喻小寶，鄭丹丹，楊康，孔杰，章天浩

（上海電力大學經(jīng)濟與管理學院，上海200090）

0 引言

全球氣候變暖已經(jīng)是不爭的事實，在聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次評估報告中提到，1880—2012 年，全球地表平均溫度上升0.85 ℃［1］。隨著氣候變暖的不斷加劇，氣候變化給人類造成了巨大威脅，例如沿海洪澇和風暴潮、內(nèi)陸洪水、海洋生態(tài)系統(tǒng)及服務(wù)喪失、陸地生態(tài)系統(tǒng)喪失、極端高溫和極寒引發(fā)的健康問題等，可以說，氣候變化是人類社會面臨的重大非傳統(tǒng)安全問題［2］。在這種背景下，從2009 年的哥本哈根會議到2015 年的巴黎氣候變化大會，中國早已積極參與國際社會碳減排。在2020 年9 月的聯(lián)合國大會上，我國明確提出將努力爭取2060年前實現(xiàn)“碳中和”，這也是我國首次在國際社會上提出“碳中和”的承諾［3］。

對于“碳中和”的研究并不是從近期開始的，在以往關(guān)于碳減排的研究中，有一些學者早已開始對“碳達峰”和“碳中和”的相似問題開展研究。張九天等［4］對“碳中和”背景下碳捕集、利用與封存（CCUS）等大規(guī)模碳減排技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)進行了分析，并對該技術(shù)發(fā)展應(yīng)該關(guān)注的重點任務(wù)也做了分析。喻小寶等［5］研究了碳市場與電力市場的關(guān)系，基于此構(gòu)建了電力行業(yè)碳減排的動力學模型，結(jié)果表明所提出的反饋機制能夠有效地抑制電力行業(yè)碳排放量增長的趨勢。徐冬等［6］梳理了碳捕獲、利用與封存技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，通過對中國低碳制氫路徑的分析，評估了CCUS 耦合低碳制氫的減排潛力及市場競爭力，促進CCUS 耦合制氫發(fā)展對于實現(xiàn)大氣環(huán)境治理和助力實現(xiàn)“碳中和”目標具有重要意義。黃欣等［7］基于碳排放權(quán)交易背景，運用微分博弈理論研究了政府與其所轄多個工業(yè)企業(yè)之間的Stackelberg 減排博弈問題，同時考察了多個地區(qū)進行合作減排對政府及企業(yè)的策略影響情況。高涵等［8］對有助于提升電動汽車碳減排潛力的關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)以及創(chuàng)新運營模式展開研究，同時提出了推廣電動汽車創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展、發(fā)掘碳減排潛力的對策與建議。在我國提出“雙碳”目標的背景下，“碳中和”與“碳達峰”相關(guān)研究更多地在我國各行業(yè)中展開，王利寧等［9］模擬了2060 年實現(xiàn)“碳中和”目標的中國能源減排及轉(zhuǎn)型路徑，結(jié)果表明在當前模式下，中國實現(xiàn)“碳中和”目標面臨較大的挑戰(zhàn)和難度，中國能源體系須更早、更大力度轉(zhuǎn)型。黃暢等［10］對燃煤發(fā)電技術(shù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等做了相關(guān)研究，并且提出了燃煤發(fā)電產(chǎn)業(yè)升級策略，助力我國節(jié)能減排與“碳中和”國家戰(zhàn)略的順利實施。劉曉龍等［11］從中國實際國情和碳減排目標出發(fā)得出中國在“碳中和”目標背景下能源高質(zhì)量發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，在此基礎(chǔ)上，提出“碳中和”背景下中國能源高質(zhì)量發(fā)展三大顯性途徑，即節(jié)能提效、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和技術(shù)創(chuàng)新。焦念志等［12］為落實“碳中和”國家戰(zhàn)略提供科技支撐，提出了包括陸海統(tǒng)籌減排增匯、海洋缺氧酸化環(huán)境減排增匯、濱海濕地減排增匯等8個海洋負排放相關(guān)的基本路徑。龍惟定等［13］對我國城市民用建筑的隱含碳和運行碳作了測算，提出了城市建筑“碳中和”的5 項基本措施，強調(diào)城市開發(fā)建設(shè)的方式必須從粗放型外延式發(fā)展轉(zhuǎn)向集約型內(nèi)涵式發(fā)展。

綜上所述，我國關(guān)于“雙碳”的研究主要是在碳減排技術(shù)以及各行業(yè)的初步研究，并沒有針對“雙碳”背景下能源電力行業(yè)所面臨的機遇與挑戰(zhàn)進行詳細的分析研究，如何促進低碳發(fā)展，最終實現(xiàn)“碳達峰”和“碳中和”，不僅僅是中國各行各業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，更是一次行業(yè)轉(zhuǎn)型和發(fā)展的機遇。本文就能源電力行業(yè)如何實現(xiàn)“雙碳”目標，給出“雙碳”目標的定義，剖析當前中國能源結(jié)構(gòu)，分析實現(xiàn)“雙碳”目標路徑和潛在機遇，最后給出一些能源轉(zhuǎn)型的建議措施。

1 “雙碳”目標的內(nèi)涵

1.1 “碳達峰”與“碳中和”

