1、1中国深度脱碳路径及政策分析刘强 1 陈怡 1 滕飞 2* 田川 1 郑晓奇 1,3 赵旭晨 1（1. 国家应对气候变化战略研究和国际合作中心，北京 100038；2. 清华大学能源环境经济研究所，北京 100084；3. 中国人民大学环境学院，北京 100872）摘要 巴黎协定开启了全球气候治理的新进程，进一步明确了全球应对气候变化的紧迫性和目标要求。对中国来说，如何尽快推动经济增长和碳排放的脱钩，不仅是实现应对气候变化中长期目标战略的核心任务，更是保障经济社会可持续发展的必然要求。为此，本文基于对中国经济、社会、能源和重要的终端能源消费行业的历史发展趋势的分析，通过“自下而上”的模型方法考
2、察了能源、工业、建筑、交通等行业和领域的深度碳减排潜力，并基于详细的技术分析提出了中国中长期的深度脱碳路径。研究表明，在深度脱碳路径下，中国将顺利完成国家自主贡献提出的 2030 年左右碳排放达峰和碳强度较 2005 年下降 60%-65%的目标，此后非化石能源发展进一步加速，到 2050 年非化石能源在一次能源中占比达到 44%左右，工业、建筑、交通等终端耗能行业的低碳转型进一步加速，2050 年碳排放回落至 2005 年前水平，碳强度较 2005 年下降 90%以上。为实现深度脱碳路径，本文从强化碳排放总量约束和相关制度规范建设、完善产业低碳发展激励政策、加强相关市场机制作用和倡导低碳生活
3、和消费等四方面提出了相应的政策建议，以供决策者参考。关键词 碳排放；峰值；深度脱碳路径；政策建议中图分类号 X24作者简介：刘强，博士，副研究员，国家气候战略中心战略规划研究部主任，主要研究方向为气候变化及能源政策。E-mail：。*通讯作者：滕飞，博士，副教授，主要研究方向为气候变化政策及气候变化经济学。E-mail: 。基金项目：国家重点研发计划（项目编号：2016YFA0602800） 、国家应对气候变化战略研究和国际合作中心研究项目“中国深度低碳发展转型路径” 、 “全球深度脱碳路径项目”2作为全球气候治理体系建设的一个重要里程碑， 巴黎协定重申 2 度温控目标政治共识，要求各缔约方在
4、 2020 年前提交长期温室气体低排放发展战略，在提升减排力度以推动全球温室气体早日达峰的同时，努力实现到本世纪下半叶实现人类排放的 CO2 与大自然的吸收平衡 1,2。考虑到中国当前的碳排放量占全球总量的 27%左右 3并将在工业化和城镇化进程将保持持续增长，全球碳排放峰值的出现以及未来的减排路径将很大程度上依赖于中国的碳排放路径，因此有必要从技术减排的角度考察影响中国减排路径的关键技术和最大减排潜力。目前，已有较多关于中国碳控排路径的情景分析研究，提出了碳排放达峰和实现碳排放控制的多种可能情景 4-9。但由于对经济增长、碳减排目标和政策以及包括CCUS、电动汽车等在内的重大低碳技术发展等方
5、面的不同假设条件，不同的研究结果之间存在巨大的差异。本报告在分析中国碳排放的历史趋势和驱动因素的基础上，根据经济新常态下中国经济、社会和能源发展的最新趋势，结合国家自主承诺贡献（INDC ）目标 10等应对气候变化相关目标和政策，采用“自下而上”的模型方法，研究提出了中国中长期能源消费和碳排放路径，并对主要耗能行业和领域的深度减排潜力、减排路径、重点措施等进行了系统分析，提出了推动深度脱碳的政策建议。1 中国碳排放变动趋势及驱动因素分析改革开放以来中国能源消费总量持续快速增长，从 1980 年的 6.0 亿 t 增长到 2015 年的43.0 亿 tce11（图 1） ，年均增长约 13.9%
