孫柏林

(中國自動(dòng)化學(xué)會(huì)專家咨詢委員會(huì)，北京 100000)

1 前言

“雙碳”目標(biāo)是當(dāng)前全國各行各業(yè)傾力關(guān)注的重要目標(biāo)。如何高質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，是從上到下，各行各業(yè)都十分關(guān)心的大問題。

人們不禁會(huì)問：“如此復(fù)雜的全局性大問題，究竟能夠應(yīng)用什么方法，能夠高質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)呢？”

而計(jì)算機(jī)仿真就能夠承擔(dān)此項(xiàng)任務(wù)。本文即對(duì)此問題展開探索研究。

2 中國的莊嚴(yán)承諾

應(yīng)對(duì)全球氣候變暖，世界各國將“碳達(dá)峰”“碳中和”作為國家戰(zhàn)略，“雙碳”目標(biāo)已經(jīng)成為全球可持續(xù)發(fā)展的主要趨勢(shì)。近年來，“碳達(dá)峰”“碳中和”問題日益成為世界人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

在2020年第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上，習(xí)近平主席正式宣布：“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和?！?實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和，是以習(xí)近平同志為核心的黨中央統(tǒng)籌國內(nèi)國際兩個(gè)大局作出的重大戰(zhàn)略決策，是著力解決資源環(huán)境約束突出問題、實(shí)現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展的必然選擇，是構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的莊嚴(yán)承諾。

這是中國向世界作出的莊嚴(yán)的承諾。推動(dòng)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和具有重大戰(zhàn)略意義。一是對(duì)我國長期高質(zhì)量發(fā)展有重要意義，有助于我國經(jīng)濟(jì)以更加可持續(xù)、對(duì)社會(huì)和環(huán)境更加友好的方式實(shí)現(xiàn)長期、穩(wěn)健增長，從而兼顧長期目標(biāo)和短期目標(biāo)。二是意味著我國經(jīng)濟(jì)增長方式和增長動(dòng)能將發(fā)生巨大變化，同時(shí)有助于克服能源進(jìn)口依賴。三是做出碳達(dá)峰、碳中和的重要承諾，體現(xiàn)了我國推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，有助于進(jìn)一步提升國際影響力。

2021年全國兩會(huì)將碳中和、碳達(dá)峰(簡稱雙碳目標(biāo))列為今后幾十年內(nèi)重點(diǎn)工作之一。“雙碳”是中國提出的對(duì)于國際社會(huì)的鄭重承諾：力爭(zhēng)于2030年二氧化碳排放達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年實(shí)現(xiàn)碳中和。

什么是碳達(dá)峰、碳中和？

碳達(dá)峰((peak carbon dioxide emissions))就是指在某一個(gè)時(shí)點(diǎn)，二氧化碳的排放不再增長達(dá)到峰值，之后逐步回落。

碳中和(carbon neutrality)是指某個(gè)地區(qū)在一定時(shí)期內(nèi)直接和間接人為活動(dòng)排放的二氧化碳，與通過植樹造林等方法吸收的二氧化碳相互抵消，實(shí)現(xiàn)二氧化碳“凈零排放”。“碳”即二氧化碳，“中和”即正負(fù)相抵。排出的二氧化碳或溫室氣體被植樹造林、節(jié)能減排等形式抵消，這就是所謂的“碳中和”。

“雙碳”目標(biāo)是我國按照《巴黎協(xié)定》規(guī)定更新的國家自主貢獻(xiàn)強(qiáng)化目標(biāo)以及面向21世紀(jì)中葉的長期溫室氣體低排放發(fā)展戰(zhàn)略，表現(xiàn)為二氧化碳排放(廣義的碳排放包括所有溫室氣體)水平由快到慢不斷攀升、在年增長率為零的拐點(diǎn)處波動(dòng)后持續(xù)下降，直到人為排放源和吸收匯相抵。從碳達(dá)峰到碳中和的過程就是經(jīng)濟(jì)增長與二氧化碳排放從相對(duì)脫鉤走向絕對(duì)脫鉤的過程。

日前，《中共中央 國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》印發(fā)，就確保如期實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和作出全面部署。中國推進(jìn)綠色低碳轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展信念始終如一、行動(dòng)堅(jiān)定不移，為全球?qū)崿F(xiàn)應(yīng)對(duì)氣候變化《巴黎協(xié)定》目標(biāo)注入強(qiáng)大動(dòng)力，推動(dòng)共建清潔美麗世界。