實現(xiàn)“碳達峰”和“碳中和”愿景是生態(tài)文明體系建設(shè)的目標之一，也是確定發(fā)展目標和選擇何種發(fā)展道路的重大戰(zhàn)略決策［14］。從發(fā)展觀來看，“雙碳”目標要求高質(zhì)量的發(fā)展和高水平的保護；從新時代目標來看，“雙碳”目標是構(gòu)建綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟體，建設(shè)人與自然和諧共生的現(xiàn)代化體現(xiàn)；從新發(fā)展格局來看，“雙碳”目標是經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，以能源綠色低碳發(fā)展為關(guān)鍵，形成節(jié)約資源和保護環(huán)境的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生活方式、空間格局。

1.1.1 碳達峰

“碳達峰”的基本內(nèi)涵是指某個地區(qū)或行業(yè)年度二氧化碳排放量達到歷史最高值，然后經(jīng)歷平臺期進入持續(xù)下降的過程，是二氧化碳排放量由增轉(zhuǎn)降的歷史拐點［15］。

由于我國目前對能源需求仍處在增長期，化石能源以及高耗能產(chǎn)業(yè)占比過高，因此想要在2030年前實現(xiàn)“碳達峰”存在一定難度?！半p碳”目標示意如圖1所示（數(shù)據(jù)來源：清華大學氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院《中國長期低碳發(fā)展戰(zhàn)略與轉(zhuǎn)型路徑研究》（2020 年10 月發(fā)布）、波士頓咨詢、Wind、華泰證券研究所）。從圖中可以看出，在2030年實現(xiàn)“碳達峰”，需要在“十四五”和“十五五”期間做好充分準備，尤其是當前階段的“十四五”期間，對涉及碳排放的多個領(lǐng)域進行管控，才有可能在2030 年實現(xiàn)“碳達峰”。

圖1 “雙碳”目標示意Fig.1 The goal of carbon neutrality and carbon peak

1.1.2 碳中和

“碳中和”的基本內(nèi)涵是指某個地區(qū)在一定時間內(nèi)人為活動所產(chǎn)生的二氧化碳排放量，與其通過植樹造林、技術(shù)手段等吸收的二氧化碳相互抵消，從而實現(xiàn)二氧化碳“零排放”的效果［16］。

“碳中和”示意如圖2所示（數(shù)據(jù)來源：清華大學氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院《中國長期低碳發(fā)展戰(zhàn)略與轉(zhuǎn)型路徑研究》（2020 年10 月發(fā)布）、波士頓咨詢公司、Wind、華泰證券研究所）。從圖中可以看出，相比其他發(fā)達國家，中國“碳中和”之路異常困難，從“碳達峰”到“碳中和”的30 年，碳減排的斜率明顯高于其他發(fā)達國家，例如歐盟規(guī)劃從1980—2050 年，用70 年的時間實現(xiàn)從“碳達峰”到“碳中和”，而留給中國實現(xiàn)2060 年“碳中和”目標的時間已不到40 年。同時，相較于其他承諾在2050 年左右實現(xiàn)“碳中和”且已經(jīng)實現(xiàn)“碳達峰”的國家來說，我國在承諾2060 年實現(xiàn)“碳中和”的時候并沒有達到“碳達峰”，因此，中國實現(xiàn)“碳中和”需要付出更大的努力。

1.2 低碳經(jīng)濟

圖2 “碳中和”示意Fig.2 Carbon neutrality

低碳發(fā)展的實質(zhì)是以應(yīng)對全球氣候變化、保護人類家園為導(dǎo)向，以控制二氧化碳排放為載體，以低碳技術(shù)和低碳制度創(chuàng)新為保障，加快形成以低碳為特征的產(chǎn)業(yè)體系、能源體系和生活方式，從而實現(xiàn)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展［17］。低碳經(jīng)濟減排措施見表1。可以看出，實現(xiàn)“雙碳”目標離不開低碳經(jīng)濟的支持，本文根據(jù)GB/T 4754—2017《國民經(jīng)濟行業(yè)分類》挑選6個主要行業(yè)開展低碳經(jīng)濟研究，包括農(nóng)、林、牧、漁業(yè)，采礦業(yè)，制造業(yè)，電力、熱力、燃氣及水生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)，建筑業(yè)，交通運輸、倉儲和郵政業(yè)。其中，對于電力、熱力、燃氣及水生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)而言，應(yīng)當著重在低碳發(fā)電領(lǐng)域做出貢獻，提高清潔能源比例，從源頭控制碳排放，從而達到碳減排效果，實現(xiàn)低碳經(jīng)濟。

表1 低碳經(jīng)濟減排措施Tab.1 Emission reduction measures for low?carbon economy

2 “碳中和”背景下能源結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

實現(xiàn)“碳達峰”和“碳中和”離不開能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的支撐，這需要厘清當前能源結(jié)構(gòu)下的碳排放來源。

根據(jù)《聯(lián)合國氣候變化框架公約》下的《IPCC 國家溫室氣體清單指南》，通過對人類活動進行分析，將碳排放來源主要劃分為五大類，包括能源活動、工業(yè)生產(chǎn)活動、農(nóng)業(yè)活動、林業(yè)活動和廢棄物處理等活動［18］。其中，能源活動是指在化石燃料的開采和化石燃料的燃燒過程中所產(chǎn)生的二氧化碳排放，占總碳排放量的8 成以上［19］；工業(yè)生產(chǎn)活動是指在工業(yè)生產(chǎn)中二氧化碳排放之外的其他物理或化學反應(yīng)過程導(dǎo)致的二氧化碳排放，占比約15.4%。

