碳中和背景下能源发展战略的若干思考

周宏春，李长征，周 春

(1.国务院发展研究中心，北京市东城区，100010；2.北京国发绿色节能环保技术研究院，北京市西城区，100032)

“碳中和”是近期国内热点，源于气候变化；而气候变化是一个中长期问题。碳中和将为我国发展带来新机遇、新挑战，同时也意味着我国经济发展方式要转型，能源结构和产业结构要调整，公众生活方式要改变。要以科学精准的路线图引导质量变革、效率变革、经济社会全面变革，迈上绿色低碳发展之路。

1 碳中和目标下能源发展战略制定的前提和原则考虑

“碳中和”是某个空间范围、某个时段内通过多种途径抵消人为排放的二氧化碳。实现碳达峰、碳中和目标是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，要把碳中和纳入生态文明建设的整体布局，编制碳达峰行动方案，处理好发展与减排、全局与局部、长期和短期关系，拿出抓铁有痕的劲头，如期实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标[1]。

1.1 碳中和目标下能源发展战略谋划的前提

(1)以发展而不仅是压减的思路推动碳达峰。总体上，西方国家走完了工业化和城市化进程，越过了碳排放高峰阶段，走上碳排放强度下降、能源清洁化程度提高、公众参与意识增强之路。我国的情况则不同。南方一些城市仍面临雨季受淹；即使像北京这样的一线城市也需要旧城改造；城中村仍有大量砖混结构住宅等等。要完成我国工业化和城市化的历史任务，能源消耗、污染物和二氧化碳排放还将处于高位；既要充分认识碳中和目标实现的艰巨性，更要以发展的思路解决碳减排问题。

(2)多做加法而不能仅是减法。根据英国石油公司(BP)《2020世界能源统计》数据，美国2007年能源消费和碳排放达峰，到2019年下降15.6%；欧盟2006年能源消费和碳排放达峰，到2019年下降22.4%；属于“双达峰”“双下降”类型[2]。美国和欧盟到2050年碳中和有40多年的行动时间。到2019年，我国能源消费、碳排放比2006年分别提高了69.7%和47.2%，处在“双上升”阶段；到2060年前碳中和仅30年的行动时间。要在人均能耗水平低、起点强度高、行动时间短的情况下达峰，既要增加供给又要碳减排，需要调控智慧。

(3)把握好新增能力与淘汰落后的动态平衡。如不重视“淘汰”与“新增”的平衡，将会存在能源安全隐患，“拉闸限电”已经传递出了信号：电力供应难以满足人民群众的用能需求，而且浙江、江苏等地是要率先实现现代化的地区。从国际经验看，跌入“中等收入陷阱”的国家和地区，都曾被发达国家的代言人要求整顿小企业、超前实施高标准的环境保护措施，最终导致工人大量失业、收入差距扩大等问题。因此，要在增加可再生能源供应、保障能源安全的前提下逐步控制煤炭生产和消费，而不能“一刀切”压减煤炭导致能源短缺。

(4)不能以昨天的眼光规划明天的能源发展。人口众多是我国的基本国情，满足人民群众获得感和幸福感提高的需求，是我们的奋斗目标；不能因为碳达峰、碳中和让人民回到“农耕社会”，我国还有不少刚脱贫的农民群众，还要建设社会主义现代化强国。2019年，我国人均能源消费仅3.47 t标准煤，与西方国家人均能源消耗6 t标准煤以上相比并不高；但以煤为主的一次能源结构，人均二氧化碳排放与欧盟国家相近[3]。因此，要发挥集中力量办大事的制度优势，加快研发绿色低碳技术，特别是颠覆性技术，另辟蹊径，走一条符合国情的低碳发展之路。

1.2 能源绿色低碳发展的原则考虑

加强顶层设计，既要顺应绿色低碳发展的国际潮流，符合国家碳中和的政策导向，又要工作有抓手、推动有力度，这样，绩效才能显现。在开展能源低碳化转型规划方案研究与制定过程中，应优化产业结构和能源结构，提高产业链供应链安全和现代化水平，实现由清洁生产向低碳/零碳生产转型。大力发展循环经济，提高能源资源利用效率，形成资源效率型、环境质量型、气候友好型生产生活方式。