2021年3月，國家《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2036年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》(以下簡稱《綱要》)正式發(fā)布，《綱要》明確了我國2036年的遠(yuǎn)景低碳規(guī)劃目標(biāo)：到2035年，“廣泛形成綠色生產(chǎn)生活方式，碳排放達(dá)峰后穩(wěn)中有降……美麗中國建設(shè)目標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)”。

近日，中共中央、國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》(以下簡稱《意見》)，就確保如期實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和作出全面部署，充分彰顯了我國推進(jìn)綠色低碳轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展的巨大勇氣、堅(jiān)定信心和空前力度，充分展現(xiàn)了我國積極參與和引領(lǐng)全球氣候治理的大國擔(dān)當(dāng)。

3 仿真技術(shù)在“雙碳”目標(biāo)的應(yīng)用

仿真在“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的過程中有許多重要的應(yīng)用，涉及方方面面。

實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革。我國著名科學(xué)家錢學(xué)森曾說：“仿真是一項(xiàng)系統(tǒng)工程?；谙到y(tǒng)工程的仿真方法論”?；诖?，人們是把“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的過程當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng)工程來研究。仿真技術(shù)是我國實(shí)現(xiàn)“創(chuàng)新”戰(zhàn)略的重要工具，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要方法，是多學(xué)科綜合研究復(fù)雜巨系統(tǒng)問題的最有效的重要手段。

據(jù)悉，仿真技術(shù)在“雙碳”目標(biāo)的應(yīng)用，有如下主要的應(yīng)用：

1)模型模擬作為碳達(dá)峰目標(biāo)及實(shí)施路徑研究的主要手段，對(duì)于推進(jìn)各級(jí)政府、重點(diǎn)行業(yè)和企業(yè)科學(xué)編制碳達(dá)峰行動(dòng)方案，助力實(shí)現(xiàn)“30·60”目標(biāo)具有重要意義。

2)建立以我國各行業(yè)為研究目標(biāo)的低成本路徑規(guī)劃模型，并且以約束設(shè)定的形式來量化碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的倒逼效果具有較大的研究意義.該研究根據(jù)我國各行業(yè)能源結(jié)構(gòu)以及能源消費(fèi)現(xiàn)狀，以我國各行業(yè)作為研究整體，結(jié)合力爭(zhēng)2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的目標(biāo)，同時(shí)考慮各行業(yè)污染物協(xié)同減排以及能源供應(yīng)穩(wěn)定等問題，建立多目標(biāo)規(guī)劃模型，得到符合我國特色的低成本綠色發(fā)展模式以及各行業(yè)的規(guī)劃路徑，以期為我國碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供支持．

3)代表性產(chǎn)業(yè)能耗路徑構(gòu)建出的多目標(biāo)模型以成本最小、二氧化碳排放量最少以及大氣污染物排放量最少為模型的多目標(biāo)，模型計(jì)算可使用多種計(jì)算方式，如權(quán)重法、互為約束法、層次分析法，分層序列法等，該模型運(yùn)用權(quán)重法及分層序列法進(jìn)行計(jì)算，兩種計(jì)算方式結(jié)果相同.模型計(jì)算將協(xié)同控制各行業(yè)二氧化碳以及多種大氣污染物的排放量，在滿足各項(xiàng)約束條件的情景下保證行業(yè)需求，并得出相應(yīng)成本最低的碳達(dá)峰、碳中和路徑。

4)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)的出現(xiàn)將激勵(lì)相關(guān)研究的發(fā)展與應(yīng)用，促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)生與推廣，帶動(dòng)技術(shù)革新為相關(guān)科技進(jìn)步注入活力；同時(shí)，目標(biāo)將為我國傳統(tǒng)工業(yè)運(yùn)作模式帶來新的動(dòng)力，特別是電力行業(yè)的轉(zhuǎn)型將為電力相關(guān)的產(chǎn)業(yè)帶來巨大的挑戰(zhàn)與機(jī)遇.經(jīng)濟(jì)層面，碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的驅(qū)動(dòng)力將效激勵(lì)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新，形成中國特色的綠色經(jīng)濟(jì)模式．

