深度脱碳研究：内涵特征、主题演进与启示

罗晓梅 武宇铎 黄鲁成

摘要 深度脱碳旨在通过各经济部门碳强度急剧下降实现能源系统的深刻变革，是实现碳达峰碳中和的必由之路。该研究首先明确了深度脱碳内涵特征，对深度脱碳领域学术文献以及国际组织、研究机构等发布的前沿报告进行深度阅读，梳理出深度脱碳研究主题。之后，使用文献计量法基于深度脱碳研究热点和研究前沿的识别结果，分析了深度脱碳研究的演进趋势。研究发现：①深度脱碳本质上是通过技术、社会和经济政策等路径推动部署减碳、零碳和负碳技术，实现整个能源系统从高碳排放型过渡为与“净零排放”配套，相比脱碳，深度脱碳“涵盖范围”和“路径规划”特征决定了深度脱碳是一种更高级的脱碳过程。②目前深度脱碳研究主题主要分为深度脱碳面临的挑战、深度脱碳技术路径、面向深度脱碳的政策研究、深度脱碳成本和效益评估四类。③深度脱碳领域研究的演进趋势分为两个阶段：初期阶段（2015—2018年）深度脱碳研究的框架基本形成，初步形成了细分研究领域和研究前沿；快速发展阶段（2019—2021年）不断涌现细化的新兴研究主题，学者们的研究开始转向新的视角。最后，提出了深度脱碳研究对中国的启示：在研究视角上，应将宏中观层面的深度脱碳拓展至微观主体层面，以跨学科视角对企业价值链脱碳、企业脱碳潜力等问题开展研究。在研究方法与范式上，应以跨学科研究方法构建综合模型以支持现实决策。在研究内容上，建议围绕深度脱碳的激励机制、投融资机制、深度脱碳新兴技术识别、技术体系构建、深度脱碳成本效益评估框架、模型和方法等内容对目前深度脱碳的研究边界进行拓展。

关键词 深度脱碳；碳中和；净零排放；文献计量；演进趋势

中图分类号 X24 文献标志码 A 文章编号 1002-2104（2023）09-0070-16 DOI：10. 12062/cpre20221054

2015年，《联合国气候变化框架公约》近200個缔约国通过了《巴黎协定》。根据《巴黎协定》，缔约国应把全球平均升温幅度控制在1. 5 ℃以内。之后，各缔约国纷纷确定了国家自主贡献实施计划（INDCs）。总的来看，现有各国自主贡献实施计划的承诺无法实现“将全球平均升温幅度控制在1. 5 ℃以内”的目标，且如果仅仅采取煤改气、节能汽车等快速、低成本但没有足够潜力实现宏伟减排目标的碳减排措施实现“2030目标”，则全球经济发展在2030年之后会陷入“高碳锁定”的被动局面［1-2］。因此，需要推动社会各方面实现快速、深远和前所未有的变革［3］。2014 年9 月，可持续发展和国际关系研究所（IDDRI）在向联合国提交的《深度脱碳路径项目报告》中首次提出“深度脱碳”，将其描述为“通过各经济部门碳强度急剧下降的方式实现能源系统的深刻变革”［4］。深度脱碳是从能源和经济系统中消除化石燃料并破坏碳锁定的过程，能够为解除碳锁定提供现实解决方案，进而实现深度减排目标［5-6］。《深度脱碳路径项目报告》发布后，深度脱碳作为一种应对气候变化的解决方案日益得到重视［7］，美国［8］、中国［9］、英国［10］、法国［11］、德国［12］、澳大利亚［13］等世界主要温室气体排放国的领先研究机构均出版了一系列深度脱碳研究报告，其中美国于2016年出台的《深度脱碳世纪中期战略》中提出的“50×80目标”（即到2050年，美国温室气体排放量相比2005年至少减少80%）被视为深度脱碳发展的重要里程碑［14］。然而，由于气候变化造成的恶劣影响比预期更为强烈、迅速。2021年，第26届联合国气候变化大会（COP26）提出“如果要将全球气温上升限制在1. 5 ℃以内，全球碳排放量需要在未来十年减半，并在本世纪中叶实现净零碳排放”，深度脱碳的目标则需转变为到本世纪中叶实现“净零排放”［15-16］。许多国家在认识到实现“净零排放”的必要性后，积极制定了深度脱碳方案及实施路径，深度脱碳成为各国科学应对气候变化、实现“净零排放”的必由之路［17-18］。

深度脱碳是一个新兴研究主题，国内学者对深度脱碳的研究刚刚起步。以“深度脱碳”为关键词的研究在中国知网“CSSCI核心数据库”进行“主题”检索，检索时间为2022年2月15日，共检索到4篇文献，包括《中国深度脱碳路径及政策分析》［19］、《中国长期低碳发展战略与转型路径研究综合报告》［20］（项目综合报告编写组，2020）、《碳中和技术经济学的理论与实践研究》［21］和《碳中和目标下CCUS技术发展定位与展望》［22］。可见，现有研究缺乏对深度脱碳研究的系统评述，不能从整体上揭示深度脱碳的研究动态，不利于及时把握深度脱碳研究主题和趋势，不利于我国学习和借鉴有益成果推动“双碳”目标实现。基于此，首先梳理了深度脱碳内涵和特征。在此基础上，对深度脱碳学术文献以及国际组织、研究机构等发布的前沿报告进行深度阅读，梳理出深度脱碳领域的研究主题。之后，使用文献计量方法对深度脱碳研究的演进趋势进行分析。最后，从研究视角、研究方法与范式、研究内容三方面提出了深度脱碳研究对中国的启示。

