Nina Zheng Khanna Nihan Karali David Fridley Jingjing Zhang Nan Zhou Wei Feng

摘要：為了支持《巴黎協(xié)定》將全球平均氣溫增幅限制在1.5℃以內，在能效繼續(xù)發(fā)揮主要作用的同時，中國需要采取除能效以外的其他重大行動。本研究采用自下而上的全國終端用能模型和情景分析來評估中國在不同技術選項下潛在的二氧化碳減排量。這些技術選項包括電力部門迅速脫碳、各部門最大限度地實現(xiàn)電氣化、工業(yè)部門最大限度地利用生物質能和低溫可再生熱能以及建筑部門最大限度地利用太陽能采暖、制冷和水暖技術。研究結果表明，最大限度地利用非常規(guī)電力和可再生能源技術可以使中國提前至2023年達到二氧化碳排放峰值，并且在2050年前能進一步大幅減少二氧化碳排放量。除能效技術之外，最大的額外二氧化碳減排潛力來自于工業(yè)部門的化石燃料被可再生熱能所替代。上述結果表明，加快非常規(guī)電力和可再生能源技術的利用，可以為中國帶來額外的二氧化碳減排機遇，但仍需新的政策和策略來改變需求部門對技術的選擇。

關鍵詞：巴黎協(xié)定；重塑能源；用能模型和情景分析；二氧化碳；中國

中圖法分類號：F426 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-8256.2018.03.007

0 引言

為支持《巴黎協(xié)定》，中國承諾在2030年左右達到二氧化碳排放峰值并爭取提前達峰，并且2030年單位國內生產總值二氧化碳排放量比2005年下降60%至65%。在此之前，中國已在2014年11月的《中美氣候變化聯(lián)合聲明》中承諾，到2030年中國的非化石能源比重將提高到20%左右。此外，中國還在“十三五”（2016～2020）規(guī)劃中提出，到2020年單位國內生產總值能耗降低15%以及單位國內生產總值二氧化碳排放降低18%。上述目標是在中國政府多年來推動相關工作的基礎上提出的，這些工作包括在所有需求側部門提高能效以及嘗試對電力部門進行脫碳。雖然2005年至2014年中國的單位國內生產總值能耗下降了30%，但一次能源消費總量增加了163%，并且2014年煤炭仍占一次能源消費的66%。因此，除能效措施外，中國還需采取其他重大行動來實現(xiàn)其2020年和2030年的節(jié)能減排目標，同時這些行動也有助于將全球平均氣溫增幅控制在1.5℃以內。本文主要研究通過采用額外的技術來進一步降低中國未來二氧化碳排放量的可行性，相關技術選項包括最大限度地提高電氣化水平、電力部門脫碳以及在需求側利用可再生能源技術等。

近期的一些模型研究分析了在高比例可再生能源發(fā)展情景下中國二氧化碳排放的可能軌跡，相關研究包括《中國2050高比例可再生能源發(fā)展情景暨途徑研究》（ERI 2015）及《可再生能源前景：中國——REmap 2030分析》（IRENA 2014）。不過，本文作者尚未發(fā)現(xiàn)同時考慮到能效、電氣化及非常規(guī)可再生資源利用（如可再生熱能）等措施對中國2050年前二氧化碳排放綜合影響的近期研究。此外，可再生能源技術已在一些歐洲國家的需求側部門得到廣泛應用，如低溫可再生熱能技術以及太陽熱能采暖和制冷技術，但這些技術尚未在中國未來的二氧化碳排放展望中予以考慮。此外，整個經濟體的最大可能電氣化率通常通過歷史趨勢外推或者人均用電量達到發(fā)達國家水平的方法來估計，但這種方法通常導致預測的電氣化率過高，從終端用能部門角度來看可能不具有可行性。

本研究采用自下而上的全國終端用能模型評估了中國的二氧化碳排放路徑。這些路徑除了包括成本有效的能效技術和燃料替換策略外，還包括最大限度地實現(xiàn)終端電氣化和在需求側部門采用新的可再生資源等策略，因此具有更低的二氧化碳排放量。本文采用情景分析法來評估中國在下述技術選項中潛在的二氧化碳減排量，即電力部門迅速脫碳、各終端用能部門最大限度地實現(xiàn)電氣化、工業(yè)部門最大限度地利用生物質能和低溫可再生熱能以及建筑部門最大限度地利用太陽能采暖、制冷和水暖技術。

