碳达峰碳中和背景下我国能源发展多情景研究

王陆新 王 越 王永臻

（自然资源部油气资源战略研究中心）

碳达峰碳中和是中央做出的重大战略决策，是我国高质量发展的内在要求，事关中华民族伟大复兴和构建人类命运共同体。能源是支持经济增长的重要物质基础和生产要素，能源消费量、消费结构与社会经济发展阶段、工业化程度密切相关。我国实现碳达峰碳中和的关键问题在于，在能源保障经济社会发展的同时如何实现深度脱碳。科学总结全球主要发达国家不同发展阶段的能源需求和碳排放足迹，充分掌握经济发展与能源转型的内在规律和联系，对于研究制定我国“3060”能源战略目标布局、细化落实碳达峰碳中和目标具有重要参考意义。

1 能源支撑人类经济社会发展过程与碳排放足迹

纵观人类社会发展的历史，从农业社会到工业社会，再到后工业社会，每一次经济跃升都伴随着能源变革与更替，之前能源消费长期依靠化石能源，与碳排放息息相关。据1965年以来美国、英国、德国、法国、意大利、西班牙、日本、澳大利亚等国历年经济增长—能源消费—碳排放统计规律显示①数据来源：世界银行《世界发展指标2020》、bp《世界能源统计》，统计数据包括1965—2019年主要国家的人口、经济、能源和二氧化碳排放等。，从工业化前期、工业化时期到后工业化时期，各国人均的能源消费、碳排放与GDP总体呈现出缓慢增长、快速增长、减速增长到零增长或缓慢负增长的“S”形轨迹[1-3]（图1），反映了经济社会发展演变与能源消费、碳排放的内在规律联系。

图1 1965年以来世界主要国家人均能源消费与经济增长关系[1-2]

1.1 工业化前期

该时期人均GDP低于0.3万美元，社会发展处于农业文明时期，生产和生活水平较低，经济发展缓慢。能源消费以薪柴为主，并利用一些简单的水力与风力机械作动力，人均能源消费低、碳排放少。

1.2 工业化阶段

该阶段能源消费从快速增长到减速增长，碳排放达峰后逐步放缓。根据能源需求增速不同，分为工业化阶段早期和后期两个阶段。（1）工业化阶段早期（人均GDP为0.3万～1.2万美元），能源消费进入煤炭、石油时代，人均能源年消费量为3.4～5.1t标准煤，高峰期年均增速达7%～15%。二氧化碳排放快速增长，人均年排放量达到5～15t。（2）工业化阶段后期（人均GDP为1.2万～2万美元），随着产业结构调整和能源技术进步，创造单位GDP的能耗开始下降，能源消费进入中速增长阶段，人均能源年消费量为4.4～8.5t标准煤，消费增速为3%～7%。二氧化碳排放量达到峰值后进入平台期，年人均排放量达到7～25t（表1）。

表1 世界主要国家人均能源消费与二氧化碳排放下降趋势[1-2]

1.3 后工业化阶段

该阶段人均GDP超过2万～2.3万美元。社会发展完成工业化，进入后工业化阶段，以高新技术为特色的低能耗第三产业替代高能耗的工业，成为GDP的主要贡献者，年经济增长率常规都在3%以内。能源消费及二氧化碳排放与经济增长脱钩，能源消费由低速（小于3%）增长向零增长转变，之后呈缓慢下降态势（-0.3%），人均能源年消费量降至3.4～5.8t标准煤。二氧化碳排放经历较长平台期之后缓慢下降，年人均二氧化碳排放量降至5～15t。

