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气候变化是人类社会面临的共同挑战,减少温室气体排放已成为国际社会共识。2015 年 12 月,《巴黎协定》提出在21世纪末将全球平均温升控制在 2℃的目标,并将1.5℃温控目标作为长期努力方向。实现这一目标要求各国提升国家自主贡献目标,加大减排力度,为此全球136个国家已提出净零排放或碳中和目标[1]。作为全球最大的碳排放国,中国实现“双碳”目标将对实现 1.5℃温控目标具有重要贡献。2020年9月,习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话,宣布中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值,努力争取 2060 年前实现碳中和。这对中国经济和能源高质量发展提出了更高的要求①。
中国作为全球最大的发展中国家和碳排放国,经济增长和碳排放仍未完全脱钩,经济增长动力仍高度依赖能源密集型行业,增长模式仍未完成从粗放型向集约型的转变[2]。中国需要在 30 年的时间实现经济与碳排放的深度脱钩,这将对中国经济发展带来结构性变革。妥善处理发展和减排、整体和局部、长期和短期、政府和市场四对协同关系对于推动经济发展和“双碳”目标实现具有积极作用。因此,制定环境与经济社会发展目标协同推进的减排方案,探索碳中和目标约束下中国高质量转型发展路径具有重要意义。
基于此,本文在系统梳理碳达峰国家达峰期能源结构、经济特征、典型国家重点领域碳中和政策基础上,构建了中国能源经济的动态可计算一般均衡模型(Computable General Equilibrium,CGE),通过综合模拟不同类型减排政策(组合)对中国宏观经济、能源和环境的多维影响,提出碳中和目标约束下中国未来40年能源转型路径,为中国制定低碳发展战略提供参考依据。
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实现1.5℃~2℃度温控目标必须在全球层面实现碳中和,而碳达峰的时间点和峰值直接决定从碳达峰到实现碳中和目标的时间和减排量[3],因此,梳理不同国家(地区)碳达峰时期的能源经济特征既有助于认识中国碳中和目标实现面临的艰巨性和复杂性,也将为中国碳中和行动方案的制定提供参考。
基于世界资源研究所1960—2020年全球排放数据,筛选出排放达到峰值且5年内碳排放稳定下降的国家。在此基础上进一步考虑低收入水平国家未来发展存在较大不确定性,随着经济社会发展目前观测的峰值可能只是阶段性峰值,因此根据世界银行不同收入组国家划分标准,提取出高收入国家进行分析发现,截至2020年,全球共有42个国家(地区)实现碳达峰(表1)。
表 1全球碳达峰国家和地区及达峰时间
国家和区域 时间/年份 国家和区域 时间/年份 国家和区域 时间/年份 国家和区域 时间/年份 安提瓜和巴布达 1969 德国 1979 马耳他 2003 巴巴多斯 2008 瑞典 1970 匈牙利 1984 美国 2005 新西兰 2008 英国 1971 拉脱维亚 1985 安道尔 2005 斯洛文尼亚 2008 瑞士 1973 立陶宛 1985 爱尔兰 2005 塞浦路斯 2008 法国 1973 波兰 1987 意大利 2005 冰岛 2008 卢森堡 1974 瑙鲁 1989 西班牙 2005 特立尼达和多巴哥 2010 巴哈马 1977 爱沙尼亚 1989 奥地利 2005 乌拉圭 2012 捷克 1978 罗马尼亚 1989 列支敦斯登 2006 以色列 2012 比利时 1979 丹麦 1996 克罗地亚 2007 日本 2013 荷兰 1979 葡萄牙 2002 希腊 2007 欧盟 1979 芬兰 2003 挪威 2007 全球实现碳达峰国家的峰值排放差异较大,整体峰值排放相对较低,普遍呈现出高强度化石能源依赖。达峰国家碳排放峰值普遍分布在0.1~14亿吨之间,达峰期排放低于1亿吨的国家占比达67%,28%国家的峰值排放在1~14亿吨之间,美国峰值排放量最高,达到61亿吨。碳排放与能源消费量和能源投入结构密切相关,从各国能源结构的历史变化过程中可以发现,在达峰年各国能源使用结构中化石能源占比突出,有65%的国家(地区)达峰年化石能源消耗占比仍高于70%,终端能源投入中可再生能源占比普遍低于20%,仅冰岛、挪威等少数国家实现了可再生能源对化石能源的替代,可再生能源利用比例较高,碳排放峰值远低于其他国家。同时,多数国家能源消费量在碳排放达峰的前后一段时期内也实现达峰[4],能源消费总量的下降对于碳达峰后排放的持续下降起到重要作用。
达峰国家整体经济发展水平相对较高,基本迈入后工业化阶段,实现经济发展与碳排放脱钩。从经济发展水平来看,各国达峰年的人均GDP普遍位于2~5.5万美元之间,整体经济发展水平相对较高,且经济逐步进入低增速发展阶段。分产业结构来看,一半以上的国家在达峰年第三产业占比远高于50%,产业结构由前期以满足基础设施建设需求为主的高耗能行业逐步转向高新技术产业和服务业,经济发展逐步迈入后工业化时期,与碳排放的关系由负脱钩向弱脱钩再到强脱钩转变[5]。