1 深度脱碳内涵与特征

自可持续发展和国际关系研究所（IDDRI）2014年提出深度脱碳这一新概念后，学者们围绕深度脱碳的内涵及相关问题展开了研究。Felder等［23］提出，深度脱碳旨在实现整个能源系统的根本性变革，其范围涵盖能源供应侧和需求侧，包括工业、交通、建筑、农业、土地使用和林业等在内的所有碳排放源。Holmes等［16］认为，企业和个人未来将通过新技术应用、系统改造和行为改变实现碳减排，深度脱碳能够实现能源系统和社会发展的根本性转变。Linton等［17］认为，深度脱碳在实现整个社会系统性变革的过程中要考虑气候适应、社会公平和制度转型等问题，深度脱碳路径应包括提高能源效率、电力供应脱碳、应用清洁电力、零碳燃料以及负排放技术。由于深度脱碳提出的时间短，如何界定深度脱碳的内涵尚未达成共识，现有研究关于深度脱碳内涵的探讨主要从以下三方面展开：①从目标来看，由于将温室气体净排放量减少80% ～ 100%是缓解气候变化最极端影响的必要条件，因此，深度脱碳的目标是实现深度减排，深度减排区间为80% ～ 100%［24-26］。②从实现路径来看，由于技术、制度和机构等各种要素之间交互作用，使得化石燃料主导的能源系统形成且在不断自我强化的“碳锁定”［6］，深度脱碳主要通过技术、社会和政策等路径破坏化石燃料在整个社会中持续使用、相互依存并强化的状态［18，27-29］，其中，能源效率、脱碳电力、电气化和燃料替代为深度脱碳的主要支柱［30-33］。③从涉及领域来看，深度脱碳中能源系统的深刻变革主要指电力、工业、交通、建筑等领域的脱碳转型［34-38］。综上可知，深度脱碳本质上是通过技术、社会和经济政策等路径，推动部署大量脱碳技术（包括减碳、零碳和负碳技术）取代原有低效、碳密集型的能源基础设施和终端设备，以实现整个能源系统从高碳排放型过渡为与“净零排放”配套［4，29，39］。

深度脱碳的特征可以根据其与脱碳的差异去把握。深度脱碳与常见的脱碳都是实现“碳中和”的技术路径和过程，但二者具有本质区别。脱碳是由Ausubel［ 40］于1995年首次提出的概念，他认为脱碳是一次能源碳强度降低的过程，通常指电力、工业和运输等部门二氧化碳排放量的减少。相比脱碳，深度脱碳“涵盖范围”和“路径规划”两方面的特征决定了深度脱碳是一种更高级的脱碳过程：首先，涵盖范围上，能源系统在社会、技术和制度系统之间具有多重反馈［41］，因此，深度脱碳是一个社会技术项目［16，18］，涵盖了能源系统和社会的根本性转变，对技术体系、政策、社会、制度等技术要素和非技术要素都提出了根本性的转型要求，需要与深度脱碳的能源系统相匹配［18，28，42］，而脱碳并未要求非技术要素的根本性转变。其次，在路径规划上，深度脱碳路径会通过积极部署与“净零排放”情景相兼容的技术，摒弃短期内实现“增量减排”但在长期面临高碳锁定风险的“死胡同”投资，最大程度避免能源系统的碳锁定，由此，为实现“2030目标”所付出的行动将为在长期实现“净零排放”奠定基础［29］，而一般的脱碳路径下，短期减排措施也被纳入其路径规划，会带来因高碳锁定而无法实现“净零排放”的风险。

2 文献检索、整理与分析

以TITLE‐ABS‐KEY=“Deep Decarbonization” OR“ DeepDecarbonisation”为检索表达式在Scopus数据库（全球最大的文摘和引文数据库）中进行检索，检索日期为2022年2月15日，文献类型为期刊论文（Article）和综述（Review），检索期限为2014年9月至2021年12月（以“深度脱碳”首次提出的时间为起始检索时间），共得到278篇文献。梳理文献发现，部分文献尽管在摘要中出现了“深度脱碳”表述，但并未将“深度脱碳”作为其主要研究主题。据此，论文对检索到的278篇文献进行了深度阅读，排除了15篇无关文献，最终得到263篇文献。从年度发文量来看，2015年仅有2篇文献，2021年深度脱碳发文数量已经增长至89篇，深度脱碳年度发文量变化趋势如图1所示。由图1可知，随着世界各国对气候变化、脱碳、碳中和等议题的关注，深度脱碳文献数量总体上呈现指数型迅速增长趋势。从文献国别分布来看，美国是深度脱碳文献发表数量最多的国家（87篇），伴随美国2019年11月开启“至2020年11月正式退出《巴黎协定》”的进程，深度脱碳文献发表量在2020年大幅减少，2021年美国重返《巴黎协定》又使得当年文献发表量开始增加。

3 深度脱碳研究主题

对检索到的深度脫碳文献进行深度阅读，同时结合国际组织、研究机构发布的前沿报告内容，将深度脱碳领域的研究主题归纳为深度脱碳面临的挑战、深度脱碳技术路径、面向深度脱碳的政策研究以及深度脱碳的成本和效益评估四类。

3. 1 深度脱碳面临的挑战

实现深度脱碳主要面临技术、经济、市场和制度四类挑战。

（1）技术挑战主要在技术成熟度、商业化和配套基础设施建设方面。许多低碳技术、负排放技术仍处于研发、试点或示范阶段，氢基钢铁生产或BECC等技术进入市场并大规模商业化的时间表不明确。此外，终端用能领域的大规模电气化转型、燃料替代以及负排放技术的部署都需要配套的基础设施，如扩展电网容量，氢生产、分配和储存，以及碳运输和储存基础设施［43］。

（2）经济挑战主要在脱碳成本方面。虽然许多脱碳技术的应用成本尚不完全清楚，但现有研究表明，长期来看，实现深度脱碳能够节省能源支出和运营成本，也具有环境协同效益和健康协同效益，可以抵消一部分脱碳成本，但深度脱碳的经济成本高于一切既有脱碳情景的经济成本［44-46］。

（3）市场挑战主要在绿色溢价和企业竞争力方面。社会公众和产业部门普遍缺乏为氢基钢或低碳水泥等脱碳材料支付溢价的意愿，深度脱碳将给转型过程中的企业带来商业模式、市场份额、消费者接受度等方面的不确定性［16］。此外，产业脱碳转型将重塑产业链以及企业价值链，会给企业的市场竞争带来不确定性［37，42］。