全球能源结构转型第一阶段以煤炭为主，现已进入油气为主阶段，正在转向以非化石能源为主的阶段[4]。从全球看，以煤炭、石油和天然气构成的传统化石能源，占一次能源消费总量84%以上，依然是当今人类社会消费的绝对主体能源，也是二氧化碳等温室气体排放的主要来源。据国际能源署、世界银行统计，全球人均GDP为1.1万美元，世界80%以上人口的人均GDP低于此水平。预计到2030年，世界经济增长保持在3%左右，能源消费年均增长至少在1%以上，2025—2030年，二氧化碳排放年均增长也将超过1%。总体看，当前世界发展不平衡不充分，多数国家和地区依然处于工业化早期阶段，未来全球经济增长和能源消费仍将持续增长，短期内全球碳排放量仍将继续增长，绝大多数国家要实现碳达峰和碳中和目标，必须解决好经济增长—能源消费—碳减排的三角关系。

2 能源是支撑我国经济社会发展重要物质基础

2.1 能源是我国全面建成小康社会的重要物质基础

新中国成立以来，经过70多年不懈努力，我国已发展成为世界第二大经济体、世界最大的能源消费国和生产国，煤炭、石油和天然气等能源为保障我国经济社会发展和繁荣做出了重大贡献。从现代化发展来看，我国大致经历了解决温饱、建设小康社会阶段和全面建成小康社会阶段[5]。

第一阶段：1949—2000年，解决温饱问题、建设小康社会阶段。该阶段我国人均GDP从50～100美元增长到900～1000美元。50多年来，我国累计 消费煤炭 301×108t、石 油 36×108t、 天然气0.5×1012m3。

第二阶段：2001—2020年，完成第一个百年奋斗目标，全面建成小康社会阶段。该阶段我国人均GDP从900～1000美元增长到9000～11000美元。20年来，我国累计消费煤炭620×108t、石油87.6×108t、天然气2.45×1012m3。在此阶段，我国煤炭、石油和天然气消费量分别是第一阶段消费量的2倍、2.4倍和4.9倍。

2.2 对标发达国家，我国实现碳达峰碳中和远景目标时间更紧、力度更大、困难更多

统计显示，目前全球已经有54个国家的碳排放达到峰值，占全球碳排放总量的40%[6]。1990年左右，美、英、德、法、日等发达国家碳排放总量和人均排放量到达或越过碳排放顶峰。这些国家已完成了工业化，人均GDP超过2万美元，能源消费与碳排放经历了“双达峰”，实现了“双下降”。目前，多国承诺将在2050年实现碳中和或净零排放。其中，美国拜登政府在气候领域提出最新目标“到2035年，通过向可再生能源过渡实现无碳发电，到2050年实现碳中和”；英国2019年新修订的《气候变化法案》生效，正式确立到2050年实现碳中和；德国2019年通过《气候保护法》，以法律形式确定中长期温室气体减排目标，到2030年实现温室气体排放总量较1990年至少减少55%，到2050年实现“碳中和”；法国2020年颁布法令通过“国家低碳战略”，设定2050年实现“碳中和”目标；日本政府2020年公布脱碳路线图草案，提出将于2050年实现“碳中和”。按照经济、能源及碳排放的趋势规律看，上述国家将用60年时间完成从碳达峰到碳中和的转变，而且碳减排是顺势而为，基础准备充分，实现难度不大[7]。

从发展阶段看，我国能源消费和碳排放仍处于“双上升”阶段，需求管控和碳排放的规模大、挑战多。当前是我国城镇化重要上升期、经济转型发展关键期，人均GDP已达到1万美元，正处于工业化阶段早期，短期内能源需求仍将保持增长态势，实现能源“双控”难度更大。从能源消费看，2019年，我国能源消费量为48.6×108t标准煤，消费结构中以化石能源为主，其中煤炭占比57.7%，石油占比18.9%，天然气占比8.1%，水电、核电、风电等清洁能源占比15.3%。人均能源消费量为3.4t标准煤，较2008年大幅提高了59.6%[8]，虽然经历了快速增长，但仅为美国、英国人均能源消费高峰期的28%、59%。从碳排放看，2019年，我国碳排放总量为98.3×108t，是目前碳排放量最高的国家，占世界碳排放总量的28.8%，尚处于上升阶段[9]。人均二氧化碳排放量为7t，较2008年提高了37%，仅为美国碳排放达峰时的32%、英国的54%，远低于欧盟、日本等经济体高峰期水平。

