助力“碳達峰、碳中和”戰略的路徑探索

周守為 朱軍龍

1.中國海洋石油集團有限公司 2.中海油研究總院有限責任公司 3.中國海洋資源發展戰略研究中心

0 引言

2020年9月，習近平主席在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上提出“碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”[1]（以下簡稱“雙碳”目標）；隨后在2020年12月的氣候雄心峰會上又提出2030年中國碳減排承諾：單位GDP碳排放量較2005年將下降65%，非化石能源在一次能源消費結構中的比重將達到25%左右。在2021年4月的領導人氣候峰會上，習主席再次提出：共同構建人與自然生命共同體[2]。作為碳排放第一大國，這就意味著中國在碳減排和碳處理上需要做得更多。那么，碳中和是否就意味著放棄化石能源從而實現零碳排放呢？縱觀中國的能源需求和能源結構，認為這是不現實的。減少碳排放至一定值從而實現可吸收或者處理，這才是實現碳中和的意義。

在保障國家能源安全的前提下，中國要實現“雙碳”目標，需要將能源結構調整、技術創新和碳匯工程有機地結合起來：首先需要提高化石能源的使用效率和清潔度，降低碳排放量；其次需要大力發展新能源和低碳清潔能源，助力能源結構的調整；最后還要加大碳匯工程、填埋工程和綠色工程的建設力度，同時發揮好碳交易市場的作用。

1 人類能源變革及“雙碳”目標的含義

1.1 人類能源使用進程

人類能源革命和文明形態進步是同步發展的，人類能源利用分為3個階段：前化石能源時代、化石能源時代和非化石能源時代。前化石能源時代為遠古至16世紀，人類學會利用火結束了茹毛飲血、以采摘野果為主的生活；化石能源時代從16世紀開始使用煤炭、19世紀使用油氣直到今天，極大地提高了勞動生產率，使人類由農耕文明進入了工業文明；未來人類將進入非化石能源時代，將推動人類由工業文明走向生態文明。

近200多年來，工業文明在帶來巨大進步與便利的同時，也造成了嚴重的環境問題和不可持續性。人類文明形態不斷進步是歷史的必然，能源革命是其基礎和動力。

中國提出的“雙碳”目標不僅是本國可持續發展的必由之路，而且也是站在人類命運共同體、人類生態文明建設的道義制高點上，我國主動做出的表率！

世界能源利用是由煤炭為主向油氣為主再向非化石能源為主過渡的階段，而中國將經歷以煤為主向多元發展再向非化石能源為主過渡的階段。中國的能源使用進程正處于化石能源與非化石能源多元發展、協調互補、此消彼長、逐步轉型的階段，將向著綠色、低碳、安全、高效轉型，實現電氣化、智能化、網絡化、低碳化，其核心是低碳能源革命。

1.2 “雙碳”目標的含義

關于碳達峰，就是我國承諾在2030年前二氧化碳的排放量不再增長，達到峰值之后再慢慢減下去。聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC） 發布的《全球升溫 1.5 ℃特別報告》指出，碳中和（Carbonneutral）是指1個組織在1年內的二氧化碳排放通過二氧化碳消除技術達到平衡，或稱為凈零二氧化碳排放（Net zero CO2emissions）[3]。能源的碳排放主要包括煤炭、石油、天然氣、生物質等排放的碳總和，碳匯包括了林業等的吸收以及碳捕集、利用和封存，當上述兩者對等時方可實現碳中和。

中國是目前世界上年碳排放量最大的國家，據BP的數據，2020年我國的碳排放量約為98.94×108t[4]，目前很多人對碳中和還存在著一些誤區，認為碳中和意味著零碳排放，利用新能源逐步替代化石能源。基于目前中國龐大的化石能源使用量的角度來看，上述“零碳排放”的目標在短時間內幾乎不可能實現。這就意味著優化能源結構、節能減排、加大碳匯才是實現我國碳中和的可取路徑。

