浅析能源转型助力实现“双碳”目标

齐 霁

一、前言

随着经济社会的发展和人类对环境问题认识的进步，从20 世纪七八十年代开始，以德国、瑞典等国为代表的欧洲各国首先实现碳达峰，目前正向碳中和时代迈进。作为有担当、负责任的大国，中国在2020 年提出“力争在2030 年前二氧化碳排放量达到峰值，在2060 年前实现碳中和”的目标。以此为基础，为了保证我国经济社会的平稳发展，必须以保证国家能源安全为前提，逐步推进“双碳”目标的实现。

二、能源与“双碳”问题

能源是能够提供能量的资源。能源有很多分类方式，可以按照能量来源、产生方式、使用类型等进行分类。本文使用的分类方式是一种较为常见的方式—根据能源的再生能力，将能源分为化石能源（也称不可再生能源）和清洁能源（也称可再生能源）两类。

化石能源通过漫长的自然积累形成，使用后短期内无法再生。煤、石油和天然气是三种较为常见的化石能源，燃烧会产生大量以二氧化碳为代表的空气污染物。而清洁能源指的是使用中能够得到不断补充、清洁可再生的能源，目前应用较为普遍的清洁能源有太阳能、风能、潮汐能、核能、生物质能等。

当今时代，化石能源燃烧引发了各种污染问题，例如空气颗粒物污染、二氧化碳等温室气体浓度升高等，已经成为困扰世界各国的主要环境问题。为了转变对化石能源的依赖、减轻对环境的影响，各种清洁能源使用方法开始被提出并应用，逐步降低对化石能源的依赖、提升清洁能源的利用率，这种做法被称为能源转型。能源转型被很多科学家认为是减少空气污染、达成碳中和的关键措施之一。

随着理论研究的深入和应用技术的发展，我国政府逐渐认识到，以能源转型的方式为实现“双碳”目标助力的方法是可行的。2021 年12 月召开的中央经济工作会议指出“要立足以煤为主的基本国情，抓好煤炭清洁高效利用，增加清洁能源消纳能力，推动煤炭和清洁能源优化组合”。2022 年12 月召开的中央经济工作会议再次申明了加强煤炭等化石能源高效清洁利用的重要性。

需要注意的是，在短时间内我国提到的能源转型并不是快速以清洁能源替代所有化石能源。世界经济论坛（World Economic Forum）曾提到未来能源转型分为缓和型和快速型，国情决定了我国能源转型无法在短时间完成。我国对化石能源的依赖程度较高，无法在短时间内彻底摆脱使用化石能源。另外，我国尚未掌握成熟的技术，能够使清洁能源完全替代化石能源。因此，如何把握能源转型中化石能源与清洁能源的应用，以及如何依靠能源转型推动“双碳”目标的实现，都是本文将要研究的问题。

三、能源与“双碳”问题研究趋向

为了调查中外学者对能源转型和“双碳”目标研究的关注度，采用定量的文献综述法作为主要研究方法。通过在不同文献搜索引擎中统计有关关键词频率的方法，调查特定年限中的文献数量。之后，将搜索结果按照关键词、年份、主题等不同方式进行分类整理，导入数据处理软件进行可视化处理。该方法难度较低，过程简单，能够较为直观地展示研究对象的变化趋势。

首先选择中国知网（CNKI）作为中文文献的搜索引擎，将搜索时间确定为2013 年到2023 年，选择“双碳”和“化石能源”“清洁能源”“能源转型”作为关键词。由于搜索时间范围在2013 年前的相关文献数量很少，无法提供可比性，也为了搜集数据的严谨性，因此排除2013 年前的搜索结果。

从图1 中可以看出，知网上与“双碳”目标和能源有关的文献频率在2013 年到2023 年之间发生了较为明显的变化。在2020 年前，无论是与清洁能源、化石能源有关的论文，或与整体能源转型有关的论文，发表的频率都不是很高，均保持在每年5 篇左右。然而，在2020 年后，文献的数量发生了非常显著的变化。三个调查对象在2020 年到2022 年间都显示出了非常明显的增长态势，在2022 年，与能源转型有关的文献数量甚至达到了近40 篇之多。不难看出，在2020 年9 月我国明确“双碳”目标后，国内有关“双碳”目标和各类能源的研究呈井喷式增长，并在之后的很长一段时间内持续保持高位水平。

图1 2013-2023年中国知网文献数量变化趋势

通过国家政策的引导，我国开始走向将中短期经济社会发展规划和长期气候目标结合的道路，通过政府的政策驱动模式，进一步支持经济社会绿色发展。

本文阐述了几种能源分类的方法，并提出研究重点是将能源按照可再生性分为化石能源、清洁能源两类。为了进一步研究具体能源类型的变化趋势，下图将从煤、石油、天然气三个角度调查化石能源的使用方式对“双碳”目标的影响，从风能、光能、生物质能和核能四个方向研究清洁能源对“双碳”目标的影响，由此生成图2。

