立足能源—经济—环境关系对电力碳达峰碳中和路径的战略思考

鲁 刚 徐沈智 王 芃

（1.国网能源研究院有限公司；2.国家电网公司能源电力规划实验室）

实现碳达峰、碳中和是党中央经过深思熟虑做出的重大战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体[1]。党的十八大后，面对国际国内形势发生的复杂深刻变化，以习近平同志为核心的党中央提出“四个革命、一个合作”能源安全新战略，做出加快构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局等一系列战略部署，这将推动我国的“能源—经济—环境”关系发生同步重大调整。随着三者耦合关系日益紧密、相互作用愈发复杂，需要用系统性思维和理论分析的方法，从战略层面思考电力行业碳达峰、碳中和路径。

1 电力碳达峰碳中和事关全局

1.1 电力行业碳减排任务重

作为世界上最大的发展中国家，我国将用历史上最短的时间完成全球最高碳排放强度降幅。欧美主要发达国家碳排放随经济结构调整和产业转移实现自然达峰，在经历了漫长的平台期后开始缓慢下降，并与经济增长脱钩。我国尚处于工业化阶段，能源电力需求将持续增长，碳排放与经济发展之间仍存在较强的耦合关系，挑战巨大。

为实现碳达峰、碳中和目标，必须控制碳排放增长。目前，能源燃烧产生的二氧化碳排放量占我国二氧化碳排放总量的88%左右，电力行业排放约占能源行业排放的41%[2]。伴随着我国新基建、乡村振兴等战略深入实施，内需潜力将不断释放，电力消费需求仍将保持增长，预计“十四五”期间，全社会用电量年均增速超过4.8%[3]。电力行业须在保障经济社会日益增长的用能需求的同时严格控制碳排放，碳减排任务很重。

1.2 电力行业成为碳减排核心枢纽

在能源生产清洁化、能源消费电气化、能源配置平台化的共同作用下，电力逐渐成为我国碳减排的核心枢纽行业。

其一，实现碳达峰、碳中和的关键在于推动能源清洁低碳转型，要加快发展非化石能源，尤其是风能、太阳能等新能源。近10年，我国风电、太阳能发电等新能源发电装机快速增长。截至2021年11月底，我国风电、太阳能发电装机约5.9×108kW，占总装机容量的25.4%[4]。未来新能源仍将保持快速发展势头[5]。

其二，电能是清洁、高效、便捷的二次能源，提升电气化水平被视为各行业降低碳排放的主要举措之一。工业、建筑、交通等大量非发电领域的化石能源消耗和碳排放将转移到电力行业，推动电能占终端能源消费比重不断提升。2000—2020年，我国电能占终端能源消费比重从10.9%增至26.5%。

其三，电网连接电力的生产和消费，既要支撑新能源大规模开发利用，又要满足经济社会发展用电需求，是能源转型的中心环节。我国约95%的非化石能源被转化为电能加以利用，在实现碳达峰、碳中和目标过程中，电网资源配置的平台作用将更加突出。

需要指出的是，未来10年增长的电力需求尚不能完全由非化石能源发电满足，考虑到电力行业要承接其他行业转移的碳排放，需要以电力行业碳排放的晚达峰，来支撑其他行业早达峰。

1.3 电力安全位置愈发突出

电力发展与国计民生关系紧密，实现碳达峰、碳中和必须统筹降碳减排与安全发展。一方面，随着电力行业逐渐成为全社会碳减排的核心枢纽，其基础性地位和作用更加凸显。另一方面，供水、燃气、交通、通信等领域基础设施的安全可靠运行与电力持续稳定供应密切相关，一旦发生大面积停电事件，可能引发跨领域连锁反应。因此，必须在设计碳达峰、碳中和路径时，考虑电力安全底线，即电力供应保障能力受到的影响，尤其是加速低碳转型下电力系统安全运行的潜在风险。

