杜祥琬院士：試論碳達峰與碳中和

來源：人氣：2285發表時間：2021-06-11

2020年中國向世界宣示了2030年前實現碳達峰，2060年前力爭實現碳中和的國家目標。這不僅是我國積極應對氣候變化的國策，也是基于科學論證的國家戰略；是國內生態文明建設和對外構建人類命運共同體的融合點，也是推動雙循環、促進新發展格局的抓手；它更清晰了“能源革命”的階段目標，也要求我們為能源低碳轉型作出更為扎實、積極的努力。

中國工程院院士杜祥琬認為，碳減排雙目標是能源革命的兩個里程碑，是有機聯系的兩個目標，實質都是低碳轉型，二者相輔相成。實現雙目標必須從人類文明形態進步的高度認識能源革命，樹立新的能源安全觀，重新認識我國的能源資源稟賦，實現公平、公正的能源轉型，牢牢把握實現碳減排雙目標的九個抓手，深刻推動國家的經濟社會進步和長遠的可持續發展。

實現碳減排雙目標的路徑是什么？

1.從人類文明形態進步的高度來認識能源革命。現代非化石能源巨大的進步正在推動人類由工業文明走向生態文明，這是又一輪深刻的能源革命。“能源低碳化事關人類未來”已經是全球高度的共識。

2.樹立新的能源安全觀。能源安全很重要的是供需安全，要以“科學供給”滿足“合理需求”。除此之外，環境安全、氣候安全，能源造成的環境問題（大氣、水、可持續等）和氣候問題要解決好。

3.重新認識我國的能源資源稟賦。豐富的非化石能源資源是我國能源資源稟賦的重要組成部分。重新認識我國的能源資源稟賦，是正確認識本國國情的要素。對于確保國家長遠的能源安全、引導能源轉型具有方向性、戰略性的意義。

4.能源轉型中的化石能源。化石能源要盡可能適應能源轉型，做出貢獻。應堅持清潔、高效利用，發電為主，通過技術進步，減少非發電用煤；發展清潔供暖，更大力度替代散燒煤；與非化石能源協調互補，支持能源結構優化。

5.實現碳減排雙目標的九個抓手。“能源減碳”與“藍天保衛戰”協同推進。大力推進節能提效。做好電力行業、交通行業及工業領域減排。推行超低能耗建筑，打造一體化新型建筑配電系統。發展循環經濟，促進固廢資源化利用，發展碳匯，鼓勵CCUS等碳移除和碳循環技術。用好碳交易、氣候投融資等引導碳減排的政策工具。

一、碳減排雙目標的來歷和含義

1.《巴黎協定》是“最低限度行動”

新冠疫情啟示我們，人類需要一場自我革命。氣候變化是另一種全球性非傳統安全問題，全球平均溫度持續上升、山地冰川物理量明顯減少、北極海冰范圍顯著縮減、海平面上升、極端天氣氣候事件增多增強等氣候變化的事實強烈警示并呼喚人類采取緊迫行動。在此背景下，世界各國共同努力達成的《巴黎協定》，是人類近代史上少有的理性成果，是氣候變化全球治理的里程碑和新起點。

現代氣候變化的主因是人類活動排放的溫室氣體。大氣中的溫室氣體包括二氧化碳、甲烷和氮氧化物等多種，但主要是二氧化碳（約占73%）,而二氧化碳排放的90%來自化石燃料（煤炭、石油、天然氣）的燃燒。當前，全球一次能源利用中84%來自化石能源，其二氧化碳排放375億噸（2018年），其次是甲烷排放等。下圖是世界主要國家二氧化碳排放總量圖，橫軸是時間（不同年份），縱軸是二氧化碳排放量（億噸為單位）。可以看出，2006年后中國（圖中紅線所示）成為世界二氧化碳第一排放大國，2019年我國二氧化碳排放將近98.26億噸，超過了美國（49.65億噸）和歐盟（41.11億噸）的總和【1】。