本文第一部分概述了自下而上的終端用能建模方法。第二部分探討了在本研究四種不同情景中使用的具體假設，包括對中國最大限度地實現(xiàn)電氣化和采用需求側可再生能源技術的潛力進行評估。第三部分展示了每種情景下各部門的能源和二氧化碳排放結果以及二氧化碳排放總量的變化趨勢，第四部分基于主要結果給出了研究結論和政策建議。

1 建模方法

本研究采用中國2050年“需求資源能源分析模型”（DREAM）來評估中國未來的能源和二氧化碳排放軌跡，并通過該模型分析除了成本有效的能效技術之外其他的策略對二氧化碳排放的潛在影響。中國2050DREAM模型的基礎是一套針對中國能源和經濟結構構建的核算框架，該框架依托于斯德哥爾摩環(huán)境研究所開發(fā)的LEAP（長期能源替代規(guī)劃）軟件平臺。LEAP是一個中長期綜合建模平臺，可用于追蹤一個經濟體各個部門的能源消費、生產和資源開采活動，也可用于長期情景分析。LEAP允許對深入至終端使用層面的技術發(fā)展進行綜合的、基于情景的建模和表征，并已被全球190多個國家和地區(qū)采納并使用（Heaps 2016）1。中國2050 DREAM模型是由勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）中國能源研究室于2005年使用LEAP開發(fā)的。作為“重塑能源：中國”研究項目的一部分，研究團隊近期對該模型進行了完善和更新。上述研究項目由LBNL與美國落基山研究所和中國能源研究所（ERI）經歷三年合作完成（ERI， LBNL and RMI 2016）。其中，ERI是能源領域領先的政府智庫，為中國的關鍵政策和規(guī)劃制定部門——國家發(fā)展和改革委員會提供咨詢。

中國2050DREAM模型包括一個由四個2子部門組成的需求模塊以及一個由能源生產、輸送及分配子部門組成的轉換模塊?；贚EAP平臺，中國2050 DREAM模型描述了能源系統(tǒng)的不同方面，包括終端用能技術的擴散、宏觀經濟整體和具體部門的能源需求驅動因素、開采化石燃料和生產能源所需的能源投入以及有著不同發(fā)電調度算法的電力部門等?；谕琄aya恒等式相關的“影響=人口×富裕×技術”（IPAT）框架，本模型描述了能源使用活動的宏觀經濟和物理驅動因素，并詳細考慮了終端使用層面的技術發(fā)展。在此基礎上，使用該模型評估從基年到2050年中國的發(fā)展對能源和二氧化碳排放的總體影響。

中國2050 DREAM模型的需求模塊包括居住建筑、公共建筑、工業(yè)和交通等四個主要的經濟部門。對于推動能源使用活動的關鍵宏觀經濟參數(shù)（如經濟增長、人口和城市化），基于國際上及中國的權威研究報告確定其情景值，如聯(lián)合國《世界人口展望》報告以及中國能源研究所的報告。對于居住建筑部門而言，城鎮(zhèn)化和家庭收入的增加將推動能源消費。這是因為城鎮(zhèn)家庭通常比農村家庭消費更多商品能源，同時家庭收入的增加也帶動了住房面積（以及相應的采暖、制冷和照明負荷）和家電擁有量的增長。類似地，公共建筑部門的能源需求由兩個關鍵因素驅動，包括不同建筑類型的建筑面積（占地面積）以及諸如采暖、制冷和照明（MJ/m2）等活動的終端用能強度。建筑部門也可從以下角度進行區(qū)分，包括三個主要氣候區(qū)、新建與既有建筑以及五個建筑效率類別等。