2 “双三角”理论框架

随着电力逐渐成为能源系统的重心，碳达峰、碳中和的路径设计选择将深刻改变能源系统发展方式甚至能源部分属性，对经济、环境系统产生作用，进而推动社会整体性变革。为全面、系统地分析电力行业碳达峰、碳中和路径，需要综合考虑能源—经济—环境系统（即3E系统，“可持续发展三角”）总体变化和能源子系统调整。

20世纪80年代，世界环境与发展委员会（WCED）在《我们共同的未来》报告中正式提出“可持续发展”概念，指出可持续发展是既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展[6]。此后，国际上诸多能源、经济和环保机构致力于研究3E系统的协调和可持续发展问题。2011年，世界能源委员会（WEC）提出能源领域“不可能三角”，并形成能源三难困境指数，涵盖能源公平、能源安全和环境可持续性[7]。国内郑新业教授研究提出，在既定条件下，很难找到一种能源结构和体制，可确保“既有能源用，又没有污染，价格还便宜”三个目标同时实现，即存在某种程度上的“不可能三角”，因而需要做出平衡选择[8]。

“可持续发展三角”与“能源不可能三角”存在内在联系。能源、经济或环境中的任何一个系统发生变化，都将对其他两个系统产生影响，进而引发总体变化。能源系统的变化主要表现在能源安全性、经济性、清洁性方面的改变，并分别与经济系统、环境系统相互作用。如果不考虑两个“三角”的联系，将难以全面研究能源电力行业发展对经济社会产生的影响，也难以准确把握经济社会发展对能源电力行业的要求。尤其是当电力行业碳达峰、碳中和愈发关乎全局目标实现时，将两个“三角”进行联合分析的需求就更为迫切。

“可持续发展三角”用于描述“能源—经济—环境”三者的联动关系（图1）。从能源—经济关系看，能源是经济社会发展的物质基础，能源的供应保障、供能成本、产业发展对经济活动产生影响，经济社会发展会促进能源大规模开发利用；从能源—环境关系看，能源的开发利用会对环境产生影响，环境保护目标会对能源转型方向和速度提出要求；从经济—环境关系看，经济发展方式及产业结构影响能源消费结构，进而影响生态环境，生态环境承载力有限，环境的破坏与污染会抵消部分经济发展成果。

图1 “双三角”理论框架

“能源不可能三角”用于描述能源系统自身发展在安全性、清洁性与经济性之间的平衡关系，即“能源三难选择”。能源转型在既定技术、体制等条件下无法在能源安全、可负担性和环境可持续性三方面同时达到最优，需要根据经济、环境不同阶段发展目标与发展需要，以多目标的轻重缓急合理选择确定能源发展重心。

“双三角”强耦合互动。一方面，“可持续发展三角”影响能源发展方向，进而影响“能源不可能三角”的重心选择。当经济发展承压时，要求降低用能成本，为经济增长提供更大空间，能源发展重心要向经济性方向倾斜。另一方面，“能源不可能三角”中的能源经济性、清洁性将影响“可持续发展三角”中的经济社会与生态环境活动，当能源发展重心向清洁性方向倾斜时，在提升外部环境系统承载力的同时，可能造成能源价格冲击，削弱经济发展潜力。

3 电力碳达峰碳中和路径影响与方向分析

基于“双三角”理论框架，整体研判“可持续发展三角”发展态势，以能源系统为中心，辨识影响能源、经济、环境关系的关键变量调整，探究“双三角”协同发展的主要矛盾及解决举措。

3.1 电力行业要以能源绿色发展引领经济社会绿色发展作为路径设计基本定位

习近平总书记指出，“人类需要一场自我革命，加快形成绿色发展方式和生活方式，建设生态文明和美丽地球。”“抓住新一轮科技革命和产业变革的历史性机遇，推动疫情后世界经济‘绿色复苏’，汇聚起可持续发展的强大合力。”在国家多重战略部署下，我国将形成“能源—经济—环境”三者同步重大调整的局面，即同步实现新型电力系统—新发展格局—碳达峰、碳中和。新的发展阶段必须完整准确全面贯彻新发展理念，于变局中开创新局。