6、。碳排放量变化趋势与能源消费量基本趋同，1980-2015 年间碳排放量从 14.4 亿 t 上升至 93.1 亿 t21，年均增长约 13.3%11。1980-2015年间中国单位 GDP 能耗和碳排放年均下降率分别达到 3.6%和 3.9%，下降速度之快和持续时间之长超过主要发达国家历史最好水平。12由于中国未对每年的碳排放量进行统计核算，本文所用的全国碳排放数据为笔者参考 IPCC 国家温室气体清单编制指南中的方法得到，即活动水平乘以排放因子。活动水平数据来源于国家统计局出版的中国统计摘要 2016 版，排放因子来自于省级温室气体清单编制指南。3图 1 中国 1980-2015 年的能源
7、消费和碳排放量变化趋势Fig 1. Energy consumption and CO2 emission from 1980-2015为分析不同时期影响碳排放量增长的主要因素，本文参考修正后的 KAYA 公式，采用对数平均迪式指数法（LMDI ）将碳排放分解为 GDP、单位 GDP 能耗和单位能耗碳排放三个贡献因素 12-14。修正后 KAYA 公式的具体表述为：（1）CO2=CO2E EGDPGDP=CIEIG式中：CO 2 表示能源活动 CO2 排放量，E 表示一次能源消费，GDP 表示国内生产总值。为文章表述方便，用 CI 表示 ，即单位能源碳排放强度；用 EI 表示 ，即单位 GDP
8、 能CO2E EGDP源消费强度；用 G 表示 GDP。所以，CO 2 的排放水平由单位能源碳排放量强度、单位GDP 能源消费强度和 GDP 三个因素共同决定。根据公式 1，碳排放量的变化值可以分解为三个因素的变化值的总和，即：CO 2=CO2(t)-CO2(0)=CI+EI+G （2）式中：CO 2 表示从基准 0 年起到 t 年的碳排放量的变化值，CI、EI、G 分别表示单位能源碳强度对碳排放变化的贡献、单位 GDP 能源强度对碳排放变化的贡献和GDP 对碳排放变化的贡献。 根据加和分解式的 LMDI 分解方法，令 A=CO2(t)-CO2(0)LnCO2(t)-LnCO2(0)那么： C
9、I=ALn(CI(t)CI(0) EI=ALn(EI(t)EI(0) G=ALn(G(t)G(0)按照上述公式，本文计算得到中国 GDP、单位 GDP 能源强度、单位能源碳强度等三个因素对碳排放量变化的贡献度（见图 2） 。首先，GDP 增长是驱动中国碳排放量增长的主导因素。1980-2010 年之间 GDP 增长贡献的碳排放增量保持较为平稳的增长态势，碳排放增量贡献从 1980-1985 年间的 7.4 亿吨增长至 2005-2010 年间的 38.0 亿吨。仅“十二五”年间 GDP 增长效应较“十一五”期间有所下降，碳排放增量 32.8 亿吨，较“十一五”期间下降 5.2 亿吨，反映出中国
10、经济步入新常态后经济增长对碳排放增长贡献有所弱化。其次，单位 GDP 能耗是中国碳减排的主要贡献因素。从历史数据来看，中国单位GDP 能耗总体呈持续下降趋势，单位 GDP 能耗从 1980 年的 2.63tce/万元（2010 年价格，下同）下降至 2015 年的 0.72tce/万元，但在 2000-2005 年期间不降反升，其中一度从 2000年的 0.97 tce/万元回升至 2005 年的 1.09 tce/万元，这主要是因为在 2003 年中国加入 WTO后，高耗能行业受政策刺激不断增产扩能所致。单位 GDP 能耗下降来自于两方面影响，一是技术进步带来的行业能效提升，二是产业结构的优
11、化调整。从未来看，随着中国主要耗4能行业的能效水平不断提升，部分高耗能行业的单位产品能耗甚至已接近世界先进水平 15，行业能效提升的空间将不断收窄，对单位 GDP 能耗下降的驱动力将逐步下降。但与此同时，中国产业结构仍偏“重” ，二产占比仍显著高于主要发达国家占比，未来调整优化空间仍十分巨大，将成为驱动单位 GDP 能耗下降的主导因素，这既是经济新常态下提质增效的客观要求，也是应对气候变化的重点任务。第三，单位能耗碳排放对碳减排的贡献虽远小于单位 GDP 能耗，但近年来其减排贡献持续提升。2000 年以来，受强化扶持政策、技术进步和成本下降的共同影响，可再生能源发展迅速，截止 2015 年，非