重视系统治理，实现减污降碳的效益协同。国内外经验都表明，能源、环境和气候可以协同治理。要在“十四五”关键期、窗口期，为构建清洁低碳安全高效能源体系，实现碳中和、建设美丽中国做好制度性安排。落实减污降碳协同要求，进行一体谋划、一体部署、一体推进、一体考核[4]；从严从紧从实控制高能耗、高排放项目上马，为能源绿色低碳转型奠定基础，实现化石能源总量控制、污染物和温室气体减排的有机统一。

推动绿色低碳科技研发，应坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康。寻求高碳能源低碳化利用途径，在能源低碳技术路线图等全局性、战略性科技问题上，应以技术创新驱动我国走上绿色低碳的发展之路。CCS技术(在CO2排放后收集并封存到地下)不仅要增加发电成本和能耗(将增加1/3能耗)，储存地下还存在泄露等风险。因此，除少量试验外，建议不宜在地方行动方案中普遍推荐。

2 国际组织关于能源发展趋势的若干展望

最新研究发现，在“低”减排情景下，2050年碳循环利用的潜力(包括土地管理和林业)为每年约1.5 Gt二氧化碳，二氧化碳减排成本约100美元/t；在“高”减排情景下，每年约利用13 Gt二氧化碳。沙特阿拉伯基础工业公司(SABIC)是世界上最大的碳捕集与利用工厂，每年将50万t二氧化碳转化为肥料和甲醇等产品。国际能源署(IEA)指出，要用新技术将二氧化碳转化为燃料、化学品和建筑材料，将二氧化碳使用量扩大到2.3亿t/a的水平。生产合成碳氢燃料和中间品是能源密集且昂贵的，当前合成燃料成本为31.80～103.34美元/kL。在建筑材料中使用二氧化碳的能源消耗较少，还能储存二氧化碳。减排量的核算以及合适的会计对二氧化碳管理至关重要[5]。

IEA研究发现：“实施目前可用、经济上可行的全部能效解决方案，到2040年即使全球经济比现在规模翻一番，碳排放量也将降低。”国际非生物质可再生能源署(IRENA)研究发现，可再生能源+能效技术，既能实现《巴黎协定》气候目标，又能减少与能源有关的90%以上的碳排放。预计2050年对能源系统的80%投资将用于“可再生能源、能源效率、终端利用电气化、电网以及灵活性”等方面；推动市场和创新的关键在于雄心勃勃的目标，辅之以诸如“定价和竞争性采购、资本赠款、免税和投资补贴”的政策支持。

生物质能源具有碳捕获和存储功能，是一种负碳排放路径。如果对土地利用、森林、海洋等进行科学管理，增长的生物量超过收获量，自然碳汇可以增加碳的净储量并导致大气中碳储量的净减少。IRENA报告指出，2017年，生物质能源占全球可再生能源供应的70%，占一次能源总供应(包括传统用途)的10%；现代生物质能源可望在2050年提供23%的一次能源。若将生物质能源与碳捕获储存结合(BECCS)，将能持续减少碳排放。到2050年，生物质能源在替代化石能源方面，每年可减少排放约2.6 Gt的二氧化碳。到2050年，BECCS每年将从大气中去除3～7 Gt的二氧化碳。

去除发电或工业(如水泥生产)排放的较高浓度的碳是一种途径。提高采收率也是碳的循环利用，但并不能对碳减排做出多少贡献。虽然在大规模储能中依靠减量和再用技术具有可行性，但没有化石能源的能源系统要比有化石能源的能源系统成本高得多。

必须捕获并储存所有的二氧化碳排放量才能完成碳中和目标。全球碳捕获与储存研究所(GCCSI)报告指出，全球有20个大型CCS设备正运行，3个在建，36个在开发。每个设施每年封存数十万至数百万吨二氧化碳。在过去10年中，2.6亿t二氧化碳被永久地存储在地球的地质构造中。现在，CCS技术有了持续改进，成本降低了1/2；下一代CCS技术的最低成本不到20美元/t，可在单个设施中减排数百万吨的二氧化碳。政府间气候变化委员会(IPCC)估计，21世纪的地质封存潜力超过1200 Gt二氧化碳。到2050年，尽管全球运煤车辆将减少，但电厂使用寿命延长以及新建电厂情况表明，燃煤电厂仍将排放7 Gt二氧化碳。

