摘要：“2030年前碳達峰”和“2060年前碳中和”目標要求我國能源經濟系統進行深刻的轉型。本文利用全球可計算一般均衡能源經濟模型（C-GEM）等模型工具，研究了碳中和愿景下我國能源經濟轉型的邏輯和路徑，定量評價了主要減排措施在不同時期的減排貢獻度和所需的政策干預力度，對能源經濟轉型路徑的關鍵特征指標進行了不確定性分析。研究表明，要實現“2060年前碳中和”目標，我國應進一步提高能源利用效率，2060年單位GDP能源消費相比當前下降75%以上；持續推進以新能源為主體的能源結構優化，2060年非化石能源在一次能源消費中的比重提高到80%以上；大力推進電氣化和電力系統深度脫碳，2060年電力在終端能源消費中的比重提高至70%以上，非化石電力在電力供應中比重提升至90%以上，電力系統在2045~2050年間實現凈零碳排放；碳定價機制將在碳中和轉型中發揮關鍵作用，為低碳、零碳和負碳技術創新和產業轉型升級提供有效的激勵。研究還表明，碳中和將有助于我國經濟高質量發展，2030年和2050年我國人均GDP將超過2萬美元和3萬美元。

關鍵詞：碳中和 轉型路徑 碳定價 CGE模型

一、引言

《巴黎協定》確定了控制全球溫度上升的目標：將溫升控制在2℃之內，并爭取控制在1.5℃之內。為實現這一長期目標，各國溫室氣體排放應盡快達到峰值，并促使全球在21世紀中葉實現碳中和。中國作為世界上最大的碳排放國家與工業門類最為齊全的國家，正處在城鎮化快速發展階段，面臨著經濟轉型、環境保護、應對氣候變化等多重挑戰。

長期以來，中國高度重視氣候變化問題，把積極應對氣候變化作為國家經濟社會發展的重大戰略，采取了一系列行動，為應對全球氣候變化做出了重要貢獻。自“十二五”以來，中國積極實施了各項政策措施，產業結構和能源結構調整加快推進，能源利用效率大幅提高，單位國內生產總值（GDP）碳排放實現年均下降超5%。2015年，中國發布國家自主貢獻，承諾二氧化碳排放2030年左右達到峰值并爭取盡早達峰，到2030年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降60%~65%，非化石能源占一次能源消費比重達到20%左右。2020年9月22日，習近平主席在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上發表重要講話，宣布“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，爭取在2060年前實現碳中和。”

為了實現“2030年前達峰”和“2060年前碳中和”目標，當前迫切需要識別能源經濟系統的轉型路徑、評估轉型所需政策干預力度。為此，本研究綜合國家自然科學基金重大項目“綠色低碳發展轉型中的關鍵管理科學問題與政策研究”成果，采用中國—全球能源經濟模型（China-in-Global Energy Model，C-GEM），同時結合電力、交通和建筑三大部門能源技術模型，綜合考慮國內外社會經濟技術等因素，重點圍繞以下5個方面展開研究：（1）合理的碳中和碳排放軌跡；（2）碳中和對經濟轉型的要求；（3）碳中和對能源系統變革的要求；（4）實現碳中和所需的政策干預力度；（5）主要減排技術方案的減排貢獻。

二、文獻綜述

（一）溫升控制與碳排放軌跡

《巴黎協定》確定了將全球溫升控制在2℃并爭取控制在1.5℃之內的目標，而《IPCC全球升溫1.5℃特別報告》指出，將全球變暖限制在1.5℃而不是2℃或更高的溫度，可以避免一系列氣候變化影響。例如，到2100年，將全球變暖限制在1.5℃而非2℃，全球海平面上升將減少10厘米（IPCC，2018）。因此，應識別全球實現2℃和1.5℃溫升控制的碳排放軌跡，以2℃溫控為底線、以1.5℃溫控為目標確定我國合理的碳中和排放軌跡。

《IPCC全球升溫1.5℃特別報告》（Rogelj et al.，2018）研究顯示，要以大于66%的概率實現2℃和1.5℃溫升控制目標，必須將2011~2100年間的全球累計排放分別控制在1萬億噸和4000億噸CO2。為實現1.5℃溫升控制目標，全球需要在土地、能源、工業、建筑、交通和城市方面進行“快速而深遠的”轉型。到2030年，全球CO2排放量需要比2010年的水平下降大約45%，到2050年左右達到“凈零”排放（Rogelj et al.，2018）。Lurderer等（2018）聯合5個重要能源模型組，基于減排發生在具有最佳成本效益的時間和地點的原則，研究得出全球需要在2020年左右實現碳達峰，而后加快減排，在2045~2060年間實現碳中和，而后實現負排放，方能以大于66%的概率實現1.5℃溫控目標。由此可見，中國于2060年前實現碳中和的承諾與努力實現1.5℃溫升控制目標是一致的。