12、化石能源装机 5.37 亿千瓦，相比 2010 年翻了一番，非化石能源装机占比从 2010 年的 27%提高到 2015 年的 35%16，推动能源结构持续低碳化，单位能耗碳排放呈稳定下降趋势。中国当前已经明确设定了 2020 年煤炭消费控制在 42 亿吨左右和 2020、2030 年非化石能源分别占比 15%和 20%的目标，可以预见，未来能源消费结构将进一步优化，单位能耗碳排放对碳减排将发挥越来越大的作用。图 2 1980-2015 年中国碳排放量增长因素分解Fig 2. Decomposition of driving factors for CO2 emissions increase
13、 in China (1980 to 2015)2 模型方法论为深入分析 2050 年中国深度脱碳路径分析，国家应对气候变化战略研究和国际合作中心开发了中国低碳战略分析模型（SACC） 。SACC 模型以 2010 年为基准年，涵盖电力、工业、建筑、交通等多个能源生产和消费部门和行业（模型构架见图 3） 。模型的数据主要来自中国电力企业联合会、历年中国能源统计年鉴 、 中国统计年鉴等公开出版数据。通过利用该模型，在充分考虑未来经济增长和消费需求变化的基础上，结合对碳排放相关技术发展变化的分析和国际对比，计算得出主要部门和行业在技术上可实现的最大碳减排潜力，进而得出 2050 年中国深度脱碳路径
14、。需要指出的是，本文尽管在分析中也考虑了技术的比较成本，但研究得出的深度脱碳路径并非经济最优的路径，更关注的是在合理假设条件下中国长期可实现的最强碳减排情景。5本文的主要研究思路为：首先，在经济社会发展历史趋势分析的基础上，参考国内外主要研究机构的相关预测分析数据，提出至 2050 年人口、GDP 和城镇化率等在内的宏观经济社会参数 4-9（表 1） ，并将能源、建筑、交通、工业等主要部门的历史发展趋势作为设定未来行业参数的重要依据。其次，在专家评议和文献调研的基础上，以“自下而上”的方式对深度脱碳路径下工业、建筑、交通三个终端部门能源活动水平、结构、效率、技术创新等的变化趋势进行分析，并着重
15、考虑中长期时间尺度内主要部门行业重大减排技术的最大应用水平和碳减排潜力，得出中国的终端能源消费需求。第三，根据分析得出的终端能源消费需求，按照优先发展非化石电力和深挖 CCUS 发展潜力的原则提出非化石和火电的分品种装机规模和发电量。第四，基于对能源生产和消费部门的减排潜力、减排技术、减排路径的研究分析，提出 2050 年前中国经济社会低碳转型的政策建议。图 3 中国低碳战略分析模型框架图Fig 3. Framework of strategy analysis of climate in China model表 1 中国经济社会发展参数Tab 1. Development indicato
16、rs and energy service demand drivers in China年份 2010 2020 2030 2040 20506人口（亿） 13.41 14.00 14.20 14.02 13.53人均 GDP（万元，2010 年不变价） 30 433 58 408 96 052 141 935 193 850 城镇化率 49.3% 60% 68% 73% 75%3 研究结果分析3.1 行业深度脱碳发展路径分析重点部门和行业是碳排放的主要来源，通过识别主要耗能行业和领域的重大减排技术和减排潜力，推动这些行业和领域碳排放达峰并进入下行区间，是逐步推动全国碳排放达峰和实现深度脱碳
