碳达峰碳中和愿景下中国能源需求预测与转型发展趋势

匡立春 邹才能 黄维和 于建宁 黄海霞

（1.中国石油天然气集团有限公司；2.中国石油勘探开发研究院；3.中国石油天然气股份有限公司）

实现碳达峰、碳中和目标是全球大势、时代命题，关乎全人类未来发展。2020年9月，习近平主席在联合国大会上做出郑重承诺：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，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。”中国作为能源消费和碳排放第一大国，在能源技术进步推动和政策引导下，能源结构调整已取得初步进展，但仍然面临一系列发展难题和潜在风险。因此，需发挥新型举国体制优势，强化政府引导，深化体制改革，加大科技创新，加快推进能源绿色低碳发展，力争能源行业先于国家设定的目标实现碳达峰碳中和。

本文依据国内外研究机构对我国能源需求与碳排放预测调研结果，立足实现经济发展、能源安全与“双碳”目标，采用中国石油集团经济技术研究院“世界与中国能源展望模型”，对我国碳达峰、碳中和进程中关键时间节点的能源需求和碳排放量进行预测，并对各种类型能源的发展趋势进行展望。

1 中国能源供需现状及国内外机构预测分析

1.1 中国能源供需体系及碳排放现状

目前，中国已基本形成了煤炭、石油、天然气、可再生能源等多元能源供需体系[1]。煤炭占一次能源消费比重由2011年的70.2%降至2020年的56.8%；截至2021年10月，水电、风电、太阳能发电累计装机规模分别达到3.85×108kW、2.99×108kW、2.82×108kW，均居世界首位，能源消费结构正在加快向清洁低碳转变。然而，中国能源转型目前仍然面临着能源消费偏煤、油气安全风险偏高等主要问题，需严控煤电项目，推动煤炭消费尽早达峰[2]，并加大国内油气勘探开发力度，确保油气安全供应[3]。同时，大力发展水能、风能、太阳能、生物质能等可再生能源，完善氢能产业体系，争取到2030年非化石能源消费占比达到25%左右。替煤、稳油、增气、做强新能源，优先发展非化石能源，清洁高效利用化石能源，不断优化能源生产与消费结构成为能源发展新方向[4-6]。

2020年，中国一次能源消费量、化石能源消费量、二氧化碳排放量全球占比再攀新高，分别达到26.1%、26.5%、30.9%，其中煤炭消费量占比达54.3%[7]。虽然中国能源消费和二氧化碳排放总量大，但我国人均历史累计碳排放量仅157t/人，低于世界平均水平（210t/人），远低于美国（1219t/人）、英国（920t/人）和法国（517t/人）[8]。当前，中国能源消费增速明显放缓、结构持续优化，碳排放渐入平台期[9]，为能源转型和加速碳减排创造了良好条件。据《中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告》[10]，2014年中国土地利用、土地利用变化和林业吸收二氧化碳11.5×108t，其中林地、草地、农地、湿地分别吸收二氧化碳8.4×108t、1.1×108t、4946×104t、4454×104t。

1.2 预测中国能源需求与碳排放研究文献

中国是全球应对气候变化事业的积极参与者与重要贡献者，其能源需求和能源转型是全球关注的焦点。国内外机构纷纷开展相关研究[11-24]，设置了不同的假设情景，对碳中和背景下中国能源需求、碳排放和能源转型路径进行预测。本文调研了国内外16家机构33种情景条件下的预测结果（表1）。

表1 国内外机构预测报告统计

16家机构中，从地域分布看，国内机构5家，国外机构11家；从机构属性看，高校2家，能源公司9家，其他能源机构5家；从预测时间范围看，2020—2035年 1家，2020—2040年 3家，2020—2060年4家，2020—2050年6家，2020—2100年2家。多数机构对基准情景、可实现碳中和情景下的能源需求和碳排放变化趋势进行了预测，并对多情景预测结果进行了比较分析。

1.3 可实现碳中和的情景预测结果分析

在上述机构所调研的33种情景中，部分情景初始参数与我国实际情况不符，例如能源基金会1.5℃情景[16]、IEA可持续发展情景[17]、WRI强化行动情景[23]、埃克森美孚公司情景[21]和Equnior公司相关情景[22]的设定中，预测起始年（2020年）一次能源消费总量均不足47×108t标准煤，与我国实际水平（49.8×108t标准煤）差距较大，严重影响了预测结果的准确性；又如EIA参考情景[18]，将我国2020年一次能源消费量设定为56.6×108t标准煤，且预测2020—2050年一次能源消费量将持续快速增加，2050年约达78×108t标准煤，这与我国能源消费增速放缓、能源强度持续降低的现状不符。