达峰国家平台期持续时间存在显著差异,经济和排放体量较大的国家平台期持续时间相对较长[4]。美国、日本、英国等主要经济体排放量相对稳定,减排难度相对较高,平台期持续时间在10年左右(表2)。而西班牙、意大利等国在达峰后快速进入碳排放下降阶段,平台期相对较短。此外,挪威、冰岛等国经济对化石能源依赖程度低,整体排放体量小,生产投入的刚性需求是平台期跨度时间较长的主要原因,负排放技术的发展将有助于促进碳排放下降。
中国同时面对碳达峰和碳中和双重目标约束,在实现碳达峰的过程中加快调整经济和能源结构对于实现碳中和目标具有重要作用。目前90%的国家达峰时间早于2010年,而有关碳中和目标的实现时间普遍集中于2050年,从碳达峰到实现碳中和承诺将历时32~79年,整体减排进程相对较长。而现有研究普遍认为中国将在2025年进入峰值平台期[6-7],在2027—2030年间达峰[8-9],峰值约为102~110亿吨[2-3][10]。和达峰国家相比,中国碳排放峰值更高,而达峰年到实现碳中和时间却仅有30年。这意味着中国的减排压力更大,减排任务更加艰巨,必须采取强有力的措施缩短平台期,加快减排进程。同时,中国目前仍处于中高速发展阶段,2021年人均GDP为12 359美元,既低于多数国家达峰时经济水平,也与中国中长期经济目标存在一定差距,经济发展仍是中国的重要任务。兼顾经济和环境目标,需要加快推动能源结构和产业结构绿色低碳转型,尽早实现经济发展与碳排放脱钩。
表 2全球典型国家平台期、平台期持续时间、承诺碳中和时间及峰值年能源经济特征
国家
名称峰值平
台期/年平台期持续
时间/年数承诺碳中和
时间/年份碳达峰到碳
中和时间峰值年能源经济特征 CO2排放量/
亿吨化石能源使用
比例/%人均GDP/
美元第三产业
占比/%美国 2000—2008 9 2050 45 6 134.5 86.0 52 790 77.6 日本 2000—2014 15 2050 37 1 315.3 94.6 34 240 72.3 德国 1973—1980 8 2045 66 1 117.9 94.8 23 485 — 法国 1972—1979 8 2050 77 537.4 90.3 20 033 64.0 西班牙 2004—2007 4 2050 45 369.7 83.5 26 146 70.1 意大利 2002—2008 7 2050 45 502.3 89.8 33 258 74.7 英国 1969—1979 11 2050 79 660.4 96.4 20 260 — 挪威 2001—2018 18 2050 43 45.7 56.2 75 624 61.6 冰岛 2008—2018 11 2040 32 3.8 13.2 53 821 72.2 数据来源:世界银行数据库,世界资源研究所数据库。注:表中出现的美元均为2015年不变价美元。 -
CGE(Computable General Equilibrium)模型能够捕捉经济系统一系列变化的复杂影响和最终效果,已被广泛应用于中国宏观经济政策[11-12]、能源政策[13-14]、环境政策[15-16]等多领域的政策量化分析。本文采用的是由中国科学院科技战略咨询研究院和澳大利亚维多利亚大学COPS中心联合开发的中国能源经济动态CGE模型[17]。模型以国家统计局公布的2017年中国149部门投入产出表为基础,根据《中国统计年鉴》和《中国电力统计年鉴》数据,将电力部门进一步拆分为燃煤发电、燃气发电、核电、水电、海上风电、陆上风电、太阳能、生物地热能以及输配电部门,将石油天然气部门拆分为原油、管道天然气、液化天然气三个部门。最终形成159个部门、3种初级要素(劳动力、资本、土地)、6个经济主体(生产、投资、居民、政府、国外、库存)的数据库。模型参数和弹性主要参考GTAP第十版数据库的中国数据。
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1. 基准情景
基准情景描绘了现有政策保持不变情况下中国经济未来发展趋势,本文的基准情景设置为NDC目标下未来中国的经济、能源消费和排放情况。基准情景下本文通过对联合国经济和社会事务部(UNDESA)、国际货币基金组织(IMF)、法国国际经济信息研究中心(CEPII)和国家信息中心等权威机构对中国宏观经济未来发展的预测梳理,形成2022—2060年GDP、人口、劳动力和宏观经济结构的增速数据。
基准情景下能源消费和排放数据校准主要基于国际能源署(IEA)发布的《2021年世界能源展望》[18]以及张希良等[19]和He 等[20]的研究。按照发电煤耗法计算的中国一次能源消费量在2043年左右达峰,峰值为63.2亿吨标煤,2060年能源消费量小幅下降至60.5亿吨,非化石能源占比达到42.8%。在既定能源消费结构下,中国能源燃烧的二氧化碳排放将在2030年左右达峰,达峰排放为105.0亿吨,随后排放下降至2060年的78.9亿吨。
2. 政策情景
经过对国内外重点领域碳中和政策梳理发现,现有减排措施可以分为碳定价政策、可再生能源政策、能效改进和电能替代四类减排政策,以及CCUS和生态系统碳汇等负排放措施。本文选取四类主要减排政策进行模拟,同时由于四种减排政策在基准情景中已施加了一定力度用于实现NDC目标,且在2030年前主要以实现碳达峰目标为主要任务,因此,研究认为2030年前能效改进政策、可再生能源政策和电能替代政策在政策情景中的力度与基准情景相同,即该阶段不再引入额外的政策冲击,仅考虑适当提高碳定价政策实现尽早达峰。在此基础上,本文对四类政策分别设置5种不同强度,通过不同强度的四类政策相互组合形成20个单一政策、150个两种政策组合、500 个三种政策组合和 625 个四种政策组合,共计 1 295 个政策情景(表3)。