5)國家層面上，一方面建議促進(jìn)類似CCS技術(shù)的進(jìn)步，同時(shí)應(yīng)推動(dòng)各行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，鼓勵(lì)各行業(yè)(特別是電力行業(yè))綠色轉(zhuǎn)型，為應(yīng)對(duì)氣候變化做出貢獻(xiàn)；另一方面，增加各行業(yè)間二氧化碳的協(xié)同減排能力，可通過碳交易、環(huán)境投融資、綠色金融等促進(jìn)跨行業(yè)的二氧化碳排放控制機(jī)制，并建議根據(jù)行業(yè)特征制定不同省份、不同經(jīng)濟(jì)圈的綠色發(fā)展模式．

6) 討論模型結(jié)果提供了多個(gè)行業(yè)的綠色發(fā)展路徑：

①鋼鐵、化工、建筑等為代表的工業(yè)行業(yè)結(jié)構(gòu)較為固定，碳減排潛力有限，因此可推進(jìn)大氣污染物處理協(xié)同技術(shù)的發(fā)展，在政策層面推進(jìn)二氧化碳排放量對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的建立，進(jìn)一步發(fā)展碳交易市場(chǎng)以及綠色經(jīng)濟(jì)。

②電力系統(tǒng)作為碳減排的重要戰(zhàn)場(chǎng)，其具有較大的電力轉(zhuǎn)型潛力.在技術(shù)層面上，應(yīng)對(duì)新能源發(fā)電帶來的電力系統(tǒng)不確定性開展研究，合理規(guī)避電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型風(fēng)險(xiǎn)并發(fā)展風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)機(jī)制；在政策層面上，在電力市場(chǎng)穩(wěn)定的前提下，激勵(lì)電力行業(yè)轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)綠色電力經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。

③暖供熱轉(zhuǎn)型可為目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供一定程度的貢獻(xiàn).在技術(shù)層面上應(yīng)發(fā)展清潔能源供熱技術(shù)，在政策層面上應(yīng)鼓勵(lì)清潔能源供熱普及。

④在技術(shù)層面上，CCS(CCS技術(shù)是Carbon Capture and Storage 的縮寫，是將二氧化碳(CO2)捕獲和封存的技術(shù)。)等技術(shù)的普及能切實(shí)有效地減少二氧化碳排放量。

⑤交通系統(tǒng)二氧化碳排放量的增長率居高不下與交通需求相關(guān).在技術(shù)層面上，大力發(fā)展新能源汽車技術(shù)，推進(jìn)電動(dòng)汽車、氫能源汽車等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步；在政策層面上，推出增加新能源汽車比例的政策措施，提倡綠色出行。

⑥迎接碳中和，制造業(yè)如何綠色轉(zhuǎn)型？中國作為后來者，還有相當(dāng)多的產(chǎn)品沒有達(dá)到歷史需求峰值。發(fā)達(dá)國家是達(dá)到峰值以后才開始轉(zhuǎn)型，我國還沒有達(dá)到峰值就開始轉(zhuǎn)型，可以直接用綠色產(chǎn)品來替代。比如汽車，發(fā)達(dá)國家每千人車輛的保有量，美國是845輛，歐盟是423輛，日本是575輛，中國目前才173輛。假定未來我國要達(dá)到400輛的水平，那就還有230輛左右的增長空間，這部分直接用新能源車行不行？這樣從歷史跨度來看綠色轉(zhuǎn)型的成本，我國就可以相對(duì)較低。綠色轉(zhuǎn)型從全球范圍來看，有可能推動(dòng)人類自工業(yè)革命以來技術(shù)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、發(fā)展方式、發(fā)展理念的一次最重要變革，或者說推動(dòng)一場(chǎng)技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和發(fā)展方式的偉大革命。

⑦“雙碳”目標(biāo)與中國建造整體水平緊密相關(guān)，中國建造的優(yōu)化升級(jí)直接決定著建筑業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的進(jìn)程。因此，必須大力發(fā)展以綠色化、智慧化、工業(yè)化為代表的新型建造方式，推動(dòng)中國建造優(yōu)化升級(jí)，推動(dòng)建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)助力。