由此可見，能源活動和工業(yè)生產(chǎn)活動所產(chǎn)生的二氧化碳排放量是當前人類活動產(chǎn)生二氧化碳的最主要來源。碳排放構(gòu)成全景如圖3所示。

2.1 能源結(jié)構(gòu)

2.1.1 一次能源消費結(jié)構(gòu)

近年來，我國一次能源消費結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的變化。我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中，煤炭、石油仍是我國能源消費的主要占比，但2000年以來總體呈下降趨勢，天然氣能源消費整體占比較少但逐年遞增，反映出我國能源消費結(jié)構(gòu)仍以化石能源為主。由于我國近年來大力發(fā)展水電、核電等清潔能源和可再生能源，水電的能源消費占比增長較快，而核能在我國能源結(jié)構(gòu)中占比較少，仍有較大的發(fā)展空間。2000 —2018 年我國一次能源消費占比如圖4所示（數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局）。

在本世紀初，我國非化石能源消費占比的增長較為緩慢，總體維持在5%～7%的水平。而自2008年至今，我國在非化石能源領(lǐng)域的各項技術(shù)已取得較大進步，非化石能源在我國一次能源消費中的占比增長迅速，在2018 年其占比已超過了16%，說明在我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中，非化石能源正逐步成為主要的能源消費來源之一。2000 年以來我國非化石能源占比變化趨勢如圖5所示（數(shù)據(jù)來源：國際能源可再生機構(gòu)）。

圖3 碳排放構(gòu)成全景Fig.3 Panorama of carbon emissions'composition

圖4 2000—2018年我國一次能源消費占比Fig.4 Proportion of primary energy consumption from 2000 to 2018 in China

圖5 2000年以來我國非化石能源占比變化趨勢Fig.5 Variation trend of non?fossil energy's proportion in China since 2000

根據(jù)國家能源局、國家統(tǒng)計局、中電聯(lián)、中信證券研究部的預(yù)測，2010—2019 年，我國能源消費結(jié)構(gòu)中，一次能源消費量逐年遞增，而由于發(fā)電技術(shù)的進步以及能源利用效率的提升，平均發(fā)電煤耗逐年遞減，因此折算后的電力需求增速低于一次能源消費量的增速。非化石能源占比以及非化石電力需求也不斷提升，其中，風光發(fā)電量需求及實際占比增長較為明顯?；谏鲜觥笆濉薄笆濉逼陂g我國能源消費結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，國家能源局、國家統(tǒng)計局等相關(guān)部門對“十四五”“十五五”光伏風電發(fā)電量需求做出預(yù)測。預(yù)計在“十四五”“十五五”期間，我國一次能源消費量仍將增長，將于2030 年達到59.60 億t 標準煤，但一次能源消費量的增速將放緩，體現(xiàn)在年均復(fù)合增長率（CAGR）的降低，而平均發(fā)電煤耗將進一步降低，于2030 年達到258.5 g/（kW·h）。預(yù)計非化石能源電力需求將逐年遞增。其中，光伏風電發(fā)電將得到大力發(fā)展，風光發(fā)電量需求也將顯著提升，相比于2019 年的661.2 TW·h，2030 年風光發(fā)電量需求預(yù)測將達到2 950.1 TW·h。中國能源消費結(jié)構(gòu)及“十四五”“十五五”光伏風電發(fā)電量需求測算見表2（數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局、國際能源可再生機構(gòu)、華泰證券研究所）。

表2 中國能源消費結(jié)構(gòu)及“十四五”“十五五”光伏風電發(fā)電量需求測算Tab.2 Energy consumption structure in China and the demand for electricity generated by PV systems and wind turbines during the 14th and 15th Five?Year Plan

2.1.2 重點行業(yè)能源消費結(jié)構(gòu)

隨著我國經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，重點行業(yè)的能源消費結(jié)構(gòu)也發(fā)生著相應(yīng)的變化。以制造業(yè)和交通運輸行業(yè)為例，我國2000 —2018 年制造業(yè)的能源消費結(jié)構(gòu)中，煤炭、石油、天然氣、煤油、柴油等一次能源仍占主導(dǎo)地位，其中煤炭消費占比最高。而電力作為被廣泛使用的二次能源，在我國制造業(yè)中占有一定比例，總體也呈持續(xù)增長的態(tài)勢，說明我國制造業(yè)的電氣化、自動化水平不斷提高，對電能的消費需求也在逐年提升。2000—2018 年我國制造業(yè)能源消費占比如圖6所示（數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局、國際能源可再生機構(gòu)、華泰證券研究所）。

圖6 2000—2018年我國制造業(yè)能源消費占比Fig.6 Proportion of energy consumption in manufacturing industry in China from 2000 to 2018