對于中國的轉型路徑，清華大學聯合我國十多家研究機構開展“中國長期低碳發展戰略與轉型路徑研究”項目，研究了面向2050年的中國2℃情景和1.5℃情景，估算出2050年化石能源燃燒碳排放應分別為29和15億噸CO2（解振華等，2020）。姜克雋等（2012）利用IPAC-AIM模型研究，估計出要實現2℃溫控目標需要在2050年將碳排放控制在30億噸CO2以內，要實現1.5℃溫控目標則應在2050年實現負排放5.9億噸（Jiang et al.，2018）。段宏波和汪壽陽（2019）基于中國能源—經濟—環境系統集成模型（CE3METL），從排放路徑、能源重構和經濟影響3個維度對比分析了全球溫控目標從2℃到1.5℃的戰略調整對中國的長期影響。該研究認為，中等可能性的2℃目標下，中國的二氧化碳排放量將于2030年前達到峰值，2050年碳排放為70億噸左右，而后快速減排至2060年的20億噸；而1.5℃目標則要求碳排放從當下開始急劇下降至2025年20~40億噸，且最早到2060年前后實現近零排放。在此基礎上，Duan等（2021）進一步評估中國實現1.5℃目標所需的行動力度，綜合AIM、GCAM、IMAGE、POLES等團隊的研究結果，認為中國要實現1.5℃目標，需在2020年達峰，而后加快減排至2030年的30~80億噸，于2050年降至（-10）億~20億噸。此外，能源基金會（2020）發布的《中國碳中和綜合報告2020》對中國實現碳中和目標的關鍵年份（2035和2050年）進行分析，識別并建議電力、建筑、工業、交通、農業、林業和土地利用等關鍵部門的減排行動。雖然上述文獻涉及中國的碳排放路徑，但大多數為面向2050年的論證分析，仍然缺乏對 2060年前碳中和目標下的能源經濟轉型邏輯和能源經濟協同轉型路徑的系統研究。目前國際上針對1.5℃溫控目標的大多數研究，幾乎都假設我國碳排放于2020年達峰后急劇下降，不符合我國國情。

（二）碳定價在能源經濟轉型中的作用

目前國際通行的碳減排政策主要包括能效與排放標準、公共技術研發和碳定價工具（包括碳稅和碳排放交易體系）。政策分析人士普遍認為，要以經濟有效的方式實現深度碳減排，覆蓋全經濟系統的碳定價工具將是政策的必要組成部分（Metcalf，2009；Kaplow，2010；Borenstein et al.，2019）。鑒于碳排放來源的多樣性，傳統的能效和排放標準設計挑戰很大，且會造成不必要的高成本（Newell and Stavins，2003）。碳定價工具的關鍵優勢在于它的靈活性以及可以帶來經濟總體成本效益最優的有效激勵（Knittel，2019）。另外，碳定價還可以通過誘導氣候友好型技術變革降低長期減排成本（Newell et al.，1999）。

國際社會廣泛認可碳定價在能源經濟轉型中的核心作用并將其落諸實踐。當前，全球已有61項碳定價機制正在實施或計劃實施中，其中31項屬于碳排放交易體系，30項屬于碳稅，共覆蓋約120億噸CO2，占全球溫室氣體排放量的約22%（世界銀行，2020）。《巴黎協定》的189個締約方提交的減排承諾中，有一半以上表示將使用碳定價工具。經過近十年的地方試點和建設準備，2021年7月我國全國碳排放權交易市場實現了電力行業的交易運行。這種基于市場的碳定價機制通過限制多個碳密集型行業的碳排放，也推動高碳排放產業的轉型升級。

在模型研究中，碳定價可以用來定量顯示減排所需的政策行動的整體力度。根據《IPCC全球升溫1.5℃特別報告》，要實現2℃溫控，2030年全球碳價水平需達到15~220美元/噸CO2，2050年則需達到45~1050美元/噸CO2，2070年將達到120~1100美元/噸CO2；相對的，要實現1.5℃溫控，2030年全球碳價水平需進一步提升至135~6050美元/噸CO2，2050年則需達到245~14300美元/噸CO2，2070年將達到420~19300美元/噸CO2（Rogelj et al.，2018）。反映政策力度的碳價水平由于模型框架、減排目標和技術可用性預測等的不同而有所差別（Clarke et al.，2014；Kriegler et al.，2015；Rogelj et al.，2015a；Riahi et al.，2017；Stiglitz et al.，2017）。

目前已有部分模型研究對不同國家實現碳中和所需政策力度開展了評估。European Union（2018）基于價格導向的市場均衡模型PRIMES研究顯示，歐盟要于2050年實現碳中和，碳價需達到350歐元/噸CO2（約為430美元/噸）。Oshiro等（2018）利用自下而上能源系統模型AIM/Enduse（Japan）分析日本于2050年實現碳中和所需的能源系統轉型，計算得到碳減排成本在2050年高達2200美元/噸CO2。Climate Works Australia（2020）利用技術優化模型Aus-TIMES模型研究澳大利亞2050年實現碳中和所需的碳價：在強調技術創新的發展路徑下，碳價水平約為200美元/噸CO2；在強調政策干預的發展路徑下，碳價水平將達到233美元/噸CO2。總體而言，不同地區實現碳中和時所面臨的碳價水平不同，與國家的發展水平、技術路徑和資源稟賦密切相關。因此，在利用模型評估中國碳中和目標下的能源經濟轉型所需碳價水平時，需要充分考慮我國的經濟系統和能源系統的特點。

三、模型介紹

為模擬我國綠色低碳轉型的路徑與政策，本研究采用自上而下的全球可計算一般均衡能源經濟模型——中國—全球能源模型（China-in-Global Energy Model，C-GEM）進行情景模擬分析，并利用3個自下而上的技術模型REPO（China Renewable Electricity Planning and Operation Model）、CPREG（China Provincial Road Transport Energy Demand and GHG Emissions Analysis Model）和CBEM（China Building Energy Model）分別對電力、交通和建筑三大重點排放部門的能源消費、成本和技術選擇情況進行校核驗證，確保研究結果在經濟和技術上都具有可解釋性。詳細的模型介紹參見《管理世界》網絡發行版附錄。