17、的主要抓手。作为清洁、高效、便利的终端能源载体，电力将逐步成为未来终端用能的主要方式，因此电力行业的低碳化对于实现深度脱碳路径起着至关重要的作用。电力行业低碳转型的关键，是要实现从火电主导向非化石电力主导的转变和推动 CCUS 在火电领域的广泛应用。通过稳步推进传统小火电的淘汰退出和高效火电技术的替代，以及加强电网建设、解决可再生能源消纳等措施，非化石电力在总发电量中占比可大幅提升，到 2020、2030 和 2050年非化石电力在发电量中占比分别达到 34%、45% 和 78%。通过积极推进 CCUS 技术的商业化利用，并通过推行电力行业碳排放标准等方式强化 CCUS 在火电设施上的应用，到
18、2050 年，加装 CCUS 的火电装机在火电总装机中占比可达到约 75%，年度减排能力达到13 亿 tCO2。综合这两方面措施，电力排放因子将从 2010 年的 741gCO2/千瓦时下降至 2050年的 56 gCO2/千瓦时，降幅超过 90%。2050 年前工业部门仍是中国最大的能源消费和碳排放行业，因此工业行业的低碳转型对于深度脱碳路径的实现也至关重要。总体来看，工业部门的低碳化主要围绕产业结构调整、能效提升、燃料转换和加装 CCUS 等方式进行。一方面，通过加快传统工业升级转型、依法依规淘汰落后产能、大力培育战略性新兴产业等措施，以积极推动产业结构转型后，三次产业结构将由 2010
19、年的 9.2%：42.6% ：48.2%优化至 2050 年的2.2%： 32.5%： 65.3%。另一方面，通过工业设备的改造升级、高效技术的创新应用、资源综合利用和高效管理等方式，工业能效水平将大幅提升。在两方面政策的共同作用下，到2050 年，工业的单位增加值能耗可在 2010 年基础上降低 77%，达到当前欧盟平均水平，这将使 2010-2050 年工业增加值增长 4.3 倍的条件下终端能耗仅上升 26%。通过煤改气、煤改电等措施，天然气和电力占工业部门能耗的比重分别从 2010 年的 3%和 21%上升至2050 年的 27%和 39%，而同期煤炭占比从 61%下降至 22%。通过推
20、动 CCUS 在水泥、钢铁、化工等能源密集型行业的商业化应用，到 2050 年工业部门的碳捕集率达到约 20%。综合上述措施，到 2050 年，工业部门的碳排放量 23将降至 24 亿 tCO2，较 2010 年下降约58%。控制服务量的合理增长、提升能效、强化低碳能源的利用和严格控制“大拆大建”等将成为建筑领域低碳转型的主要内容。首先，通过提高多套住房持有成本等政策调控手段23此处工业行业碳排放量包含了其电力消费的间接碳排放量。下文的建筑和交通领域碳排放量亦同。7和加强低碳消费的宣传引导等方式，使 2050 年人均公共建筑面积和人均居住面积分别控制在约 13 m2 和 37 m2，较 201
21、0 年分别上升约 9m2 和 7 m2，相当于当前主要欧盟国家（德国、法国）等的水平。其次，大力提升建筑能效，包括推广高效照明、制冷等节能技术产品的应用，提升绿色、低碳建筑在新建建筑中占比，强化既有建筑节能低碳改造等措施，使2050 年北方地区供暖能耗较 2010 年将下降 50%以上。第三，通过引导优化居民用能结构，使相对清洁、低碳的电力、天然气占比分别从 2010 年的 24%和 8%分别上升至 2050 年的47%和 27%，而同期煤炭占比则从 42%下降至 13%。综合上述措施，与 2010 年相比，尽管 2050 年建筑面积上升和除供暖外的其他生活用能需求的上升远超过了供暖能耗的下降
22、对抑制能耗的影响并使建筑领域能耗较 2010 年上升了 13%，但受到天然气和非化石等低碳能源在终端能源消费中占比提升 47 个百分点和电力排放因子降幅超过 90%两个因素的共同影响，建筑部门碳排放量在 2030 年达到 26.2 亿 tCO2 的峰值后快速下降至 2050 年的10.6 亿 tCO2。交通部门的低碳转型重点包括控制交通服务量合理增长、优化交通运输结构、提高交通运输工具效率和提升低碳能源的利用水平等。首先，通过积极建设公共交通优先的城市交通系统，制定合理的价格政策引导居民出行倾向慢行系统和公共交通，可以合理控制城市私人交通出行需求。到 2050 年，万人公交车拥有量达到 12