對于工業(yè)部門，該模型包括了12個以物質生產為特征的能源密集型工業(yè)子行業(yè)，包括水泥、鋼鐵、鋁、氨和乙烯等關鍵重工業(yè)行業(yè)。這些行業(yè)的能耗主要由以下幾個重要的物理驅動因素驅動，包括為了容納不斷增長的城市人口而新建的建成環(huán)境、農作物播種面積、肥料施用強度以及人均塑料需求等。另外，還有18個以附加值生產為特征的輕工業(yè)子行業(yè)，例如食品業(yè)、飲料和煙草制品業(yè)、紡織業(yè)、醫(yī)藥制品業(yè)以及金屬制品業(yè)等各種制造業(yè)。這些行業(yè)的活動水平完全由宏觀經濟因素驅動，其預測值來自ERI針對中國構建的可計算一般均衡模型。交通需求由貨運和客運需求驅動，其中貨運量是經濟活動（以工業(yè)部門生產增加值衡量）的函數(shù)，而客運量則是基于各類運輸方式（如公共汽車、火車及私家車）的平均車輛行駛里程計算。在能源需求模塊中，本模型能夠從終端用能、技術和燃料結構以及技術變革等角度描述各部門的能源消費模式。其中，技術和燃料結構包括了用能設備的市場飽和趨勢及使用趨勢，而技術變革包括了能效的提高以及存在于經濟增長、城市發(fā)展與能源需求之間的復雜聯(lián)系。

2 情景分析

本研究構建了四種情景來評估中國潛在的二氧化碳減排量，在情景中考慮了電力部門迅速脫碳、各部門最大限度地實現(xiàn)電氣化以及工業(yè)部門和建筑部門最大限度地利用生物質能和新興的可再生能源技術?！皡⒖记榫啊币约啊俺杀居行У哪苄Ш涂稍偕茉辞榫啊笔亲鳛椤爸厮苣茉矗褐袊毖芯宽椖康囊徊糠侄鴺嫿ǖ?。在此基礎上，本研究構建了兩種新的情景，用來評估除了成本有效的措施之外其他措施的最大技術減排潛力。這些措施包括將所有終端用能部門電氣化（含電力部門脫碳）以及在需求側最大限度地使用可再生能源技術。新增的這兩個情景旨在評估電氣化和在需求側采用可再生能源技術的最大技術可行潛力，以便與“成本有效的能效和可再生能源情景”進行對比。

四種情景都具有相同的宏觀經濟驅動因素，例如人口、城市化和國內生產總值增速等。然而，由于工業(yè)內部結構的調整，參考情景下工業(yè)子行業(yè)的活動水平與其他三種“替代”情景不同。與參考情景相比，替代情景下的行業(yè)結構將從能源密集型的重工業(yè)轉移到高附加值的輕工業(yè)，因此替代情景下的輕工業(yè)增長較快，而重工業(yè)增長較慢。三種替代情景具有相同的工業(yè)總體和工業(yè)子行業(yè)的活動水平（包括實物生產和附加值生產）。類似地，發(fā)電技術的裝機容量在參考情景和其他三種替代情景之間也存在差異，這反映了各情景下電力部門脫碳步伐的不同。在參考情景中，為了達到中國公布的非化石能源占比目標，非化石能源（包括核能）的裝機容量將會不斷增長，到2050年62%的發(fā)電裝機容量將來自非化石能源。在三個替代情景中，到2050年電力系統(tǒng)將新增2940GW以上的太陽能和風能裝機容量，非化石能源將占總發(fā)電裝機容量的83%。

2.1 參考情景

將參考情景作為基線情景，假設到2010年為止所有仍在實施的政策在未來依然有效，并將繼續(xù)對所有能源需求、供應和轉換部門產生影響。這些政策不僅包括到2010年為止中國已采用的關于能源和二氧化碳排放強度的全部減排目標，還包括已公布的電力部門非化石能源發(fā)電裝機容量目標。作為一個與事實相悖的基線情景，參考情景假定在2010年之后將不再引入額外的政策，但在2050年之前技術將持續(xù)自主改進。

2.2 成本有效的能效和可再生能源情景

該情景假設到2050年中國最大限度地采用當前已經商業(yè)化的、具有成本效益的能效技術與可再生能源供應。例如，對于建筑部門，假設最節(jié)能又具有成本效益3的電器和設備到2050年時將達到100%的市場飽和度。對于所有終端用能部門以及電力和熱力生產部門，假設高能效和更清潔（如非化石能源）的技術將隨著時間的推移而得到加速采用。此外，該情景也考慮了終端用能電氣化水平的提高。本研究對于具體技術的相關信息進行了詳細分析，包括各項技術的投資、運營成本、能源使用、國際經驗、各部門利益相關方的意見以及專家意見等。在此基礎上，確定該情景下的電氣化水平提高程度，確保其具有成本有效性。