圖1 世界主要國家二氧化碳排放總量圖（數據來源：GCP）

根據荷蘭環境評估署（PBL）2020年發布的數據，自2010年以來，全球溫室氣體排放總量平均每年增長1.4%。2019年創下歷史新高，不包括土地利用變化的排放總量達到524億噸二氧化碳當量，分別比2000年和1990年高出44%和59%【2】。世界資源研究所的研究表明，全球已經有57個國家實現了碳排放（溫室氣體排放的簡稱）達峰，占全球碳排放總量的36%，預計到2030年實現碳排放達峰的國家將有59個，將占到全球碳排放總量的2/3。根據2018年政府間氣候變化專門委員會（IPCC）1.5℃特別報告的主要結論，要實現《巴黎協定》下2℃目標，要求全球在2030年比2010年減排25%，在2070年左右實現碳中和。而實現1.5℃目標，則要求全球在2030年比2010年減排45%，在2050年左右實現碳中和【3】。同時，根據聯合國環境規劃署最新發布的《排放差距報告2020》，要實現2℃和1.5℃的溫控目標，則2030年全球溫室氣體排放量必須比各國的國家自主貢獻再多減少150億噸和320億噸【4】，整體減排力度須在現有的《巴黎協定》承諾基礎上有更大決心的提升，因此各國要在2021年氣候大會上給出更進一步的目標，我國主動提出碳減排雙目標，這是一個大背景。

2.理念和實踐的發展變化

我國在承受氣候災害和風險的同時，也為高碳、粗放的發展付出了沉重的資源、環境代價，制約著我國的可持續發展。積極應對氣候變化不僅是為了規避氣候變化的風險，而且是為了提高我國經濟增長的質量和效益，破解資源、環境的約束，事關國家的全局和未來。

我國“十一五”規劃第一次提出了節能減排的概念；2014年中央提出了“能源革命”，并且明確“應對氣候變化是我們自己要做，不是別人要我們做”；2015年我國向聯合國提交了國家自主貢獻（NDC），并為《巴黎協定》的達成做出了重要貢獻，黨的十八屆五中全會還提出了“創新、協調、綠色、開放、共享”的新發展理念；“十三五”規劃提出能耗總量和能源強度雙控目標，并將能源強度、碳強度列入了各地考核指標；2019年超額完成了我國承諾的2020年碳強度比2005年下降40%—45%的指標，實際上達到48%；2020年提出了碳減排雙目標，既立足于我國現實和發展階段，又體現“共區原則”。

3.“十四五”和“十五五”是關鍵期

中國經濟社會發展已經進入一個新階段，正從高速增長走向高質量發展，從外延擴張型的平面發展走向更注重質量的立體深度發展【5】。碳減排雙目標是能源革命的兩個里程碑，是有機聯系的兩個目標，實質都是低碳轉型，二者相輔相成。要在2030年前實現碳達峰，僅剩不到十年，“十四五”和“十五五”是碳達峰關鍵期。

“十四五”和“十五五”能源行業要走上高質量發展的新征程。

“十五五” 期間：隨著非化石能源進一步增長與再電氣化的發展，開始部分替代煤和油的存量。在此期間“煤炭+石油”的消耗要盡早達峰，中東部比較發達的地區要率先實現2030年前碳達峰，逐步建立我國的新能源電力體系、能源體系，基于這個能源體系的經濟體系將支撐我國的生態文明社會的建設和發展。 “十四五”期間：能源的增量主要依靠非化石能源（可再生能源和核能）和天然氣提供。因此，要大力調整產業結構，特別是要抑制高耗能產業發展的沖動，加上技術創新進步，節能提效取得更好成效。要邁開能源轉型的堅實步伐，除了非化石能源自身的發展外，電力、熱力系統要增強靈活性，為新能源更高比例做好準備。“十四五”期間煤炭消耗不再增長，要做到煤達峰，甚至煤過峰。積極推動核電發展，走出新局面。

4.關于碳中和

碳中和是指將全球溫升穩定在一個給定的水平，意味著全球“凈”溫室氣體排放需要大致下降到零，即在進入大氣的溫室氣體排放和吸收的匯之間達到平衡【6】，本文中的碳中和主要針對二氧化碳,可以用一張圖（見圖2）和三個公式簡單歸納。