23、辆，相比 2010 年增加至少 3倍以上，千人汽车拥有量控制在 300 辆以内。其次，通过建设现代综合交通运输体系、合理配置运输资源，推动货运重载依托铁路和水运方式、散货运输依托公路的货运运输模式，长途客运以铁路、民航为主，短途客运以城铁、公路协同的低碳化运输组织模式，2050 年铁路在货运周转量和客运周转量中占比可达到 25%和 46%。第三，通过大力推广智慧交通运输技术，加强节能低碳技术产品应用，能有效提高交通运输工具的燃料经济性，到 2050年，单位货运、客运周转量能耗相比 2010 年降低 38.7%和 55.5%。第四，通过推动交通工具的技术创新和应用，大规模推广先进的电动汽车、氢能
24、汽车、燃料电池汽车以及生物液体燃料汽车等清洁能源技术，2050 年新能源汽车在客运汽车中占比将达到 60%以上。综合上述措施，交通部门的碳排放量在 2030 年达到 17.8 亿 tCO2 的峰值后将逐步下降至 2050年的 13.4 亿 tCO2。深度脱碳路径下重点部门和行业的低碳发展关键指标变化如表 2 所示。表 2 深度脱碳路径下的关键参数列表Tab 2. Key indicators list of national deep decarbonization scenario年份 单位 2010 2020 2030 2040 2050第一产业比重 % 9.6 6.4 4.8 3.4 2
25、.2第二产业比重 % 46.2 40.7 38.5 36 32.5经济第三产业比重 % 44.2 52.9 56.7 60.6 65.3煤炭占一次能源消费比重 % 69.2 57.3 47.4 39.7 27.1能源非化石能源占一次能源消费比重 % 9.4 14.7 20.4 28.4 41.78单位工业增加值能耗（2010 年价格）tce/万元 1.08 0.73 0.52 0.38 0.28粗钢产量 亿吨 6.4 7.9 6.5 5.2 4.6工业水泥产量 亿吨 18.8 22.0 16.0 12.0 10.0人均公建面积 m2 5.9 9.1 11.3 12.5 13.3人均居住面积 m
26、2 27.8 33.0 36.2 37.1 36.6建筑煤炭在能源结构中占比% 36% 31% 23% 15% 9%货运周转量 万亿吨公里 14.2 25.0 40.0 50.0 54.0客运周转量 万亿人公里 5.01 12.5 19.0 23.2 24.9交通人均小汽车拥有量 辆/千人 44 164 254 285 3073.2 中国能源消费和碳排放变化趋势深度脱碳路径下，中国的一次能源消费需求仍将在较长时间内保持上升趋势，在 2040年左右达到 62.5 亿 tce 的峰值后逐步下降至 2050 年的 57.8 亿 tce，经济增长和能源消费逐步脱钩（图 4） 。相对应的，中国终端能源消
27、费将在 2040 年达到约 44.3 亿 tce 的峰值，之后逐步回落至 2050 年的 40.1 亿 tce。2050 年前工业部门仍然是最大的终端能源消费行业，但在终端能源消费中占比从 2010 年的 67.2%下降到 2050 年的 55.2%。建筑和交通作为与城镇化密切相关的两个行业，尽管采取了多项措施抑制用能需求的快速增长，但生活服务需求提升仍抵消了能效提升等因素对能源消费需求的抑制作用，2050 年的能源消费需求较2010 年的涨幅达到 130%和 92%，在终端能源消费中占比分别由 2010 年的 17.9%和 14.9%上升至 2050 年的 21.3%和 21.1%。上述终端