經過7年多的開發和應用實踐，C-GEM的低碳技術表達和政策模擬功能日趨成熟，比較適合能源經濟系統轉型路徑及所需政策力度的評估工作。一方面，C-GEM模型細致刻畫了多種低碳、零碳和負碳技術。Qi等（2014a）細致刻畫了風、光、生物質發電等11種先進能源技術，并評估可再生能源發展對中國能源和碳排放的影響。與此同時，Zhang等（2015）進一步改進了模型中煤電碳捕集及封存（CCS）技術和氣電CCS等CCS技術的刻畫，并研究得出當碳價高于35美元/噸CO2時，電力系統將開始部署CCS技術。為了進一步研究中國的深度脫碳路徑，Huang等（2020）在模型中刻畫了負排放技術——生物質碳捕集及封存（BECCS）技術，并評估可利用生物質資源量，研究顯示，若2050年中國的碳排放空間為23億噸CO2，BECCS需負排放6億噸CO2；當排放空間為10億噸CO2，則BECCS需負排放近10億噸CO2。另一方面，C-GEM模型細致刻畫了碳市場交易模塊，并已經支撐了一系列評估轉型所需政策力度的研究。Qi等（2016）評估中國延續《哥本哈根協議》減排承諾力度（即年均碳強度下降率為3%）所需的碳定價政策力度，研究顯示，2050年要將碳排放控制在120億噸，碳價需達到58美元/噸CO2。Weng等（2018）研究了中國實現《巴黎協定》氣候承諾（即2030年碳排放強度相比2005年下降60%~65%）所需的碳價水平，研究顯示，中國2021~2025年碳價達到8美元/噸CO2，2026~2030年達到12美元/噸CO2，則可以大于90%的概率實現氣候承諾。

本節將對C-GEM、REPO、CPREG和CBEM這4個模型進行簡要介紹。

（一）中國—全球能源模型（C-GEM）

中國—全球能源模型（C-GEM）是全球多區域遞歸動態可計算一般均衡（CGE）模型。該模型由清華大學能源環境經濟研究所與美國麻省理工學院全球變化科學與政策聯合項目合作開發，主要用于評估中國與全球低碳政策對經濟、貿易、能源消費與溫室氣體排放的影響。模型以2014年為基年，并根據世界銀行、國際能源署與中國統計局發布的相關數據將模型主要國家及地區的能源經濟數據校核至2018年，隨后從2020年起以5年為一個周期運行到2100年。

C-GEM模型涵蓋全球17個區域與19個經濟部門，在開發過程中注重對中國及其他發展中國家的經濟特征表述，尤其對發展中國家能耗較高的工業部門細節與對能源系統低碳化轉型十分重要的多種能源技術做出詳細刻畫。為了模擬研究碳中和路徑，模型重點刻畫了可再生能源技術和BECCS、空氣直接碳捕集（DAC）、鋼鐵CCS、煤電CCS等多種CCS技術（Huang et al.，2020；Zhang et al.，2015；Qi et al.，2014a）。此外，模型參考發達國家的電氣化程度和經驗，通過動態調整主要部門電力與化石能源間的替代彈性來有效刻畫我國未來電氣化進程。

考慮到中國經濟發展進入“新常態”，需求管理與供給側改革不斷深入，研究團隊在C-GEM模型中特別考慮了中國未來經濟轉型的特點。C-GEM模型借鑒歐盟、日本、美國等國的經濟增長和結構變化情況，結合中國供給側結構性改革進程和擴大內需消費等政策措施，對模型動態過程中的消費和投資等結構進行外生動態演變，以模擬中國經濟快速轉型的特點，具體過程詳見Zhang等（2016）和翁玉艷（2018）。

（二）自下而上的分部門技術模型

本研究采用由清華大學能源經濟研究所開發的中國可再生能源電力規劃及運行模型（REPO）對電力部門轉型進行技術驗證。該模型是反映中國電力系統運行特征和省際差異的分省電力系統規劃模型，以最小化電力系統貼現成本為優化目標，能夠得出滿足約束條件下各類發電技術各模型模擬年份在各省的裝機和發電量、省間傳輸線容量和碳排放等結果（熊威明，2016；Yang et al.，2018）。不同情景下，C-GEM模型將所模擬的全國電力需求和碳價反饋給REPO模型，REPO模型以上述指標為輸入模擬得到電力結構并反饋給C-GEM，后者以此更新模型電力結構并得到新的電力需求和碳價，重新反饋至REPO模型，通過多次迭代校驗，最終保證兩模型電力結構、電力需求和碳價基本一致。

對于交通部門的轉型路徑，本研究應用自下而上的中國分省道路交通能耗和溫室氣體排放模型（CPREG）進行驗證。該模型細致刻畫了多種交通技術，通過外生的宏觀經濟、社會發展指標以及廣義交通成本，采用彈性的方法預測中國未來客貨運服務需求，運用離散選擇的方法計算未來各種交通技術所承擔的交通服務份額，并測算能耗及溫室氣體排放情況（Peng et al.，2018）。驗證過程中，C-GEM模型將根據不同碳排放約束下CPREG模型的研究結果校核電動車發展規模，保證兩個模型交通部門電氣化水平和用能需求量可比。