图2 2013-2023年中国知网文献占比分布

从图2 中可以看出，在包含“双碳”和不同化石能源、清洁能源的文献中，天然气占32%，成为占比最多的能源，紧随其后的则是“煤”“氢能”和“石油”。一些发展较晚的新能源占比最少，风能、核能仅分别占6%和3%。由此可见，在与双碳有关的各类能源的出现频率调查中，化石能源的占比较高，其中三种主要的化石能源占了整体的前四名。而清洁能源中，仅氢能占比较高，其余清洁能源占比仍旧偏低。

而在英文文献检索方面，采用Elsevier Science Direct作为搜索引擎。为了保持与中文搜索引擎中的检索内容一致，初始搜索关键词选择为“Dural Carbon”（双碳）和各种能源。然而Dural Carbon 一词在国外学术界使用较少，检索出的文献数量不足，无法顺利进行数据搜索和得出结论。因此，在使用外文文献搜索引擎进行关键词频率调查时，将Dural Carbon 一词转变为具有与双碳有相似含义的Carbon Neutrality，即碳中和。

图3 展现的是分别在Elsevier ScienceDirect 搜索引擎中 搜 索“Carbon Neutrality”“Clean Energy”以及“Fossil Energy”后的结果。从图3 可以发现，化石能源和清洁能源的变化存在一个较为相似的变化曲线。在2013 年至2020 年间，二者的数量都比较低，分别保持在每年10 篇文献以内。然而，在2020 年后，趋势发生了非常明显的变化。在2020 年之后两年间，文献数量飞速增长了十倍之多，在2022 年各自达到了每年100 篇左右，而化石能源更是达到了120 篇。而后，2023 年文献数量也保持了积极增长的趋势。截至2023年5 月份，二者的论文量都已经达到70 篇左右。相信在今后几年中，在Elsevier Science Direct 搜索引擎上，关于Carbon Neutrality、清洁能源和化石能源的变化会呈持续增长态势。

图3 2013-2023年Elsevier ScienceDirect文献数量变化趋势

综上所述，由中外搜索引擎得出了比较相似的检索结果。“双碳”目标和各种能源关系的研究文献在最近几年的研究热度居高不下，甚至有持续增长的态势，对加快能源转型、助力“双碳”目标的实现具有积极作用。

四、“双碳”与能源转型研究现状

（一）“双碳”与化石能源

为了研究“双碳”政策与化石能源间的关系及目前的研究现状，将化石能源分为煤、石油、天然气三大类，选取前述中具有代表性的参考文献，分别讨论其目前的技术研究现状。

许拯瑞等[1]指出化石能源的发展现状和未来发展的趋势。其团队认为在未来二十年内，化石能源的使用占比会从目前的70%下降到60%左右。煤炭则是下降趋势最为明显的化石燃料，而石油和天然气的占比变化处于相对平稳的状态中。该研究揭示了煤、油、气协同发展的重要性，对未来化石能源的使用做出了大胆预测。

张抗[2]等总结了化石能源在能源转型中的作用，指出我国仍处于煤炭燃烧时期。作为占比最高的化石能源，煤炭的清洁化利用是能源转型初期最为现实的目标。在无法彻底停止使用化石能源的当下，需要解决的最为关键的问题是使得化石能源的利用技术取得快速、高质量发展。既然在实现“双碳”目标的过程中无法彻底停止使用化石能源，那么将目标转移到如何高效、清洁地利用化石能源，将为实现“双碳”目标带来巨大的推动力。

王思遥[3]则重点研究了“双碳”目标下煤炭生产对碳减排的响应机制，阐明可以采用新兴技术，在煤炭开采、洗选、运输，以及过程中的电力和供热等环节中，减少产能的投入，维持煤炭生产效率，从而达到降碳的要求。

吕清刚和柴祯[4]的研究更关注如何高效利用化石能源，以实现新型能源系统的构建。提升煤炭的燃烧转化率、增加石油和天然气的使用率以及处理好煤化工三废的技术问题，助力化石能源的高效清洁利用。

从国际角度上看，Antimiani A et al.[5]等人从经济学角度分析了化石能源的消耗和经济学的关系。其研究发现，如果针对欧盟国家减少化石能源燃烧的税收，并提供有关能源系统构建的帮助，将极大有利于减碳和可持续发展。

（二）“双碳”与清洁能源

目前学术界普遍认为，为了满足“双碳”目标的实现，无法在短期内以清洁能源取代化石能源，以达到降碳减排的最终目标。相反的，化石能源在未来很长一段时间内仍占有较高的能源利用比重。因此，应将研究目标放在高效清洁利用化石能源，以及积极开发清洁能源，提升有关技术上。

