“双碳”目标下黄河流域生态保护和高质量发展路径及政策设计——在第五届鲁青论坛“黄河流域碳达峰与碳中和路径高峰论坛”上的发言

张 宁

(山东大学 威海前沿交叉科学研究院/蓝绿发展研究院，山东 威海 264200)

各位专家学者们，上午好！我是张宁，来自山东大学威海前沿交叉科学研究院，很荣幸能够参加此次鲁青论坛作报告。此次报告主题为：“双碳”目标下黄河流域生态保护和高质量发展路径及政策设计。具体介绍四个方面：

一、黄河流域“双碳”目标战略意义

气候变化是人类共同面临的重大挑战。为应对挑战，2015年12月，巴黎气候大会通过了《巴黎协定》，为2020年后全球气候治理制定计划。“将全球平均气温较前工业化时期上升幅度控制在2摄氏度以内，并努力将温度上升幅度限制在1.5摄氏度以内。”这是《巴黎协定》的长期目标。然而部分分析指出，基于目前各国提交的自主贡献承诺(NDCs)来看，全球气温仍有可能上升3.2摄氏度，因此各国政府在自主贡献承诺之外纷纷制定新目标。2018年11月，欧盟委员会在“远景目标”中提出，欧盟将在2050年实现碳中和。

作为世界上碳排放量最多的国家之一，中国在保障气候安全方面应负有责任，彰显大国担当。2020年9月，习近平总书记在第75届联合国大会一般性辩论上指出：中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。这是我国在《巴黎协定》后第一个明确提出的长期气候目标，雄心勃勃又极其艰难。随后，习近平总书记在多个重要场合、会议及战略规划中均强调了双碳目标，相关部门也就如何达成双碳目标制定具体实施方案。2020年10月，党的十九届五中全会首次将碳达峰、碳中和目标纳入“十四五”规划建议。2020年12月，中央经济工作会议把做好碳达峰、碳中和工作列为2021年八项重点任务之一。2021年3月，中央财经委员会第九次会议提出，实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，要把碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局；同期的政府工作报告也指出要扎实做好碳达峰、碳中和各项工作，各省、各部委、各企业、各行业协会纷纷响应报告号召，对碳达峰、碳中和规划进行相应编制。

所谓碳中和，就是指人为排放的二氧化碳(化石燃料利用和土地利用)，被人为努力(木材蓄积量、土壤有机碳、工程封存等)和自然过程(海洋吸收、侵蚀—沉积过程的碳埋藏、碱性土壤的固碳等)所吸收。

二氧化碳总量的多少主要受到两个方面的影响:一个是排放了多少，一个是吸收了多少。排放端主要包括化石燃料燃烧和土地利用两个方面，前者贡献比重超过80%；吸收端即吸收和储存二氧化碳，主要包括人为努力和自然过程两个方面，大气、陆地、海洋都可以吸收和储存二氧化碳，成为碳汇；我国大面积开展的天然林保护工程、退耕还林工程、退耕还草工程、长江和珠江防护林工程，以及秸秆还田的农田管理措施等，都是通过人为手段扩大森林及其它主体的碳汇。

掌握了解上述影响二氧化碳排放量的关键过程，我国实现“双碳”目标就可以从减排和增汇两个方面制定相应政策措施。减排可以从能源结构、产业结构、能源效率及低碳技术展开；增汇可以从增加碳汇展开。上述方式与我国发改委提出的实现碳中和的六大政策措施相契合。“双碳”目标是一项复杂的系统工程，需要提前科学规划部署才能有效实现，国内外不同的机构就实现“双碳”目标的规划路线提出了较多的政策建议，比如全球能源互联网发展合作组织提出的“2030年尽早达峰、2030～2050年快速减排、2050～2060年全面中和三个阶段有序实施”碳中和路径。

黄河流域是中华民族的母亲河，是高碳流域，对我国实现“双碳”目标具有战略意义。除“双碳”目标外，黄河流域生态保护和高质量发展是习近平总书记提出的，着眼中华民族伟大复兴和永续发展确定的重大国家战略，为黄河流域未来的发展确立了目标、指明了方向。“双碳”目标、生态保护及高质量发展互为一体，互相补充，协同发展。新发展理念引导高质量发展，而新发展理念中的绿色指绿色发展，注重生态与环境保护，就其要义来讲，是要解决好人与自然和谐共生问题。人类发展活动必须尊重自然、顺应自然、保护自然，否则就会遭到大自然的报复，这个规律谁也无法抗拒。这就强调了生态环境也要高质量发展。而在生态保护中，污染防治是重中之重，其中总的思路是提气、降碳、强生态，增水、固土、防风险。在此基础上降碳就和双碳目标联系起来了，降碳与减污同根同源，只要抓住碳排放这个牛鼻子，就能更好地实现生态保护的目标。因此，“双碳”目标、生态保护和高质量发展都是追求可持续发展，实现人与自然的良性互动，保障人类的永续发展。我们相信黄河流域在两大战略下，可以实现更好的发展。