⑧踐行綠色理念 以“雙碳”目標(biāo)促進(jìn)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。習(xí)近平總書記指出，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革，要把碳達(dá)峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局?！熬G色”“低碳”成為推動(dòng)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的鮮明導(dǎo)向。推動(dòng)綠色低碳循環(huán)發(fā)展，既意味著淘汰落后產(chǎn)能，更意味著產(chǎn)業(yè)升級(jí)與綠色發(fā)展。這對(duì)于河北建投集團(tuán)公司來說，無疑是一種挑戰(zhàn)，更意味著生活方式、思想行為的大轉(zhuǎn)變。

模型模擬作為碳達(dá)峰、碳中和“目標(biāo)”及其實(shí)施路徑研究的主要手段，對(duì)于推進(jìn)各級(jí)政府、重點(diǎn)行業(yè)和企業(yè)科學(xué)編制碳達(dá)峰行動(dòng)方案，助力實(shí)現(xiàn)“30·60”目標(biāo)具有重要意義。

4 碳達(dá)峰、碳中和的主要模擬方法

4.1 碳達(dá)峰情景預(yù)測(cè)的主要模擬方法

碳達(dá)峰情景分析的主要模擬方法大致可分為3類：“自上而下”模擬方法、“自下而上”模擬方法和混合/綜合評(píng)估模型。

“自上而下”模擬方法，是基于國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展綜合規(guī)劃進(jìn)行模擬的，這類方法是以經(jīng)濟(jì)學(xué)模型為出發(fā)點(diǎn)，以當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r為基礎(chǔ)，預(yù)估未來的經(jīng)濟(jì)增長、能源消耗情況和能源利用效率水平，進(jìn)而評(píng)估可能產(chǎn)生的碳排放趨勢(shì)。因此，“自上而下”模擬方法通常用來估計(jì)峰值排放量和達(dá)峰目標(biāo)時(shí)間的大概范圍。這類方法屬于一般均衡理論，主要包括投入產(chǎn)出模型、優(yōu)化增長模型、宏觀計(jì)量模型/系統(tǒng)動(dòng)力模型和可計(jì)算一般均衡模型(CGE)等。CGE模型是“自上而下”模擬方法的典型代表之一，其利用非線性函數(shù)對(duì)供給、需求和市場(chǎng)之間的關(guān)系進(jìn)行描述，在生產(chǎn)者利潤、消費(fèi)者效益、進(jìn)口收益利潤和出口成本等一系列優(yōu)化條件下，對(duì)各個(gè)市場(chǎng)的均衡狀態(tài)進(jìn)行模擬。

“自下而上”模擬方法，是從被評(píng)價(jià)對(duì)象的碳排放現(xiàn)狀基準(zhǔn)出發(fā)，根據(jù)各部門、行業(yè)、企業(yè)可選用的節(jié)能減排措施和成本信息，對(duì)其減排的經(jīng)濟(jì)技術(shù)潛力進(jìn)行綜合評(píng)估，從而確定合適的碳達(dá)峰目標(biāo)以及節(jié)能減排措施。因此，“自下而上”模擬方法主要用于在大致范圍基本確定的情況下，對(duì)峰值目標(biāo)量和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的方法途徑進(jìn)行具體測(cè)算。這類方法主要包括部門預(yù)測(cè)模型、工程技術(shù)模型、綜合能源系統(tǒng)仿真模型和動(dòng)態(tài)能源系統(tǒng)優(yōu)化模型。

LEAP模型是“自下而上”模擬方法的典型代表之一，是一種基于情景分析的經(jīng)濟(jì)-能源-環(huán)境多領(lǐng)域復(fù)雜系統(tǒng)的綜合模型。

混合/綜合評(píng)估模型混合/綜合評(píng)估模型即系統(tǒng)優(yōu)化模型，是“自上而下”和“自下而上”2種模型的混合模擬方法，其以“自上而下”或“自下而上”模擬方法中的某一類模型為基礎(chǔ)或核心，同時(shí)與另一類模型進(jìn)行軟連接，屬于對(duì)現(xiàn)實(shí)能源系統(tǒng)模擬和仿真的巨系統(tǒng)。因此混合模型同時(shí)包括“自上而下”的宏觀經(jīng)濟(jì)模型和“自下而上”的能源供應(yīng)、需求模型。這類模型通常綜合考慮經(jīng)濟(jì)、資源、技術(shù)、環(huán)境和消費(fèi)等各方面因素，對(duì)未來能源消耗量和碳排放量進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，從而為國家、各地區(qū)以及不同行業(yè)制定能源策略提供信息支持。此外，這類模型功能齊全，可以同時(shí)詳細(xì)描述能源技術(shù)和宏觀經(jīng)濟(jì)2種因素，但是結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。其典型代表有MARKAL-MACRO模型、IPAC模型、IESOCEM模型等。