氢在能源转型中将发挥重要作用。氢及其衍生燃料具有多种用途，包括运输(尤其是重型车辆和货运、海运和航空)，不可或缺的工业应用，供热或发电(作为临时能源存储和负载平衡)等。2019年，全球范围内生产7 500万t纯氢、4 500万t氢的混合气体，向大气排放了8亿t二氧化碳。通过可再生能源发电再电解生成氢(绿氢)；尽管捕获储存碳的化石衍生氢(蓝氢)成本约占可再生能源氢成本(绿氢)的1/3，加上碳捕获利用和碳储存，来自化石能源的氢仍具有成本竞争力。IEA预测表明，合成液体燃料的长期成本在17.49～69.95美元/kL，合成甲烷的成本在0.02～0.06美元/MJ之间，合成氨的成本才0.95美元/TJ左右。相对而言，使用CCS通过天然气的蒸汽甲烷重整(SMR)生产氢的成本大约为215～430美元/t。

可再生来源的氢是一种零碳燃料。如捕获90%的碳，则化石衍生的氢气与CCUS结合使用，1 kg氢气的碳排放量为1～2 kg二氧化碳当量。如果不捕获碳，1 kg天然气衍生的氢气碳排放约9 kg二氧化碳当量，1 kg煤炭衍生的氢气碳排放量超过20 kg二氧化碳当量。仅在电力调峰厂中使用氢气代替天然气就可每年减少220 Mt二氧化碳的全球排放量。

氢的用途除工业和炼油外，还能扩展到为港口服务的卡车车队等方面。为使炼油、化学工业和现有基础设施能与氢气使用兼容，必须对氢气运输和使用的基础设施进行大量投资改造，使之成为氢能利用最大化的工程枢纽；港口可以发展成为低碳制氢的聚集区。

3 实现我国碳达峰和碳中和的重点领域与任务

2021年3月15日的中央财经委员会第九次会议，对碳达峰工作重点进行了部署。因此，应当抓住新一轮技术革命的机遇，在碳中和“热”中保持“冷”思考，做更深入的研究、更冷静的分析，探索适合中国国情的绿色低碳之路。

3.1 降低能源使用中的碳排放，要以能源低碳化为抓手

实现碳达峰、碳中和，必须以能源绿色低碳发展为关键，推动全方位全链条全生命周期的能源革命。要优化能源结构，构建清洁低碳安全高效的能源体系，在保障供应的前提下努力控制化石能源总量，推动煤炭消费尽早达峰；要合理发展天然气，安全发展核电，大力发展水电、风电、太阳能、生物质能等非化石能源，增加绿色氢能产品供应，实施可再生能源替代行动，努力使用非化石能源以满足新增能源需求、替代存量化石能源消费量；改变能源供给和转化方式，不断提高转化效率；深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统，不断提高消费端的电气化水平，实现能源管理数字化、智能化[3]。

从世界能源发展规律看，人类最初利用生物质能源，之后才利用煤炭、石油、天然气化石能源，可再生能源使用时间不长，能源结构经历了从低碳到高碳再回归低碳的演变过程。太阳能、风能在我国得到迅速发展，但所使用的多晶硅、单晶硅等光伏发电材料生产要消耗大量能源，因此太阳能、风能也并非“零碳”能源。生物质是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，利用效率也高于太阳能利用；如能得到充分利用，可替代能源消费中17%～24%的化石能源。北欧国家非常重视生物质能的高效利用，主要用于供热；终端能源消费中的17%来自可再生能源，这些都值得我国借鉴。

我国能源及其结构正处于变革阶段。中国工程院组织的重大咨询项目《推动能源生产和消费革命战略研究》认为，2020-2030年为中国能源的变革期，主要是清洁能源替代煤炭战略；2030-2050年为能源革命定型期，形成“需求合理化、开发绿色化、供应多元化、调配智能化、利用高效化”的新型能源体系。不论是煤炭还是石油、天然气，均属于资源依赖型的能源，面临不可再生、资源耗竭问题。煤炭是一种生产力物的要素，不能在我们需要的时候看作是“乌金”，也不能因为某些组织认为是“肮脏的能源”就“谈煤色变”。煤炭清洁与否与利用方式有关，用好了可以满足环保、能源安全等方面要求，并且是能源安全的基础保障。

3.2 加快推进煤炭行业的绿色低碳转型

提到碳达峰、碳中和，一些专家总是希望“去煤化”，发展可再生能源，这可能是现有技术经济条件下的较好选择；但如果没有煤炭的生产和消费，还难言能源安全。因此，从我国富煤少气贫油的能源资源禀赋出发，必须变革煤炭转化方式，提高清洁利用水平。

