的用能需求,可再生能源占一次能源比重達到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,實現(xiàn)能源利用和工業(yè)生產(chǎn)過程深度減排。但高比例非化石能源系統(tǒng)必須解決風(fēng)電和太陽能發(fā)電等可變的可再生能源的波動性與間歇性問題^[70]。雖然很多研究表明,儲能^[71]、需求響應(yīng)^[72]、多元靈活性技術(shù)^[73]和先進的輸電網(wǎng)絡(luò)^[74]等措施有望友好地兼容新能源發(fā)電的特性,但存在電價大幅上漲（如德國）^[75]、極端天氣時電力系統(tǒng)可靠性不足（如寒潮時中國江西和湖南、美國得克薩斯州)^[76]等風(fēng)險。凈零圖景則是依然保留一定規(guī)模的化石能源,通過碳鏈技術(shù)實現(xiàn)CO₂的儲存、循環(huán)利用（即CCS、CCUS),2060年CO₂移除年規(guī)模要達到10億t以上^[7,77],達到凈零CO₂排放的要求。其優(yōu)勢是對CO₂的去除效率可達到90%^[78],能夠消除化石能源的高碳屬性,減少中國化石能源快速退出可能引發(fā)的轉(zhuǎn)型風(fēng)險和負面影響^[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)濟性、碳儲存的規(guī)模潛力和生態(tài)安全風(fēng)險等問題,大規(guī)模部署的可能性尚未得到證實^[12,19,81]。實際上,零碳圖景與凈零圖景之間存在一定的沖突。零碳圖景中CO₂排放較早達峰和隨后的大幅減排降低了1.5℃目標對負排放技術(shù)的依賴,而凈零圖景中碳捕獲技術(shù)的發(fā)展對風(fēng)能、核能等清潔能源技術(shù)具有較強的擠出效果,對未來碳鏈技術(shù)的過度依賴,可能會降低近期的減排熱情從而延誤轉(zhuǎn)型的最佳時機^[20]。由此可見,高比例非化石能源和化石能源脫碳化均是實現(xiàn)碳中和目標的可選替代路徑,但需要進一步討論二者在系統(tǒng)可塑性、經(jīng)濟適用性和減碳潛力等方面的優(yōu)劣與風(fēng)險,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。

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總體方向的概括,需要切實可行、經(jīng)濟可負擔的零碳、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,對電力與熱力、制造業(yè)、工業(yè)過程、建筑、交通和農(nóng)業(yè)等主要排放部門減碳方案的討論的核心思路是,建立清潔電力驅(qū)動的以低碳燃料、原料與工藝為中心的高能效碳中和社會經(jīng)濟體系,具體包括零碳電力（如可再生耦合儲能、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)用場景擴展、多元技術(shù)耦合等方面還需要較長時間實現(xiàn)突破,即便是現(xiàn)已廣泛使用的新能源、儲能、數(shù)字化技術(shù)依然有很大的進步空間,如提高新能源自身電力穩(wěn)定性、提升儲能的能量密度與供能時長、能源子系統(tǒng)全面數(shù)字化連通等。從不同CO₂排放源的減排貢獻來看,以2030年排放量為基準,電力、工業(yè)、交通和建筑分別為2060年碳中和貢獻39%、28%、11%和6.6%的減排量^[7]。就具體的技術(shù)減排貢獻度而言,能效提升和再生資源利用能夠直接降低能源消費量,對中國碳減排的貢獻度最高可達68.5%^[55];非化石零碳電力驅(qū)動的電氣化工程將使得終端能源消費中電能比重提升至2060年的66%以上^[7],其減排貢獻度最高可達46.7%^[55];負排放技術(shù)（不包含火電和工業(yè)過程的碳捕獲）的減排貢獻度可達3.9%~17.5%^[55]。這些碳中和技術(shù)的進步與應(yīng)用具有很強的協(xié)同性和創(chuàng)新溢出效應(yīng),某一項技術(shù)的創(chuàng)新性成果往往會帶動相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的進步^[51],未來碳中和關(guān)鍵革命性技術(shù)突破將是多種技術(shù)融合的產(chǎn)物,重塑中國的社會發(fā)展范式。