黄河流域各省也纷纷提出具体的工作内容来推动、实现碳达峰与碳中和目标，具体如青海省力争率先实现碳达峰，推进国家清洁能源示范省建设；山东省则打出经济手段、新能源产业发展、氢能发展等多方结合的组合拳。

黄河流域双碳目标的实现意义重大，其会有效助推黄河流域生态保护和高质量发展的实现。具体来说，黄河流域双碳目标实现不仅具有领头羊和示范区的表率作用，同时，在产业结构、能源结构、资源环境、生态环境和高质量方面都具有重大意义。

我们在把关注点放到青海和山东两个省份，一个是黄河的源头，一个是黄河的入海口，一条黄河连接两省。这两个省在我国代表了不同的发展模式。青海省的特点是：清洁能源资源丰富，水、风、光等能源互补；固碳增汇潜力大，是我国重要的生态屏障区；绿色产业发展趋势较好，第三产业占比高；化石能源消耗总量小、碳排放总量小；不同的是，山东省作为全国工业品、消费品供给基地，是我国传统的工业和实体经济大省，其产业结构偏重、能源结构偏煤，能源消耗总量和碳排放总量大。这两种不同的发展模式既对两省具有不一样的意义，同时也为其他省份起到了借鉴作用。

二、发展现状、趋势和挑战

以上我们从国家、流域和鲁青两省多维度探讨了双碳目标的重大战略意义，双碳目标势在必行，接下来我们继续剖析黄河流域面临的挑战，认识双碳目标的可行性。通过总结，我们提炼出黄河流域实现碳中和面临四个方面的挑战：

首先，减排时间紧、任务重。黄河流域的碳减排压力空前巨大，从总量上看，流域整体排放占全国1/3，远高于流域人口和经济在全国的占比。其中，流域内的山东、内蒙古等省份在国内各省碳排放量中位居前列，且人均碳排放量较大、人均累积碳排放量较高。同时，从碳排放强度来看，黄河流域一直高于全国平均水平，宁夏、内蒙古、山西等省份的碳排放强度更大，可以达到全国均值的3倍以上。从增长率上看，虽然流域经过“十三五”节能减排等各项措施的推进后，碳排放增长率逐步放缓，但流域内部差异明显，内蒙古、山东、山西和宁夏等省(区)依然高于全国平均水平，碳减排压力较高。另外，我国碳排放趋势滞后于发达国家，我国工业化起步较晚，而发达国家已经经历了碳达峰阶段，与这些国家相比，我国的碳达峰与碳中和之间的间隔(30年)明显短于发达国家(例如英法等约60年)，因此，我国“双碳”目标实现时间紧迫，黄河流域亦是如此。

其次，经济转型省级压力大。流域内第二产业占比高，仅两省(四川、甘肃)低于全国水平(37%)，其余省份第二产业占比显著高于全国水平。从碳排放部门来看，电力、热力、水供应部门排放较多，其次还有黑色金属/非金属矿采选业、煤炭开采与洗选部门等。也就是从产业结构来看，流域的高碳化特征还是比较明显的。

再者，能源系统转型难度大。黄河流域“一煤独大”的现象突出，作为我国重要的能源流域，流域内煤炭、石油、天然气资源丰富，是西煤东调、北煤南运、西电东送的主要输出地区。电力部门中山西、内蒙古、山东、河南、陕西等省份火电比例极高，消耗大量高碳煤炭，产生大量碳排放。在能源碳排放结构中也可以看出，煤炭排放占比突出，分别占流域内各省总排放的42%～91%等。尽管黄河流域高度依赖传统化石油能源，但黄河流域的风、光、水等可再生资源也十分丰富，为能源转型提供了一定的机遇。但同时，也存在着部分挑战：一是可再生能源资源量的分布与电力需求空间不匹配。青海、甘肃、内蒙古等省份的风、光等可再生能源发展潜力大，而下游的山东和河南潜力相对较小，但是其电力需求却较大，空间不匹配现象突出。二是现阶段新能源发电也有自身的不足，发电呈现出不稳定的情况，以光伏为例，有学者将光伏电厂的净负荷比作“鸭子”形象，白天有太阳的时候，发电充足，晚上用电的时候却不能发电。这就需要储能技术对其进行相应改善，但目前我国仍面临分布式光伏尚未大面积上网，储能技术不够完善，规模化应用、电网互联等挑战，面临能源结构转型比较困难等问题。