部分情景未考虑碳中和目标，如清华大学政策情景[13]、bp公司政策情景[19]、埃克森美孚公司情景[21]等，2050年和2060年碳排放量过高，无法实现碳中和目标。经筛选，可实现或拟合外推后可实现2060年碳中和情景共有13种（图1和图2），包括中国石油集团经济技术研究院碳中和情景[11]、bp公司快速转型和净零情景[19]、全球能源互联网情景[24]等。其中贝励（AFRY）咨询情景[14]缺少能源消费预测结果，仅展示了碳排放结果。其余12种情景均表明，我国一次能源消费量2030年前后达峰，峰值为（53～61）×108t标准煤，均值为56×108t标准煤（图1）；能源燃烧碳排放在2025—2030年间达峰，峰值为（98～111）×108t，均值为104×108t（图2）；2060年实现碳中和，化石能源占比为10%～30%，非化石能源占比为70%～90%，终端电气化率为55%～70%，碳捕集与封存/碳捕集、利用与封存（CCS/CCUS）贡献碳减排量约为（10～25）×108t/a。

图1 可实现碳中和情景一次能源消费量预测结果[11-13，15，19，24]

图2 可实现碳中和情景二氧化碳排放量预测结果[11-15，19，24]

上述研究报告多为2020年后发布，数据实时性较强，但各机构预测结果差异较大（碳达峰时间、碳达峰时一次能源消费量/二氧化碳排放量）。部分机构对我国能源资源禀赋特点考虑不足，提出快速转向可再生能源的发展路径；部分机构受行业局限和观点倾向性影响，提出的减排路径与我国发展规划不匹配；部分机构报告缺少对能源转型路径的深入阐述，对关键性、颠覆性技术的预见存在不足，对能源转型速度预期过于乐观。

我国“十四五”规划和2035年远景目标建议明确提出，要坚持总体国家安全观，把安全发展贯穿国家发展各领域和全过程，能源发展要统筹兼顾经济发展、能源安全和碳减排，能源预测要为能源发展服务。因此，需采用更加符合我国实际情况的能源系统模型进行预测。

2 模型研究方法

2.1 模型与边界条件

本文采用的“世界与中国能源展望模型”为“全球变化评估模型”（Global Change Assessment Model，GCAM）的二次开发模型[11]。本模型对中国能源开采、加工、转化、输送、分配、终端利用全流程特征刻画更为详细，考虑了世界能源领域现有成熟技术以及处于研发或示范阶段的各种技术，增加了300余种终端用能技术，涉及工业、建筑、交通等行业。

模型设置不同情景，分阶段、行业、品种预测能源需求及二氧化碳排放量。2035年以前逐年模拟测算，2035年之后测算间隔设为5年。模型涉及工业、建筑、交通、电力等行业，以及煤炭、石油、天然气、风能、太阳能、核能、水电、氢能、地热能、生物质能等能源品种。

根据“世界与中国能源展望”研究团队研究成果，边界条件设定如下3个方面。（1）人口：新型城镇化持续推进，2035年城镇化率为70%，城镇人口近10亿左右；2060年进一步增至80%左右。（2）GDP：经济规模持续扩大，2035年经济总量比2020年翻一番，2060年较2035年再翻一番，2021—2035年、2036—2060年的GDP年均增速分别为4.8%、3.1%。（3）产业结构：产业不断优化升级，整体实现高质量发展，第三产业占GDP比重2035年突破63%，2060年接近70%。

2.2 情景设计

统筹考虑中国经济发展、能源安全和碳减排目标，基于关键性、颠覆性能源技术发展前景研判结果，本研究设置了3种可实现碳中和的情景。

（1）稳健型：立足可持续、高质量发展，保障能源安全。化石能源清洁化利用技术持续进步，天然气的地位与作用凸显，能效水平显著提升，可再生能源替代化石能源进程稳步推进，CCS/CCUS技术实现大规模商业化应用。

（2）积极型：争取尽快实现碳达峰，达峰后二氧化碳排放量快速下降。化石能源加速向应急储备能源转变，加速从燃料向原料转变，化石能源发电加速向灵活性调峰电源转变；可再生能源技术实现跨越式进步，成本大幅下降。