碳中和實現(xiàn)路徑的推演與設(shè)計是CO₂排放軌跡約束下考慮可行技術(shù)的經(jīng)濟性潛力優(yōu)勢的評估結(jié)果,而其中隱含的假設(shè)是,新技術(shù)會在外部推力的作用下逐漸具備替代舊技術(shù)的成本競爭力,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上網(wǎng)進程。這表明,長周期、高投入的新技術(shù)的發(fā)展與普及嚴重依賴公共政策支持^[88,89]。碳中和零碳體系的長期演變需要更廣泛的政策制度體系創(chuàng)新的支持,通過法律、規(guī)則、市場、基礎(chǔ)設(shè)施、社會理念等方式,將低碳發(fā)展嵌入到經(jīng)濟發(fā)展模式、能源開發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新和消費方式等全社會圖景中^[59]。為適應(yīng)不同發(fā)展階段對能源電力的需求,通過出臺和完善能源相關(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、超低排放標準、配套電價補貼政策、電力市場化改革等一系列政策組合,中國的低碳能源轉(zhuǎn)型已取得突出成效^[90]。但延續(xù)現(xiàn)有模式無法實現(xiàn)2060年碳中和^[7]。中國已出臺《關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和《2030年前碳達峰行動方案》兩個重磅綱領(lǐng)性文件,構(gòu)建了“1+N”的頂層政策機制,為進一步明確碳達峰、碳中和的時間表、路線圖、施工圖指明了方向。下一步,中國需以此作為開展低碳轉(zhuǎn)型工作的戰(zhàn)略指導(dǎo)思想,鼓勵行業(yè)協(xié)會、科研院所、高端智庫、先進企業(yè)、金融機構(gòu)等聯(lián)合發(fā)布產(chǎn)業(yè)藍皮書,明確技術(shù)突破的政策保障、可行方向、關(guān)鍵節(jié)點、綠色投融資、技術(shù)標準、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程,近期要強化儲能和需求響應(yīng)等靈活性資源的應(yīng)用及加快終端電氣化進程,中期加強能源互聯(lián)、推動低碳材料和負排放技術(shù)的示范應(yīng)用,遠期評估現(xiàn)實可行且成本可負擔的全面碳中和方案,確保碳中和轉(zhuǎn)型重塑的安全、經(jīng)濟、可靠。

轉(zhuǎn)型需要外部沖擊和壓力為新技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造機會,而隨著退補貼時代的到來,市場成為推動低碳技術(shù)快速進步與應(yīng)用的強外部作用力^[59]。中國的電力市場和碳市場（雙市場）均立足于促進清潔能源發(fā)展、減少CO₂排放,具有很強的協(xié)同耦合性^[91,92]。電力市場的邊際出清原則使得新能源被優(yōu)先調(diào)度,碳市場對高碳企業(yè)施加成本約束、對低碳企業(yè)產(chǎn)生激勵作用,二者的耦合進一步改變了電力市場發(fā)電供應(yīng)曲線和出清電價,約束抑制化石能源電廠的市場競爭力,為非化石能源發(fā)電提供了額外的經(jīng)濟激勵和強大的價格信號^[93]。合理的交易機制能夠有效促進行業(yè)碳減排、減少轉(zhuǎn)型帶來的經(jīng)濟損失^[94,95]。但中國的雙市場處于初始探索階段,仍需進一步完善市場制度和耦合機制。碳中和目標下,電力市場要建立起反映電能時間和空間價值的合理的實時電價機制,完善靈活性資源及新型輔助服務(wù)交易機制,并結(jié)合容量機制來保障電力資源的充裕度,引導(dǎo)投資^[92,96]。碳市場要從試點地區(qū)先行逐漸走向重點行業(yè)開展的全國性交易,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,確保碳價維持在合理區(qū)間;采取分階段建設(shè)原則,定期根據(jù)實施的效果進行階段性回顧評估,根據(jù)實踐過程中遇到的問題不斷調(diào)整和完善^[91,97-98]。對于雙市場的協(xié)同耦合,考慮環(huán)境、經(jīng)濟、激勵的有效性及覆蓋、結(jié)果的公平性^[91],前期要防范二者市場機制產(chǎn)生相互抵消的負效應(yīng),即由于碳價過低而影響深化電力體制改革對于節(jié)能減排的要求^[92,99];逐步將所有電力企業(yè)納入到雙市場中,電價機制設(shè)計應(yīng)合理考慮碳成本,實現(xiàn)化石能源發(fā)電CO₂排放外部成本內(nèi)部化,有序擴大對可再生能源發(fā)電的支持范圍,共同推動煤電供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,淘汰落后機組;遠期強化低碳減排技術(shù)應(yīng)用和吸引低碳投資共同推動電力低碳轉(zhuǎn)型^[98,100]。當前階段,中國采用總量控制和排放交易機制能夠有效促進減排,未來有必要引入差異化行業(yè)碳稅政策,彌補碳交易“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效機制^[86,97,101]。此外,加快綠色金融創(chuàng)新與實踐也是實現(xiàn)碳中和目標的重要推動力^[102]。中國需要發(fā)揮市場化工具的協(xié)同性,實現(xiàn)減排成本的最小化,獲得策略組合實施帶來的可能的政策紅利^[103]。