“自上而下”模擬方法通常用于研究能源、氣候、環(huán)境等政策沖擊的影響；“自下而上”模擬方法主要適用于低碳發(fā)展技術(shù)路徑分析和技術(shù)的替代效應(yīng)評(píng)估；混合/綜合評(píng)估模型則被廣泛應(yīng)用于預(yù)測(cè)各部門能源的供應(yīng)能力、能源價(jià)格、需求量以及宏觀經(jīng)濟(jì)參數(shù)。

4.2 研究碳中和的仿真方法

碳中和是應(yīng)對(duì)全球溫室效應(yīng)問題的一個(gè)重要環(huán)境管理工具。實(shí)現(xiàn)碳中和不僅是技術(shù)問題，也是經(jīng)濟(jì)和管理問題。需要從經(jīng)濟(jì)學(xué)理論層面明確碳中和短期目標(biāo)、中期目標(biāo)與長期目標(biāo)的關(guān)系，權(quán)衡發(fā)展和減排的關(guān)系，解決技術(shù)路線選擇問題以及減少污染物和減排的優(yōu)先順序問題，等等；此外，還需要構(gòu)建清晰的碳排放總量指標(biāo)——最終均取決于成本—收益分析的結(jié)果，因?yàn)椴煌募夹g(shù)路徑對(duì)應(yīng)著不同的投融資總額、投融資結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)和區(qū)域影響。

因此，仿真方法是針對(duì)上述問題研究的有益方法。中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院副院長王毅特別強(qiáng)調(diào)：碳中和路徑不是模型曲線，而是一系列目標(biāo)、政策、行動(dòng)的組合，是理論與實(shí)踐互動(dòng)的結(jié)果，也是一個(gè)漸進(jìn)調(diào)整和不斷創(chuàng)新的過程。

例1，利用中國社會(huì)科學(xué)院數(shù)量經(jīng)濟(jì)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所開發(fā)的中國能源系統(tǒng)模型(CEMS)，把各種技術(shù)路徑和其發(fā)展情景納入總體能源系統(tǒng)，模擬了三種技術(shù)路徑情景。結(jié)果表明，只有高能效、高可再生、綠色甲醇、終端煤炭替代相結(jié)合的轉(zhuǎn)型路徑，才可以實(shí)現(xiàn)2060年之前“碳中和”的目標(biāo)。

CEMS是使用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模方法建立的綜合能源情景分析預(yù)測(cè)模擬模型系統(tǒng)，它根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的行業(yè)分類，選定基年(目前以2016年為基年)后，對(duì)部分相近行業(yè)進(jìn)行加總計(jì)算，根據(jù)對(duì)每一個(gè)行業(yè)需求和生產(chǎn)的預(yù)測(cè)，和該行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步前景預(yù)測(cè)，考慮行業(yè)的燃料替代，計(jì)算出該行業(yè)對(duì)各種燃料的需求預(yù)測(cè)。各行業(yè)的終端能源和燃料需求加總后，導(dǎo)出對(duì)能源和燃料生產(chǎn)的需求，以及其中的一次能源轉(zhuǎn)化的能源和燃料需求，并最終得出能源和各種燃料的總需求。

例2，近日，“中國碳中和發(fā)展力指數(shù)暨海洋碳匯與綠色金融融合發(fā)展研討會(huì)”(以下簡稱“研討會(huì)”)在廈門產(chǎn)權(quán)交易中心召開，會(huì)議首次提出全國碳中和發(fā)展力指數(shù)體系。未來，該指數(shù)體系將以“五力”驅(qū)動(dòng)模型考量國內(nèi)各地區(qū)低碳發(fā)展能力。該指數(shù)最大的特色是以“五力”驅(qū)動(dòng)模型為基本框架，將地區(qū)碳中和發(fā)展力結(jié)構(gòu)化分解為成長力、轉(zhuǎn)型力、競(jìng)爭(zhēng)力、協(xié)調(diào)力和持續(xù)力，結(jié)合地方政府的碳中和政策輿情分析等輔助指標(biāo)，形成了一套“五 N”的完整體系。