对照新目标、新愿景、新要求，我国要在人均GDP和能耗水平相对较低的背景中实现能源消费和碳排放“双达峰”，并用西方国家（1990—2050年）一半的时间（2030—2060年）实现“碳中和”[10]，需充分认识碳达峰碳中和的紧迫性，加快布局，积极行动。2021年5月，生态环境部公布了《碳排放权交易管理规则（试行）》《碳排放权交易管理规则（试行）》等相关细则，标志着全国碳交易市场建设进一步提速，以碳远期、碳期货为代表的碳金融衍生品的探索也正稳步展开。

2.3 碳关税或将成为我国推进“一带一路”建设、构建国内国际双循环发展格局的新挑战

西方发达国家能够实现人均能耗与碳排放“双下降”，其中一个重要原因是将高耗能、高排放量的产业转移到了发展中国家，形成了“低收入国家生产、高收入国家消费”的国际分工格局。2021年3月10日，欧洲议会投票通过了“碳边境调节机制”（CBAM）议案，推动建立“碳关税”①碳关税是一种特殊的关税政策，指对高能耗产品的进口，如铝、钢铁、水泥和一些化工产品等征收特别的二氧化碳排放关税。制度，已引起新碳减排规则的博弈。我国是进出口贸易大国，大规模的出口贸易创造了巨大的经济产值和就业机会，成为拉动中国经济增长的重要力量之一，同时也催生了大量的能源消费和碳排放。统计显示②据《中国低碳经济发展报告2014》，“2009年国际贸易中隐含碳排放占到全球消费碳排放的20%，而这些贸易隐含碳主要是从中国和BRIIAT（澳大利亚、俄罗斯、印度等其他重要国家组）地区生产和出口，由北美和欧元区消费和进口引起的。”，我国碳排放的29%是由其他国家消费引起的，而欧元区和北美碳排放的33%和17%是在地区外生产排放的[11]。“碳关税”这一新制度会使国际贸易体系和产业格局发生变化，对我国发展构成新的挑战。

3 实现“双碳”目标的现实选择

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，党中央已明确要把碳达峰碳中和纳入生态文明建设总体布局。2021年以来，我国进入新发展阶段，经济社会发展主要目标转向实现第二个百年奋斗目标，即全面建成社会主义现代化强国。按照全面建设社会主义国家的战略安排，2035年我国将基本实现社会主义现代化，2050年全面建成现代化强国。新时代我国能源发展继续贯彻“四个革命、一个合作”能源安全新战略，走高质量发展新道路，将清洁低碳作为能源发展的主导方向，推动能源绿色生产和消费。同时，我国提出了二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和的发展目标。这意味着，未来40年，我国经济持续增长，能源消费有限增长，碳达峰碳中和将同时发生，需要我国经济结构和能源结构加速转型才能实现。

碳中和目标下我国能源结构转型的多情景分析，是通过定量和定性分析相结合的情景分析法，科学、合理地预测未来各种可能出现的情况，发现未来变化的某些趋势，避免过高或过低估计未来的变化及其影响，为科学决策提供理论依据[12]。纵观目前国内外多家机构③参考研究机构与情景：清华大学气候变化与可持续发展研究院“1.5℃情景”“2℃情景”；清华大学能源环境经济研究所“碳中和情景”；中国石油集团经济技术研究院“2060年碳中和情景”；世界资源研究所（WRI）“强化行动情景”；国网能源研究院“深度减排情景”；bp“快速转型情景”等。已公布的研究报告，对我国能源需求总量预测结果较为一致，预计我国能源消费到2030年左右达到峰值（56～58）×108t标准煤，年均增长1.4%，到2060年我国能源消费量下降至（47～50）×108t标准煤，较2030年高峰期下降14%～19%，年均下降0.5%左右[13]。由于可再生能源、储能及碳汇等技术变量较大，各机构对我国2060年能源结构预测结果差异较大。