圖2 碳中和示意圖

公式（1）是能源的碳排放,需對煤炭、石油、天然氣分別求算后加和。公式（2）意味著碳匯主要來自于林業碳匯和CCS（含CCUS）。碳中和即能源的碳排放降低至等于碳匯，亦可說碳匯足以抵消剩余碳排放，即公式（3），也就意味著圖2天平秤左右兩邊秤砣相當。當今世界和中國的現實是，公式（1）的排放值都遠遠大于公式（2）的碳匯值。要做到中和，主要的著力點應該在減排，關鍵在于能源，由此可以得出碳中和三要素。第一，節能提效，降低能源消費總量。化石能源為主的今天，節能提效是全球和中國降碳的首要措施，交通、工業、電力、建筑這些領域的潛力都很大；第二，替代，在能源結構中降低化石能源（特別是煤炭），高比例發展非化石能源，使它成為高質量的能源。第三，移除，增加碳匯（及CCUS）。

二、實現碳減排雙目標的路徑

1.從人類文明形態進步的高度來認識能源革命

人類文明形態的不斷進步是歷史的必然，能源革命是基礎和動力。現代非化石能源巨大的進步正在推動人類由工業文明走向生態文明，這是又一輪深刻的能源革命。“能源低碳化事關人類未來”已經是全球高度的共識。歐盟2020年提出了綠色復蘇計劃，決定投入1.82萬億歐元，努力成為第一個碳中性大陸；美國新一屆政府已經宣布了重返《巴黎協定》；德國宣布2050年要實現溫室氣體凈零排放。企業層面，近期國內外眾多能源公司紛紛發布碳中和目標、行動方案。

2.樹立新的能源安全觀

能源安全很重要的是供需安全，要以“科學供給”滿足“合理需求”。目前階段，一方面是化石能源供給，另一方面要逐步倚重自己可以掌控的非化石能源供給。值得強調的是，可再生能源資源的利用是我國自己可以掌控的，它不依賴國際地緣政治的變幻，有利于能源體系的獨立性和安全性。牽引可再生能源快速增長的，是經濟社會可持續發展的需求，而支撐其穩定、快速增長的是其背后的自然資源和開發這些資源的技術能力的提升及成本的不斷下降。能源安全除包括供需安全外，還應當包括環境安全、氣候安全，能源造成的環境問題（大氣、水、可持續等）和氣候問題要解決好。

3.重新認識我國的能源資源稟賦

我國中東部的能源可以按“身邊取和遠方來”相結合、“分布式與集中式”相結合的思路發展。在西北地區建電力大基地，通過特高壓西電東送（集中式、遠方來）只是一種模式，而“分布式、身邊取”將提高中東部能源自給比例，論證表明：這種模式的資源可供性、技術可行性和經濟可行性都是成立的，不僅有助于“源網荷儲一體化”的局域電網，“微網”和“虛擬電廠”的批量生長，可減緩“西電東送”和“北煤南運”的壓力，而且對我國能源結構低碳化、空間格局的趨于平衡、城鄉一體化的能源基礎設施升級都是有利的。重新認識我國的能源資源稟賦，是正確認識本國國情的要素。對于確保國家長遠的能源安全、引導能源轉型具有方向性、戰略性的意義。

4.能源轉型中的化石能源

我國是世界最大的煤炭生產和消費國，煤炭目前仍是我國能源供應的基礎性能源，應堅持清潔、高效利用，發電為主，通過技術進步，減少非發電用煤；發展清潔供暖，更大力度替代散燒煤，煤炭消耗總量在“十四五”盡早達峰；同時，與非化石能源協調互補，支持能源結構優化。2019年我國煤炭消費占能源消費總量比重為57.7%，能源偏煤，轉型有困難的一面，但也恰恰可以在低碳轉型中從能效方面獲益更多。技術進步加上能源結構轉型，能源強度到2050年會下降40%。穩油增氣，要常非并重、陸海并舉、加強勘探、增加儲備。提高天然氣消費的比例，2025年前后石油消費進入平臺期。

5.實現碳減排雙目標的九個抓手

（1）“能源減碳”與“藍天保衛戰”協同推進。雖然溫室氣體排放和污染排放是兩個不同的概念,但在中國以化石能源為主的能源結構下,它們基本同根、同源,走向綠色和走向低碳采取的實際行動是高度一致的【7】。隨著碳達峰和進一步降碳，化石能源將逐步減量，空氣質量的特征量PM2.5將逐漸下降，首先達到國家標準35ug/m3，并進一步達到全球標準15ug/m3。