（4）制度挑战主要在项目审批和协调障碍方面。深度脱碳涉及的能源基础设施建设是长期的系统性规划，环保、基础设施建设等方面的政府许可和审批时间长，加之环保、工业、住建等政府管理部门之间常常存在协调障碍，因此，实现深度脱碳必然面临项目规划、审批以及部门协作等方面的制度障碍［43，47］。

由“能源系统深刻变革”主导的深度脱碳是一个高度复杂的过程，必然面临许多重大问题与挑战。论文通过从技术、经济、市场和制度四方面总结了深度脱碳面临的挑战，这些挑战能否得到有效应对对于未来30～40年实现深度脱碳至关重要。深度脱碳是一个长期的系统性工程，实现深度脱碳的过程中除了面临上述四方面挑战外，还会面临供应链脱碳、碳泄漏、资金来源、法律监管、能源安全等问题，并且随着深度脱碳的实施，必然会出现新的、无法预期的困难与挑战。因此，分析、识别深度脱碳在多个维度上面临的挑战，做好前瞻性应对预案，是一项长期工作。

3. 2 深度脱碳技术路径

脱碳的技术密集性特征决定了深度脱碳需要以技术路径作为主要支柱［48］。IDDRI 发布的《深度脱碳路径：2015综合报告》指出能源系统实现深度脱碳的主要支柱为节能和提高能效、低碳电力、燃料替代；国际能源署（IEA）2020年发布的《能源技术展望2020》报告［49］中确定的四个关键脱碳战略为终端用能部门电气化、可再生能源发电、系统部署CCUS技术和可持续的替代燃料；能源转型委员会（ETC）2020年发布的《使命成为可能——实现净零经济》报告［50］对实现各经济领域脱碳需要的主要技术进行了综述与规划，确定了零碳发电、大规模电气化、提高能效、提高材料效率等八项优先事项。综合分析以上国际组织和研究机构报告中确定的关键技术措施，可将深度脱碳的技术路径归纳为节能提效、终端用能领域电气化转型、脱碳电力系统、可持续的替代燃料以及负排放技术。

3. 2. 1 节能提效

节能提效通过能效措施减少低碳燃料和电力需求以实现减排，属于深度脱碳中、短期的主要技术路径之一，并将在实现“净零排放”的过程中持续发挥作用［39］。节能提效路径有潜力以“负成本”实现减排，即能效措施的投资成本小于能效措施带来的减排收益。但如果不进行能源供给侧的脱碳，能效措施仅能抑制碳排放的快速增长，而无法实现排放量的大幅下降［51-52］。研究表明，能效措施在不同用能部门的重要程度不同：工业部门的能源脱碳发生较晚，能源效率一直占主导地位，但能源密集型行业中，即使大规模应用能效措施，也只能实现15%～30%的减排量，因此需要开发新的“突破性技术”［37］；建筑部门的能效措施主要集中在照明、取暖、制冷等方面，但能源效率的贡献一直很小，主要依赖能源脱碳进行减排；在交通部门，短期内车辆技术创新以及能效水平的提升能够带来最为显著的减排，但长期主要依靠大规模部署电动汽车［53-54］。可见，节能提效在不同部门中发挥作用的程度是不同的：节能提效在工业部门深度脱碳中占主导地位，但仅能实现中短期改善，还没有形成现实可行的深度脱碳方案，在交通部门仅短期内有效，而在建筑部门能够发挥的作用有限。

3. 2. 2 终端用能部门电气化转型

终端用能部门电气化转型是实现深度脱碳的主要技术路径，其中交通部门电气化转型的研究集中在公路客运领域。据测算，电动汽车的全生命周期排放約占内燃机汽车排放量的一半［55］，且在电网完全脱碳的情况下，交通部门的大规模电气化转型会形成可观的社会效益［56］。由于车辆的高里程和重载要求，中重型车辆电气化还存在困难，但正在逐步改善［57］。工业部门的电气化转型具有快速减排潜力，但是，由于电气化转型会带来工业用电需求的大幅增加［58］，同时需要开发和引入新的核心工艺、技术和设备等根本性的技术变革［45］，因此电气化转型对于工业部门来说属于中长期技术路径。在建筑部门电气化转型方面，研究认为，建筑运行阶段的电气化转型研究主要集中在供暖系统上，供暖系统从传统的锅炉供暖快速转向电热泵供暖将实现大幅减排，Brockway等［59］的研究表明，相比于锅炉供暖，电热泵可以将家庭用于热水和取暖的碳排放量分别减少50% ～ 70%和46% ～ 54%。但电热泵的大规模应用可能给电网造成压力，应进一步改进电热泵技术以提高技术的成本效益［60-61］。此外，从建筑全生命周期的视角来看，建筑材料生产、运输以及施工设备的电气化会实现更大程度的减排［62］。终端用能部门实现大规模的电气化转型是实现深度脱碳的必要举措，但转型面临的关键制约因素是“实现电气化的速度”，这将直接影响终端用能部门实现深度脱碳的时间。实践中，受到成本（更换供暖设备）、技术（客运车辆脱碳）和大规模的基础设施改造（将加油站转变为充电站）等因素的制约，可能很难激励终端用能部门快速地实现转型。

3. 2. 3 脱碳电力系统

作为终端能源载体，交通、建筑等终端用能部门实现深度脱碳均依赖脱碳电力，同时，终端用能部门的电气化转型也将加剧电力部门碳管理压力［35］，因此，脱碳电力系统在深度脱碳路径中起着核心作用［63］。电力系统实现深度脱碳需要可再生能源在电力系统中的高度渗透，电力系统必须从传统的火电为主转型为以可再生能源发电为主［64］。总的来看，现有研究主要从以下三方面研究电力系统脱碳转型问题。