因此，按照化石能源与非化石能源比例划分为4种转型情景方案：4∶6情景方案、3∶7情景方案、2∶8情景方案和1∶9情景方案（图2、图3）。综合我国经济社会发展与“双碳”目标，在碳达峰阶段，化石能源仍是确保我国能源安全、保障2035年基本实现社会主义现代化的中坚力量；在迈向碳中和过程中，可再生能源将逐步替代化石能源，成为保障我国2050年全面建成社会主义现代化强国的主体能源。以2∶8推荐情景方案为例[14]，未来40年时间，建议按照“两个15年和一个10年”分3个阶段逐步实施。

图2 基于不同能源转型目标情景趋势分析得出的我国能源三步走路径

图3 2020—2060年我国能源消费及结构转型方案情景

3.1 第一阶段（2021—2035年）：基本实现社会主义现代化阶段

此阶段核心目标是2035年之前实现碳排放和能源消费“双达峰”。我国人均GDP预计达到2.4万美元①数据来源：中国社会科学院经济研究所、全球能源互联网发展合作组织，下同。以我国2019年人均GDP达到1万美元为基数，2020年以名义增长率为3.5%和汇率为7，之后年份假定汇率为7，并给出未来3个10年总体递减的通货膨胀率，计算预测未来30年的GDP增速。结果显示，2033年、2050年、2060年中国人均GDP将分别达到2.4万美元、4.1万美元、4.7万美元。，碳排放2030年达到峰值110×108t左右，一次能源消费峰值57×108t标准煤左右，较2020年增长14.5%[15-17]。能源结构转型加速，化石能源与非化石能源占比达到7∶3。其中，煤炭消费在“十四五”达峰后下降，年均下降2.1%；石油消费在“十五五”后期达峰，年均增长0.8%；天然气消费持续增长至5200×108m3，较2020年大幅增长约60%。此阶段，我国需要累计消费煤炭485×108t、石油 99×108t、天然气 6.8×1012m3，分别是过去20年全面建成小康社会阶段消费量的0.8倍、1.1倍和2.8倍。

3.2 第二阶段（2036—2050年）：全面建成社会主义现代化强国阶段

此阶段核心目标是从高碳经济向低碳经济转型，快速降低碳排放，经济增长将与能源消费、碳排放逐步脱钩。预计2050年我国人均GDP将达到4.1万美元，能源消费进入平台期并开始缓慢下降，一次能源消费量达到52×108t标准煤，较高峰期下降约9%，处于零增长与缓慢下降阶段（年均为-0.5%）。能源结构持续优化，到2050年，化石能源与非化石能源占比达到4∶6，我国进入可再生能源时代。其中，煤炭、石油消费量较2030年年均下降4.4%和3.3%，消费占比分别降至18%和10%；天然气消费将在2040—2045年达到峰值6200×108m3/a。此阶段内，我国需要累计消费煤炭290×108t、石油 72×108t、天然气 7.1×1012m3。