2 實現碳中和的主要途徑

2.1 對于我國能源形勢的基本判斷

中國的能源資源賦存量巨大，能源生產能力和能源消費量均位居目前世界第一，是名副其實的能源大國，但能源結構和產業結構還不夠合理，低碳能源不足導致我國碳排放量高居全球第一，能源強度偏高。這就決定了我國并不屬于能源強國。

未來一段時間內，煤炭仍是我國的主體能源，具有“兜底”保障作用。油氣供應安全面臨嚴峻挑戰，對外依存度不斷攀升。可再生能源成為電力增量主體，但短期內難堪大任。 2021—2030 年是我國能源體系的變革期，實現“碳達峰”，一次能源年消費總量預計在60×108t（標準煤）左右，二氧化碳年排放量不超過110×108t。2030—2050 年將是現代能源體系的形成期，一次能源年消費總量降低至50×108～57×108t（標準煤），二氧化碳年排放量不超過100×108t并逐年明顯下降； 2050—2060年為我國能源深度脫碳的定型期，一次能源年消費總量降低至 50×108t（標準煤）以下，實現碳中和。

2.2 實現碳中和的路徑探索

據BP的數據統計[4]，2020年中國能源消費總量為34.83×108t（油當量），其中石油和天然氣消費量在全國能源消費結構中占比為27.8%，煤炭消費總量為19.7×108t、消費量占比為56.6%；水電、核電等可再生能源消費總量為5.45×108t（油當量）、消費量占比為15.6%。這也就意味著，化石能源消費量占比高達84.4%，而且燃燒排放污染最為嚴重的煤炭占比高達56.6%。2020年，全球能源消費總量為133.29×108t（油當量），石油和天然氣在全球能源消費結構中占比為55.93%，煤炭消費總量為36.26×108t、消費量占比為27.2 %，水電、核電等非化石能源消費總量為22.47×108t（油當量）、消費量占比為16.86%。全球能源的結構模式：以石油、天然氣為主，煤炭作為補充能源，新能源正大力發展，基本上處于“四分天下”的格局[5-8]。

中國特殊的基本國情和龐大的能源消費體量，決定了實現碳中和將是一個漫長的過程，短時間內新能源很難發揮巨大的替代作用；在保障能源安全的大前提下，進行能源結構優化調整，降低現有能源使用過程中的碳排放量，大力發展新能源；到2060年新能源主導能源結構，其他能源多元互補，助力碳中和目標的實現。為此，提出了以下8項對策和建議。

2.2.1 節能提效

從2019年全球各行業能源消費量來看，電力行業是碳排放量最大的行業（占總排放量的 38%），其次為交通、工業和建筑等行業，分別占總排放量的24%、23%、9%[9]。據統計，我國電力行業（主要是火電）碳排放量占41%，交通行業（主要是油品）占28%，建筑和工業合計大概占31%。電力行業目前仍然是碳排放量最大的源頭，在過去的10年里，中國電力行業低碳發展已經取得了長足的進步，單位供電碳排放量從900 g(CO2) / kWh下降到了600 g(CO2) /kWh左右，仍比全球平均水平的450 g(CO2) / kWh高出30%左右，以后需要按照15 g(CO2) / (kWh·a)的速度降低排放量才有望于2060年達到發達國家近零排放的水平。中國交通運輸行業公路占比達到75%左右，亟待優化交通運輸結構，采取“公轉鐵”“公轉水”“多式聯運”等模式，同時提升交通工具的能耗標準。在化工、冶金、建材、造紙、輕紡等重點工業領域，以及礦產資源開發、建筑、農業等領域，需要大力提升節能科技水平并制定發展戰略目標。

當化石能源仍然充當重要的角色時，提高能源使用效率至關重要。油氣行業需要提升開采能效，實現綠色開發；燃油氣裝備的技術革命也是油氣低碳排放的關鍵之一；煤炭行業如果做到了潔凈化利用，煤炭也可以是清潔能源，目前中國流化床鍋爐的煤利用率已達到世界先進水平，可以大力推廣發展。