對于建筑部門的轉型路徑，本研究則采用自下而上的中國建筑用能模型（CBEM）進行驗證。該模型以大量統計、調研與實測數據為基礎，構建了中國的典型建筑庫；基于建筑全性能仿真平臺，得到不同氣象條件、建筑本體、設備性能及行為模式下的建筑全性能情況（能耗、碳排放、污染物、室內環境）；同時基于多源數據分析得到不同典型建筑在我國的整體分布情況，從而獲得我國建筑用能現狀與歷史；同時通過文獻分析與趨勢判斷，研究不同驅動因素在不同假設下如何變化，從而得到不同情景下的建筑部門發展情況（Guo et al.，2021）。驗證過程中，C-GEM模型將根據不同碳排放約束下CBEM模型的研究結果校核建筑用能規模，保證最終建筑部門用能結構和規模與技術模型協調一致。

四、主要假設與情景設計

（一）社會經濟發展假定

未來人口增長的假定采用聯合國經濟和社會事務部（UNDESA，2019）發布的《2019世界人口展望》中等人口情景的預測結果：中國人口預計將于2030年達峰，為14.6億，而后逐漸下降到2060年的13.3億。該預測也與《國家人口發展規劃（2016—2030年）》中的人口發展預期目標基本一致。

通過對國家信息中心（祝寶良，2019）、國際貨幣基金組織（IMF，2020）、世界銀行（WB，2020）、牛津經濟（Oxford Economics，2020）、經濟合作與發展組織（OECD，2020，2021）、美國能源信息署（EIA，2019）和國際能源署（IEA，2019）等國際機構對中國未來經濟增速的預測調研，本研究假設參考情景下，中國經濟總量在2035年達到205萬億元（2020年人民幣不變價），2060年達到420萬億元；人均GDP在2035年達到14萬元（約2.0萬美元），在2060年達到約31萬元（約4.6萬美元）。

（二）情景描述

本研究開發了面向2060年的參考情景及2060碳中和情景，來比較研究實現碳中和目標的能源經濟轉型及政策干預力度。兩個情景的能源技術成本和自動能效進步率假設相同，技術應用規模由市場價格驅動。兩個情景采用碳定價機制作為所有氣候政策的代表，碳價顯示全經濟尺度的邊際減排成本，反映實現碳中和目標所需的政策力度。由于我國過去和近期的碳減排目標以碳強度形式提出，為了保證政策在一段時間內的可比性，本研究以年均碳強度下降率作為碳排放約束。

1.參考情景

該情景在2030年以前的碳減排力度以我國2015年在巴黎氣候變化大會上承諾的碳減排力度為依據，即碳排放于2030年左右達峰、單位GDP碳排放與2005年相比下降60%~65%、非化石能源比重2030年達20%以上；2030年以后假設延續2020~2030年的碳減排力度，單位GDP碳排放年均下降率保持在大約4%的水平。

2.2060碳中和情景

該情景的碳減排力度以習總書記提出的“2030年前碳排放實現達峰，2060年前實現碳中和”目標為依據，碳排放趨勢盡可能靠近全球1.5℃溫升控制目標下要求的中國碳排放軌跡。何建坤等（2020）研究顯示，要爭取2030年之前實現二氧化碳排放的達峰，中國單位GDP碳排放強度的年下降率需達到4.5%~5%的水平，才能用GDP碳強度下降抵消能源消費增長帶來的碳排放增量。2060碳中和情景假設“十四五”年均碳排放強度下降率為4.5%，“十五五”年均碳強度下降率為5%。

對于2030年后的排放軌跡設定，盡量對標1.5℃溫升控制目標。Luderer等（2018）研究顯示，若要以大于66%的概率實現1.5℃溫升控制，在沒有任何減排分擔機制、減排發生在最具成本效益的地點和時間的情況下，全球應在2045~2060年間實現碳中和。若將Luderer等（2018）的減排軌跡用碳強度下降率的方式表示，則全球2030~2040年應以至少7.8%的年均碳強度下降率進行減排，2041~2045年年均碳強度下降率應達到至少9.2%，2046~2050年應達到至少11.7%，2051~2055年應達到至少15%。因此，本研究設置階梯式碳強度下降率，使得我國2030年后碳強度下降率基本達到1.5℃溫升控制目標所要求的最低碳強度下降率。

五、結果與討論

（一）能源相關碳排放應在“十五五”中期達峰，2050年相比峰值下降約75%

在參考情景下，若延續我國2015年在巴黎氣候變化大會上承諾的碳減排力度，我國化石能源燃燒碳排放將于2030年達峰，峰值為108億噸CO2，而后碳排放量逐漸下降，但到2060年仍有79億噸，不能實現“兩度溫升控制”目標和“2060年前碳中和”目標。在2060碳中和情景下，我國“十四五”年均碳排放強度下降率為4.5%，“十五五”年均碳強度下降率為5%，化石能源燃燒碳排放將于2027~2028年左右達峰，峰值在105億噸以內，而后穩中有降，2030年碳排放緩慢降為100億噸。2030~2035年碳排放有明顯下降，2035年碳排放將相比峰值下降約15%，約87億噸；此后進一步加速減排，2050年將減排至26億噸，即相比峰值下降約75%；2060年，能源相關碳排放將實現凈零排放。與此同時，工業過程碳排放和非二氧化碳溫室氣體排放有望與農林業增匯相抵消，最終實現全社會的碳中和。