28、能源消费的行业结构变化表明，随着工业化步入中后期，城镇化将取代工业化成为中国能源需求和碳排放增长的主要驱动力。9图 4 2010 和 2050 年中国分品种的一次能源消费和终端能源消费量Fig 4. Primary energy use or final energy use in 2010 and 2050, by fuel type 在深度脱碳路径下，能源清洁化和低碳化的趋势十分显著。电力作为最清洁的终端能源品种将迎来巨大的发展，电力消费量将从 2010 年的 3.9 万亿 kWh 上升至 2030 年和 2050年的 8.6 万亿 kWh 和 10.8 万亿 kWh，带动电气化水平从 2
29、010 年的 18%上升至 2030 年的24%和 2050 年的 34%，到 2050 年人均用电量将达到约 8000 kWh，接近发达国家的人均水平 17。在电气化提升过程中，非化石能源发展迅速，核电和水电仍将保持稳步上升的发展态势，而在技术效率提升和成本下降的共同作用下，风电、太阳能等非化石电力将蓬勃发展并在经济性上完全实现与传统能源的竞争力。非化石电力在总发电量中占比将上升至2030 年的 45%和 2050 年 78%，非化石能源在一次能源消费中占比将上升至 2030 年的 21%和 2050 年的 44%，超额完成国家自主贡献承诺的 20%左右的非化石能源占比目标。此外，天然气利用
30、量将保持较快增长势头，2050 年天然气消费量达到约 7500 亿 m3，占一次能源消费比重达到 17%，较 2010 年提高约 13 个百分点。煤炭消费在 2020 年左右达到约 41 亿t 的消费峰值，此后在约 40 亿 t 的高位消费水平上保持约 10 年后逐步下降，2050 年煤炭消费量在一次能源消费中占比下降至 23%，与美国、德国 2010 年水平相当 18。在深度脱碳路径下，中国能源相关碳排放在 2030 年左右达峰，峰值水平约为 115 亿tCO2，之后逐步降至 2050 年的 48 亿 tCO2，相当于 2005 年前的碳排放水平。单位 GDP 碳排放到 2030 年降至 0
31、.89 tCO2/万元（2010 年价格，下同） ，到 2050 年降至 0.21tCO2/万元，比 2005 年水平分别下降 64.8%和 91.7%，完成国家自主贡献承诺的下降 60%-65%的目标的高限值。2030 年后，单位 GDP 碳排放年均下降 6.9%，远高于 2030 年前年均 3.9%的下降速率，表明 2030 年后在经济增长与碳排放脱钩的同时，减排速率进一步加快。从碳排放的行业分布 34看（图 5） ，虽然 2050 年工业行业碳排放较 2010 年下降超过 50%，但仍是届时中国最大的碳排放行业，建筑行业和交通行业受电气化水平提升和非化石电力大力发展的共同影响，碳排放比
32、2010 年分别下降约 33%和上升 66%，碳排放和能源消费增长呈现出脱钩趋势。43按照电力消费量将电力碳排放分摊至各终端消费行业10图 5 2010-2050 年能源碳排放的行业分布Fig 5. Energy-related CO2 emissions by sectors from 2010 to 2050对碳排放变化的驱动因素分析表明（图 6） ，与 2010 年相比，2050 单位 GDP 能耗和单位能耗碳排放分别下降 74%和 64%，抵消了 GDP 的 6.4 倍的增长。比较而言，单位 GDP能耗下降的减排贡献在 2020 年后将逐渐减小，而单位能耗碳排放下降的减排贡献则在2030 年之后开始显著显现，这主要归因于 2030 年之后可再生能源利用规模的快速提升和CO2 捕集、利用与封存技术（CCUS）的大幅应用。2050 年，CCUS 埋存量总计达到约 21亿 tCO2，其中电力行业和工业分别贡献 13 亿 tCO2 和 8 亿 tCO2，较未采取 CCUS 技术条件下的碳排放量下降了约 28%。
