一、為啥要研究能源經濟轉型？

全球氣候變暖已經成了一個大難題，為了控制全球溫度上升，《巴黎協定》提出要把溫升控制在 2℃之內，最好能控制在 1.5℃之內。這就要求各國溫室氣體排放盡快達到峰值，然后在 21 世紀中葉實現碳中和。中國是世界上最大的碳排放國家，正處在城鎮化快速發展階段，經濟轉型、環境保護和應對氣候變化這些挑戰都擺在眼前。

一直以來，中國都很重視氣候變化問題，采取了不少行動。“十二五” 之后，中國積極調整產業結構和能源結構，能源利用效率提高了不少，單位 GDP 碳排放下降明顯。2015 年，中國承諾二氧化碳排放 2030 年左右達到峰值，到 2030 年單位國內生產總值二氧化碳排放比 2005 年下降 60% - 65%，非化石能源占一次能源消費比重達到 20% 左右。2020 年 9 月，習近平主席又宣布，中國要在 2030 年前實現二氧化碳排放達峰，2060 年前實現碳中和。為了實現這些目標，我們得搞清楚能源經濟系統該怎么轉型，需要投入多少政策支持。所以，研究碳中和目標下能源經濟轉型的路徑和政策就顯得特別重要。

二、前人都研究了些啥？

1、溫升控制與碳排放軌跡

《巴黎協定》定下了控制溫升的目標，《IPCC 全球升溫 1.5℃特別報告》也指出，把全球變暖限制在 1.5℃能避免很多氣候變化帶來的影響，比如海平面上升幅度會小一些。要實現這個目標，全球得在土地、能源等多個方面進行大變革。到 2030 年，全球二氧化碳排放量得比 2010 年下降大約 45%，2050 年左右實現 “凈零” 排放。對于中國的轉型路徑，很多機構和學者都進行了研究。

清華大學聯合其他機構研究了中國 2℃情景和 1.5℃情景下的碳排放情況；姜克雋等人利用模型估計了實現不同溫控目標下的碳排放控制量；段宏波和汪壽陽對比分析了全球溫控目標變化對中國的影響。不過，目前針對 2060 年前碳中和目標下的能源經濟協同轉型路徑的系統研究還比較少，而且國際上一些研究假設我國碳排放于 2020 年達峰后急劇下降，這不符合咱們國家的實際情況。

2、碳定價在能源經濟轉型中的作用

在實現深度碳減排的政策里，碳定價工具很重要。和傳統的能效與排放標準相比，碳定價工具更靈活，能讓經濟總體成本效益達到最優，還能推動氣候友好型技術變革，降低長期減排成本。

國際上很多國家都認可碳定價的作用，并且付諸實踐。全球已經有不少碳定價機制在實施或計劃實施，很多國家在減排承諾里也表示會用碳定價工具。咱們國家經過多年準備，在 2021 年 7 月也啟動了全國碳排放權交易市場，推動高碳排放產業轉型升級。

不同國家實現碳中和時面臨的碳價水平不一樣，這和國家的發展水平、技術路徑、資源稟賦都有關系。所以在研究中國碳中和目標下的碳價水平時，得充分考慮中國的實際情況。

三、用啥模型來研究能源經濟轉型？

研究人員用了中國 - 全球能源模型（C - GEM）來模擬中國綠色低碳轉型的路徑和政策。這個模型是清華大學和美國麻省理工學院合作開發的，能評估中國和全球低碳政策對經濟、貿易、能源消費和溫室氣體排放的影響。它涵蓋全球 17 個區域和 19 個經濟部門，還細致刻畫了多種低碳、零碳和負碳技術，以及碳市場交易模塊。

除了 C - GEM 模型，研究人員還用了三個自下而上的技術模型來驗證結果。中國可再生能源電力規劃及運行模型（REPO）能反映中國電力系統運行特征和省際差異，以最小化電力系統貼現成本為目標，模擬不同發電技術的裝機、發電量等情況；中國分省道路交通能耗和溫室氣體排放模型（CPREG）通過預測車輛保有量等，測算道路交通能源消費和溫室氣體排放；中國建筑用能模型（CBEM）以大量數據為基礎，分析建筑用能和碳排放情況。這三個模型和 C - GEM 模型相互配合，讓研究結果更可靠。

四、研究是怎么設計的？

1、社會經濟發展假定

研究參考了聯合國發布的人口預測數據，預計中國人口在 2030 年達到 14.6 億的峰值，之后逐漸下降，到 2060 年變為 13.3 億，這和我國《國家人口發展規劃（2016 - 2030 年）》里的預期差不多。在經濟增速方面，研究參考了多個國際機構的預測，預計中國經濟總量在 2035 年達到 205 萬億元（2020 年人民幣不變價），2060 年達到 420 萬億元；人均 GDP 在 2035 年達到 14 萬元（約 2.0 萬美元），2060 年達到約 31 萬元（約 4.6 萬美元）。

2、情景描述

研究設置了兩個情景：參考情景和 2060 碳中和情景。這兩個情景的能源技術成本和自動能效進步率假設相同，技術應用規模由市場價格驅動，都用碳定價機制代表所有氣候政策，碳價反映實現碳中和目標所需的政策力度。