风－光－电系统是目前被广泛研究的一种清洁能源利用方式，综合能源利用先获取风能、太阳能，进而转化成电能以供人类使用。周建立[6]研究了风－光－电综合能源系统的容量配置优化问题，指出以风力、太阳能为主的清洁能源的发展在未来是支撑能源领域低碳转型的重要保证。然而，目前风能、太阳能发电仍然存在一系列技术难题使得短期无法被大规模推广应用。具体来说，风能、光能的产生具有不确定、不稳定性，无法持续地供能，而能量的储存问题也是一大急需攻克的难点。高安娜[7]则创造性地从多学科融合的角度研究我国清洁能源发展优化的路径。结合经济学有关知识，高安娜将金融学因素加入整个清洁能源发展的模拟中，并基于“双碳”目标下的风力发电行业发展优化模型，探究了从2021 年到2060年我国风电行业在不同影响因素下的发展路径和减排潜力。

除了风－光－电系统外，氢能作为广为人知的清洁能源，其技术也得到了很大发展。杨卫胜等[8]在文章中指出，近些年西方发达国家加快氢能产业的布局，确立了氢能源利用的重要地位。而我国的氢能发展依然处于产业化初期，仍旧存在绿氢占比偏低，制造成本、运输成本偏高等问题。想要推进氢能源在我国的广泛利用需要结合国情、发挥优势，加快核心技术研发。

综上所述，我国清洁能源市场方兴未艾，虽然很多清洁能源领域仍处于起步和探索阶段，但未来发展潜力巨大。想要达成“双碳”目标，势必要将清洁能源技术发挥完全、成熟利用，逐渐接替高污染、高消耗的化石能源，为实现“双碳”目标助力。

（三）“双碳”与能源转型

如期达成“双碳”目标，进行能源转型是关键一步。李娜等[9]指出，对我国能源行业而言，碳中和目标的实现给其转型带来了利好、机遇，但也使其面临短期内任务重、负碳技术尚未成熟、新能源缺乏竞争优势等缺点，再次强调了进行能源转型对于实现“双碳”目标的重要性。

能源转型，广义上是指逐步废除传统化石能源的使用，并用清洁能源替代。但本文中研究的能源转型持续范围更长、影响范围更广，并不拘泥于某一时间点完成。我国的国情决定了无法在短时间内彻底停止使用化石能源。因此，逐步提升利用化石能源技术，高效、清洁利用化石能源，达到降碳目标。同时，进一步提升清洁能源的技术攻关，加强其产业化推广，尽快增加清洁能源在能源产业中的占比。为达成“双碳”目标，能源转型做出贡献。

杨建新等[10]结合江苏省的能源发展现状，给未来基于“双碳”目标下进行能源转型提出了几点建议，其中较为重要的是兼顾“双碳”目标与能源安全缺一不可和尽力降碳，逐步降低对传统能源的依赖。

Wang et al.[11]从博弈论的角度提出了对于能源转型和“双碳”目标的见解，并特别强调了政府监管对于能源转型实施的重要性。在将政府、能源行业和第三方清洁能源审核机构三个利益相关方纳入一个进化博弈模型中分析后，得出“政府的监管力度是决定中国能源产业发展的关键性因素”这一结论，进一步强调了在实现“双碳”目标过程中，政府在能源行业中扮演着相当重要的角色。

李世峰等[12]提出，能源行业是实现“双碳”目标的主战场。我国目前的能源转型面临着传统能源供应紧张、成本上升的阻力。为保证我国顺利实现“双碳”目标，需要统筹兼顾“清洁用能”和“能源供需平衡”两点。因此，需要构建以新能源为主体、基于合理利用化石能源为保障的低碳、安全和高效的能源结构。

能源转型将为“双碳”目标的达成注入强大的动力，唯有合理利用化石能源、持续发展化石能源的降碳技术，并逐步提升清洁能源占比，才能够完成长期能源转型，向实现“双碳”目标迈进。

五、结语

能源领域是达成“双碳”目标的主要战场之一。目前，我国仍处在化石能源占比偏高、清洁能源技术尚未成熟的阶段。面对诸多困难，进行长期能源转型是实现“双碳”目标的关键一步。在此期间，既要绿色高效地开发利用化石能源，将传统能源的碳排放量逐年稳定、降低，又要加快清洁能源领域的技术攻关，逐步提升清洁能源的占比，解决清洁能源的生产、运输、储存等一系列问题。

针对双碳与化石能源的研究是当前的热点研究领域之一，已经针对煤炭、石油和天然气的减排降碳展开了不同程度的研究。如，有的研究关注化石能源运输、储存过程中的能耗减排问题，有的则将化石能源与清洁能源相结合，以助力能源转型的方式为化石能源的高效清洁利用赋能。

国内双碳和清洁能源的发展刚刚起步，发展潜力巨大。研究人员从风能、光伏、氢能、核能等主要方向出发，对清洁能源技术的成熟化展开研究。虽然面临一系列困难，但已经取得了不少成绩。基于此，未来一段时间内，双碳与能源转型的研究目标将统筹兼顾高效利用化石能源和加快清洁能源技术攻关两个方面。只有如此，能源行业才能够以实现“双碳”目标为导向，加快能源转型对该目标的赋能作用。