最后，流域受多重约束的制约，“双碳”目标实现挑战较高。黄河流域需要以水定产，经济发展和产业发展受到水资源和碳减排的双重约束。资源环境高负荷，水资源不足，山西、山东、宁夏、河南极度缺水，生态环境质量低。黄河流域当前发展质量偏低，发展不平衡不充分。黄河流域九省(区)人均GDP均低于全国人均GDP，经济发展的压力较大，且贫困人口相对集中，产业结构转型的阵痛将会给经济发展带来更大的压力。整体来说，黄河流域面临着碳减排与生态保护、高质量发展多种压力。

若想协调好上述的多种矛盾压力，是很不容易的。尤其是我们注意到，有时候水资源、气候与环境目标之间存在一致或矛盾关系，因时因地而不同：黄河流域面临着碳水约束矛盾，例如，电力部门为了节约水资源使用空气冷却系统，但同时增加了碳排放；使用碳捕捉与储存技术可能会降低发电效率，增加水资源消耗；发展光伏需要消耗水资源清洗光伏板，可能给缺水地区带来更大的环境压力。又例如，减污降碳也不一定总是协同治理的。即某些终端污染物治理装置的应用导致碳排放增加；或是存在污染转移现象，从整体上并没有显现出效果。

虽然黄河流域存在着各种挑战，但是依然存在多种可行性技术路径以实现碳中和，首先就是碳汇，根据PNAS文章指出，黄河流域青海、内蒙古等省份碳汇资源丰富，但是碳汇资源与碳排放的空间不匹配，固碳现状与潜力有待进一步考究。其次，除生态固碳外，还有多种负碳技术，例如碳捕集利用和封存技术，这些技术的合理利用，将带动黄河流域市场化的交易机制及碳中和相关技术快速发展，最终产生较大的价值。但这些技术大多处于研发、调研阶段，短时间内很难规模化应用。除此之外，碳汇交易机制不成熟，区域间生态补偿机制搭建不完善，阻碍了碳汇这一领域的发展。

就双碳目标实现的可行性而言，山东和青海两省具有不同的优势。山东具有技术和经济优势，氢能产业发展规模位于全国首位，碳交易市场初具规模；而青海碳排放量低，风、光等碳汇资源丰富，便于实现零碳电力系统，有优先实现碳中和的先天优势。

三、关键科学问题

面向国家重大需求，黄河流域在碳中和领域尚存在一系列管理瓶颈和难题，总结如下：

产业领域：1.城乡一体化进程与乡村振兴进程均难以适应高质量发展；2.企业创新缓慢，激励与管理机制较落后；3.缺乏因地制宜的经济转型模式。

能源领域：1.可再生能源替代路径不明；2.高比例可再生能源系统的管理理论与方法缺乏；3.负碳技术产业化模式不明；4.碳汇建设体系困难大。

环境领域：1.面向碳中和的区域与部门协调机制尚待完善；2.碳中和监测与决策支持系统有待研究；3.国际气候合作机制尚欠缺。

耦合问题：1.多资源环境要素冲突明显；2.环境气候协同治理模式与机制待识别；3.经济发展、生态保护与应对气候变化的权衡难掌握。

针对上述挑战和面临的重大现实问题，凝练聚焦四个关键科学问题：

第一，碳中和下区域多资源环境要素协同治理机制与方法：主要围绕区域生态承载力和区域间资源环境耦合互馈等展开。

第二，重点行业和领域碳达峰、碳中和的治理模式：包括多资源环境要素清单和产业转型模式等，上述两方面从机制与模式等奠定了理论基础。

第三，方法工具方面，主要工作是评估理论体系创新、企业管理方法和激励机制和能源系统复杂性建模等。

第四，政策管理维度，面向碳中和的黄河流域高质量发展路径及管理策略研究，包括转型路径优化、政策工具创新、示范区方案设计、管理机制与方法等。

基于以上关键问题，我们做了初步研究，已经取得了一定的研究进展：概括为耦合视角下黄河流域能源转型对多资源环境要素的协同影响。

1.可再生能源发展的路径模拟及其碳-水-污染物协同效益评估：以光伏为例，首先，该研究核算了黄河流域太阳能光伏发展潜力，占全国总潜力的35%。其次，设置四个情景(优先实现减排目标情景、优先实现改善空气质量目标情景、优先实现节水目标情景、优先实现减贫目标情景)识别了光伏发展的高部署区域，如上游甘肃、内蒙古等省份。最后，揭示了碳中和与可持续发展目标间较强的协同效应，但空间差异性明显。

