碳達峰目標下我國能源結構轉型路徑研究

李 冰

一、引言

2015年12月，《巴黎氣候協定》正式簽署，其核心目標是通過控制溫室氣體排放，在21世紀內將全球氣溫上升控制在2攝氏度以內。目前，全球共有186個國家或地區簽署了《巴黎協定》，超過110個國家做出了在本世紀中葉實現“碳中和”的承諾。但各國的碳減排規劃提升了對于煤炭、鋼鐵、煉油等工業的環保限制，增加了能源和基本生產資料的獲取成本。對于缺少技術優勢的發展中國家而言，碳減排規劃既增加了居民生活成本，又為其工業化進程構成了更高的壁壘，對低收入國家經濟轉型升級產生較大的阻礙，從而進一步強化全球經濟發展不充分、不平衡的問題。

針對發展中國家在碳中和進程中如何平衡“環保責任”和“經濟發展”這一問題，本文完成了如下工作：首先，綜合梳理了全球碳中和治理體系的格局和各國碳排放政策；其次，討論了目前主要的可再生能源及化石燃料的發展現狀，并展望了不同能源在我國碳達峰過程中的作用；最后，以電力行業為主，結合不同能源的成本及碳排放，測算了“30·60”目標下我國能源格局的潛在變化，分析了碳達峰過程中我國能源結構的轉型升級路徑。

二、全球碳治理體系及重點區域政策分析

不同國家和地區間政策差異性較大。歐洲地區對于碳減排的推動較為積極，北美地區承諾了2050年實現碳中和；繼中國之后，亞太地區中日本和韓國也已各自提交了自身的碳中和承諾意向書，上述國家目前對化石能源進口的依賴度仍然較高，其可再生能源產業具有較大的發展空間。得益于服務業占比上升和產業遷移，發達國家普遍已在10年前自然實現碳達峰，但發展中國家的碳排放量仍普遍處于上升階段，碳減排意愿并不強烈。因此，在全球碳中和治理體系的構建和落實中，一是需要加強承諾國對“碳中和”的立法，以避免“囚徒困境”，提升碳中和路徑的穩定性；二是需要針對“起點差異”，向未承諾碳中和的發展中國家提出合理補償，爭取更多潛在的排放大國加入碳治理機制，而非將化石能源和經濟發展“妖魔化”；三是要積極推動可再生能源技術、節能減排技術的進步和新技術向發展中國家的流動，以降低碳減排成本，通過市場手段推動全球碳中和目標的實現。

圖1 全球各國能源需求與人均GDP及城鎮化率的關系

三、能源電力技術發展現狀及成本分析

可再生能源成本持續下降。過去10年中，在技術水平、產業鏈協同能力逐步成熟，行業規模快速擴大的背景下，全球光伏及風電成本持續下降，部分項目的全周期發電成本已較傳統能源出現優勢，對生物能源、地熱能和水電等成熟可再生能源形成較好的補充。據彭博社統計，2010-2019 年，全球光伏發電的成本下降了82%，陸上風電成本下降了40%，海上風電成本下降了29%，風光電投資規模快速擴大。在技術發展和規模效應推動可再生能源成本持續走低的背景下，預計未來可再生能源在電力領域的份額將持續上升。

化石能源利用受到諸多限制。化石能源發電主要分為煤電和氣電。全球來看，受運輸成本高、耗水量較大及環保成本逐漸升高等問題影響，煤炭資源的利用成本近年來有所上升，其利用也在多國遭遇了較大程度的抵制。在提出碳中和目標或意向的國家中，德國、匈牙利、奧地利、美國和智利等國都提出了在電力產業中逐步淘汰煤炭的計劃。此外，部分國際金融機構也以“綠色金融”的名義，公開聲明停止對煤電投資的融資支持。在技術發展方面，加裝碳捕集設備的“清潔煤炭”能夠較好地降低其碳排放，但該技術將導致煤電成本提升70%，經濟效益難言樂觀。對我國而言，在電力行業使用天然氣取代煤炭的呼聲長期存在。然而，在“多煤缺油少氣”的資源格局下，我國煤炭價格較低，但天然氣進口成本較高且供應趨緊。一方面，受供應短缺等因素影響，天然氣發電效率較低，運行成本較高；另一方面，化工、公用工程等領域“煤改氣”需求較大且經濟效益更好，也同天然氣發電存在競爭。預計未來5-10年中，煤電仍將是我國電力行業中的主力。