參考情景在 2030 年以前的碳減排力度按照我國 2015 年在巴黎氣候變化大會上的承諾來設定，2030 年以后假設延續 2020 - 2030 年的碳減排力度。2060 碳中和情景則以習近平總書記提出的 “2030 年前碳排放實現達峰，2060 年前實現碳中和” 目標為依據，碳排放趨勢盡量靠近全球 1.5℃溫升控制目標下中國應有的碳排放軌跡。研究人員還設置了階梯式碳強度下降率，讓我國 2030 年后碳強度下降率基本達到 1.5℃溫升控制目標要求的最低標準。

五、研究都有哪些重要發現？

1、碳排放達峰與碳中和的時間節點

在參考情景下，如果按照原來的碳減排力度，我國化石能源燃燒碳排放會在 2030 年達峰，但到 2060 年還有 79 億噸，沒辦法實現 “兩度溫升控制” 目標和 “2060 年前碳中和” 目標。在 2060 碳中和情景下，我國化石能源燃燒碳排放會在 2027 - 2028 年左右達峰，峰值在 105 億噸以內，之后逐漸下降，2050 年相比峰值下降約 75%，2060 年實現凈零排放。到時候，工業過程碳排放和非二氧化碳溫室氣體排放有望和農林業增匯相互抵消，實現全社會的碳中和。和全球 1.5℃溫控目標的排放趨勢相比，我國雖然進入快速減排階段晚一些，但從碳達峰到碳中和預計只用 30 年，目標很積極，挑戰也很大。

2、碳中和對經濟結構的影響

“十二五” 以來，我國經濟結構已經有了明顯變化，工業部門對經濟的貢獻下降，服務業的貢獻上升。未來，隨著人們生活水平提高，內需會擴大，消費選擇會向服務、休閑為主轉變，服務業投資占比會增加，高耗能部門會 “去產能”，制造業會從資源依賴走向技術依賴。到 2050 年，第三產業增加值占 GDP 比重預計達到 71%，之后保持穩定。實現碳中和時，2060 年產值增長最快的行業包括服務業、交通運輸業等，而黑色金屬冶煉及壓延業等行業產值會下降。在國際貿易方面，2060 年我國部分行業的凈出口會有變化，紡織業等凈出口擴大，非金屬礦物制品業等凈出口減少。通過技術進步和經濟轉型升級，中國在實現碳中和的同時，也能實現現代化強國的經濟目標，2035 年 GDP 總量比 2020 年翻一番，2060 年比 2020 年翻兩番，人均 GDP 也會大幅提升。

3、碳價信號的重要性

因為存在市場失靈的情況，能源經濟轉型不能自動實現，需要政策推動，碳定價就是很重要的政策工具。在 2060 碳中和情景下，2025 年我國碳價水平會達到近 70 元 / 噸（2020 年人民幣不變價），2030 年超過 100 元 / 噸，2060 年超過 2700 元 / 噸。到 2060 年，碳價會超過空氣直接碳捕集技術成本，這個時候該技術就會大規模應用。和其他國家實現碳中和時的碳價相比，我國的邊際減排成本處于中等水平。

4、能源消費結構的變化

在 2060 碳中和情景下，隨著碳約束加強、能效和電氣化水平提升，中國一次能源消費總量會在 2030 年起進入約 10 年的平臺期，之后逐漸下降，2060 年和 2020 年基本相當。單位 GDP 能源消費量會大幅下降，2060 年相比 2020 年下降 75% 左右。能源結構會向可再生能源主導型轉變，煤炭、石油、天然氣消費會依次達峰，非化石能源占比會大幅提高，2060 年達到 80% 以上。

5、電氣化和電力系統脫碳的趨勢

未來，隨著生活質量提升和經濟增長，用電需求會不斷增加。預計 2025 年電力需求達 8.9 萬億千瓦時左右，2030 年達 10.4 萬億千瓦時左右，2060 年達 15.1 萬億千瓦時。實現碳中和時，電力占終端用能的比重會達到 70% 以上。在電力結構方面，煤電和氣電需要進行 CCS 技術改造，非化石電力尤其是風光電力要大規模發展。電力裝機也會大幅增加，2060 年超過 60 億千瓦，風光裝機占比約 75%。電力部門會在 2045 - 2050 年間率先實現碳中和，之后進入負排放階段，為其他難減排部門提供排放空間。

6、CCUS 技術和碳移除技術的作用

2060 年，我國會通過人工 CCUS 和碳移除技術捕集大量二氧化碳。電力部門的煤電 CCS、BECCS 和氣電 CCS 機組，以及鋼鐵、化工、水泥等行業的 CCS 技術都會發揮重要作用。碳捕集成本較高的 DAC 技術也會在 2060 年開始規模化應用。實現碳中和時，不同部門的碳排放情況不一樣，工業部門減排難度較大，電力部門會率先實現負排放，交通、建筑等部門的碳排放量相對較少。