對比2060碳中和情景與全球1.5℃溫控目標的排放趨勢可知，Luderer等人（2018）研究要求全球2020年碳達峰進而快速減排，而我國作為一個發展中國家，仍需要10年左右的準備期才能進入快速減排階段。從碳達峰到碳中和，中國預計需要30年的時間，相比歐盟1980年達峰、2050年前碳中和，美國2005年達峰、2050年前碳中和，中國的碳中和目標已經非常積極、挑戰巨大。考慮到參考情景無法滿足“2030年前碳達峰”目標和“2060年前碳中和”目標，下文將重點圍繞2060碳中和情景進行討論。

（二）碳中和目標要求經濟進行持續結構性調整，高碳產業貢獻不斷降低

“十二五”以來，中國的經濟結構出現了較為明顯的變化，工業部門對中國經濟的貢獻不斷下降，服務業的貢獻不斷上升。未來，隨著人們生活水平和收入水平的提高，內需將進一步擴大，人們的消費選擇向以服務、休閑為主的消費轉變，服務業投資占比加快增大；同時，高耗能部門將進一步“去產能”，制造業從資源依賴走向技術依賴。因此，我國產業結構加快向服務業主導結構轉型。2050年隨著我國現代化強國目標的實現，第三產業增加值占GDP比重預計將達到71%，而后保持相對穩定。

與此同時，2060年我國總產值將擴大為2020年的3.5倍。增速最快的6個行業分別為服務業、運營交通運輸業、交通設備制造業、化工制品制造業、電力與熱力生產與供應業及電氣設備制造業。其中服務業產值約為2020年的6倍，運營交通運輸業和交通設備制造業的產值約為2020年的4倍。在全社會再電氣化和新能源技術的帶動下，2060年電力與熱力生產與供應業、電氣設備制造業的產值約為2020年的3倍，而黑色金屬冶煉及壓延業、煉油業、煤炭開采與生產業、石油開采與生產業、天然氣開采與生產業等的產值將相比2020年有所下降。其他部門2060年的產值約為2020年的2~3倍。

2060年，我國未來紡織業、電氣設備制造業、黑色金屬冶煉及壓延加工業的凈出口將進一步擴大，非金屬礦物制品業與其他工業凈出口有所減少，化工制品制造業和有色金屬冶煉及壓延加工業的凈進口將進一步擴大。

通過技術進步和經濟轉型升級，中國在實現碳中和的同時，也可實現現代化強國的經濟目標，2035年GDP總量將相比2020年翻一番，2060年將比2020年翻兩番，2060年仍可保持2.6%的GDP增速。與此同時，人均國內生產總值2035年將相比2020年翻一番至14萬元（2020年人民幣不變價），約2萬美元；2050年將進一步提升至約23萬元，接近3.5萬美元；2060年將相比2020年番兩翻以上，達到31萬元，約4.5萬美元。

（三）碳中和目標的實現需要引入足夠強的碳價信號

因為存在市場失靈，能源經濟的深刻轉型不能自動實現，需要政策的推動。碳價代表著全經濟尺度的邊際碳減排成本，碳定價是成本最低的公共政策工具的代表。

要實現碳達峰和碳中和，2025年我國的碳價水平將達到近70元/噸（2020年人民幣不變價），約為10美元/噸；2030年將超過100元/噸，即近15美元/噸；2035年將達到近180元/噸，約為25美元/噸；2060年將超過2700元/噸，約為400美元/噸。2060年碳價超過了空氣直接碳捕集技術成本，空氣直接碳捕集技術是目前成本最高的負排放技術，在碳價高于300美元/噸時，空氣直接碳捕集技術將逐漸變得成本有效并開始大規模捕集CO2（Realmonte et al.，2019）。與European Union（2018）實現碳中和時的碳價350歐元/噸（約為430美元/噸）相比，我國實現碳中和時的邊際減排成本略低一些；相比于全球實現碳中和時的碳價水平，即100~1000美元/噸（Rogelj et al.，2015b），我國邊際減排成本處于中等水平。

（四）能源消費總量應于2030年進入平臺期，煤油氣消費應依次達峰

2060碳中和情景下，隨著碳約束的加強、能效和電氣化水平的提升，中國一次能源消費總量將于2030年起進入約10年的平臺期（消費量約為60億噸標煤）。2040年后，經濟發展與能源消費基本脫鉤，一次能源消費總量以年均1%的下降率逐漸下降，2060年降低至50億噸標煤，與2020年基本相當。與2020年水平相比，我國單位GDP能源消費量2025年下降15%左右、2030年下降28%左右、2060年下降75%左右；2020~2060年單位GDP能源消費量年均下降率約為3.5%。

在碳中和情景下，我國能源結構將加快向新能源主導型結構轉變。煤炭消費在2025年左右達峰后，大幅下降至2060年的5億噸標煤左右，其中3/4為近零碳排放煤炭（采用CCS）。隨著交通部門電氣化與交通服務結構和模式的改變，石油消費于2030年左右達峰，峰值約為10.6億噸標煤，而后不斷下降至2060年的3億噸標煤。天然氣消費在2035年左右達峰，峰值約為8.3億噸標煤，其后逐步降低到2060年2億噸標煤左右，其中一半以上為近零碳排放天然氣（采用CCS）。非化石能源發展速度大幅加快，其占比從2030年的26%，增長至2060年的80%以上。其中，核電在一次能源消費中的占比從2030年的4%，逐漸增長至2060年的15%。2060年BECCS將利用2.4億噸標煤的生物質，常規生物質發電及生物質燃油規模將達到0.6億噸標煤。