現階段氫氣主要產自化石能源。得益于“0碳排放”的優勢，氫能源已成為國際上呼聲較高的“清潔能源”之一，多國已提出氫能發展規劃。但在經濟性和安全性上，氫能源的分布式利用仍存在諸多短板。一是氫氣的密度和沸點是所有能源中最低的，意味著其分散儲運需要低溫高壓，運輸成本高于現有的所有燃料，氫能源車的成本較高且安全性較低，相比電動車不具備競爭力；二是目前全球氫氣的生產主要來自化石燃料，考慮到可再生能源發電需求仍然較高，光伏制氫在技術和經濟性上都不成熟，預計全球氫氣主要來自化石能源這一現狀在 5-10 年內不會改變。但光伏制氫仍然有一定優點：一是原料（水）來源廣泛；二是相比輸電，管道輸送氫氣的能量損耗較低。長期來看，“分散制氫、集中利用”或將成為氫能源的主流應用形式。

四、碳達峰目標對國內能源結構的影響

（一）我國電力及能源結構

在電力結構方面，根據國家能源局網站統計顯示，2022年上半年，中國煤電裝機容量占總容量的52%，但來自煤炭的發電量占全部的63%，其51%的發電效率在所有能源形式中僅次于核電。但與此同時，受供應緊缺影響，天然氣發電效率僅為 27%。在可再生能源方面，盡管其2021年裝機容量已達到8.9億千瓦（約 39%），但發電量僅占總額的31%，光伏和風電的發電效率分別僅為 12%和21%。因此，盡管可再生能源發電在2021年新增裝機容量中占比達到71%，但在中國客觀能源需求持續增長的背景下，預計可再生能源仍然難以在短期內對煤電在電力結構中的主體地位形成挑戰。如何提升以光伏和風電為代表的可再生能源發電效率，將成為降低新能源發展成本的核心課題。

在能源結構方面，2019 年中國煤炭占一次能源消費的 57.7%，石油占 18.9%，天然氣占 8.1%，化石能源消費接近總量的85%。從排放看，化石能源消費產生碳排放 98.6 億噸，其中來自煤炭的碳排放量達72.9億噸，占化石能源碳排放總量的74%，而來自石油和天然氣的碳排放分別占21%和5%。對我國而言，煤炭在能源結構和碳排放中均占據主導地位，考慮到能源需求穩健上漲的背景，煤炭很難在短期內被其它能源所取代；天然氣方面，受國內貯藏量較少及進口能力不足影響，其供應長期處于“緊平衡”狀態，消費占比顯著低于全球24.2%的平均水平。

（二）“碳達峰”目標對電力及能源結構的影響

我國在2020年底提出的“30·60”目標中，提出2030年風光電裝機容量達到12億瓦，可再生能源占一次消費之比達到25%及碳強度較 2005年下降65%等詳細發展目標。因此，本文以“30·60”目標為約束條件，結合我國一次能源消費及發電量數據，測算了我國實現“碳達峰”后的電力及能源發展路徑。除假設2030年中國能源結構滿足“碳達峰”約束條件外，本文在測算中還參考了IMF及EIU對2020-2030年 我 國 GDP增速的預測。另考慮到我國城鎮化率的增長和電動車的發展，電氣化水平將進一步提升，假設2030年我國發電量將提高到一次能源消費的 70%-75%。

考慮到電動車市場發展的上行風險，分兩個場景對2030年我國的能源結構及電力結構進行測算。基準場景假設電力取代其它能源方式的進展處于正常水平，2030年發電量達到一次能源消費的70%，2030年光伏和風電的裝機容量各達到6億千瓦，可再生能源占比達到一次能源消費的25%；樂觀場景（高電氣化場景）假設新能源投資高于基準水平，電力取代其它能源方式的進展較快， 2030年發電量達到一次能源消費的75%，2030年光伏和風電的裝機容量各達8億千瓦，可再生能源占比達到一次能源消費的 27.5%。此外，預計技術升級將導致光伏、風電和天然氣發電的效率分別提升至15%、25%和30%。測算結果中，兩個場景下煤炭占一次能源消費的比例將下降至45%左右，天然氣占比大幅提升，而原油占比或將因燃油需求下降回落。