例3，碳中和模型及其在污水處理廠實(shí)現(xiàn)能量平衡研究傳統(tǒng)污水處理以能消能，不可持續(xù)。事實(shí)上，污水中有機(jī)物含有大量能量。若能將這部分能量回收而非去除，則可能反哺污水處理廠的運(yùn)行能耗，繼而減少CO2間接排放，甚至逼近“碳中和”目標(biāo)。以物料平衡為基礎(chǔ)，將水質(zhì)與能量指標(biāo)進(jìn)行耦合，構(gòu)建了能量平衡模型與分析函數(shù)，用以評(píng)價(jià)污水處理廠能量消耗與回收之間的平衡情況，繼而探知污水處理廠實(shí)現(xiàn)“碳中和”的潛力。經(jīng)實(shí)例污水處理廠實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證分析，本研究所構(gòu)建模型準(zhǔn)確而實(shí)用。模型分析表明，我國污水處理廠因較低的進(jìn)水有機(jī)物負(fù)荷，實(shí)施能量(CH4)回收后雖不易達(dá)到“碳中和”目標(biāo)，但是能量回收完全可以彌補(bǔ)一半以上的能量消耗，并使CO2間接排放量至少減少50%為便于應(yīng)用所構(gòu)建模型，選擇北京某污水處理廠作為研究對(duì)象，對(duì)其能量平衡與“碳中和”現(xiàn)狀進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，并將評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)測(cè)能耗進(jìn)行對(duì)比。將實(shí)例污水處理廠模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比后可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過模型計(jì)算得到的提升泵和鼓風(fēng)機(jī)能耗數(shù)值( 147 000 MJ/411 429 MJ) 與實(shí)測(cè)數(shù)值基本相等，而通過甲烷回收能量( 425 484 MJ) 卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)測(cè)數(shù)值( 107 142 MJ)。

例4，碳中和下的鋼鐵工業(yè)低碳轉(zhuǎn)型路徑研究

鋼鐵工業(yè)加快推進(jìn)綠色低碳發(fā)展，對(duì)我國如期實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)至關(guān)重要。專家們提出，要增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力，驅(qū)動(dòng)鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”；深入推進(jìn)綠色制造體系建設(shè)，推動(dòng)鋼鐵工業(yè)綠色低碳發(fā)展；加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施，加快構(gòu)建鋼鐵工業(yè)綠色低碳標(biāo)準(zhǔn)體系，更好地發(fā)揮技術(shù)創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)作用，加快鋼鐵工業(yè)的綠色低碳發(fā)展。城鎮(zhèn)化、市場(chǎng)化、國際化三大進(jìn)程成就了中國鋼鐵的世界地位，資源和環(huán)境兩大約束迫使中國鋼鐵必需迅速轉(zhuǎn)型。

鋼鐵工業(yè)加快推進(jìn)綠色低碳發(fā)展，對(duì)我國如期實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)至關(guān)重要。專家們提出，要增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力，驅(qū)動(dòng)鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”；深入推進(jìn)綠色制造體系建設(shè)，推動(dòng)鋼鐵工業(yè)綠色低碳發(fā)展；加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施，加快構(gòu)建鋼鐵工業(yè)綠色低碳標(biāo)準(zhǔn)體系，更好地發(fā)揮技術(shù)創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)作用，加快鋼鐵工業(yè)的綠色低碳發(fā)展。

例5，中國電力系統(tǒng)低碳發(fā)展分析模型構(gòu)建與轉(zhuǎn)型路徑比較

中國提出的碳達(dá)峰目標(biāo)和碳中和愿景對(duì)能源電力碳減排提出了更高要求，電力系統(tǒng)的清潔低碳轉(zhuǎn)型路徑亟待探索。首先，從能源電力領(lǐng)域的碳排放現(xiàn)狀出發(fā)，明確了能源電力在碳減排中的定位。其次，針對(duì)電力近中期低碳發(fā)展形勢(shì)，構(gòu)建了考慮碳排放外部成本的規(guī)劃模型，開展了量化展望分析；針對(duì)遠(yuǎn)期低碳發(fā)展情景，打破不同能源系統(tǒng)邊界，創(chuàng)新性地提出了電-氫協(xié)同路徑和電-氫-碳協(xié)同路徑，并構(gòu)建了適用于新能源多元化利用方式的全鏈條技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型，對(duì)氫氣、甲醇等終端產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)行了評(píng)估。