7、不同階段減排因素的貢獻

研究發現，經濟增長在很長一段時間內是碳排放增加的主要原因，但隨著經濟發展與碳排放逐漸脫鉤，這種影響會越來越小。在碳達峰前，能效提升對減排的貢獻很大，之后隨著能源結構優化和人工 CCUS、碳移除技術的發展，其貢獻會逐漸下降。能源結構優化中，非化石能源替代和化石能源內部結構優化的減排貢獻先增后降。人工 CCUS 和碳移除技術在碳達峰后的減排貢獻會大幅提升，在實現碳中和的最后階段，它們將發揮關鍵作用。

六、研究結果的不確定性分析

研究人員圍繞一些經濟、能源和碳指標進行了不確定性討論，用 “大概率分布區間” 來表示可能出現的情況，并和 2060 碳中和情景結果對比。

未來我國經濟增速會逐漸放緩，2035 年 GDP 比 2020 年翻一番，2050 年約為 2020 年的 3 倍，2060 年比 2020 年翻兩番。在碳中和情景下，2050 年前經濟增長預測相對樂觀，之后增速會放緩。對于碳價水平，預計 2030 年在 15 - 18 美元 / 噸二氧化碳左右，2050 年超過 100 美元 / 噸，2060 年達到 390 - 415 美元 / 噸。由于 2060 碳中和情景的碳排放軌跡處于大概率分布區間中間偏上位置，所以碳價處于區間中間偏下位置。

一次能源消費量會在 “十六五” 期間達峰，峰值約為 59 億 - 62 億噸標煤，之后進入平臺期，2040 年后逐漸下降。化石能源消費量方面，研究對近零碳排放煤炭與天然氣應用規模的判斷比較謹慎，若未來 CCUS 技術成本下降，其應用規模有望增加。非化石能源在一次能源中的比重會不斷提高，2060 年達到 75% - 85%。終端電氣化率也會逐步增長，2060 年達到 70% - 80%。

七、實現碳中和目標的政策建議

1、明確碳排放總量控制路徑

我國能源相關碳排放在 “十五五” 中期達峰，峰值在 105 億噸以內，2035 年相比峰值下降 15% 左右，2050 年下降 75% 以上，2060 年前實現全經濟尺度碳中和。要對建筑、電力、工業和交通等部門進行碳排放總量管理，推動它們依次達峰。

2、進一步提高能源利用效率

通過產業升級、結構調整、技術節能和管理節能等措施，我國單位 GDP 能源消費量在 2025 年、2030 年、2050 年、2060 年相比 2020 年分別下降 15% 左右、28% 左右、65% 左右、75% 以上。能源消費總量在 “十六五” 期間進入平臺期，2040 年后開始下降，2060 年用能水平和 2020 年基本相當。在碳達峰前，要充分發揮能效提升的主導作用，實現大部分減排量。

3、持續推進能源結構優化

為了實現碳達峰和碳中和目標，要持續推進以新能源為主體的能源結構優化。到 2030 年，非化石能源在一次能源消費中的比重上升到 25% 以上，2050 年增長至 65% 左右，2060 年達到 80% 以上。碳達峰后，能源替代在減排中的作用會比能效提高更明顯。

4、大力推進電氣化和電力系統深度脫碳

電氣化對能源經濟深度脫碳很關鍵。到 2030 年、2050 年、2060 年，終端能源中的電力占比分別提高到 32% 左右、55% 以上、70% 以上。2030 年，電力系統風電、光伏裝機分別達到 6.5 億千瓦和 9.5 億千瓦，風光發電量占比超過 25%，非化石能源發電占比超過 55%。2050 年后，非化石電力占比達到 90% 以上，電力系統在 2045 - 2050 年實現凈零排放，之后進入負排放階段，常規煤電逐步退出市場。

5、積極推動CCUS和碳移除技術發展

實現工業、交通、建筑部門零排放成本較高，所以要發展 BECCS、煤電 CCS 和氣電 CCS 等技術，讓電力部門率先實現負排放，同時發展鋼鐵等部門的 CCUS 技術，促進工業部門深度減排。還要發展空氣直接碳捕集技術，為實現全經濟尺度碳中和奠定基礎。

6、充分發揮碳定價機制的作用

碳定價機制是實現碳中和目標的重要手段。我國要繼續發揮碳排放權交易體系的作用，對于交通和建筑等碳市場覆蓋以外的行業，可以考慮引入碳價。為了實現碳達峰與碳中和目標，我國不同年份的碳價要達到一定水平，2025 年不低于近 70 元 / 噸（約為 10 美元 / 噸），2030 年不低于 100 元 / 噸（約為 15 美元 / 噸），2035 年不低于 180 元 / 噸（約為 25 美元 / 噸），2050 年不低于 700 元 / 噸（約為 100 美元 / 噸）。實現碳中和目標，我國能源經濟系統需要進行深刻轉型。這不僅是應對氣候變化的需要，也是推動經濟高質量發展的機遇。通過明確碳排放控制路徑、提高能源利用效率、優化能源結構等一系列措施，我們有信心實現碳中和目標，創造更美好的未來！

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