我國能源強度是世界平均水平的1.4 倍，這是不可持續的。國家“十四五”規劃已經對節能提效提出了明確的要求。2019年，我國單位GDP能耗為0.49 t（標準煤）/萬元GDP，較2005年的1.2 t（標準煤）/萬元GDP降低了65%，但仍是2019年世界平均水平[0.35 t（標準煤）/萬元GDP]的1.4倍，是發達國家平均水平[0.23 t（標準煤）/萬元GDP]的2.1倍。如果能源利用效率達到2019年世界平均水平，可以節約13.9×108t（標準煤），占當年能源消費總量的28.6%。目前我國的低碳、脫碳技術基本處于基礎研究和中試階段，距離工業化應用和商業化應用還存在著一定的距離。因此產業結構調整和重點行業能效提升技術，是我國節能工作的主要抓手，需要全社會各行業共同努力方能實現。

2.2.2 發展新能源

2020年中國非化石能源在一次能源消費結構中的占比為15%，其中可再生能源不足3%。國家已經部署2030年非化石能源消費量占比將達到25%，總量雖然實現了倍增，但在一次能源消費結構中的比例距離實現碳中和卻仍然相差甚遠[10]。根據近幾年非化石能源消費量的增長趨勢擬合，2030年我國非化石能源消費總量預測如表1所示。

表1 中國非化石能源消費量預測表

我國可再生能源開發利用規模目前穩居世界第一，截至2020年底，可再生能源發電裝機總規模達到9.3×108kW，占總裝機容量比重的42.4%。2020年我國可再生能源發電量達到2.2×1012kWh[相當于節約2.7×108t（標準煤）]，占社會用電總量的比重為29.5%。據國網能源研究院有限公司預測，2060年化石能源消費量占比將下降至19%，按照推算結果，如此超高比例、穩定性較差的風能和太陽能的接入，將有可能導致我國電力輸配系統的崩潰。目前我國的可再生能源發電量在全部電能生產量中的所占比例還不高，但已經出現過“消化不良”的問題，只有提高儲能技術才有可能提高供電質量、解決供電不穩定的難題。

若提高化石燃料電廠設計能力作為調峰電廠，擴大可再生能源發電就有了保障條件（例如秦嶺電廠目前已經具備20%深度調峰能力），但是此類電廠需要以延長電廠的投資回報期作為代價。除了風、光、水、核電之外，還可以尋找地熱發電、地熱發電制氫等新能源。

2.2.3 大力發展天然氣

天然氣屬于低碳清潔化石能源，在我國能源轉型中起著重要的過渡作用。2020年中國天然氣消費量為3 250×108m3，但在我國一次能源消費結構中的占比僅約8.5%[11]。對比分析中國和美國的能源結構與碳排放情況后發現，2019年中國能源消費總量為48.6×108t（標準煤），其中化石能源消費量的比例達到85%；2019年美國能源消費總量為32.43×108t（標準煤），其中化石能源消費量的比例達到80%，而當年美國的碳排放量卻只有中國的一半，主要原因就是美國高達32%的天然氣使用量替代了煤炭。美國近10年頁巖氣產量年平均增長23.4%，使天然氣在一次能源消費結構中的比例由8.2%增長到32%，天然氣代替煤發電的比例由22%增長到40%。中國應該從中受到啟發，大力提升天然氣的消費量比例。

預計2030年中國天然氣消費總量將達6 000×108m3[12]，可頂替4×108t（標準煤），其消費結構預測如圖1所示。國內推進常規氣與致密氣規模上產、頁巖氣與煤層氣加快發展，2030年產量基礎將上升至2 800×108m3，實現2018年基礎上產量倍增和非常規氣對常規氣的有效接替。天然氣上產的基礎條件包括南海北部豐富的海域天然氣資源（中海油）、中石油和中石化在川渝等地區豐富的常規天然氣和非常規天然氣資源等。國外進口天然氣主要來源為陸上管道氣和海上LNG，2030年陸上管道氣預計可以形成1 000×108～1 500×108m3的規模，其余增量將通過進口LNG來填補，天然氣進口來源分布情況如表2所示。