2.可再生能源发展的生态修复效应量化：以光伏为例，构建了光伏电站内植被修复性生长模型，包含草地与荒漠地区。揭示了2030年气候条件下，光伏发展生态修复的空间分布与地区差异性，指出对青海与内蒙古东部、甘肃与宁夏中北部现有草场，修复较强，而内蒙古南部现有荒漠，修复性较弱。

3.可再生能源大规模扩张的废弃物时空特征剖析：以光伏为例，构建了多情景下省级光伏的发展路径与废弃物评估综合方法；揭示了光伏发展潜在的废弃物规模、时间趋势与类型，指出2035年后大规模爆发，下游中废物量(山东、河南)约占流域总量的14%；上下游未来废弃物类型因光伏技术差异而不同。

4.污水处理厂碳排放时空分布规律及其减排潜力。构建了2014～2018年黄河二级子流域生活污水处理厂的厂级能耗清单，揭示了黄河流域生活污水处理厂碳排放时空规律，阐明了黄河流域生活污水处理厂碳排放影响机制及其减排潜力。

5.能源转型的环境社会协同效益识别。开发了黄河流域840余座燃煤电厂碳排放与重金属排放数据库；揭示了碳中和背景下，流域煤电退役显著的环境社会效益，即减少4500t重金属排放及相关健康影响。

四、团队基础和优势

1.服务鲁青两地，贡献山东大学智慧。

第一，依托科研，贡献智库力量，打造一支“碳中和”高端智库和技术促进团队，推动能源、环境、信息、管理和金融等优势学科的交叉融合，开展与政府、企业等的合作，为“双碳”目标提供技术和决策支撑，强化联合调研、项目合作，加快理论向实际转化。

第二，提供人才保障和专业支撑，为碳中和领域培养专业性强、跨学科的人，强化国家需求与学科建设关联，加强碳市场相关能力建设，为“双碳”目标提供专业支持。

2.鲁青两省可以在生态补偿、经济和技术上进行合作，实现共赢。

第一，生态补偿方面，建立生态补偿机制建设工作管理平台，推动两地之间联防联控和资源共享；加快建立起流域横向生态补偿机制，两地在此基础上积极开展生态价值核算、探索多元化生态补偿机制创新；开展排污权、水权、碳排放权交易等市场化补偿方式，逐步以点带面，形成完善的生态补偿政策体系；建立相互通报机制，共同研究解决生态补偿机制推进中遇到的重大问题，推进碳市场建立，协力推进流域保护与治理。

第二，经济方面，在农业方面山东的农业总产值已经连续多年位居全国第一，不但为全国提供了8%的粮食产量，还提供了11%的瓜果，以及12%的蔬菜；相反，青海由于地理位置原因，蔬菜产量少。工业方面，不管是重工业领域，还是轻工业领域，山东在国内都占有举足轻重的地位，比如，像钢铁、化工、装备制造、建筑材料等，都属于山东的支柱产业。资源方面，青海资源十分丰富，许多矿藏储量在全国居于首位。已发现矿产120余种，探明储量的有110种，钾、钠、镁、锂、溴、芒硝、石棉、化工灰岩和硅储量居全国第一位，其中许多矿产是属于国内外急需的资源。如何进行经济合作，促进双方利益最大化，也可以作为努力的方向。

第三，技术上方面，“消纳难”“外送难”“调峰难”等问题成为制约光伏等新能源发展的“顽疾”，山东和青海可以采取技术上的合作，促进新能源的发展。

前面我们提了一系列的科学研究问题，以及两省如何实现合作问题。我们研究团队也期望能够为黄河流域、鲁青两省等“双碳”目标的实现添砖加瓦、献言献策。本课题组在资源使用环境排放清单核算、减排机制设计模式探究、转型路径模拟选择、政策设计效果评估四个方面已经有了广泛的研究基础，形成了一系列高水平的研究成果，发表在Nature子刊、Cell子刊、《经济研究》等高水平期刊上。课题组成员主持国家课题30余项，包括自然科学重点，社会科学重大和重点研发项目等，并且获多项奖；课题组成员前期收集了大量的数据并且有超算中心、CEADs等多平台的支持，课题组目前主要成员有6位老师，研究领域包括资源环境经济学、可持续发展管理、气候变化与农业、低碳转型、水资源评价与管理、环境与生态管理等，形成了多学科交叉的中青年高水平研究队伍。

上述是本次报告的主要内容，谢谢各位，期待我们多方位的合作，为“双碳”目标实现贡献力量。