我國2000—2018 年交通運輸業(yè)的能源消費結(jié)構(gòu)中，煤炭自2000 年以來占比顯著減少，作為交通運輸業(yè)曾經(jīng)的主要能源消費來源之一，煤炭幾乎已被其他能源取代。汽油、柴油、煤油在交通運輸業(yè)的能源消費結(jié)構(gòu)中占比較大，并且自2000年以來維持在較為穩(wěn)定的水平。天然氣、電力是交通運輸業(yè)的新興能源，并在近年來得到了較明顯的發(fā)展，正逐步成為交通運輸業(yè)主要的能源消費來源。由此可以看出，在我國的交通運輸業(yè)中，低效、落后的能源正逐漸被拋棄，高效、清潔的能源正逐步得到應(yīng)用。2000—2018 年我國交通運輸業(yè)能源消費占比如圖7 所示（數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局、國際能源可再生機構(gòu)、華泰證券研究所）。

圖7 2000—2018年我國交通運輸業(yè)能源消費占比Fig.7 Proportion of energy consumption in transportation industry in China from 2000 to 2018

2.1.3 主要行業(yè)電力消費結(jié)構(gòu)

2000 —2018 年，我國電力總消耗量逐年遞增，到2018年已超過7 000 TW·h，說明隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對電能的需求量也逐步提高。在本世紀初，我國電力總消耗量同比增速較快，而近年來有所放緩，總體維持在5%～10%的水平。2000—2018 年我國電力總消耗量的變化趨勢如圖8 所示（數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局、國際能源可再生機構(gòu)、華泰證券研究所）。

圖8 2000—2018年我國電力總消耗量的變化趨勢Fig.8 Variation trend of total electricity consumption in China from 2000 to 2018

在2000—2018 年我國主要行業(yè)電力消耗結(jié)構(gòu)中，第一產(chǎn)業(yè)（農(nóng)林牧漁業(yè)）由于電力需求相對不高，在主要行業(yè)電力消耗量中占比較小。制造業(yè)作為第二產(chǎn)業(yè)的主要部分，在我國主要行業(yè)電力消耗量中占比一直較高，建筑業(yè)、采掘業(yè)和電煤水業(yè)也在主要行業(yè)電力消耗量中占一定的比例。第三產(chǎn)業(yè)較少涉及對大型用電設(shè)備的使用，例如批發(fā)零售和住宿餐飲業(yè)等，因此在我國主要行業(yè)電力消耗量中占比較小。2000—2018 年我國主要行業(yè)電力消耗占比如圖9 所示（數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局、國際能源可再生機構(gòu)、華泰證券研究所）。

圖9 2000—2018年我國主要行業(yè)電力消耗占比Fig.9 Power consumption structure of major industries in China from 2000 to 2018

2.2 “碳中和”實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

實現(xiàn)“碳中和”的途徑主要分為4 個方面：電力生產(chǎn)清潔低碳化，發(fā)展氫能源，發(fā)展碳捕捉技術(shù)，以及推動交通的電動化、氫能化［20］。

2.2.1 電力生產(chǎn)清潔低碳化

發(fā)電行業(yè)是當前碳排放的最主要來源，其碳排放占全部碳排放的1/3 以上，實現(xiàn)“碳達峰”和“碳中和”離不開發(fā)電行業(yè)的碳減排，目前國內(nèi)主要電力來源還是火電，是碳排放的關(guān)鍵，需要通過提高清潔能源發(fā)電比例來降低碳排放，包括光伏、風電、核電和水電等。其中，水電由于受到水力資源的限制，未來替代火力發(fā)電的潛力較??；核電由于受到近年來其他國家及地區(qū)核事故影響，國內(nèi)新增核電容量也受到較大影響，替代效應(yīng)不明顯；風電和光伏的潛力最大，我國國土面積遼闊，適合風電和光伏發(fā)展，目前主要受“棄能”影響較大，未來隨著風電、光伏建設(shè)成本的進一步降低以及配套儲能設(shè)施的不斷完善，替代火力發(fā)電的可能性最大，也是實現(xiàn)“碳達峰”和“碳中和”最佳清潔能源［21］。

2.2.2 氫能源發(fā)展

能源供給結(jié)構(gòu)中，電力作為二次能源，在一定程度上替代了傳統(tǒng)化石能源［22］，但有部分工業(yè)生產(chǎn)場景無法使用電力供能，例如電池能量密度限制，電能無法作為一些化學反應(yīng)的還原劑，而繼續(xù)使用化石能源有悖于實現(xiàn)“雙碳”目標，故而需要其他清潔能源作為補充。氫能源的燃燒只產(chǎn)生水，可以作為電能的重要補充能源備選。電池的能量密度遠低于化石能源和氫能源，在航空航天等領(lǐng)域無法用電力作為動力來源，氫能源很好地解決了這一問題；另外在工業(yè)生產(chǎn)中，例如煉鋼過程的還原反應(yīng)，電力只能提供能量而無法作為還原劑，氫能源也能有效解決這一問題。截至目前，國內(nèi)制氫過程主要來源于工業(yè)副產(chǎn)物和煤炭制氫，這一過程會產(chǎn)生碳排放，未來氫能源應(yīng)該來源于光伏、風電等清潔電力對水的分解。

2.2.3 碳捕捉技術(shù)