圖1 中國天然氣消費結構預測餅圖

表2 中國天然氣四大進口通道進口量統計表

據中國工程院謝克昌院士戰略研究項目的成果預測，2030年中國碳排放量達峰，能源消費總量上升20%，煤炭消費量的所占比例減少（但消費總量僅略減少），原油消費總量維持不變，能源消費量的增量主要由天然氣（約40%）和非化石能源（約60%）來填補，我國能源消費結構預測如表3所示。

表3 中國能源消費結構預測表 單位：108 t（油當量）

2.2.4 多樣化制氫

氫是自然界最普遍的元素之一，資源量大，燃燒熱值高，產物為水，可以實現零排放無污染，并且可以循環利用。在未來能源轉型中，氫能將作為一種清潔能源和良好的能源載體，具有廣闊的應用前景。

目前，化石燃料制氫和堿性電解水制氫技術成熟，但是化石燃料制氫碳排放量高，堿性電解水制氫能耗高。未來的發展方向主要包括：①化石燃料制氫——煤氣化、天然氣制氫，是我國主要的制氫模式；②電解水制氫，轉化效率低， 制氫成本高 ；③太陽能制氫，是未來發展的方向，主要是光熱制氫、光催化制氫；④海洋風能電解海水制氫，尚在探索中，但前景看好。

儲氫關鍵技術尚需突破，液體有機載體儲氫是最有希望的模式，它通過分子化學方法使氫與液態有機載體發生加氫反應，生成液態氫化物，再通過脫氫反應釋放氫。該方法具有運輸安全、儲氫量高、性質穩定、成本低廉等優點，2020年中國的氫氣產量已經超過2 500×108t。目前氫氣來源大多屬于灰氫和藍氫，應該大力發展綠氫，提高太陽能制氫的效率，由現在的2%提升至10%左右。氫能來源的界定如表4所示[13-17]。

表4 氫能來源界定表

2.2.5 加大森林碳匯

綠水青山既是金山銀山，也是實現碳中和的重要依靠。森林作為陸地上最大的生態系統，對氣候變化具有重要的調控作用，中國森林覆蓋率接近23%，但仍低于全球平均水平的30%，生態系統較為脆弱。

中國西北地區是碳匯資源豐富的地區——地域遼闊、林業種植成本低，同時還有林業產品產出的收益。發展林業并產出林業產品還有利于平衡經濟發展與生態環境之間的矛盾。

為此提出建議：①地區林業與投資公司合作開發，建立森林碳匯項目；②建立農戶森林碳匯管理經營模式，農戶可以參與經營并獲取碳交易收益；③建立企業碳匯林區認購模式。采取上述措施，可以更好地發揮森林碳匯的作用，實現生態與經濟共贏發展。

2.2.6 大力發展碳捕集、利用與封存技術（CCUS）

綜合來看，CCUS是實現我國長期低碳發展的一項重要選擇。國際能源署（IEA）《能源技術展望報告2017》指出：要達到巴黎氣候協定2 ℃的溫控目標，到2060年，CO2累計減排量的14%來自于CCUS。IPCC《全球升溫1.5 ℃特別報告2018》指出：CCUS是應對氣候變化、實現巴黎氣候協定目標的重要減排技術，建議未來大力部署CCUS。

CCUS技術是化石能源碳減排的關鍵解決途徑。我國CO2封存潛力巨大，中國陸域和海域二氧化碳的理論封存容量約2.4×1012t。目前，我國已建成35個CCUS示范項目，捕集能力超過300×104t/a，占2020年二氧化碳排放量98×108t的3%。我國CO2理論封存容量分布如表5所示[18]。