在電力結構方面，兩個場景下2030年發電量將分別達到10.5萬億瓦時和11.8萬億瓦時，可再生能源的發電量將出現翻倍，成為僅次于煤電的電力來源。在基準場景中，煤電之外的所有發電形式都將出現顯著增長，煤電裝機容量維持穩定；而在電力需求更高的高電氣化場景中，電力對燃油的進一步替代不僅將促進更高水平的可再生能源發展，也將進一步為傳統能源的高效利用打開空間。兩個場景中，煤電發電量占比分別達50.5%和49.0%，均高于可再生能源，仍將是我國最主要的電力來源。

在能源結構及碳排放方面，兩個場景下，2030年一次能源消費將分別達到60.6億噸標煤和63.6億噸標煤，碳排放量分別達103.3及105億噸，對應的碳強度分別為0.64和0.65噸CO2/萬元，均滿足約束條件。兩個場景下，我國每年能源需求將分別上升2%和2.6%，碳強度下降 4%和4.2%。僅就碳達峰過程而言，更高的可再生能源投資將有效壓低碳強度，從而允許更高的傳統能源消費水平。結果表明，大力發展可再生能源和維持傳統能源規模穩定并不互斥。

對化石能源而言，現階段“碳達峰”規劃下,煤炭及燃油需求增長將受到較大的抑制，存在較大的改革壓力，但主要偏向于結構性調整，尚不需要大幅縮減規模。與此同時，天然氣將在工業和公用工程領域取代煤炭的份額，工業用煤或將以每年3.1%的水平快速減少，而工業用氣每年的增速將達到 7.5%以上；原油的需求將主要取決于電動車對燃油車的替代，在基準場景下，用于生產燃料油的原油比例將從67%下降至52%；在高電氣化場景下，燃料油的生產比重將進一步下降至43%。

對新能源而言，光伏和風電的年化增速將在基準場景中達到10%的水平，在高電氣化場景中達到14%的水平，這一高增速意味著對土地使用、電網建設和儲能設施的需求將進一步增加，上述任何一個基本要素受限都可能大幅拖慢新能源行業的發展。此外，發電效率低下是以光電和風電為主的新能源產業仍然面臨的問題，且隨著其規模的提升，提質增效所帶來的收益將繼續增大。

此外，能源結構的轉變進一步強化了能效需求。2019年，我國可再生能源發電量共計9.2億噸標煤，但可再生能源的一次消費量僅為7.4億噸標煤，消費量僅為發電量的80%。如果該比例能在2030年提升1個百分點，將節約相當于2000萬噸標煤的電能。因此，能效的提高意味著經濟效益和環保目標的雙贏，隨著我國能源結構的逐步升級和電氣化水平的提升，如何實現電能的高效輸送和儲存，減少能量損耗，將成為實現碳中和目標中需要解決的關鍵問題之一。

圖2 能源及電力結構發展路徑測算

五、結論與建議

對我國而言，通過技術發展、投資拉動和產業升級推進“碳達峰”的正反饋快車道，與采取經驗主義做法限制能源消費、抵制使用化石能源以達到“碳達峰”的負反饋慢車道之間存在巨大的差距。在“30·60”目標指導下，我國新能源行業具有高速增長的強大潛力，加之我國在光伏和風電領域存在一定的技術及產業鏈優勢，新能源技術及設備出口有望在繼續維持快速增長。與此同時，天然氣等化石能源在2030年前仍然存在一定的發展空間。在“碳達峰”政策的具體執行中，應當注重投資拉動下對能源結構的優化，避免對傳統能源的“一刀切”行為，從而在實現可持續發展目標的同時最大程度上緩解環保政策對我國消費者經濟效益的沖擊。