（五）加快電氣化和電力系統深度脫碳

未來用電需求隨著人民生活質量的提升和經濟的增長而不斷提高。由于經濟增長仍需要能源的支撐，在碳排放約束趨嚴的情況下，能源系統需要加快非化石能源替代，而電力作為非化石能源的主要利用形式，需要在全社會各部門更加廣泛的應用。預計到2025年電力需求將達8.9萬億千瓦時左右，到2030年電力需求將達10.4萬億千瓦時左右；而后用電量不斷增長至2060年的15.1萬億千瓦時。達到碳中和時，電力占終端用能的比重達到70%以上。對于電力在終端用能中的作用，歐盟在1.5℃溫控研究中也進行了分析（European Union，2018）：歐盟在2050年實現碳中和，電力直接使用在終端用能比重為50%，電制氣、電制液體燃料約占10%，氫氣約占終端用能的10%，其他燃料占30%。

對于分品種電力，未來煤電與氣電需進行CCS技術改造，非化石電力尤其是風光電力需大規模發展。對于常規煤電，其發電量將于2025年左右達峰，約為4.8萬億千瓦時，而后不斷減少至2050年完全退出市場。為了降低常規煤電機組擱淺所帶來的成本，自2035年起，常規煤電機組將進行CCS改造，部分機組與生物質進行摻混燃燒并實現凈零乃至負排放。煤電CCS發電量將從2035年的0.1萬億千瓦時不斷增長至2050年的0.9萬億千瓦時，而后保持相對穩定（2060年占總發電量的6%）。常規天然氣發電量從2020年0.3萬億千瓦時增長至2035年的0.4萬億千瓦時，之后隨著機組退役與機組的CCS技術改造，2060年常規天然氣發電量將減少至0.1萬億千瓦時，主要用于提供調峰輔助服務。與此同時，氣電CCS將于2035年起開始規模化應用，至2060年發電量將達到0.4萬億千瓦時，占總發電量的2%。核電發電量由2020年的0.4萬億千瓦時不斷增長至2060年的2.6萬億千瓦時。常規水電發電量由2020年的1.3萬億千瓦時增長至2060年的1.9萬億千瓦時。風光發電增長顯著：風電發電量由2020年的0.5萬億千瓦時，翻近兩番至2030年的1.7萬億千瓦時，而后再增長至2060年的4.5萬億千瓦時；光伏和光熱發電由2020年的0.3萬億千瓦時，翻兩番至2030年的1.2萬億千瓦時，而后較快增長至2060年的4.2萬億千瓦時；風光發電量到2060年將占總發電量的近60%。隨著碳價的提高，BECCS技術將于2045年起開始規模應用，發電量由2045年的0.1萬億千瓦時增長至2060年的0.6萬億千瓦時。

對于電力裝機，將由2020年的22億千瓦增加至2030年的近35億千瓦，而后持續增長至2060年的60億千瓦以上（其中風光裝機占約75%）。在地區分布方面，煤電向新疆、內蒙、寧夏、山西等煤價較低的煤產地集中，煤電CCS也主要集中在新疆和內蒙兩地。水電發展受資源限制明顯，新增裝機主要集中在華中地區和西藏。風電新增裝機主要分布在風力資源較好的地區，如新疆、內蒙、河北、云南以及福建等。太陽能發電裝機則兼顧地域和資源，在光照條件良好和負荷中心地區均有較快發展。BECCS機組主要分布在生物質與碳封存資源較好的地區，如四川、山東、廣東、吉林等（Wei et al.，2021；科學技術部，2019）。

隨著未來非化石能源電力占總發電量的比例提升和CCS技術的推廣，電力部門將于2045~2050年間率先實現碳中和。其中，非化石電力占比從2020年的34%逐漸提高至2025年的43%，2030年提高至55%，2050年較快增長至90%后保持相對穩定（其中可再生電力占總發電量的約75%）。Rogelj等（2015b）研究顯示，1.5℃情景下全球需于2050年左右實現碳中和，該年份下低碳電力（非化石電力與煤/氣CCS電力）占比的中值為97%，與本研究結果（99%）基本可比。值得注意的是，隨著電力系統中可再生能源發電占比的提高，2035年起電力系統需要大規模的配備電化學儲能、壓縮空氣儲能等儲能裝置，以保障電力系統的安全與穩定。通過大力發展可再生能源和CCS技術，在經濟最優的情況下，電力部門將于2050年前實現碳中和，而后進入負排放階段，為其他難減排部門提供一定的排放空間。

（六）CCUS技術和碳移除技術對全經濟尺度碳中和具有重要意義

2060年，我國將通過人工CCUS和碳移除技術分別捕集約14和9億噸CO2。對于電力部門，煤電CCS、BECCS和氣電CCS機組將分別在2060年捕集約7、7和1.5億噸CO2。鋼鐵CCS在2035~2045年有一定規模的工業示范（2040年捕集約0.3億噸），2050年起開始規模化應用，將捕集2.1億噸CO2，2060年捕集量約為2.9億噸CO2。化工CCS將從2035年捕集0.1億噸CO2不斷增加至2060年捕集近2億噸CO2。水泥CCS將從2035年捕集0.6億噸CO2不斷增加至2060年捕集近1億噸CO2。碳捕集成本高達300美元/噸的DAC技術將在2060年開始規模化應用，捕集達到實現碳中和需要的剩余1.7億噸CO2排放。