能源電力行業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型對(duì)于中國實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)和碳中和愿景至關(guān)重要，研判能源電力低碳轉(zhuǎn)型路徑意義重大。

專家們首先分析了能源及電力行業(yè)在碳減排中的角色定位；隨后，差異化地構(gòu)建了適用于近中期的電力低碳發(fā)展源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)協(xié)調(diào)規(guī)劃模型、適用于遠(yuǎn)期的新能源多元化利用方式全鏈條技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型；在此基礎(chǔ)上，對(duì)近中期電力低碳發(fā)展進(jìn)行了量化分析，對(duì)遠(yuǎn)期電力低碳轉(zhuǎn)型提出了依靠電力系統(tǒng)自身、電-氫協(xié)同以及電-氫-碳協(xié)同助力新能源消納3種路徑。

例6，碳中和與宏觀經(jīng)濟(jì)

碳中和對(duì)于宏觀經(jīng)濟(jì)大致有三個(gè)影響：

1)我們?cè)诤暧^經(jīng)濟(jì)層面需要有一個(gè)比較有質(zhì)量的分析框架來研究碳中和所帶來的對(duì)宏觀經(jīng)濟(jì)的影響。這個(gè)框架應(yīng)該是動(dòng)態(tài)的、跨周期的模型，將氣候模型和能源模型融入宏觀經(jīng)濟(jì)模型。

2)要深入研究碳中和帶來的投資機(jī)遇和對(duì)投資所帶來的挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)主要是高碳行業(yè)對(duì)金融穩(wěn)定的影響，需要做更多量化的分析。不只是金融機(jī)構(gòu)，央行作為金融穩(wěn)定的主管機(jī)構(gòu)也應(yīng)該進(jìn)行分析。

3)碳中和會(huì)帶來收益成本的不均衡分配，包括在地區(qū)之間的不均衡分配、行業(yè)之間的不均衡分配，在某些情況下可能會(huì)導(dǎo)致某些經(jīng)濟(jì)體、某些產(chǎn)業(yè)的大幅度萎縮甚至造成失業(yè)。如何保證一個(gè)比較公平的轉(zhuǎn)型，讓社會(huì)穩(wěn)定不要受到太大沖擊。

總之，無論減排還是碳中和，應(yīng)對(duì)氣候變化的本質(zhì)就是發(fā)展方式和生活方式綠色低碳轉(zhuǎn)型，也是一場(chǎng)發(fā)展轉(zhuǎn)型的競(jìng)賽，無論是國家還是企業(yè)，不是主動(dòng)應(yīng)對(duì)，就是被動(dòng)應(yīng)對(duì)，均是挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存，關(guān)鍵在于如何把握機(jī)遇，化危為機(jī)。

5 結(jié)束語

我國是生態(tài)文明的倡導(dǎo)者、踐行者，也是一個(gè)有著高度責(zé)任感的國家，理應(yīng)承擔(dān)起“共同而有區(qū)別的責(zé)任”減少二氧化碳等溫室氣體排放。經(jīng)過不懈努力，我國碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的，也一定能夠?qū)崿F(xiàn)。

今后一段時(shí)間內(nèi)，我國將面臨節(jié)能減排與后疫情重建的雙重挑戰(zhàn)，亟須開展相關(guān)理論與實(shí)證研究，為綠色低碳發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。而系統(tǒng)工程的定量與定性相結(jié)合的理論與方法是有力的工具。