一是电力系统转型过程中化石燃料电厂转型。在具有高比例可变可再生能源的脱碳电力系统中运行燃煤电厂存在困难，部分学者建议逐步淘汰燃煤电厂，Kefford等［65］指出需要进一步考虑强制淘汰燃煤电厂，但强制淘汰会使过去5年内建成的燃煤电厂仅运行了预期寿命的一半就面临淘汰，可能会在美国、欧盟、中国和印度造成5 410亿美元的资产损失。有学者建议，可以在化石燃料电厂配备CCS技术以减少排放［66］，且保留下来的热电厂在脱碳电力系统也可发挥作用。

二是如何应对电力系统转型过程中峰值负荷、发电间歇性等问题。用能终端部门的大规模电气化转型会对区域电力负荷曲线、峰值产生影响，Bistline等［67］提出通过提高电力负荷灵活性、升级用能终端设备、应用部署碳去除技术应对峰值需求。储能技术可以应对可再生能源发电间歇性问题，研究表明，如果电力系统的减排量超过70%，则抽水蓄能、蓄电池和氢储能等存储技术将在提高可再生能源渗透率、保持电力稳定上发挥作用［68］。此外，核电、调峰机组等灵活发电措施可以作为储能技术的替代手段应对间歇性问题［69］。

三是电力系统转型过程中如何构建脱碳电力系统。由于风能、太阳能等资源通常位于远离传统发电厂及配套传输设施的地理区域，因此，需要投资新电厂和区域间传输能力［70］，需要通过系统性的电网整合在电网中增加互连电力容量，以降低电力传输成本［71］。分布式发电系统也可以作为可再生能源电力系统的补充，Kobashi等［72］对日本京都市的“PV+EV”（屋顶光伏+电动汽车）系统进行了技术经济分析，探索了如何通过P2P电力交易和区块链技术将“PV+EV”系统从社区级的智能微电网拓展成为城市级电力系统。实现电力系统的深度脱碳涉及大量的基础设施投资，目前，没有研究具体关注这些投资应该在哪里进行、如何进行、电价如何波动等问题，未来需将研究拓展至电力系统的投资、电价监管和社会影响等领域。此外，深度脱碳会带来可再生能源在整个能源系统中渗透率的不断增加。因此，需要综合考量交通、建筑、工业等终端用能部门用电的季节性、周期性、可再生能源发电量的间歇性等属性，保证电力系统的供需匹配。

3. 2. 4 可持续的替代燃料

可持续发展情景下，以氢、氢基燃料和生物燃料为形式的替代燃料将在2070 年满足全球最终能源需求的20%［49］。深度脱碳研究主要关注氢、氢基燃料和生物燃料三种替代燃料，相关研究如下。

有研究［73］认为，电解制氢方法成本过高，不能将氢视为电力系统最有前途的灵活性能源。然而，氢可以作为替代燃料向难以减排的运输、供暖等部门供应：氢能源汽车在续航里程、充电时间等方面具有电动汽车无法比拟的优势，为公共汽车、重型货车等车辆脱碳提供了可能；大规模生产氢气可以给建筑部门提供可靠且快速响应的供暖系统［74］。由于氢能的使用具有部门耦合性，最终的基础设施投资成本可以由终端用能部门分摊，从而大幅降低成本［75］。目前，世界各国普遍重视氢能在未来能源系统中的潜力，并提供政策支持，但氢能仍需在成本和性能方面实现改进［76］。

氢基燃料相关研究主要集中在氨上，与其他氢基燃料相比，氨的载氢能力更高，储存和运输也更为可靠和经济。但在大多数情况下，绿氨的生产成本远超液体化石燃料，高成本仍是氨作为替代燃料被广泛采用的最大障碍［77］。

生物燃料在能源系统中有两种用途：使用生物质发电并配备CCS技术（BECCS）作为一种碳去除技术可以抵消能源系统现有碳排放，但BECCS可能会延缓化石燃料淘汰［78］；可以在工业、运输、供暖等部门，尤其是航空、钢铁生产等脱碳困难的细分领域，作为替代燃料使用，以满足不断增长的能源需求并加速化石燃料淘汰［79］。研究表明，大规模调动生物质资源将在促进减排和控制脱碳成本方面发挥重要作用［38，79］，但充分发挥生物燃料的脱碳潜力需要在土地利用、农业政策等方面采取有效措施保证生物质资源的充足和可持续供应［62，78］。另外，由于生物能源对土地的需求，需要在减缓气候变化和保护自然生态之间进行权衡，对土地利用进行有效管理，以避免对生态系统、粮食安全的威胁［80-81］。

在一些无法实现电气化的脱碳困难领域（如航运设备、工业过程等），氢、氢基燃料和生物燃料可通过替代化石燃料实现脱碳。但是，储存、运输、安全和成本等问题限制了这些替代燃料的广泛应用。如果能够与廉价石油竞争，大規模、低成本的替代燃料将实现航空、航运、水泥生产和工业这些脱碳困难领域的深度脱碳［82］。

3. 2. 5 负排放技术

负排放技术也称为碳去除技术（CDR），可提高深度脱碳的灵活性，减少深度脱碳对高成本减排方案和技术的过度依赖，降低深度脱碳的成本，是实现深度脱碳的必备技术［63］。负排放技术主要包括碳捕集和封存技术（CCS）、具有碳捕获能力的生物能源技术（BECCS）、直接空气捕获技术（DAC）、增强自然碳汇等，相关研究如下：CCS技术目前仍处于研究和示范阶段，全球只有51个大型CCS设施处于运行或在建阶段，每年从电厂中捕获和储存的二氧化碳只有4 000 万t［83］。但多项研究表明，CCS技术对于实现“净零排放”目标必不可少［84-86］，可以最大限度地减少发电和工业过程的剩余排放，也可以降低燃煤发电厂等能源基础设施高碳锁定和资产搁浅的风险，将在能源系统深度脱碳的过程中发挥重要作用［87］。