从“可持续发展三角”整体看，能源绿色发展一方面可以有效控制能源领域碳排放，减少能源使用对环境的破坏，提高环境承载力，为经济发展释放更大空间；另一方面能够为经济提供新的增长点和重要支撑，加快推进生态环境改善。以能源绿色发展引领经济社会绿色发展，将推动3E系统形成良性循环，共同向更高水平发展。

随着经济与环境的耦合关系更为紧密，能源在经济与环境协调发展中的作用愈加凸显，能源行业正面临着构建新型电力系统这一重大历史发展机遇，需要更好地适应“能源—经济—环境”新关系，引领社会绿色发展。根据相关发展情景预判，能源生产将加速清洁化。预计2030年、2060年，新能源装机规模占比将分别达到40%和60%左右，新能源将逐步发展成为第一大电源和电量供应主体，而煤电发展空间势必进一步压缩，预计2060年煤电装机占比将降低至10%左右[9]。同期，能源消费电气化水平显著提升，电能替代和节能提效深入推进，预计2030年、2060年，电能占终端能源消费比重将分别达到35%和70%左右。

3.2 充分发挥电力产业创新带动作用，谋划新型电力系统产业布局

从能源—经济关系看，新发展格局标志着过去以外循环带动内循环的发展方式发生根本性变化，今后要充分发挥我国国内超大规模市场优势和内需潜力，以消费拉动为主。这是经济发展方式和布局的主动转轨，需要能源低碳转型适应新要求，进一步发挥支撑、促进、引领的重要作用。

电力行业碳达峰、碳中和的过程也是加快构建新型电力系统的过程。高投入、高拉动的产业特点意味着电力产业在国民经济发展中将更具全局性、战略性位置。“十三五”期间，我国流入主要生产部门的大型电力企业电力建设投资约带动总产出14.63万亿元，拉动GDP4.82万亿元，拉动完全非农就业人数2710万人[10]。另一方面，在构建新发展格局中，电力行业是我国具备国际先发优势、能够进一步提供国际合作新空间的高端产业领域之一。电力产业链重构的重要性和优先程度相对较高。我国风电、太阳能发电、特高压输电、电动汽车、储能等行业技术领先[11-12]，自主化程度高，规模位于世界前列，在国际贸易中优势地位明显。

因此，要注重低碳技术研发与产业培育，发展现代能源经济，特别是要积极培育新型电力系统产业。绿色低碳技术和产业市场前景广阔，要紧跟能源技术革命新趋势，研发培育新技术、新模式、新业态，特别是在未来10年要加大技术投入和加快产业培育节奏，为释放经济社会绿色发展远期红利孕育充足动力。

3.3 能源低碳转型，需注重防范电力安全多重风险

从“能源不可能三角”的安全性看，在世界百年未有之大变局下，能源的政治属性、战略工具属性愈发明显，我国能源安全态势正在发生重大改变。能源绿色低碳转型推动能源安全保障的重心、责任主体转向电力系统，以油气为底色的能源安全问题将演化为电力系统的安全保障问题。特别要注意电力供应安全、科技安全、产业安全、资源安全和网络安全等方面的重大不稳定因素，电力行业碳达峰、碳中和路径需注重安全风险防范、先立后破。

其一，要实现电源结构有序调整。新能源大规模接入与电能消费需求不断增长导致电力系统呈现“双高”“双峰”特征，运行特性发生显著变化，系统平衡、控制难度和复杂性不断上升。煤电等化石能源电源作为我国现阶段电力供应主体仍发挥重要作用。不切实际地追求碳减排速度，导致传统电源过早退出或投资严重不足，将会影响电力系统安全。

其二，要加强科技自主创新，做好电力产业链供应链的补强与控制。整体来看，我国电力产业链供应链较为稳定，但关键设备及零部件一定程度上仍依赖国外进口，部分技术尚未实现自主化或与国外存在代际差距。