由于字數(shù)限制，有關“參考情景”和“成本有效的能效和可再生能源情景”中各部門技術采納和燃料替換的具體假設，請參考《〈重塑能源：中國〉執(zhí)行摘要》（ERI，LBNL和RMI，2016）的相關討論。此外，另一篇編號為1-242-17的“2017年ECEEE夏季研討會”論文（Price et al，2017）也對這兩個情景的假設做了重點討論。

2.3 最大限度實現(xiàn)電氣化情景

構建“最大限度實現(xiàn)電氣化情景”是為了評估除了成本有效的能效和可再生能源技術之外的、來自需求部門最大限度實現(xiàn)電氣化的額外二氧化碳減排量。該情景基于“成本有效的能效和可再生能源情景”構建，但對所有終端用能部門進行了額外的電氣化。針對國際上相關技術的采用率和政策趨勢進行了評估和分析，并在此基礎上對有代表性的建筑終端用能、運輸方式和工業(yè)生產過程提出了有關假設。

2.3.1交通

對于客運部門，假設到2050年出租車和非個人用車完全實現(xiàn)電氣化，即電動汽車（EV）的使用率為100%。近40個中國城市已經制定了電動汽車占市政用車的比重在2015年達到30%的目標，而且隨著補貼政策的持續(xù)實施，預計這一比重在2020年前將進一步提高（MIIT 2013）。為了使私人電動汽車的使用量迅速增加，從當前至2050年需要為此提供政策支持并建設基礎設施。目前，40個城市中的21個同時采用了貨幣和非貨幣的電動汽車激勵政策，包括在國家補貼的基礎上給與地方配套補貼以及免除在當?shù)剞k理車牌的限制（Shi et al， 2015）。對于貨運部門中卡車車隊的插電式混合動力柴油車，本研究基于輕型和中型卡車的預期行駛里程來確定其基年到2050年的最大技術可行普及率。

2.3.2工業(yè)

對于玻璃業(yè)、食品和飲料業(yè)以及紙漿和造紙業(yè)的工業(yè)生產過程，由于沒有中國或亞洲的具體信息，因此基于英國政府的工業(yè)脫碳和能效路線圖確定上述工業(yè)生產過程的電氣化水平。此處考慮了三個具體應用，包括：

在玻璃業(yè)用電熔替代化石燃料熔融

在食品和飲料業(yè)用電力點火替代燃煤點火

在紙漿和造紙業(yè)用電力干燥機替代熱力干燥機

目前，以上應用均未實現(xiàn)商業(yè)化。根據(jù)英國政府發(fā)布的《邁向2050年的工業(yè)脫碳和能源效率路線圖——玻璃業(yè)》報告，玻璃業(yè)的電熔技術可能在2030年以后實現(xiàn)商業(yè)化（UK 2015a）。基于上述信息，假設中國玻璃業(yè)從2030年開始引入電熔技術，且到2050年市場份額達到30%。此外，還假設中國食品和飲料業(yè)的電力點火技術和中國紙漿和造紙業(yè)的電力干燥機將從2035年開始實現(xiàn)商業(yè)化（UK 2015b， UK 2015c），且到2050年市場份額分別達到10%和5%。鑒于這些技術目前仍處于研究階段且缺少增量成本的信息，因此本文對未來市場份額普及率的假設相對保守。

2.3.3建筑

對于公共建筑，由于目前的空氣源熱泵技術不能在較冷的溫度下有效地工作，所以在技術層面上最大限度地采用空氣源和地源熱泵分別進行采暖和制冷時，需要考慮地理局限性和氣候條件的不同。需特別指出的是，華北、過渡區(qū)與華南氣候區(qū)的熱泵特性與應用分別是基于挪威和瑞典、法國以及意大利的基準確定的（表1）。