BECCS是使用可再生的生物质代替煤炭和石油，并对释放的二氧化碳应用CCS。DAC是一项新兴技术，指通过化学分离过程直接从空气中去除二氧化碳，有可能发展成为广泛分布的二氧化碳捕集基础设施［85］。从短期来看，将BECCS技术和DAC技术应用于发电厂不具有成本效益［88］，但从长期来看，在电力部门部署BECCS技术和DAC技术可以减少对长期储能等技术的依赖，降低实现深度脱碳的总成本［63］，也有利于降低碳价格、减小GDP损失［81］。相较于DAC技术，BECCS技术能以更具成本效益的方式实现电力系统完全脱碳，但其大规模部署会使生物质供应成本上升，进而增加DAC技术的部署，尤其是在生物质资源有限的国家，将更依赖DAC 技术实现碳去除［78，88］。

增强自然碳汇指通过生态系统恢复、植树造林、再造林、森林管理和加强土壤固碳等手段实现碳去除。植树造林、再造林和土壤碳封存等手段的成本相对较低，可用于无法进行碳储存或负排放技术部署困难的国家或地区［87］。另外，由于森林砍伐是许多南美国家温室气体排放的最大来源，植树造林、减少森林砍伐等增强自然碳汇手段在其深度脱碳路径中发挥着关键作用［26，46］。植树造林等增强自然碳汇手段对于短期缓解非常重要，而随着碳价格的上涨和技术进步，更多的碳去除将来自其他负排放技术［89］。

对于严重依赖化石燃料的大型经济体，特别是在一些脱碳困难的领域，负排放技术成为实现“净零排放”目标必然选择。在实现深度脱碳的负排放技术中，CCS技术非常重要，尤其在深度脱碳的中后期将得到大量部署，如果没有CCS技术，则不可能实现“净零排放”［90］。无论对于脱碳困难的部门，还是作为消除残余排放的备选技术，负排放技术在深度脱碳路径中都具有极高的应用价值。

3. 3 面向深度脱碳的政策研究

面向深度脱碳的政策研究主要集中在碳定价政策、产业政策以及行为引导政策三方面。

3. 3. 1 碳定价政策

碳定价政策被广泛认为是温室气体减排的最有效的政策，主要包括碳税和可交易配额。研究表明，碳定价政策与强有力的能效措施结合会产生协同效应，有助于实现深度脱碳目标［91-92］。Van Den Bergh 等［93］提出碳定价会对低碳技术创新产生积极影响。Alexander等［94］认为可交易能源配额政策（TEQ）是在考虑公平性基础上控制能源消耗的最佳方式，可以通过“自愿简化”（“去增长”或经济受控收缩）的方式避免社会崩溃现象的发生。也有研究对碳定价政策的制度成本和减排效果提出质疑：Roth等［95］认为，碳税会直接加重企业成本负担，而且由于碳的社会成本不确定，过高或过低的碳税都会产生无谓损失。Daggash 等［96］研究发现，在不部署负排放技术的情况下，碳定价政策在世纪下半叶会因成本过高无法维持。Tvinnereim 等［97］提出“几乎没有证据表明碳定价已经产生了深度减排，虽然更高的碳价格可能会带来更大幅度减排，但政治经济约束使其可行性受到怀疑，实现深度脱碳需要承认除碳定价外其他政策工具的重要作用”。

需要指出的是，政策设计往往会对“公众感知”产生影响，包括公众感知的直接成本、有效性和公平性。碳定价政策将碳的社会成本纳入价格，可能因提升了公众感知的直接成本而招致反对。目前，没有经验事实表明碳定价本身实现了大幅度减排，碳定价政策的有效性和可操作性也饱受争议［95，97］。考虑深度脱碳意味着社会全面转型，碳定价可能更适合作为面向深度脱碳政策体系中的一种补充性政策。

3. 3. 2 产业政策

产业政策包括研发补贴、市场开发等产业引导政策和政府出台的产品标准、能效义务等约束性政策。关于产业引导政策，Abdulla等［98］在研究中回顾和分析了美国政府如何将公共部门资源应用于先进核能这一关键零碳技术的创新；欧盟设立了“创新基金”，计划利用欧盟碳排放交易体系（ETS）收入资助可能实现大幅减排的创新技术和项目。研究表明，有针对性地给予研发资金和市场开发等方面的支持能够通过知识、成本和风险分担加速创新技术的开发和部署［47］，尤其是在技术生命周期的早期阶段，政府给予研究项目一定研发补贴可以促进产品从基础研究向商业化阶段转移［41］。关于约束性政策，Rhodes等［99］将经合组织国家应对气候变化实施的61项约束性政策分为可再生能源组合标准、生产排放强度标准、能效义务、燃料排放强度标准、车辆排放标准和零排放车辆销售要求六类，并提出制定约束性政策时需要考虑可预测性、政策互动性、公平性和替代机制。

面向深度脱碳的产业政策的主要目的是通过推动技术研发、产品创新、市场推广等加速能源系统的脱碳变革。在进行政策制定和投资决策时，要处理好“短期”目标与“长期”目标之间的关系。在短期内实现快速的减排但与长期深度脱碳路径不兼容的措施可能会使减排陷入“死胡同”，短期减排措施可以作为过渡型措施，但不能作为主导，否则可能带来搁浅资产、增加实现碳中和的机会成本等问题。另外，考虑到深度脱碳的复杂性，产业政策制定要充分考虑政策之间的协同效应和冲突，并评估政策在未来各种情景中的适用性和影响，进而设计稳健和有弹性的政策体系，以发挥政策组合的协同作用。

3. 3. 3 行为引导政策

行为引导政策主要通过引导家庭、个人行为方式的改变减少碳排放，可为实现深度脱碳提供社会支持［16］。目前，家庭消费行为对全球约2/3的温室气体排放负有责任［100］，布伦特兰委员会的报告《我们共同的未来》［101］强调，高收入国家的居民生活方式与可持续发展不符，必须在未来几十年大幅减少与消费相关的排放。有研究表明，行为改变可以在减排和控制脱碳成本上发挥作用：鼓励共享乘车、限制车辆总行驶里程等行为引导政策对于交通部门脱碳十分重要［102］，与没有行为改变的情景相比，家庭行为改变可以使脱碳成本降低10% ～ 20%［25］。