其三，要加强对上游关键矿产资源的安全关注。我国新能源发展所需战略性矿产资源对外依存度偏高，存在由油气对外依存度过高转变为稀有金属对外依存度高的潜在风险。

其四，要做好信息网络安全风险防范。电力系统网络终端多、涉及面广，随着“大云物移智链”等信息技术广泛应用，与新能源、电动汽车等各类终端的信息交互日趋频繁，电力系统的网络边界愈发模糊，威胁与风险将会增多。

3.4 采用先慢后快减排路径，动态缓解“能源不可能三角”矛盾

从“能源不可能三角”整体看，能源发展安全性、经济性、清洁性要求全面提升。安全性方面，要求我国立足国内，提升能源行业安全性，增强能源自主保障能力，牢牢掌握能源安全的主动权，守住能源安全的底线。经济性方面，国内外形势变化要求增强经济内生发展动力，提升能源行业经济性，以更低的用能成本释放更大的发展空间。清洁性方面，碳中和目标要求能源行业加快清洁低碳转型，应对气候变化对能源发展提出更强约束性要求。这三个方面是相互平衡的关系，侧重其中任一个方面都会受到其他两个方面的制约。

面对这一新局面，从电力行业看，采用先慢后快的减排路径，可以避免短期内对新能源规模和脱碳技术应用、体制机制、政策等提出过高要求，有利于动态缓解“能源不可能三角”矛盾。根据初步测算，在电力行业碳预算保持不变情况下，先慢后快减排路径的技术经济评价相对较好，若采用保持匀速或先快后慢的减排路径，预计2020—2060年电力成本需提高4%～8%。长远看，必须通过深化科技创新与体制机制改革，以科技创新实现生产力的突破性飞跃，以体制机制改革重塑能源电力生产关系，不断拓宽“能源不可能三角”优化的可行域，将有助于实现“双三角”在更高水平上的平衡。

3.5 立足未来我国综合国力高地，科学分配行业间碳预算

对于电力行业，从“双三角”整体看，提升能源安全性与清洁性需要加大能源基础设施投入，电力投资将保持较高水平，尤其是电力供应成本在转型前期将持续上升，行业可持续发展面临挑战。量化分析表明，电力转型成本与承担的减排量和减排力度呈明显正相关关系。按4%贴现率考虑，电力碳达峰、碳中和大约需要投入60万亿元，2020—2040年，电力供应成本将波动上升，2045年前后电力供应成本开始进入平台期。

由于全社会碳预算总额一定，行业间碳预算的分配实际上决定了不同行业的发展空间，也赋予了不同行业的碳减排责任，并要面临不同的技术创新与产业培育压力，这将进一步决定40年后中国在参与大国竞争中的产业高地和核心竞争力所在，影响极为深远。为此，需要加强碳预算行业结构的顶层设计与技术产业布局，做好工业、建筑、交通、能源领域碳排放的“加法”与“减法”，以最大化增强我国未来综合国力的潜力。

4 结束语

电力行业碳达峰、碳中和路径不仅关系到能源转型强度与节奏、其他行业碳减排成效，也将对经济高质量发展、生态文明建设产生重大影响，在能源—经济—环境关系中具有特殊位置，需要做好顶层设计，坚持以全球视野、系统思维谋划。

一是针对新发展格局下能源产业属性增强，要开展系统性的政策设计，以加速培育经济发展新动能；二是不同行业间碳预算分配直接决定了碳减排责任和经济社会全局转型代价，更将进一步影响我国未来产业核心竞争力，需要立足全球大国竞争，统筹设计各行业发展与减排；三是碳达峰、碳中和是两个紧密相关又特点各异的阶段，碳达峰阶段特别需要在能耗指标、碳强度指标等方面实现“腾笼换鸟”，为新型电力系统等产业培育提供发展的环境空间；四是要立足安全统筹关键技术研发和产业链供应链布局，加快补短板，加强科技战略引领，加快推动产业结构优化升级；五是以先慢后快的减排路径，动态缓解“能源不可能三角”挑战，并坚决依靠科技创新和体制机制改革，推动“可持续发展三角”与“能源不可能三角”在一个更高的水平面上实现协调，从而实现能源高质量发展，支撑经济实现高质量发展。