（2）節能、提效，潛力巨大。我國節能成績很大，但至今我國單位GDP能耗是世界平均水平的1.3倍、是OECD國家平均水平的2.7倍。在當前消費水平和化石能源為主結構下，能耗降1%，就可減0.5億噸標煤，減排1億多噸二氧化碳。最大的潛力在產業結構調整，高耗能產業占比過大，傳統高耗能產業已進入總量達峰和下降期，抑制發展高耗能產業的沖動是當務之急。其次，管理和政策節能、技術進步節能、生活方式節能等潛力也不小。節能提效是降碳的首要舉措，控制高碳化石能源總量是重點。

（3）電力行業減排。電力行業占碳排放總量的40%左右,主要是煤電。在推動煤電高效、潔凈化利用，熱電聯產，生物質摻燒同時，逐步、有序減少煤電。要大力開發非化石能源電力，發展智能電網、儲能、分布式，提升配電網服務水平。可再生能源除提供電力外，還可提供“綠氫”、供熱（冷）。核電根據國家“安全前提下，積極有序發展”的要求，做出新貢獻。

（4）交通行業減排。大力發展公共交通，切實提倡綠色出行。公路、鐵路交通走電氣化之路，培育電動車和氫燃料電池車，以電代油或以氫代油，實質上是以可再生零碳燃料替代石油。不易電動的航空動力，可以由生物航空燃油和合成航空燃油及氨代替石油。逐步建成美麗中國脫碳的交通能源體系。

（5）工業減排。工業耗能占到全社會能耗的60%。實現碳減排雙目標，需要工業部門盡早碳達峰和深度減排。通過產業結構調整，繼續推進工業節能，抑制發展高耗能產業的沖動，同時，大幅度提高電力化的水平。在輕工業方面可以發展熱泵、電加熱來取代鍋爐。技術進步可帶來明顯的減排效益，將帶來行業顛覆性轉型和產業重新布局。冶金可以從煤炭時代走向綠氫冶金時代。

（6）建筑，包括建造和運行。電氣化是關鍵，供暖、制冷、照明、烹飪、家用電器等均可電氣化，電則主要來自可再生能源，還可利用工業余熱。推行超低能耗建筑，建筑的改造（如護圍）不僅可以節能，還能產能，利用BIPV（與建筑結合的光伏），電力自發自用，潛力巨大，“能源產消一體化”國內外已有成功案例。我國城鄉建筑面積大約600億平方米，可利用的面積大約250億平方米，外加其他建筑表面，即使用50%，可裝15億千瓦的光伏，每年可以發電2萬億千瓦時。要提高靈活性電源，儲電、電動車等等成為一體化的新型建筑配電系統。同時數字化、智能化的應用，智能家居、智能家用電器的普及會加速建筑業的脫碳。

（7）循環經濟——固廢資源化利用，把廢棄物分類資源利用的程度，作為現代化的一個必備的標志。減少垃圾填埋、高比例資源化，將減少填埋垃圾產生的溫室氣體；能源轉型產生新型固廢、新冠疫情產生的新型固廢，要做好循環利用；固廢中再生資源（如金屬）的利用，可大幅降低冶金的煤炭消耗，為國家實現碳中和目標做貢獻。

（8）發展碳匯，同時，鼓勵CCUS等碳移除和碳循環技術。目前我國生態系統的碳匯能力大約為每年12億噸二氧化碳，我們國家也宣布了森林蓄積量2030年將比2005年增加60億立方米，碳匯還有增長的空間。同時，各種CCUS等碳移除和碳循環技術也將為實現碳中和目標作出貢獻。

（9）將碳交易、氣候投融資，能源轉型基金、碳中和促進法作為引導碳減排的政策工具。

三、結語

碳達峰、碳中和雙目標是基于我國國情和科學論證的目標，不僅有路徑、可操作，而且將帶動一系列技術進步，帶來新投資、新產業、新交通、新建筑、新能源……和新的發展方式，深刻推動經濟和社會進步及生態文明建設，實現經濟、能源、環境、氣候共贏和可持續發展。實現碳達峰與碳中和是復雜的系統工程，需掌握好工作的節奏，做好積極而穩妥。