因此，需要行为引导政策帮助减少与家庭消费相关的碳排放。但个人和家庭短期、自愿的行为改变不足以支撑大幅削減消费造成碳排放，需要一个监管框架来支持家庭消费行为的改变［103］。Moberg等［104］在研究中归纳了20项气候政策措施的综合清单，供政府更有效地引导家庭消费行为的改变来缓解家庭消费带来的碳排放。由于深度脱碳是一场社会技术转型，行为引导政策必然会在深度脱碳过程中发挥重要作用。目前的深度脱碳行为引导政策致力于通过“引导公众日常消费行为”实现碳减排，未来可进一步关注公众的碳密集型行为，如航空出行、汽车驾驶和土地利用等。

3. 4 深度脱碳成本和效益评估

3. 4. 1 评估模型

深度脱碳成本和效益评估使用的模型可分为自下而上、自上而下和混合模型三种。自下而上模型一般用于特定部门的研究，可以分析部门内不同技术方案的效益和成本，但对于分析部门之间相互作用存在局限。自上而下模型可以分析部门之间的相互作用，但评估时容易忽略具体的技术细节，可能降低评估精度［105］。为提高评估精度，现有研究大多使用混合模型对深度脱碳的成本和效益进行评估，混合模型是以硬链接或软链接将自下而上、自上而下的评估模型进行链接，其中，硬链接是直接将自上而下和自下而上的模型进行集成和优化，但由于数据限制，通常需要简化模型；软链接则指将自下而上模型仿真结果迭代作为自上而下模型的输入，软连接可以缩小两模型结果之间的差异，但需要对部门进行重组［106］。

许多研究基于模型量化分析了深度脱碳的成本和效益，但深度脱碳面临的商业策略、制度变革、社会接受度等诸多问题难以量化和建模，需要从“质性”视角来分析论证，进而为政策制定者提供综合、全面的决策依据。

3. 4. 2 深度脱碳成本

关于深度脱碳成本研究的观点如下：一是深度脱碳路径的成本高于一切照旧（BAU）的情景，而且越接近深度脱碳目标，脱碳成本越高，尤其是在进入深度脱碳的中后期，即当减排超过80%后进一步实现额外减排时，边际减排成本将大幅增加，脱碳成本曲线将变得非常陡峭［107-108］；二是实现碳中和、“净零排放”是长期目标，一旦将长期目标短期化（在短期内实现中长期目标），深度脱碳的成本将大幅增加，而且会造成大量搁浅资产［25］；三是在深度脱碳路径中积极部署BECC、DAC等负排放技术可能会降低深度脱碳成本，在评估脱碳成本时考虑货币化后的健康效益、节约的运营成本、燃料成本等也可以抵消一部分脱碳成本［79，109-110］。资源有限性约束下，脱碳成本的增加将直接对经济发展产生冲击，因此，需做好深度脱碳成本评估和控制，以尽可能低的成本实现深度脱碳目标：当逐渐接近“净零排放”目标时，深度脱碳成本平缓增加，而不是陡然增加，避免给经济发展带来不稳定和较大的机会成本，实现深度脱碳与经济发展协同共进。

3. 4. 3 深度脱碳效益

深度脱碳效益研究包括经济效益、环境效益和健康效益。关于经济效益，Liu等［34］研究发现，中国深度脱碳路径下，到2050年经济碳强度将下降约91. 7%（相比于2005年），实现碳排放与经济增长的深度脱钩。深度脱碳还会将就业机会和经济价值从高碳行业转移至低碳行业，从而有利于经济的可持续发展［111］。环境效益与健康效益往往在研究中一同考虑，环境效益主要体现在深度脱碳带来的CO2、SO2、N2O等温室气体以及PM2. 5、PM10等污染物的大幅减少。健康效益是随环境改善带来因心血管或呼吸系统疾病死亡人数的减少，可以通过统计生命价值（VSL）等方法将健康效益以货币化进行衡量。许多研究［106，112-113］都对深度脱碳带来的环境效益与健康效益进行了评估，并用健康效益抵消一部分深度脱碳成本。目前，关于深度脱碳效益的研究集中在经济效益、环境效益和健康效益，但事实上，实施深度脱碳带来的效益并不仅仅局限于此，深度脱碳还可推动经济长远的可持续发展、免受油价波动冲击，以及避免遭受严重气候灾害等。

4 深度脱碳研究演进趋势分析

文献是反映科学技术进展的重要渠道［114］，过去几十年来科学文献数量呈指数型增長，通过逐篇阅读文献无法把握研究领域尤其新兴研究主题的整体进展，对大量文献数据进行分析是识别研究演进趋势的基础［115-117］。文献计量分析可以借助计算机技术和学术软件处理大量文献数据并以可视化技术对研究趋势进行清晰展示［118］，实现文献信息“从数据到信息再到知识”的科学转化［119］，并最大限度减少研究者因学科背景产生的潜在偏见［120-121］。陈超美教授开发的文献计量分析软件Citespace被广泛应用于研究演进趋势识别。国内外学者通常基于Citespace 软件绘制的关键词时区视图（Time‐Zone View）［122-123］、时间线视图（Time‐Line View）［124-125］或突现探测结果［126-127］来分析特定研究领域的演进趋势。由于Citespace 的不同算法和设置会呈现不同的分析结果，单一方法可能造成分析结果的偏差或遗漏，综合使用上述方法能够更全面、准确地把握特定研究领域的演进趋势［128-129］。因此，该研究借鉴Ye等［129］的做法，基于深度脱碳领域时区视图和研究前沿的分析结果分析深度脱碳领域的演进趋势。

4. 1 时区视图分析

通过分析高频关键词的时区视图，可以探寻某领域研究热点的演进过程和发展趋势［130-131］。论文应用Citespace 软件的“TOP N”算法提取了深度脱碳领域263篇文献中每年出现频率最高的前30个关键词，运行生成关键词共现时区视图（图2）。