在工業(yè)生產(chǎn)中，有些過程產(chǎn)生的碳排放并不來源于化石能源，而來源于礦物質(zhì)，例如石灰石的分解過程。水泥、玻璃等產(chǎn)品的制造過程離不開石灰石的分解過程，石灰石本身含有碳元素，該過程必然也會產(chǎn)生大量碳排放。在當前技術(shù)水平下，并沒有適合替代的綠色建筑材料，大概率在未來幾十年還會由于這些工藝的存在導(dǎo)致碳排放。降低這一過程中的碳排放可通過其他途徑實現(xiàn)，例如大量的植樹造林和發(fā)展碳捕捉技術(shù)等?？紤]到土地資源的約束，植樹造林并不能完全解決碳吸收的問題，未來需要更多考慮碳捕捉技術(shù)的發(fā)展，通過技術(shù)手段對二氧化碳進行捕集、封存、利用等，從而實現(xiàn)碳減排的目的［23］。

2.2.4 交通運輸業(yè)的電動化

除了工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的碳排放之外，在日常生活中接觸到的交通領(lǐng)域也是實現(xiàn)碳減排關(guān)注的重點之一。近年來電動汽車的推廣，減少了對石油進口的壓力，也是減少碳排放的措施之一。在乘用車、商用車領(lǐng)域，隨著“三電”技術(shù)的不斷進步，未來一段時間實現(xiàn)高續(xù)航、快速補能等目標并不會成為限制電動汽車發(fā)展的障礙，從近年來各國電動汽車市場保有量占比的增長可以看出，電動汽車必然會取代燃油汽車，使用清潔能源發(fā)電，可全過程降低碳排放［24］；在航空航天領(lǐng)域，受電池功率的限制，可以采用氫能源或者氨能源替代傳統(tǒng)化石能源，從而解決電動化在航空航天領(lǐng)域限制的問題，氨能源產(chǎn)業(yè)鏈如圖10所示。

圖10 氨能源產(chǎn)業(yè)鏈Fig.10 Ammonia energy industry chain

3 實現(xiàn)“雙碳”目標的機遇

3.1 碳交易市場

“碳市場”即二氧化碳排放權(quán)交易市場［25］。在大氣環(huán)境能夠承受的范圍內(nèi)，政府通過給予企業(yè)向大氣中排放一定量二氧化碳的權(quán)利，并引入總量控制與市場交易機制，在控制二氧化碳排放總量的前提下，讓二氧化碳的排放權(quán)利實現(xiàn)自由交易。碳市場的功能主要體現(xiàn)在2方面：激勵功能，即激勵新能源產(chǎn)業(yè)或非化石能源產(chǎn)業(yè)，以高效率改變能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；約束功能，即約束抑制化石能源產(chǎn)業(yè)，以低成本提高能源利用效率。

我國碳市場的建設(shè)，由開展碳排放交易試點工作起步。2011 年，國家發(fā)展和改革委員會（以下簡稱國家發(fā)改委）頒布《關(guān)于開展碳排放權(quán)試點工作的通知》，北京、上海、天津、重慶、湖北、廣東和深圳7 省市率先開展碳排放權(quán)交易試點工作。為進一步探索全國統(tǒng)一碳市場的建設(shè)，國家發(fā)改委于2012年出臺了《溫室氣體自愿減排交易管理暫行辦法》，形成了規(guī)范的碳市場管理機制。經(jīng)過數(shù)年運行，7 個試點省市于2014年全部啟動交易，碳價格激勵企業(yè)減排的機制初步形成，碳交易示意如圖11所示。圖中MRV 為監(jiān)測、報告、核查。2017 年年底，國家發(fā)改委印發(fā)《全國碳排放權(quán)交易市場建設(shè)方案（發(fā)電行業(yè)）》，標志著全國碳排放交易體系完成了總體設(shè)計并正式啟動。截至2019 年6 月，7 個試點省市配額現(xiàn)貨交易約3.4 億t，交易額約66.2 億元，碳交易覆蓋總量已躍居世界首位，我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放（即碳強度）下降4.0%，比2005 年累計下降45.8%，相當于減排52.6億t二氧化碳，非化石能源占能源消費總量比重達到15.3%（中國電力規(guī)劃設(shè)計總院《中國能源發(fā)展報告2019》《中國電力發(fā)展報告2019》），基本扭轉(zhuǎn)了二氧化碳排放快速增長的局面。

圖11 碳交易示意Fig.11 Carbon trade

近年來，國家主管部門陸續(xù)發(fā)布了24個行業(yè)企業(yè)排放核算報告指南和10 個行業(yè)企業(yè)碳排放核算國家標準，并于全國多地開展了區(qū)域內(nèi)碳市場能力建設(shè)培訓(xùn)，為全國碳市場的建設(shè)提供了可靠的政策支持和人才儲備。此外，試點碳市場自啟動運行以來也積累了豐富的經(jīng)驗，為全國碳市場的運行提供了有力保障。2021 年年初，隨著生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《碳排放權(quán)交易管理辦法（試行）》，標志著全國碳排放交易體系正式投入運行，政府將在碳排放配額、企業(yè)參與范圍、產(chǎn)品定價機制等方面作出系統(tǒng)性的安排，創(chuàng)造出更廣闊的碳市場交易空間，我國碳交易市場的發(fā)展前景值得期待。