表5 我國CO2理論封存容量分布情況表 單位：108 t

CCUS主要有4個技術環節：捕集、運輸、利用和封存。國際上CCUS總成本介于85～225美元/t，其中捕集成本占到總成本的一半左右。我國CCUS捕集能耗和成本也較高，主要原因與碳濃度有關，高濃度碳源的成本主要集中在壓縮，約占90%，低濃度碳源則有80%的捕集成本。要想加快CCUS技術與產業的發展，首先要降低成本[19]。在捕集方面，中國需要在高碳油氣、煤電、煉化、工業等碳排放濃度高的源頭捕集技術上下功夫，降低成本。在利用方面，利用二氧化碳驅油、驅替煤層氣、二氧化碳置換天然氣水合物中的甲烷、二氧化碳礦物轉化利用、二氧化碳化學轉化利用及生物轉化利用技術等。據估計，中國已開發油田約130×108t儲量適合二氧化碳驅油，中國海域有超過800×108t（油當量）的天然氣水合物，利用前景廣闊且可利用量大。在埋存方面，可以利用廢棄油氣田進行二氧化碳的深海、深地填埋，廢棄油氣田具有很大的埋存潛力。

2.2.7 建設國家級“綠色工廠”

“綠色”發展是可持續發展的重要部分，但是真正實施卻進展緩慢。企業應該積極開展綠色制造體系建設，建設從綠色工廠、綠色工業園區、綠色供應鏈到綠色設計產品的完整體系，響應國家和地方政府的號召。也可從社會各級出發，建設“綠色校園”“綠色社區”等。如果制定智能化綠色建筑的實施指南及相關標準，將對未來綠色建設起到積極的作用。

2.2.8 充分發揮碳交易市場的巨大潛力，助力新產業、新工藝不斷派生

中國將成為全球最大的碳交易市場，也將衍生一系列的新產業。不同化石能源、不同產品、不同工藝的CO2排放的碳盤查、碳評價工程與產業體系將會被建立起來。同時關于減排CO2的新技術、新工藝和新檢測方法也會應運而生。基于自身最大的CO2排放量，中國的碳減排成本將會低于西方國家，碳減排技術也將有可能領先于發達國家，屆時需要加強與歐美西方國家的碳交易合作，發達國家企業也會大量購買中國碳減排措施。全國碳交易市場的建設是對中國影響深遠的大事，對未來社會、經濟的走向，對我國乃至全球氣候治理都具有深刻的影響。

2.3 2030年“雙碳”目標情景分析

全球工業發展先后經歷3次能源轉型，第一次能源轉型是木柴向煤炭發展的高碳轉型期，第二次能源轉型是煤炭向油氣發展的低碳轉型期，第三次則是油氣向新能源發展的無碳轉型期。每一個階段都是工業進步的標志，也是時代發展的需求，人類工業發展及能源轉型歷程如圖2所示。

圖2 人類工業發展及能源轉型歷程示意圖

根據表3對2030年中國能源消費結構的預測，按照新能源和天然氣消費量增加來調整能源結構，2030年中國能源消費總量約為60×108t（標準煤），CO2排放量約為101.4×108t；如果任其按照現有的能源消費趨勢發展，能源消費總量同樣為60×108t（標準煤），CO2排放量則約為113.9×108t。因此調整能源結構對“雙碳”目標的實現至關重要。調整能源結構后碳排放比例和任其發展的碳排放比例如圖3所示。

圖3 2030年中國碳排放結構預測餅圖

2030年，如果中國節能減排效果達到世界平均水平，可能減少17×108t（標準煤）的能源消費總量，我國的能源消費量將控制在43×108t（標準煤）[相當于30×108t（油當量）]。調整能源結構后，碳排放量可降至約74.16×108t，預測2030年碳達峰值時碳排放量介于74.16×108～113.85×108t，能源消費結構和碳排放量預測如圖4所示。

圖4 達到世界平均能源強度的2030年中國能源消費結構及碳排放量預測餅圖

堅持碳減排和碳中和技術進步是實現碳中和的基礎。針對我國政府最新提出的2060年非化石能源比例達到80%的目標，基于中國工程院的研究成果預測，2060年我國能源消費量大約為50×108t（標準煤），其中化石能源大約為10×108t（標準煤），排放的碳量完全可以被吸收掉，從而實現碳中和[20]。