實現碳中和需要識別主要部門的減排難度及相應碳排放情況。在2050~2060年，工業部門是減排難度較大的部門，2060年仍將排放近4億噸CO2；電力部門將率先實現負排放，2060年將為其他部門提供5.6億噸的排放空間；2060年交通部門、建筑部門（只考慮直接排放）和其他部門的碳排放量基本相當，分別為1.5、0.9和1億噸；2060年DAC技術的捕集量將能基本抵消建筑部門和其他部門的排放量。

（七）達峰前減排由能效提升主導，達峰后能源替代與碳捕集減排貢獻顯著

要實現碳達峰、碳中和目標，不僅要通過能效提升（包括技術進步、結構調整、管理等）、能源結構優化（包括非化石能源替代與煤改氣等化石能源內部結構優化）、發展人工CCUS和碳移除技術等手段減少經濟體的碳排放存量，也要通過上述方式抵消由經濟增長所帶來的碳排放增量。為了識別上述因素在不同時期的碳減排貢獻，本研究應用對數平均迪氏指數法（Logarithmic Mean Divisia Index，LMDI）（Ang，2005；Ang and Liu，2007）進行了因素分解研究。

研究顯示，經濟增長在相當長一段時期內仍是碳排放增加的主要驅動因素，而隨著我國經濟發展與碳排放的逐漸脫鉤，由經濟增長所帶來的碳排放增量將由“十四五”期間的28億噸CO2逐漸下降至“十六五”的17億噸，2046~2050年進一步下降至約5億噸，2055~2060年基本實現碳排放與經濟增長的完全脫鉤。

能效提升（包括技術進步、結構調整、管理等）在達峰前的減排貢獻顯著，而后隨著能源結構優化的深入及人工CCUS和碳移除技術的發展，能源碳強度不斷下降，能效提升減排貢獻不斷下降。未來10年能效提升在所有減排因素中的減排比重達67%，2031~2035年減排貢獻度下降至50%，2036~2050年進一步下降至36%，2051~2060年僅為11%。

能源結構優化中，非化石能源替代與化石能源內部結構優化的減排貢獻皆先增后降。對于非化石能源替代，其減排貢獻度由未來10年的24%提升至2031~2035年的37%，2036~2050年減排貢獻度進一步提升至38%，而后隨著人工CCUS和碳移除技術的規模化應用，2051~2060年下降至19%；相應的，減排量由“十四五”期間的6億噸增長至2036~2040年的近15億噸，而后開始下降，2046~2050年降至6億噸左右，2051~2060年減排貢獻約為5億噸。對于化石能源內部結構優化，煤炭、石油、天然氣的單位能源碳排放量依次下降，當化石能源結構中煤炭比重下降、石油和天然氣比重提高，單位化石能源的碳排放量將逐漸下降，從而實現碳減排。隨著煤炭、石油、天然氣分別在“十四五”、“十五五”、“十六五”時期達峰，2035年前化石能源內部結構優化的減排貢獻不斷提高，由“十四五”期間的約2億噸提升至“十六五”期間的近3億噸，而后隨著化石能源消費總量的下降和人工CCUS和碳移除技術的推廣，減排貢獻逐漸下降。化石能源內部結構優化的減排貢獻度將從未來10年的9%提升至“十六五”的10%，2036~2050年下降至3%，2041~2060年僅為1%。

人工CCUS和碳移除技術在碳達峰后的減排貢獻將大幅提升，從“十六五”期間的不到1億噸快速提升至2046~2050年的8億噸，2056~2060年進一步提升至12億噸。減排貢獻比例將由“十六五”期間的3%左右提升至2036~2050年的23%，2051~2060年進一步提升至69%。

六、不確定性討論

基于模型模擬結果，本研究參考國務院發展研究中心資環所、國家發展改革委能源研究所、國家氣候戰略中心等團隊的研究成果（以上團隊研究成果均未正式發表，大多以內部座談會等形式交流獲得），重點圍繞2個經濟指標（GDP增速與碳價），7個能源指標（一次能源消費量、化石能源消費量、非化石能源在一次能源消費中比重、非化石電力在總發電量中比重、電力占終端消費比重、總用電量、分品種電力發電量），3個碳指標（能源相關碳排放量、人工CCUS和碳移除量、分部門碳排放）進行了不確定性討論，詳見論文原文。

未來我國經濟增速將隨著我國經濟增長所處階段的不同，由“十四五”期間的5.5%~6%逐漸向2060年的2.5%~3%轉變。整體而言，2035年GDP將相比2020年翻一番，2050年GDP約為2020年的3倍，2060年將相比2020年翻兩番。相對于大概率分布區間，在碳中和情景下，本研究對2050年前的經濟增長預測較為樂觀，2050年后隨著社會主義現代化經濟目標的實現，GDP增速將放緩，逐漸接近區間下限。對于碳中和目標下的碳價水平，預計2030年將在15~18美元/噸CO2左右，2050年將超過100美元/噸CO2，2060年將達到390~415美元/噸CO2，即2650~2820元/噸CO2。由于本研究2060碳中和情景的碳排放軌跡處于大概率分布區間中間偏上的位置，所以碳價處于區間中間偏下位置。