3.2 儲能

儲能行業(yè)是當前匹配風電、光伏發(fā)展的主要配套行業(yè)，風電、光伏的不穩(wěn)定性導(dǎo)致其棄能率一直居高不下，從而限制其發(fā)展，而儲能行業(yè)的發(fā)展對于減少這一影響起到了至關(guān)重要的作用［26］。儲能在電力行業(yè)的應(yīng)用可劃分為三大塊：發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和需求側(cè)，此外還包括微電網(wǎng)和分布式離網(wǎng)等。其中，發(fā)電側(cè)儲能主要通過火儲聯(lián)合調(diào)頻，從而穩(wěn)定輸出功率，通過負荷調(diào)節(jié)平滑間歇性能源供能，提高新能源消納和電網(wǎng)備用容量等；在電網(wǎng)側(cè)，輸配電儲能能夠?qū)崿F(xiàn)提高電能質(zhì)量、降低線路損耗、提高電網(wǎng)備用容量、提高輸配電設(shè)備利用效率和延緩增容需求等作用；在需求側(cè)，主要是分布式儲能系統(tǒng)，能夠提高分布式能源消納率、起到削峰填谷、負荷轉(zhuǎn)移的作用，此外可以實現(xiàn)平抑負荷、抑制需求量、降低用電成本，提高供電可靠性和電能質(zhì)量的目的。

根據(jù)能量存儲方式的不同，儲能可分為機械儲能、電氣儲能、電化學儲能、熱儲能和化學儲能五大類。相比抽水蓄能等機械儲能，電化學儲能受地形等因素影響較小，可靈活運用于發(fā)電側(cè)、輸配電側(cè)和用電側(cè)。同時，隨著近年來電化學儲能成本的快速下降、商業(yè)化應(yīng)用逐漸成熟，其優(yōu)勢愈發(fā)明顯，開始逐漸成為儲能新增裝機的主流，且未來仍有較大的成本下降空間，發(fā)展前景廣闊。在電化學儲能中，鋰電池儲能具備能量密度更高、使用與循環(huán)壽命更長、響應(yīng)時間更快等優(yōu)勢。在國內(nèi)電化學儲能新增裝機規(guī)模中，鋰電池儲能占新增電化學儲能的比例從2017 年的51%上升到2020 年的89%。根據(jù)有關(guān)權(quán)威機構(gòu)預(yù)測，未來10年我國新能源發(fā)電側(cè)配儲容量將達到110～160 GW·h，結(jié)合產(chǎn)業(yè)鏈視角，光伏、風電目前處于成長期的中后期，已經(jīng)具備大規(guī)模發(fā)展的條件，而儲能起步較晚，還未達到爆發(fā)期拐點，目前以示范性應(yīng)用為主，隨著光伏、風電大規(guī)模發(fā)展，儲能也將迎來拐點，向運營性應(yīng)用轉(zhuǎn)變。截止目前，國內(nèi)新能源發(fā)電側(cè)鋰電池儲能保有量為4.27 GW·h，儲能在實現(xiàn)“雙碳”目標機遇下必然將迎來“跨越式”發(fā)展。

4 不同行業(yè)轉(zhuǎn)型路徑

4.1 電力

中國擁有全世界最大的電力部門，總裝機容量達到2.2 TW，隨著電力需求和電力生產(chǎn)的快速增長，發(fā)電所產(chǎn)生的碳排放量也隨之增加。

據(jù)統(tǒng)計，由于我國電力和熱力生產(chǎn)產(chǎn)生的碳排放量占全部碳排放量的一半以上，碳排放強度也明顯高于其他發(fā)達國家。

中國燃煤發(fā)電系統(tǒng)的碳排放強度（以CO2計）約為600 g/（kW·h），美國約為410 g/（kW·h），歐盟約為270 g/（kW·h）。考慮到電力仍是未來清潔能源利用的主要用能方式，可以通過靈活發(fā)電、改進電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、需求側(cè)響應(yīng)以及提高儲能技術(shù)水平來提高電網(wǎng)靈活性，進而提高電力供應(yīng)效率和擴大電力供應(yīng)范圍［27］。

電力系統(tǒng)的靈活性并不僅僅局限于電力供需本身，而是一個相對復(fù)雜的系統(tǒng)，可再生能源的滲透也是逐步完善的，各階段如圖12 所示。圖中FIT為補貼政策，PPA為購電協(xié)議。就中短期來看，電力部門可以通過以下措施來強化系統(tǒng)，進而為全面實現(xiàn)零排放奠定基礎(chǔ)。

圖12 可再生能源滲透各階段Fig.12 Stages of renewable energy's penetration

4.1.1 增加清潔能源發(fā)電比例

截至目前，我國火力發(fā)電仍是發(fā)電側(cè)的主力軍，這并不符合推進實現(xiàn)“雙碳”目標的工作進程，建議近期不再新建燃煤電廠，降低火電發(fā)電比例，提高清潔能源發(fā)電比例。整合非化石能源發(fā)電需要改進清潔能源發(fā)電并網(wǎng)問題，尤其是市場調(diào)節(jié)和跨省跨區(qū)輸電可以優(yōu)先考慮低成本的清潔能源發(fā)電，從而增加清潔能源資源豐富地區(qū)的清潔能源供應(yīng)量，并采取補貼等政策手段來繼續(xù)刺激清潔能源發(fā)電投資。