3 對于中國實現“雙碳”目標的基本認識

2021年12月，國家主席習近平在中央經濟工作會議上指出：要增強國內資源生產保障能力，加快油氣等資源先進開采技術開發應用；傳統能源逐步退出，要建立在新能源安全可靠的替代基礎上；要狠抓綠色低碳技術攻關；要科學考核，新增可再生能源和原料用能不納入能源消費總量控制。

實現“雙碳”目標是能源消費、經濟增長和生態平衡之間的較量與協調，我們需要認識到中國的基本國情是處于社會主義初級階段，中國社會的基本矛盾是人民日益增長的美好生活需求與不平衡、不充分發展之間的矛盾。中國共產黨第十八次全國代表大會以來，中國確定構建新時代中國能源體系的基準是“綠色、低碳、安全、高效”，應對全球生態環境退化，我們在向“雙碳”目標奮斗的同時仍然要堅持“共同但有區別的責任原則”。

在2060年實現碳中和之前，我們必須清晰地認識到以下幾點發展路徑：①保障國家能源安全仍然是第一位的；②節能提效是工業發展和實現碳中和的基本要求；③能源結構和產業結構調整是實現碳中和的關鍵；④節能、儲能技術的科技創新是未來的必然方向；⑤實現碳中和不是簡單地用非化石能源替代化石能源，而是通過“多元發展、多能互補”逐步過渡到以非化石能源為主的時代，但這將是一個漫長的過程；⑥多措并舉方能實現2060年碳中和的奮斗愿景。

從能源的角度，我們需要清晰地認識到以下幾點發展方向：①化石能源在很長一段時間內仍然是我國的主體能源；②煤炭在很長一段時間內仍然是我國的基礎能源，在能源安全上起著兜底的作用，其攻關方向為潔凈化利用；③油氣仍然是我國主體能源之一，主攻方向為低碳化發展；④可再生能源需要規模化發展才能在未來能源結構中扮演主導地位；⑤能源網絡（油氣管網、電網）主攻方向為數字化、智能化；⑥作為化石能源的生產者，應該在化石能源的能量和物質同時高效利用上做功課，提高化石能源的總體利用效率。

4 結論

中國提出“雙碳”目標不僅是中國可持續發展的必由之路，更是從人類命運共同體、人類生態文明建設的角度做出的表率。

1）中國工業發展起步晚于西方發達國家，基本國情決定了龐大的能源消費體量和相對低效的能源利用水平。過去的幾十年，盡管中國的能源結構有了很大的優化，節能技術也得到了很大的提升，但是距離世界低碳國家的差距仍然很大。實現碳中和將是一個漫長的過程，不能急于依賴非化石能源替代化石能源來實現，而應該通過采取調整能源結構、多能互補、多元發展等措施最后再過渡到非化石能源主導的能源結構。

2）2060年實現碳中和目標這一漫長的過程中，從能源利用的角度，節能提效和規模化發展新能源是基礎任務，化石能源需要尋求低碳化清潔利用技術，重點發展低碳清潔化能源——天然氣，發展多種制氫技術得到綠氫。從碳處理的角度，加大森林碳匯是最經濟實用的途徑，充分發揮CCS/CCUS的巨大潛力，加強綠色工廠的建設，同時注重碳交易市場的發展潛力。

3）如果節能提效、規模化發展新能源、天然氣產量消費量倍增等措施能夠得以實現，2030年中國能源消費量可節約大約17×108t（標準煤），碳排放量可減少至約74×108t。因此2030年中國碳排放量達峰的峰值要視未來10年能源結構調整和節能技術發展而定，其峰值介于74.16×108～113.85×108t。

“碳中和”是一場深刻的變革，它必將帶來消費和市場的巨變，是機遇也是挑戰，需要全社會乃至全人類的共同努力。