3 結(jié)論與啟示

碳中和目標的廣義內(nèi)涵是實現(xiàn)全部溫室氣體的中和,這要求能源活動相關(guān)的CO₂需要深度減排并在2060年前實現(xiàn)負排放。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現(xiàn)碳中和目標的可行路徑,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,同時兩條路徑互補且存在一定程度的替代關(guān)系,需要評估各種減排技術(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。大多數(shù)減排技術(shù)仍處于發(fā)展前期階段,需要依靠政策機制的大力扶持和市場環(huán)境的有效培育,采取以能效技術(shù)為前提、新能源驅(qū)動的高電氣化和碳捕集技術(shù)支撐的負排放為深度減排手段、多元低碳技術(shù)互補融合的現(xiàn)實可行且成本可負擔的全面碳中和方案。

碳中和并不是一個簡單的減排目標,而是代表著一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革。碳中和的實現(xiàn)將打破原有發(fā)展模式的高碳路徑鎖定,勢必會對傳統(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,其亦將為社會經(jīng)濟發(fā)展帶來新的增長點并延續(xù)增長態(tài)勢。更為重要的是,碳中和為中國轉(zhuǎn)換發(fā)展思路提供了機遇期,由依靠“后發(fā)優(yōu)勢”轉(zhuǎn)向發(fā)揮“先發(fā)優(yōu)勢”,依靠創(chuàng)新驅(qū)動實現(xiàn)引領(lǐng)型發(fā)展。

無論目標內(nèi)涵與減排難度如何,碳中和都將是一個異常復(fù)雜的轉(zhuǎn)型過程,中國要從戰(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)型路徑的開放性,綜合考慮各種因素,確定實現(xiàn)CO₂排放快速達峰、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)型試驗和經(jīng)驗積累,對轉(zhuǎn)型路徑和策略進行持續(xù)評估和調(diào)整。在2020—2030年加速碳達峰階段,中國要以提高能效和穩(wěn)步發(fā)展非化石能源作為前期經(jīng)濟減排的主要手段,能夠擴大減排窗口期、降低減排壓力,對沖碳中和路徑的不確定性風(fēng)險;在2030—2050年快速減排階段,中國要構(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年全面實現(xiàn)碳中和奠定基礎(chǔ)。

中國已制定了碳達峰、碳中和頂層指導(dǎo)方案,后續(xù)需要適時、適當運用法律、經(jīng)濟、技術(shù)、市場和金融等多樣化的政策工具,加強不同政策目標和政策工具之間的協(xié)同性設(shè)計,逐步建立完整、有效的政策支持體系,推動能源體系的變革和重塑,實現(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型的良性變遷。

對中國碳中和問題的研究和討論正處于起步階段,本文對中國碳中和目標的內(nèi)涵與實現(xiàn)路徑進行了粗略的闡述,旨在豐富碳中和的討論與研究。文章篇幅所限,并未進行更為深入、細致的分析。未來的研究可以加深對碳中和愿景下中國宏觀經(jīng)濟結(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)型的社會經(jīng)濟影響、不同政策對碳中和目標的影響評估等方面的工作。

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)展研究北京市重點實驗室,北京 

3 北京大學(xué)能源研究院,北京