4.1.2 關(guān)停低效率高排放電廠

“十三五”期間，為了解決空氣污染問題，截至2020 年年底，全國燃煤電廠完成超低排放和節(jié)能改造0.95 TW，占全國燃煤電廠總裝機的76%左右。中國累計關(guān)停了近40 GW 的小型、老舊、低效電廠，最具代表性的是京津冀地區(qū)，通過關(guān)停低效率高排放電廠，北京地區(qū)藍天計劃進展順利。與此同時，其他各地也制定了相應(yīng)的行動計劃和目標，于近期淘汰落后電廠。建議在“十四五”期間，繼續(xù)推進關(guān)停低效高排電廠，并根據(jù)技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境標準對不合格電廠進行識別，同時不斷更新完善標準文件，一旦確定，快速啟動關(guān)停計劃，這樣不僅是能源轉(zhuǎn)型計劃合理布局的重要構(gòu)成，也能夠在短期內(nèi)對空氣質(zhì)量、公共衛(wèi)生等目標產(chǎn)生較好的協(xié)同效應(yīng)。

4.1.3 建立完善的電力現(xiàn)貨市場

第二輪電力體制改革以來，各地區(qū)不斷完善電力交易市場機制，但側(cè)重點主要集中在中長期交易市場，而清潔能源發(fā)電受到其不穩(wěn)定性的影響，在中長期市場表現(xiàn)一般，因而需要建立更為有效的現(xiàn)貨市場來提高清潔能源普及率和提高電網(wǎng)靈活性。運行良好的電力市場短期內(nèi)對于推動電力體制改革有著重要意義，尤其是建立電力現(xiàn)貨市場，是改善電力市場交易規(guī)則和電力系統(tǒng)運行機制的重要組成部分。短期電力市場電價是當下電力供需關(guān)系的實時體現(xiàn)，可以為中長期電價提供參考，從而一方面指導(dǎo)新增發(fā)電裝機容量的投資，另一方面推進完善電力金融市場。此外，電力現(xiàn)貨市場的完善也促進了儲能市場的發(fā)展，進而為提高風電、光伏等清潔能源發(fā)電量提供基礎(chǔ)，達到多方共贏、互相促進的目的［28］。

4.1.4 強化碳捕捉技術(shù)并在電廠推行使用

碳捕捉技術(shù)在當前市場環(huán)境下并不成熟，在實際應(yīng)用中推廣程度一般，但其是未來實現(xiàn)零排放的重要基礎(chǔ)，尤其是對于火力發(fā)電而言。目前我國燃煤電廠作為發(fā)電主力，短期內(nèi)關(guān)停燃煤電廠不切實際，推廣利用碳捕捉技術(shù)可以減少對現(xiàn)有化石能源發(fā)電廠的提前關(guān)停，降低安全供電風險。此外，碳捕捉技術(shù)應(yīng)用到生物能源中，甚至可以實現(xiàn)碳的負排放效果，進而抵消其他不可脫碳領(lǐng)域的碳排放量。盡管目前碳捕捉技術(shù)的推廣和應(yīng)用面臨一些問題和困難，但碳捕捉技術(shù)對于實現(xiàn)“雙碳”目標至關(guān)重要，建議相關(guān)政府部門可以通過政策手段，吸引投資，發(fā)展碳捕捉技術(shù)，并推動碳捕捉技術(shù)試點項目落地，以便提高脫碳技術(shù)水平，改造現(xiàn)有電廠，實現(xiàn)零排放。

4.2 工業(yè)

中國的工業(yè)可持續(xù)發(fā)展仍然面臨著較多的挑戰(zhàn)，尤其是當前中國工業(yè)發(fā)展主要還是依靠資源和能源的量投，單位工業(yè)增加值能耗相比發(fā)達國家明顯偏高。受到疫情影響，在疫情后經(jīng)濟時代，經(jīng)濟復(fù)蘇缺乏政策和投資指導(dǎo)，進一步加劇了中國的工業(yè)產(chǎn)能過剩及結(jié)構(gòu)性問題，增加了工業(yè)轉(zhuǎn)型難度。“十四五”期間，工業(yè)部門將面臨產(chǎn)能過剩、高耗能產(chǎn)品占比大、附加值低、能效低以及區(qū)域分布不均等多重問題，在面臨挑戰(zhàn)的同時，中國工業(yè)部門也將獲得轉(zhuǎn)型升級的機遇，向低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，全面提高生產(chǎn)力，創(chuàng)新商業(yè)模式，為長期高質(zhì)量、高水平發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

4.2.1 消除產(chǎn)能過剩，提高集中度

產(chǎn)能過剩是工業(yè)部門向低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的主要矛盾。在市場機制下，應(yīng)該由價格和生產(chǎn)要素的分配來確定市場力，而生產(chǎn)要素的分配由企業(yè)競爭力決定，從而達到消除產(chǎn)能落后的目的。消除過剩產(chǎn)能離不開政府部門的參與，在市場調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，政府參與市場，建立市場調(diào)節(jié)機制，建立“綠色準繩”，在工業(yè)發(fā)展過程中考慮能效、環(huán)保、安全、質(zhì)量和其他因素，從而使“十四五”期間主要工業(yè)部門的整體產(chǎn)能利用率提高5%以上。