（3）激进型：立足可再生能源技术取得颠覆性突破，能源系统安全性问题得到根本解决。化石能源回归原料属性，主要用于调峰和应急储备。

2.3 多情景预测结果

模型预测显示，中国一次能源消费量2030年前后达峰，2030—2035年间缓慢下降，然后基本保持稳定。能源消费结构中，煤炭占比持续下降，石油占比基本保持稳定，天然气、非化石能源占比快速增长。2035年之前，3种情景下的能源消费结构较为接近。2035—2060年，3种情景下能源消费结构逐渐分化，主要与化石能源在能源结构中定位、可再生能源技术和CCUS等减排技术发展情况，以及氢能在碳减排领域应用规模有关。其中，稳健型情景下CCS/CCUS技术更早实现大规模商业应用，激进型情景下可再生能源更快突破，积极型情景下CCS/CCUS与可再生能源技术同步发展，从而造成一次能源需求总量、碳排放量、生态碳汇+CCS/CCUS需贡献碳减排量的预测差异[24]。

稳健型情景下，一次能源消费量2030年前后达峰，峰值约为60.3×108t标准煤。煤炭、石油和天然气消费达峰时间分别为2025年前、2030年前后和2035—2040年间。碳排放量2025年前后达峰，峰值约为106×108t。2030年，煤炭、石油、天然气和非化石能源消费占比分别为44.0%、18.1%、11.9%和26.0%；2035年分 别 为39.7%、15.8%、13.5%和31.0%；2060年，一次能源消费总量约为56×108t标准煤，煤炭、石油、天然气和非化石能源消费占比分别为7.2%、7.2%、12.4%和73.2%。2060年，生态碳汇+CCS/CCUS需贡献碳减排量 27×108t（图 3）。

图3 稳健型情景下中国能源需求、能源消费结构及碳排放预测

积极型情景下，一次能源消费量2030年前后达峰，峰值约为60.1×108t标准煤。煤炭、石油和天然气消费达峰时间分别为2025年前、2030年前和2040年前。碳排放量2025年前后达峰，峰值约为107×108t。2030年，煤炭、石油、天然气和非化石能源消费占比分别为42.8%、18.4%、12.0%和26.8%；2035年占 比 分 别 为37.8%、15.8%、14.0%和32.4%；2060年，一次能源消费总量约为58×108t标准煤，煤炭、石油、天然气和非化石能源消费占比分别为4.9%、5.6%、9.4%和80.1%。2060年，生态碳汇+CCS/CCUS需贡献碳减排量21×108t（图 4）。

图4 积极型情景下中国能源需求、能源消费结构及碳排放预测

激进型情景下，一次能源消费量2030年前后达峰，峰值约为61×108t标准煤。煤炭、石油和天然气消费达峰时间分别为2020年前后、2025年前后和2035年前后。碳排放量2025年前后达峰，峰值约为106×108t。2030年，煤炭、石油、天然气和非化石能源消费占比分别为43.2%、17.4%、11.6%和27.8%；2060年，一次能源消费总量为59×108t标准煤，煤炭、石油、天然气和非化石能源消费占比分别为3.0%、4.1%、8.1%和84.8%。2060年，生态碳汇+CCS/CCUS需贡献碳减排量约16×108t（图5）。

图5 激进型情景下中国能源需求、能源消费结构及碳排放预测

3 主要类型能源发展趋势展望

立足我国基本国情和发展阶段，综合考虑经济发展、能源安全及可再生能源对化石能源的平稳有序替代，建议按照积极型情景推动我国碳达峰、碳中和目标实现。要坚持破立并举，逐步有序减少化石能源消费，推动非化石能源成为能源供应主体。主要时间节点能源结构变化趋势见图6。

图6 积极型情景下中国能源消费变化趋势

3.1 煤炭

目前，煤炭在中国能源消费结构中仍占主导地位，煤电是电力的主要来源。煤炭消费中短期内稳中有降，未来重点发挥能源安全“兜底保障”作用[25-28]。煤炭消费2025年前实现达峰，2020—2035年煤炭占一次能源消费比重从56.8%降至37.8%，这个阶段应重点开展煤炭清洁高效利用；2036—2050年，煤炭消费稳步下降，支撑能源消费结构平稳转型；2051—2060年，煤炭消费占比降至10%以下，发挥“兜底保障”作用。