2.4 需求側最大限度使用可再生能源情景

除了在交通、特定工業(yè)子行業(yè)和公共建筑部門最大限度地使用技術上可行的電氣化技術以外，“需求側最大限度使用可再生能源情景”還在“最大限度實現(xiàn)電氣化情景”的基礎上額外考慮了可再生能源的使用。具體而言，在工業(yè)部門采用非常規(guī)可再生熱能和生物質能技術，并在公共建筑部門采用太陽能熱技術?；趪H上相關技術的已有應用，本情景假定了基年至2050年中國需求部門對非常規(guī)可再生能源的額外使用量。本情景未考慮供應側（包括電力部門）對可再生能源的額外使用，且發(fā)電燃料結構與“成本有效的能效和可再生能源情景”相同。

2.4.1 工業(yè)部門可再生熱能利用

本研究僅關注溫度低于100°C的低位熱能?？稍偕鸁嵩窗ㄌ枱崮?、常規(guī)地熱能和生物質能。在工業(yè)部門中，低位熱能需求來自工藝物料流、工藝冷卻和暖通空調系統(tǒng)，其中工藝物料流是低位熱能需求的主要來源（USEPA， 2016）。部分工業(yè)生產過程需要用到工藝熱能，例如熱水或蒸汽需求過程、干燥和脫水過程、預熱、巴氏消毒和滅菌、洗滌和清潔以及化學反應等（Mekhilef， Saidur， & Safari， 2011）。據(jù)估計，在全球范圍內可再生能源占工業(yè)熱能利用總量的10%，而其中99%是以生物能源為基礎的（Eisentraut & Brown，2014）。對于使用生物質來生產工藝熱能而言，在某些子行業(yè)中（如紙漿和造紙業(yè)和食品業(yè)），生物質過程殘渣的可用性一直是主要驅動因素（Eisentraut & Brown，2014）。與OECD國家廣泛使用天然氣不同的是，煤炭在中國工業(yè)熱源中占據(jù)主導地位，占2011年工業(yè)熱源的85%（Eisentraut & Brown，2014）。

歐洲的一項研究顯示，溫度低于100°C的熱能占歐洲工業(yè)熱能需求總量的30%，溫度低于400°C的熱能占工業(yè)熱能需求總量的57%（Caludia， Battisti & Drigo， 2008）。使用上述低溫熱能的主要行業(yè)有食品業(yè)、紙漿和造紙業(yè)、紡織業(yè)、化工業(yè)、機械制造業(yè)、運輸設備制造業(yè)、采礦業(yè)和采石業(yè)等。雖然其中許多行業(yè)的能源密集程度較低，但是這些行業(yè)對溫度低于100°C的低位熱能有著較高的需求（圖1）。盡管上述數(shù)據(jù)來自歐洲，但對于世界各地相應的工業(yè)子行業(yè)而言，這些占比數(shù)據(jù)是具有代表性的，因此本文假定這些數(shù)據(jù)同樣適用于中國的工業(yè)部門。本研究還假定，到2050年工業(yè)的低溫熱能需求將完全由生物質能、太陽熱能和地熱能等各種可再生能源按照一定的比例進行供應。在缺少詳細預測數(shù)據(jù)的情況下，根據(jù)國際可再生能源機構（IRENA）研究中的“AmbD 2030情景”（IRENA， 2015），假定各種可再生能源的比例從基年到2050年保持不變，即生物質能占63%、太陽熱能占30%以及地熱能占7%。

2.4.2為提供高溫熱能而進行的生物質能利用

目前，生物質能是唯一能為工業(yè)部門提供高溫熱能的可再生能源。由于鐵和水泥生產過程需要用到高于4000C的熱能，因此“需求側最大限度使用可再生能源情景”考慮了生物質能在上述過程中的應用。

通過以下兩項技術升級，生物質能在一體化煉鋼流程的高爐中得到了應用：

（1）為生產生物焦炭而在煉焦過程中混入生物質

現(xiàn)有文獻已經對在煉焦過程中混入生物質的做法進行了廣泛討論（MacPhee et al. 2009； Wei et al. 2013； Suopaj?rvi and Fabritius，2013）。為保持焦炭的特性且不降低其機械強度，在混合過程中最多可以加入5%的生物質。針對中國用于煉焦的配煤，假定其中生物質的比重不超過5%。此外，還假定焦炭/生物質的替代率為1/0.67（Wei et al，2013）。