图2揭示了2015—2021年深度脱碳领域的研究热点及演进情况：①2015年，深度脱碳领域出现了“碳”“电力”“成本”“可再生能源”“化石燃料”“环境政策”“环境经济学”“环境影响”等高频关键词。②2016—2017年，“脱碳”“深度脱碳”成为高频关键词，出现了“碳排放”“温室气体”“减排”“能源系统”“能源转换”等深度脱碳内涵中所涵盖的高频词，同时出现了“能源政策”“碳捕获”“投资”“能源效率”“碳储存”“电气化”“储能”“成本效益分析”“电力生产”“创新”等高频词，表明这一时期的深度脱碳领域出现了更加细化、具体的研究热点。③2018—2019年，除了传统的能源、电力相关高频词，还出现了“交通部门”“贸易”“氢储能”和“生命周期分析”等高频关键词，这意味着交通部门深度脱碳、商业贸易、氢能和生命周期等热点问题在这一时期得到广泛关注。④2020—2021年，深度脱碳领域新出现的高频关键词为“经济和社会影响”“决策”“生物能源”“氢能”“碳中和”，代表了近两年学者们新的关注热点。

4. 2 研究前沿分析

CiteSpace的突现探测功能（Burst Detection）可以探测到特定时期内被引频次出现爆发性增长的关键词和文献，探测结果可以作为分析研究前沿依据［129］。使用CiteSpace的突现探测功能对深度脱碳领域的突现关键词（表1）和突现文献（表2）进行挖掘，突现关键词和突现文献的分析结果反映了深度脱碳领域研究前沿。

由表1可知，2015—2019年深度脱碳研究领域共有17个突现关键词：2015年的突现关键词为核能，2016的突现关键词为为欧盟、政策实施、建模，2017的突现关键词为创新、核燃料、能源转型和公共政策，2018的突现关键词为环境技术、污染税和负排放技术，2019开始，学者们开始关注决策、生物能源、用能、供暖、替代能源和空气质量。此外，从突现强度和突现时间来看，突现强度最高的关键词为“创新”（突现强度：3. 44）、突现时间最长的关键词为“建模”（2016—2019年），说明这两个突现词相关的研究主题在深度脱碳研究领域分别具有最强和最具持续性的影响力。

由表2可知，2015—2021年深度脱碳研究领域被引频次激增的文献共7篇，涉及负排放技术、交通部门深度脱碳、电气化、共享社会经济路径、太阳能光伏等。这7篇突现文献分别于2018年和2019年开始突现：

2018年开始突现的文献共探测到3篇，其中两篇文献对负排放技术在深度脱碳中的应用表达了担忧：Fuss等［132］在研究中分析了大规模部署BECC 技术面临着资源、经济、技术和社会挑战，并呼吁未来研究要快速地评估“押注”于负排放技术的风险；Anderson等［133］认为，学者们在模型假设中常用的大规模部署负排放技术情景在现实中可能无法实现，提出负排放技术是一场高风险的赌博。这两篇文献的突现强度都很高，分别为3. 79和3. 9，且Anderson等的研究突现时间延续至今，说明负排放技术在深度脱碳研究领域受到高度关注。第3篇突现文献是Pietzcker等［134］使用综合能源经济模型预测了气候政策对中国、美国以及全球交通部门能源需求和碳排放的影响。

2019年开始突现的文献共探测到4篇，突现时间皆延续至今，代表着这4篇文献的研究内容目前仍是学者们最为关注的前沿问题。其中，有2篇文献关注了共享社会经济路径（SSP）：Riahi等［135］对SSP的主要特征以及基于SSP 情景进行综合评估的关键步骤进行了概述，Rogelj等［136］总结了能够实现1. 5 ℃温控目标的SSP特征，并提出未来研究需纳入更广泛的社会偏好、政治等因素以评估共享社会经济路径的现实可行性。另外2篇文献的研究分别研究了如下问题：Lechtenbhmer等［58］研究了欧盟基础材料生产这一碳密集型产业实现电气化的影响，Pfenninger等［137］对欧洲太阳能光伏发电的长期模式、可变性以及与电力需求的相关性进行了分析，这两个问题都是实施深度脱碳面临的重大难题。

4. 3 演进趋势分析

基于4. 1和4. 2的分析结果，结合图1中深度脱碳年度发文量变化趋势，将深度脱碳领域研究的演进趋势分为两个阶段。

初期阶段（2015—2018年）。该阶段，深度脱碳研究领域的年度发文量较少，皆少于30篇，且处于指数函数拟合曲线的前半段，增长平缓。该阶段出现的关键词主要集中在深度脱碳的内涵词以及能够反映细分研究主题的关键词，如“碳排放”“温室气体”“能源系统”“能源转换”“电力”“化石燃料”“环境影响”“成本”“太阳能”“核能”“环境政策”等。此阶段出现了大量的突现关键词（11个，占比65%），突现强度最高的词“创新”和突现时间最长的词为“建模”均在此阶段出现。在阶段末期（2018 年），探测到3 篇突现文献，其中两篇关注负排放技术，1篇关注交通部门深度脱碳，代表了此阶段学者们高度关注的前沿问题。综合以上分析可知，本阶段，深度脱碳研究的框架基本形成，初步形成了细分研究领域和研究前沿。

快速发展阶段（2019—2021年）。该阶段，深度脱碳研究领域的年度发文量增长迅猛，均高于50篇，且处于指数函数拟合曲线的后半段。结合此阶段的文献数量和关键词共现关系可知，前两个阶段关注的热点主题在此阶段得到了延续。该阶段新出现的高频关键词，如“氢储能”“生命周期分析”“经济和社会影响”“决策”“生物能源”“氢能”和“碳中和”，代表着深度脱碳领域的新兴研究主题。从研究前沿来看，在此阶段新出现的6个突现关键词和4篇突现文献皆从2019年开始突现并延续至今，“供暖”“替代能源”和“空气质量”等突现词代表着深度脱碳研究新出现的前沿问题。而从突现文献的研究内容可以看出，这一阶段，学者们开始关注社会技术系统、碳密集型产业电气化以及光伏发电并网等深度脱碳面临的重大难题。综合以上分析可知，此阶段，深度脱碳领域不断涌现更加细化的新兴研究主题，学者们也开始转向新的研究视角。