煤炭清洁开采与利用，无论从理论、实践上，还是从技术、经济上都相当成熟。推动煤炭转型发展，应当实现从煤炭勘察、开采、加工利用、废物处理等全生命周期的绿色化、低碳化和智能化。必须深挖煤炭清洁利用潜力，这是保障国家能源安全的必然选择。应该按照“绿色矿山”的标准建设矿山，重视安全和绿色开采；在保障安全前提下开采煤炭，实现煤炭行业的更高质量、更高效率、更加公平、更可持续、更加安全的发展。

基于煤炭的能源、化工、环保多联产是重要转型方向。2016年12月，神华宁夏煤业集团400万t/a煤炭间接液化项目打通全流程，产出合格油品，实现“由黑变白”、由重变轻的转变。习近平总书记对该煤制油示范项目建成投产作出重要指示，指出这一重大项目建成投产，对我国增强能源自主保障能力、推动煤炭清洁高效利用、促进民族地区发展具有重大意义，是对能源安全高效清洁低碳发展方式的有益探索，是实施创新驱动发展战略的重要成果[6]。

要防范不切实际的能源转型，推动能源-化工-环保一体化，实现能源转型与减污降碳的协同。煤炭革命，要在全产业链上实现绿色开发、清洁高效利用；同时，实现了清洁高效利用的煤炭也是清洁能源[7]。要实现从燃料向原料转变，劳动密集型向技术密集型转变，污染型向绿色环保型转变，高危行业向安全型行业转变。完成产业升级与产业链延伸；煤炭生产要推进煤矿掘进、开采、运输等新技术的研发与应用，由“人力驱动”向“科技驱动”转型，从劳动密集型向技术密集型转变，从机械化向智能化转变[8]。在保障生态环境上下功夫，从降低安全事故向职业安全健康转变，实现经济效益、社会效益、环境效益的有机统一。

3.3 利用各种途径降低“过程”排放的碳，不断提高能源效率

应将提高能效放在优先位置，并从减少浪费入手，谋划技术路线图。以经济社会发展全面绿色转型为引领，在工业、建筑、交通等领域持续推进减污降碳提高能效活动，形成节约资源、保护环境、气候友好的产业结构、生产方式、生活方式和空间格局。应避免“拆东墙补西墙”式的“折腾”，以免增加我国城市化中的碳排放总量，因为在碳达峰后要逐步降低碳强度。

应推动产业结构优化升级和现代化，发展绿色、智能制造与工业互联网，确保产业链供应链安全。严控高耗能、高排放行业新增产能；开展重点企业节能减污降碳行动，推动制造业向低碳、脱碳方向发展；引导企业入园，开展绿色设计、绿色产品生产，提升工业园区绿色化水平；加强余热利用，提高能源综合利用水平。

应提升建筑节能标准，避免高碳“锁定”。改变住宅以高层为主的状况，要加快建设绿色低碳基础设施，实现基于电气化、光伏建筑、柔性用电系统的建筑能源系统变革，充分利用余热资源与生物质能源，建设绿色低碳建筑，推广低碳简约生活方式，将节能低碳体现在居民生活的每一个方面和细小环节。

应构建绿色低碳交通运输体系。随着城镇化的推进和居民生活水平的提高，我国交通能耗会增长。要推动运输方式和结构变革，大力发展公共交通，发挥各种运输方式的比较优势和组合效率，加快发展绿色运输方式，扩大使用清洁绿色低碳动力汽车，形成轨道交通、公共交通、共享单车、人行道组成的城市交通体系，鼓励公众低碳出行。

应大力发展碳循环经济，按照减量、再利用、循环利用和去除原则，将能源转化中的二氧化碳生产成原材料或有价值的产品；而不是在排放二氧化碳后再加以收集和回收利用，以较低成本完成碳中和目标。可以将发电、工业等余热用于城市集中供热，以提高热效率；水蒸气回收利用可以减少向空中排放以降低局部地区空气湿度，脱硫脱硝脱汞一体化可以减少污染物治理本身的能耗，实现节地、节能、节水和节材、减污降碳的有机统一。