3.3 第三阶段（2051—2060年）：实现碳中和目标与争取能源独立阶段

此阶段核心目标是能源深度脱碳，实现碳中和。2060年我国人均GDP将达到4.7万美元，能源消费量下降至48×108t标准煤，较2030年高峰期下降16%。能源结构基本稳定，化石能源与非化石能源占比达到2∶8。其中，2060年煤炭消费量较高峰期下降约85%，消费结构中占比7%；石油消费量较高峰期下降70%，占比6%；天然气消费量较2020年下降21.6%，占比7%；非化石能源消费量较2020年增长3.9倍，年均增长4.1%，占比达80%，在能源供给安全中将起到举足轻重的作用。在此基础上，我国石油、天然气基本实现自给，有望实现能源独立，将能源安全掌握在自己手里。此阶段内，我国需要累计消费煤炭90×108t、石油28×108t、天然气3.2×1012m3。此外，储能、氢能、能源农业①能源农业加工技术涵盖动物性产品中油脂提取技术，植物性产品中植物性油脂、糖料和淀粉的提取加工技术，以及这些原料转化成燃料酒精、生物柴油和沼气等可燃气体的转换技术。、碳捕集利用与封存（CCUS）、生物能源碳捕集与封存（BECCS）等相关技术将逐渐成熟，可以实现大规模推广。2060年，二氧化碳年排放量预计达到（10～20）×108t，碳汇能力达（12～29）×108t[18]，基本实现碳中和。

研究认为，2035年之前，我国经济增长与碳排放还远未脱钩，化石能源与经济发展、能源安全休戚与共。为统筹好国家建设“两步走”战略与碳达峰碳中和承诺，科学把握好控碳与降碳节奏，吸取“煤改气”等经验，防止盲目“去碳”、运动式“减碳”。在碳达峰阶段，应以保障国民经济发展的合理需求确定化石能源消费峰值，以可再生能源替代增量确定存量化石能源减量；在碳中和阶段，应以可再生能源发电峰谷差确定化石能源配比，以化石能源存量为基础确定碳汇发展目标。

4 结论与建议

对标发达国家，我国将在相对较低经济发展水平和人均能耗水平中实现能源消费和碳排放“双达峰”，时间短、任务重、难度大。我国应立足国情和发展阶段，遵循经济—能源发展客观规律，贯彻新发展理念，科学制定碳达峰、碳中和顶层实施方案，开创具有中国特色的碳达峰、碳中和的高质量发展道路。

为实现2030年碳达峰、2060年碳中和及2050年全面建成社会主义现代化强国的目标，我国能源保障依然任重道远。预计未来40年（2021—2060年），我国需要累计消费煤炭877×108t、石油201×108t、天然气18.1×1012m3，分别是全面建成小康社会之前70余年（1949—2020年）累计消费量的0.9倍、1.6倍和7.2倍。

在碳达峰碳中和目标方案中，建议同步考虑我国实现能源独立的可行性。在2060年推荐目标的2∶8方案情景中，我国化石能源消费占比将由目前的85%大幅下将至20%左右，其中煤炭、石油消费量较2020年分别年均下降5.2%和2.9%；可再生能源大幅提升至80%，较2020年年均增长4.1%。煤炭、天然气消费能够实现自给，如果石油产量能够保持在2.0×108t左右，能源需求全部依靠国内供应，我国有望实现能源独立。

为推进碳达峰碳中和，加快我国能源绿色低碳的平稳转型发展，提出如下建议：一是开展太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能等环境承载能力调查，摸清可再生能源发展潜力，为科学制定中长期发展规划提供依据；二是明确碳达峰碳中和技术路线，开展可再生能源、储能、碳减排、碳捕集利用和封存（CCUS）等领域关键技术攻关和应用，强化科技创新支撑；三是优化能源资源基地空间布局，在战略性矿产资源安全保障区划定基础上，加快大型清洁能源基地布局，“十四五”期间着重支持新疆、松辽、金沙江上游、黄河几字湾与河西走廊等九大陆上清洁能源基地建设，以及广东、福建、浙江、江苏和山东等地区海上风电基地建设；四是优选一批森林、草原、湿地、海洋等生态碳汇示范项目，建设一批二氧化碳捕集利用与封存示范区，为大幅提升我国碳汇能力提供可复制可推广的经验、技术和标准；五是逐步完善全国碳市场交易机制，通过制度、金融创新，促进形成合理的碳交易价格；六是加强风险识别和管控，处理好降碳减排与能源安全的关系，把握好能源替代节奏，保持能源供需平衡。