一次能源消費量于“十六五”期間達峰，峰值約為59~62億噸標煤，而后將進入平臺期，2040年后隨著能效提升，逐漸下降至2060年的48~51億噸標煤。本研究2060碳中和情景下的一次能源消費量處于大概率分布區間中間位置。對于化石能源消費量，本研究2060碳中和情景對近零碳排放煤炭與近零碳排放天然氣應用規模的判斷較為慎重，消費量處于大概率分布區間中間偏下的位置；若未來CCUS技術成本進一步下降且經濟有效的碳利用途徑增加，近零碳排放煤炭與天然氣應用規模有望進一步增加。2060年實現碳中和時，人工碳捕集、利用與封存量將達到9~15億噸CO2，人工碳移除量將達到6~9億噸；本研究2060碳中和情景結果位于區間中值。

非化石能源的發展可以分為3個時期：準備期、加速期與穩定期，分別為2020~2030年、2030~2050年和2050~2060年。對應的，非化石能源在一次能源中的比重將由2020年的16%逐漸增長至2030年的25%~28%；而后隨著新能源和儲能等技術的成熟，非化石能源應用規模快速擴大，其比重快速增長至2050年的60%~70%；隨著易開發資源被基本開發、易電氣化領域已基本實現電氣化、以及CCUS技術基本成熟，非化石能源在一次能源中的比重增長變緩，到2060年該比重為75%~85%。本研究2060碳中和情景的研究結果在2030年前與國家政策目標基本一致，位于區間中等偏下位置；2030~2060年情景預測結果處于區間中值。關于非化石電力在總發電量中的比重趨勢，2040年前情景研究結果相對樂觀，處于區間上限；2050年后，隨著非化石電力占比達到90%，綜合考慮電網穩定性與安全性問題，非化石電力占比將維持在該水平，處于區間中值。終端電氣化率將由當前的27%逐步增長至2060年的70%~80%，呈不斷加快趨勢。

七、結論與政策建議

中國—全球能源模型與電力、交通和建筑技術模型的情景模擬分析顯示，我國要實現2060年碳中和目標，能源與經濟系統就必須進行深刻的轉型。實現轉型的主要技術路徑和政策措施包括以下幾個方面。

1.明確碳排放總量控制路徑

能源相關碳排放在“十五五”中期達到峰值，峰值水平在105億噸以內，2035年在峰值水平基礎上下降15%左右，2050年下降75%以上，2060年前實現全經濟尺度碳中和。進行分部門碳排放總量管理，推動建筑（僅考慮直接排放）、電力、工業與交通部門依次達峰，達峰年分別為2025年前、2025年左右、2025年左右與2030年左右。

2.進一步提高能源利用效率

通過產業升級和結構調整、技術節能和管理節能等措施，與2020年水平相比，我國單位GDP能源消費量2025年下降15%左右、2030年下降28%左右，2050年下降65%左右，2060年下降75%以上。能源消費總量于“十六五”期間進入平臺期，2040年以后開始下降，2060年用能水平與2020年基本相當。碳達峰前，減排量由能效提升所主導實現，該措施將貢獻超過60%的減排量。

3.持續推進以新能源為主體的能源結構優化

要實現2030年前碳達峰目標和2060年前碳中和目標，需要持續推進以新能源為主體的能源結構優化，促使非化石能源在一次能源消費中的比重2030年上升到25%以上，2050年進一步增長至65%左右，2060年達到80%以上。碳達峰后，到本世紀中葉，能源替代將比能效提高發揮更大的作用，貢獻40%左右的減排量。

4.大力推進電氣化和電力系統深度脫碳

電氣化對于能源經濟深度脫碳至關重要。終端能源中的電力占比2030年提高到32%左右，2050年提高到55%以上，2060年提高到70%以上。到2030年，電力系統風電、光伏裝機分別將達到6.5億千瓦和9.5億千瓦，風光發電量占比超過25%，非化石能源發電占比超過55%。到2050年以后，非化石電力占比達到90%以上，電力系統應率先于2045~2050年實現凈零排放，而后進入負排放階段。常規煤電在“十四五”期間裝機達到峰值，2030年后進入快速退出軌道，將在2050年前后基本完全退出。

5.積極推動CCUS和碳移除技術的研發、示范和推廣

實現工業、交通、建筑部門零排放代價很大，需考慮通過發展BECCS、煤電CCS和氣電CCS等技術，率先實現電力部門的負排放（2060年負排放近6億噸），并通過發展鋼鐵等部門的CCUS技術促進工業部門的深度減排；同時發展空氣直接碳捕集技術，使其在2060年形成近2億噸的負排放能力，從而以更低的成本實現全經濟尺度的能源相關CO2排放的碳中和，并為在2060年后進一步實現負排放奠定基礎。在實現碳中和的最后一段時期，人工CCUS和碳移除技術將發揮關鍵作用。

6.充分發揮碳定價機制在能源經濟轉型中的經濟激勵

碳定價機制將是實現碳中和目標的重要手段。未來我國在積極發揮碳排放權交易體系的作用基礎上，對碳市場覆蓋以外的行業，如交通和建筑領域，可以考慮引入碳稅。實現碳達峰與碳中和目標我國的碳價水平2025年不應低于近70元/噸（約為10美元/噸），2030年不應低于100元/噸（約為15美元/噸），2035年不應低于180元/噸（約為25美元/噸），2050年不應低于700元/噸（約為100美元/噸）。

原文刊發：張希良、黃曉丹、張達、耿涌、田立新、范英、陳文穎：《碳中和目標下的能源經濟轉型路徑與政策研究》，2022年第1期，第35~51頁。