3.2 石油

中短期内，中国石油消费仍将持续增长，交通用油仍有增长空间，化工用油发展潜力大。未来随着交通用油减少，石油将回归“原料属性”。2021—2030年，在全球贸易和化工需求的强劲推动下，中国石油消费保持增长，2030年左右达峰，峰值约7.8×108t；2031—2050年，交通运输电动化转型不断推进，交通用油持续下降，化工用油保持稳定，2050年石油消费量约3×108t；2051—2060年，石油进一步回归原料属性，化工用油成为石油消费主力，2060年石油消费量约2.3×108t，化工用油占比超过60%。

3.3 天然气

天然气是最清洁低碳、灵活高效的化石能源，是中国能源体系由高碳向低碳、零碳转型的重要抓手，预测中长期内消费将快速增长[29]。天然气与可再生能源融合发展，可成为可再生能源的“最佳伙伴”。2021—2035年，天然气消费快速增长，城市燃气、工业燃料、发电用气均有较大增幅，2035年消费量约6000×108m3；天然气消费在2040年前达峰，峰值近6500×108m3，2036—2050年间预计调峰发电用气是主要增长来源；2051—2060年，随着取暖、工业用气电力替代，天然气消费平稳下降，2060年降至约4000×108m3。在长时储能技术和经济性未获突破前，气电作为调峰电源，在城市供电安全保障中将起到重要作用。

3.4 非化石能源

非化石能源是中国未来能源供应的主体，绿电和绿氢是实现绿色低碳能源转型的关键，要在保证实现经济发展、能源安全和“双碳”目标的前提下，加快构建以非化石能源为主体的新型电力系统，以非化石能源制氢为依托完善氢能产业体系。核电是清洁低碳、稳定高效的基荷电源，发展核能对优化能源结构、实现“双碳”目标具有重要作用。中国已形成了完整的核电产业链，要保持核电安全有序发展，由于沿海核电发展空间有限，要不断优化布局，稳步推进内陆核电。水电选址受多方面因素影响，中国水电开发潜力在西部地区，重点在藏东南，要做好稳健有序开发。风光发电是中国未来能源发展的重点方向，2030年风电、太阳能发电总装机容量要达到12×108kW以上，中长期内风光新增装机容量要保持快速增长，东部分布式光伏、西部集中式光伏、海上风电是未来的重点发展方向。中国生物质能利用成效显著，生物质发电、生物质热电联产和生物质燃料发展前景广阔。

2030年非化石能源消费量达到16.1×108t标准煤，占能源消费总量的26.9%，其中核电、水电、风能、太阳能和生物质能占比分别为12%、29%、30%、26%和3%；2060年非化石能源消费量达到46.4×108t标准煤，占能源消费总量的80.1%，其中核电、水电、风能、太阳能和生物质能在非化石能源消费中占比分别为12%、12%、31%、38% 和7%， 风能和太阳能成为非化石能源消费主体。

4 相关政策建议

世界能源格局正在向清洁、低碳、绿色、高效、多元化方向转变。中国能源发展要统筹兼顾经济发展、能源安全和碳减排目标，立足我国国情和煤多、油气不足、新能源丰沛的资源禀赋，替煤、稳油、增气，大力发展新能源。加速构建以新能源为主的新型电力系统和氢能产业体系，积极推动我国以煤炭为主的高碳能源结构向以新能源为主的低碳能源结构转变。

以“四个革命、一个合作”能源安全新战略为指引，坚持总体国家安全观，把经济发展、能源安全贯穿能源清洁低碳转型和碳减排全过程、各领域，防范“运动式”减碳。建议中央层面加强顶层设计，进行任务分解，指导各地区、各部门制定科学合理的转型目标与规划并定期进行监督检查。各地区、各部门应当充分认识到，能源转型需要全局思维，保障能源安全是推进实现“双碳”目标的底线，应当在“双碳”目标引领下实现经济高质量发展。

综上所述，建议按照积极型情景推动我国碳达峰、碳中和目标实现。煤炭作为我国主体能源，要加强清洁高效利用，重点发挥好兜底保障作用；石油消费中短期内仍将持续增长，未来将回归原料属性；天然气消费中长期内将保持快速增长，未来成为可再生能源发展的“最佳伙伴”；非化石能源中，核电要保持安全有序开发，水电要稳健有序开发，风能和太阳能将加速发展，以绿电和绿氢为载体推动可再生能源逐渐成为我国能源消费总量主体。