表 3政策情景设置
政策类型 实施强度 情景代码 实施时间/年 2021—2029 2030—2060 碳定价政策 低强度 C1 开始实施 开始实施 C2 中强度 C3 高强度 C4 C5 能效改进政策 低强度 A1 未实施 开始实施 A2 中强度 A3 高强度 A4 A5 可再生能源政策 低强度 R1 未实施 开始实施 R2 中强度 R3 高强度 R4 R5 电能替代政策 低强度 E1 未实施 开始实施 E2 中强度 E3 高强度 E4 E5
Research on the Pathway for China’s Transformation and Development toward Carbon Neutrality
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摘要:碳中和目标不仅会促进中国能源系统低碳转型,也将推动中国经济结构发生转变。研究梳理了碳达峰国家达峰时的能源结构、经济特征和重点领域碳中和政策,从而识别出需重点关注的减排措施和低碳政策。基于此,利用中国能源经济动态可计算一般均衡模型(CGE模型),综合模拟了四种类型减排政策(组合)对中国宏观经济、能源和排放的影响,分析了中国在碳中和目标约束下的碳排放路径、行业减排规划、能源深度脱碳进程等多个层面的转型发展方案。研究表明,1 295个组合政策情景中仅有48个政策组合可实现碳中和目标,减排任务艰巨;要实现碳中和目标,中国能源排放需在2029年前达峰,峰值不超过104.2亿吨,2040年和2050年的碳排放量需控制在77亿吨和45亿吨以下;化石能源、电力、重工业和轻工业是重点减排部门,不同时期需重点聚焦的部门需要动态调整;加快能源结构向非化石能源转型,强化电能在终端用能中的主体地位,2060年非化石能源消费占比超过81%,终端电气化率需提高至74%;实现碳中和目标的整体经济代价可控,2020—2060年GDP年均增速有望保持在3.46%左右。Abstract:The carbon neutrality goal will accelerate the process of China’s energy low-carbon transformation, and promote structural change in China’s economy and society. To this end, this paper first systematically sorts out the energy and economic characteristics of carbon peaking countries, as well as carbon neutral policies in key areas of typical countries, and identifies noteworthy emission reduction measures and low-carbon policies. On this basis, this paper uses the dynamic computable general equilibrium model of China's energy economy (CGE model) to comprehensively simulate the impacts of four types of emission reduction policies and their combinations, and clears the China’s transformation and development path under the carbon neutrality goals, including total carbon emission paths, industry emission reduction plans, and deep decarbonization of energy. Research shows that only 48 policy combinations out of 1 295 policy scenarios can achieve the carbon neutrality goal, which reveal the arduousness of reducing emissions tasks. To realize the carbon neutrality goal, China need to achieve the carbon peak by 2029, with a peak value of no more than 10.42 billion tons, and the carbon emissions in 2040 and 2050 need to be controlled below 7.7 billion tons and 4.5 billion tons. The carbon reductions are mainly