5 深度脱碳研究的中国启示

从“碳达峰”到“碳中和”，美国、欧盟等发达经济体的过渡期基本为50～70年，中国仅规划了30年时间，中国实现“双碳”目标的任务非常艰巨。“双碳”目标提出后，中共中央、国务院先后印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》《2030年前碳达峰行动方案》等文件，明确了“双碳”工作的路线图。2021年的中央经济工作会议则将“正确认识和把握碳达峰碳中和”列为新发展阶段我国面临的新的重大理论和实践问题之一。随后，围绕“双碳”目标，国家各部委、地方各省份相关政策文件陆续发布，开展了调整产业结构、优化能源结构、节能提效、发展循环经济、建设碳市场、增加碳汇等一系列行动。政策推动下，中国已成为世界上最大的可再生能源生产国和使用国，截至2020 年，中国碳强度比2015年下降18. 8%，非化石能源消费量占一次能源消费总量的比重提高到15. 9%，森林蓄积量增加到175亿m3以上，分别超过18%、15%和165亿m3的规划目标［138］。尽管如此，中国目前仍是世界上最大的碳排放国，2020年的碳排放量达到106. 7 亿t，较2019 年相比增长了约1. 72%［ 139］。中国碳排放量大且继续增长的根本原因在于我国的经济发展模式过度依赖化石能源系统，使得中国经济发展“锁定”在了以化石燃料为基础的碳密集能源系统中，进入了“碳锁定”状态［6，140-141］。“碳锁定”形成后，即使出现更具有环境和经济双重优势的低碳技术，基于规模报酬递增因素产生的市场失灵和政策失灵也将阻碍低碳技术的应用和扩散，很难消除温室气体排放［6］。

综上，中国深度脱碳面临巨大挑战，深度脱碳的实施必然经历漫长、复杂、艰难的过程。中国学者研究也提出，将在未来40年内经历一次前所未有的快速、全面深度脱碳的过程［21］，其中电力、燃料等能源供给侧部门和交通、工业、建筑等能源消费侧部门都要加快脱碳进程［142-143］，有效的政策工具也需要加紧配套［144］，整个社会的生产和生活方式都需要变革［20］。

深度脱碳是一项长期工程，推进深度脱碳过程中不能延续市场推动技术缓慢迭代的“跟跑”模式，而是要在重点领域开展前瞻性研究和布局，实现与发达国家“并跑”甚至“领跑”。深度脱碳是一个新兴研究领域，经过7年的发展，深度脱碳研究领域目前处于快速发展阶段，新兴研究主题不断涌现，该研究在深度脱碳研究主题和演进趋势分析的基础上，从研究视角、研究方法与范式、研究内容三方面提出了深度脱碳对我国的启示。

5. 1 在研究视角上

由深度脱碳研究主题可知，深度脱碳是涉及经济学、环境科学和能源科学等多学科知识的综合性研究领域。但是，现有深度脱碳研究多从单一学科视角对国家、区域和用能终端部门等展开宏、中观层面的研究，缺乏跨学科、多视角的交叉融合研究。深度脱碳是全社会面临的一场深刻变革，既有量化减排目标的硬性约束，又以“能源系统的根本性变革”为主要手段，因此，深度脱碳研究不能仅仅停留在宏中观层面，而应拓展至企业、家庭、个人等微观主体层面，对企业价值链脱碳、企业转型风险和脱碳潜力、家庭及个人减排行為的驱动因素等深度脱碳问题开展跨学科、多视角研究。

5. 2 在研究方法与范式上

研究方法方面，现有研究中，数据爬取、智能分析、文本建模等跨学科研究方法在深度脱碳研究中的应用较少，未来研究中，应综合运用各类跨学科研究方法构建综合模型，研究深度脱碳的核心要素与社会、技术各主要元素之间的互动关系，从而更好地支持现实决策；研究范式方面，在数字化转型的新背景下，可以探索使用大数据、机器学习和仿真等新范式对深度脱碳的相关主题进行系统研究，如利用大数据和机器学习算法进行数据挖掘和建模以精准预测个体减排行为。

5. 3 在研究内容上

首先，在技术方面，深度脱碳早期需要通过燃料转换和效率改进等增量措施进行减排，中期需要部署目前尚未成熟且成本高昂的技术，改变运行流程、支持系统等，后期需要部署目前仍处实验或探索阶段的技术［43］。因此，新兴技术将在深度脱碳过程中，尤其是中后期发挥至关重要的作用，政府和市场也需对新兴技术进行预判和超前部署，持续优化碳中和路径选择。现有研究未涉及行业新兴技术，更没有关于新兴技术在流程改造、智能减排管理等方面的应用研究。据此建议，未来应围绕深度脱碳新兴技术的识别、体系构建、成本效益评估等内容展开研究。其次，在制度方面，现有研究中鲜有涉及深度脱碳评估制度、信息发布制度、监管制度等，无法为净零目标的实现提供制度保障。深度脱碳需要全社会及其各部门整体推进。据此建议，应从法律法规、体制机制和政策措施等多方面为深度脱碳创造基础条件和政策环境，开展电力、交通、工业和建筑等重点部门或领域深度脱碳的报告制度、评估制度、信息发布制度、监管制度、责任追究制度等。此外，建议探索研究深度脱碳的激励机制、投融资机制、碳排放数据统计核算、数据管理及履约长效机制等保障制度。最后，在经济方面，深度脱碳成本直接影响经济增速，但忽视深度脱碳及碳中和目标，将最终影响经济可持续发展。为处理好“发展与减排”关系，需控制深度脱碳成本，避免给经济发展带来不稳定和较大的机会成本，同时，需要更全面地研究深度脱碳效益［48］。据此建议，未来研究中应关注深度脱碳成本评估、科技创新对脱碳成本影响等相关问题，从多方面挖掘深度脱碳可能带来的效益，如产业竞争力，减少极端天气、自然灾害带来损失等。在此基础上，展开“深度脱碳成本效益评估研究”，包括深度脱碳成本效益评估框架、模型和方法，深度脱碳成本效益评估指标和评估标准等。

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（责任编辑：张士秋）