在經(jīng)濟(jì)高速增長轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展的新時(shí)代，中國已經(jīng)走上了“碳鎖定→碳脫鉤→碳達(dá)峰→碳中和”的低碳發(fā)展快車道；作為碳排放的核心源頭，能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、能源轉(zhuǎn)型與能源價(jià)格改革位居實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵地位；政府可在推動(dòng)低碳技術(shù)創(chuàng)新、能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、綠色金融和財(cái)稅政策領(lǐng)域大有作為，而碳交易、碳市場(chǎng)和碳定價(jià)則是發(fā)揮市場(chǎng)化減排機(jī)制的重要載體；中國未來實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)須根植于高質(zhì)量發(fā)展新情境、以習(xí)近平新時(shí)代生態(tài)文明建設(shè)思想的整體布局協(xié)同推進(jìn)，從政府與市場(chǎng)關(guān)系優(yōu)化維度探尋碳達(dá)峰、碳中和的可行路徑。

碳達(dá)峰、碳中和的核心思想就是碳減排，是中國經(jīng)濟(jì)由高速增長轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在詮釋，中國需要從整體上提高企業(yè)、個(gè)人對(duì)碳達(dá)峰、碳中和的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)工業(yè)、交通、建筑、制造業(yè)等高碳行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型與創(chuàng)新，并利用大數(shù)據(jù)、5G、仿真等新一代信息技術(shù)平臺(tái)加快能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化能源產(chǎn)業(yè)鏈，適應(yīng)碳達(dá)峰、碳中和的節(jié)能減排需要。

“為推動(dòng)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，中國將陸續(xù)發(fā)布重點(diǎn)領(lǐng)域和行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施方案和一系列支撐保障措施，構(gòu)建起碳達(dá)峰、碳中和‘1+N’政策體系。

中共中央、國務(wù)院近日印發(fā)的《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》(以下簡稱《意見》)是一份十分重要的綱領(lǐng)性文件，使得我國在推進(jìn)碳達(dá)峰、碳中和工作方面有了明確的頂層思路、清晰的發(fā)展目標(biāo)和具體的任務(wù)安排，也將為推進(jìn)全球氣候治理、構(gòu)建人類命運(yùn)共同體提供重要支撐?！兑庖姟诽岢鰪亩鄠€(gè)領(lǐng)域系統(tǒng)性地推動(dòng)碳達(dá)峰、碳中和工作。

綜上所述，可以看到，在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的過程中，無論是國家政策、地方規(guī)定、企業(yè)規(guī)劃、能源結(jié)構(gòu)、社會(huì)生活、教育訓(xùn)練、抗疫減災(zāi)等等，凡是涉及“減碳”的問題，如果希望高質(zhì)量地改進(jìn)或?qū)崿F(xiàn)的事項(xiàng)，無不和仿真技術(shù)相關(guān)。

2020年12月12日，習(xí)近平在氣候雄心峰會(huì)上的講話指出，“繼往開來，開啟全球應(yīng)對(duì)氣候變化新征程”。他說，中國歷來重信守諾，將以新發(fā)展理念為引領(lǐng)，在推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展中促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型，腳踏實(shí)地落實(shí)上述目標(biāo)，為全球應(yīng)對(duì)氣候變化作出更大貢獻(xiàn)。“天不言而四時(shí)行，地不語而百物生。”地球是人類共同的、唯一的家園。讓我們繼往開來、并肩前行，助力《巴黎協(xié)定》行穩(wěn)致遠(yuǎn)，開啟全球應(yīng)對(duì)氣候變化新征程！

2021年4月22日，習(xí)近平在“領(lǐng)導(dǎo)人氣候峰會(huì)”上的講話，更進(jìn)一步指出，中國將碳達(dá)峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局，正在制定碳達(dá)峰行動(dòng)計(jì)劃，廣泛深入開展碳達(dá)峰行動(dòng)，支持有條件的地方和重點(diǎn)行業(yè)、重點(diǎn)企業(yè)率先達(dá)峰。中國將嚴(yán)控煤電項(xiàng)目，“十四五”時(shí)期嚴(yán)控煤炭消費(fèi)增長、“十五五”時(shí)期逐步減少。此外，中國已決定接受《〈蒙特利爾議定書〉基加利修正案》，加強(qiáng)非二氧化碳溫室氣體管控，還將啟動(dòng)全國碳市場(chǎng)上線交易。

新征程賦予科技事業(yè)新使命，呼喚科技工作者新作為。在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的過程中，仿真界的朋友們，希望各位努力拼博，在降碳引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型的斗爭(zhēng)中，貢獻(xiàn)出自己的力量。