from power industry, fossil energy industry, heavy industry and light industry, and it is necessary to give full play to their emission reduction role during different periods according to the differentiated emission paths. China should also promote the transformation of the energy system with non-fossil energy as the dominant supply, and further strengthen the leading position of electric energy in final energy use. The share of non-fossil energy in total primary energy consumption should increase to more than 81% by 2060, and the electrification share should increase to 74% by 2060. In addition, the economic cost of achieving carbon neutrality is controllable, and the average annual GDP growth rate from 2020 to 2060 is expected to remain above 3.46%.注释:1) http://www.gov.cn/xinwen/2020-09/22/content_5546168.htm。2) 国务院发展研究中心预测,工业过程二氧化碳排放会从现在的 14亿吨逐渐下降到 2060年的 2亿吨,非二氧化碳温室气体排放从目前的 24亿吨减少到 8亿吨。
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表 1全球碳达峰国家和地区及达峰时间
国家和区域 时间/年份 国家和区域 时间/年份 国家和区域 时间/年份 国家和区域 时间/年份 安提瓜和巴布达 1969 德国 1979 马耳他 2003 巴巴多斯 2008 瑞典 1970 匈牙利 1984 美国 2005 新西兰 2008 英国 1971 拉脱维亚 1985 安道尔 2005 斯洛文尼亚 2008 瑞士 1973 立陶宛 1985 爱尔兰 2005 塞浦路斯 2008 法国 1973 波兰 1987 意大利 2005 冰岛 2008 卢森堡 1974 瑙鲁 1989 西班牙 2005 特立尼达和多巴哥 2010 巴哈马 1977 爱沙尼亚 1989 奥地利 2005 乌拉圭 2012 捷克 1978 罗马尼亚 1989 列支敦斯登 2006 以色列 2012 比利时 1979 丹麦 1996 克罗地亚 2007 日本 2013 荷兰 1979 葡萄牙 2002 希腊 2007 欧盟 1979 芬兰 2003 挪威 2007 表 2全球典型国家平台期、平台期持续时间、承诺碳中和时间及峰值年能源经济特征
国家
名称峰值平
台期/年平台期持续
时间/年数承诺碳中和
时间/年份碳达峰到碳
中和时间峰值年能源经济特征 CO2排放量/
亿吨化石能源使用
比例/%人均GDP/
美元第三产业
占比/%美国 2000—2008 9 2050 45 6 134.5 86.0 52 790 77.6 日本 2000—2014 15 2050 37 1 315.3 94.6 34 240 72.3 德国 1973—1980 8 2045 66 1 117.9 94.8 23 485 — 法国 1972—1979 8 2050 77 537.4 90.3 20 033 64.0 西班牙 2004—2007 4 2050 45 369.7 83.5 26 146 70.1 意大利 2002—2008 7 2050 45 502.3 89.8 33 258 74.7 英国 1969—1979 11 2050 79 660.4 96.4 20 260 — 挪威 2001—2018 18 2050 43 45.7 56.2 75 624 61.6 冰岛 2008—2018 11 2040 32 3.8 13.2 53 821 72.2 数据来源:世界银行数据库,世界资源研究所数据库。注:表中出现的美元均为2015年不变价美元。 表 3政策情景设置
政策类型 实施强度 情景代码 实施时间/年 2021—2029 2030—2060 碳定价政策 低强度 C1 开始实施 开始实施 C2 中强度 C3 高强度 C4 C5 能效改进政策 低强度 A1 未实施 开始实施 A2 中强度 A3 高强度 A4 A5 可再生能源政策 低强度 R1 未实施 开始实施 R2 中强度 R3 高强度 R4 R5 电能替代政策 低强度 E1 未实施 开始实施 E2 中强度 E3 高强度 E4 E5 -
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