应坚持尊重自然，推动基于自然的解决方案。开展大规模国土绿化行动，提升生态系统的碳汇能力，发挥海洋、森林、湿地等三大生态系统功能，发展富碳农业、利用“绿碳”及电厂和工业排放的二氧化碳发展碳循环经济，既有助于增加碳汇、降低经济的温室气体排放强度，也有助于提高气候变化的适应能力，还有助于保护生物多样性。推动基于自然的解决方案落地，实现碳中和目标，走一条符合国情的绿色低碳循环发展之路。

4 重视能源转型过程中的系统弹性，创新驱动能源绿色低碳发展

应对气候变化是我国可持续发展的内在要求，也是负责任大国应尽义务，这不是别人要我做，而是我们自己要做。换言之，走绿色低碳发展之路，关系到每一个行业、每一个人的利益。

4.1 重视能源转型过程中的脆弱性，必须把安全放在重要位置

2021年3月15日中央财经委员会第九次会议要求处理好减污降碳和能源安全、产业链供应链安全、粮食安全、群众正常生活的关系，因此，应以能源安全为目标，以系统思路推动能源绿色低碳转型，制定风险应对预案，以确保电力系统、电网运行的稳定安全。

能源安全是关系国家经济社会发展的全局性、战略性问题，对国家繁荣发展、人民生活改善、社会长治久安至关重要。以往的能源风险主要来自自然灾害、金融危机、国际政治经济等方面，自然灾害对油气进口的影响、2008年冰冻天气对电网安全的危害，均为国人所熟知。2021年2月17日的美国“德州”大停电，也引发人们对能源转型中系统弹性的担忧。

在“30·60”目标下，能源安全性质发生重大变化。2020年10月，IEA发布《转型中的电力系统：电力安全的挑战与机遇》报告指出，在能源转型过程中，应在电网和灵活性资源(包括需求侧、分布式和存储资源)方面进行更大规模、更为及时的投资，并强化“虚拟空间韧性”(Cyber Resilience)和气候韧性(Climate Resilience)[9]。参考消息网2021年1月18日转载，路透社伦敦1月14日发表的《大寒潮暴露了亚洲潜在的能源危机》文章，指出东北亚地区气温长时间远低于正常水平，导致煤炭、天然气和电力供应紧张达到极限，不仅引发能源危机，还暴露出迅速转向利用天然气供暖和发电，导致地区能源系统弹性不足的潜在问题[10]。可再生能源大规模、大比例进入电力系统，脉冲状并入电网存在潜在威胁；能源供应中的传统安全风险防范难以应对可再生能源带来的新型风险。

4.2 依靠技术创新，提高能源低碳化智能化水平

要推动绿色低碳技术实现重大突破，应抓紧部署低碳前沿技术研究，加快推广应用减污降碳技术。积极研发成本低、效益高、减排效果明显、安全可控、具有推广前景的低碳零碳负碳技术，大力发展规模化储能、智能电网、分布式可再生能源和氢能等深度脱碳技术，加快工业技术与新材料、先进制造、信息化、智能化等融合创新，探索汽车电池租赁模式；推广节能清洁降碳的用能设备，解决广大城乡取暖中煤炭清洁利用技术难题。建立完善绿色低碳技术评估、交易体系和科技创新服务平台，利用云计算、人工智能等优化能源系统，推动电气化、智能化发展，发展电动汽车、高速铁路、智能家居等新型电气化设备和技术，实现安全、清洁、低碳、高效协同。

4.3 政府市场两手发力，以尽可能低的成本降低碳排放强度

完善绿色低碳政策和市场体系。完善财税、价格、金融、土地、政府采购等激励绿色低碳转型政策，充分发挥市场的决定性作用。在财政、税收和价格政策上，对高效节能低碳产品、绿色建筑、新能源汽车、节能改造、可再生能源等技术、产品和项目予以激励，发挥财政资金的引导作用，吸引社会资本参与绿色低碳领域的投资。

加快推进碳排放权交易。加快建设全国用能权、碳排放权交易市场，完善能源消费双控制度。碳减排额度的分配，应当考虑地区发展的差异；完善碳市场和碳定价机制，以尽可能低的成本实现全社会减排目标。除碳市场交易外，小规模的碳减排配额或来自面广量大的消费者碳配额可以通过碳税调节。应建立全球性碳市场合理定价，防止碳泄漏；并以人民币为结算货币，带动人民币“走出去”。

(说明：本文第2部分“国际组织关于能源发展趋势的若干展望”内容，依据阿卜杜拉石油研究中心相关资料(KAPSRC) CCE Guide Overview (2020)编写)