4.2.2 提高節(jié)能技術(shù)水平，控制能源需求

相比其他先進企業(yè)的產(chǎn)品能耗，中國高耗能行業(yè)的能耗水平普遍偏高，為了降低能耗水平，充分挖掘現(xiàn)有節(jié)能技術(shù)潛力是比較有效且低成本的減排方法。一方面通過提高重點企業(yè)和產(chǎn)品的能效，從部分環(huán)節(jié)和個體節(jié)能向全過程和全系統(tǒng)節(jié)能轉(zhuǎn)變，這離不開管理部門的激勵措施；另一方面，通過促進鍋爐、發(fā)動機和變壓器等關(guān)鍵耗能設(shè)備的綠色升級和能耗改進，達到最大限度挖掘節(jié)能潛力的目的；最后，數(shù)字化和信息化技術(shù)的發(fā)展也能夠應(yīng)用到節(jié)能領(lǐng)域，通過數(shù)控和信息化反饋，實現(xiàn)高效節(jié)能的目的。

4.2.3 提高電氣化水平，實現(xiàn)電能替代

如果將電氣化與電力行業(yè)脫碳有機結(jié)合，將對工業(yè)部門盡早實現(xiàn)“碳達峰”發(fā)揮至關(guān)重要的作用［29］。實現(xiàn)電氣化需要采取多項措施，包括促進工業(yè)方法創(chuàng)新，實現(xiàn)工業(yè)電氣化與數(shù)字化和智能技術(shù)的協(xié)同發(fā)展；采用先進的用電生產(chǎn)工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)生產(chǎn)工藝，滿足高規(guī)格產(chǎn)品生產(chǎn)需求；促進電熱發(fā)展，通過電熱泵提供低溫熱源；最后，完善市場機制，支持工業(yè)電氣化。例如，根據(jù)工業(yè)企業(yè)的規(guī)模、用電時間分布和用電效率，完善用電峰谷價格、差價和分級價格政策。

4.3 交通運輸

交通運輸部門是推動中國經(jīng)濟活動與社會連通性的關(guān)鍵紐帶，近年來各類交通工具的保有量不斷增長，其帶來的能源消費和碳排放問題也日益凸顯［30］。據(jù)統(tǒng)計，2018 年交通運輸行業(yè)碳排放總量達到了11 億t，其中，公路運輸碳排放量最高，占比達77%，如圖13 所示（數(shù)據(jù)來源：國家統(tǒng)計局、國家能源局）。圖中內(nèi)環(huán)表示不同交通運輸方式的二氧化碳排放量占比，外環(huán)表示能源需求量占比。

圖13 交通運輸碳排放構(gòu)成Fig.13 Composition of carbon emission from transportation

4.3.1 加快調(diào)整貨運方式

中共中央國務(wù)院《關(guān)于全面加強生態(tài)環(huán)境保護堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》、交通運輸部《關(guān)于全面加強生態(tài)環(huán)境保護堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)的實施意見》以及其他政策文件均要求減少公路貨運量，增加鐵路貨運量。中國需要提高鐵路和水路貨運在大宗貨物長距離運輸中的比例，提高交通運輸網(wǎng)鐵路和港口密度，并逐步減少重型柴油貨車在大宗貨物長距離運輸中的比例。

4.3.2 促進新能源汽車轉(zhuǎn)型

隨著中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，新能源汽車的銷量和滲透率將繼續(xù)提高。中國需要繼續(xù)加快修建新能源汽車充電樁，推進向新能源汽車的大規(guī)模轉(zhuǎn)型。中國可考慮制定階段性目標，到達限定時間除重型貨車以外禁止銷售新燃油車。

4.3.3 推進智能交通發(fā)展

促進5G通信技術(shù)與車路協(xié)同系統(tǒng)的融合發(fā)展。到2025 年將在部分路段實現(xiàn)車路協(xié)同試點應(yīng)用。提高交通運輸基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、設(shè)計、修建、養(yǎng)護、運營和管理全周期的數(shù)字化水平，搭建大規(guī)模和系統(tǒng)性大數(shù)據(jù)集，以及覆蓋運載車輛和基礎(chǔ)設(shè)施的綜合交通大數(shù)據(jù)中心體系。

5 結(jié)論

“碳達峰”“碳中和”是統(tǒng)籌各項工作的重大舉措，各行各業(yè)發(fā)展都置身其中，電力行業(yè)作為“雙碳”目標實現(xiàn)的重要領(lǐng)域，其低碳發(fā)展對實現(xiàn)我國“雙碳”目標具有積極作用。促進電力系統(tǒng)低碳發(fā)展既是挑戰(zhàn)也是機遇，電力行業(yè)要有發(fā)展轉(zhuǎn)型的緊迫感和責任感，為國家的能源轉(zhuǎn)型做出積極貢獻。因此，本文就能源電力行業(yè)如何實現(xiàn)“雙碳”目標，給出“碳達峰”“碳中和”的定義，對中國當前能源結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)性剖析，分析實現(xiàn)“雙碳”目標的路徑與潛在機遇，并給出能源轉(zhuǎn)型等建議。希望本文的相關(guān)分析能夠?qū)δ茉措娏π袠I(yè)實現(xiàn)“雙碳”目標起到一定的推動作用。