（2）通過生物質噴吹技術使生物質部分或完全替代粉煤

生物質可以完全替代高爐中的粉煤（Wei et al，2013）。在巴西的鋼鐵行業(yè)中，在高爐中加入木炭而非粉煤是常見的做法。在“需求側最大限度使用可再生能源情景”中，假設生物質/粉煤的替代率為1/1，則到2050年生物質的最大部署率為75%。

在荷蘭和芬蘭，生物質在水泥生產流程的窯爐中也用作替代燃料（EUBionet 3 2009a&b;）。根據(jù)荷蘭和芬蘭的試點工廠，將生物質在中國窯爐燃燒環(huán)節(jié)中的最大部署率設定為50%。

2.4.3用于商業(yè)采暖、制冷和水暖的太陽熱能技術

根據(jù)英國建筑部門對供熱的脫碳經驗（UK 2015d），假定到2050年中國太陽能采暖技術的采用率為8%?；谌鸬涞陌咐℅ustavsson et al. 2011），假定到2050年建筑太陽能制冷技術在中國華北氣候區(qū)和過渡氣候區(qū)的普及率分別為15%和20%；假定該技術在華南氣候區(qū)的普及率為30%。此外，根據(jù)Faninger（2010）的研究，假定到2050年太陽能熱水器技術占公共建筑水暖市場的30%。目前，該技術已在居住建筑部門廣泛使用。

3 結果

3.1 最大限度實現(xiàn)電氣化的結果

圖2顯示了四個需求部門在基年2010年和三種情景下2050年的電氣化率。其中，電氣化率的定義為電力占終端能源需求總量的比重。居住建筑部門和公共建筑部門的電氣化水平較高，2010年的電氣化率分別為22%和44%；而工業(yè)部門和交通部門的電氣化水平較低，2010年的電氣化率分別只有19%和1%。在未來四十年內，這四個部門擁有巨大的電氣化增長潛力。在多數(shù)情景下，自主技術變革是電氣化水平提高的主要原因。例如，由于城市化和家庭收入的增長，居住建筑中電器的使用率不斷提高。不過，若在電力部門脫碳的基礎上對需求部門實施燃料替換（將特定終端用能技術所用的燃料切換為更清潔的燃料，如表1所示），則四個部門均能實現(xiàn)不同程度的電氣化，且具有額外的成本效益。與此同時，需加速采用成本有效的能效措施和技術，這有助于降低中國的能源需求總量。因此，在“成本有效的能效和可再生能源情景”下，各部門在2050年都擁有較高的電氣化率。其中，居住建筑和公共建筑的增幅最大，其次是交通部門和工業(yè)部門。

在“最大限度實現(xiàn)電氣化情景”下，工業(yè)部門能提供的額外電氣化潛力十分有限。這是由于電氣化在工業(yè)部門的適用性不高，僅能用于紙漿和造紙業(yè)、食品和飲料業(yè)以及玻璃業(yè)。類似地，居住建筑能提供的額外電氣化潛力也很有限，這主要有以下三方面原因：一是為滿足華北的采暖需求而持續(xù)廣泛地使用集中供熱；二是100%依靠空調進行制冷；三是農村家庭持續(xù)使用除電力以外的其他燃料。然而，對于公共建筑部門和交通部門而言，電力占終端能源需求總量的比重還有很大的提升空間（圖2）。

盡管2050年全國電氣化率從參考情景的33%提高至“成本有效的能效和可再生能源情景”的39%，但圖3顯示中國的電力需求總量出現(xiàn)了顯著下降，2050年的降幅達到21%（2380 TWh）。在參考情景和“最大限度實現(xiàn)電氣化情景”下比較中國2050年的電氣化率時，這種反差情況更為明顯。在參考情景下，2050年全國電氣化率相對較低，僅為32%，而電力需求總量則相對較高，達到11320 TWh。在“最大限度實現(xiàn)電氣化情景”下，全國電氣化率高達45%，但電力需求總量與參考情景相比卻下降了13%。

圖3中兩個替代情景與參考情景的關鍵區(qū)別在于，前者的終端能源需求總量較低。其中，一方面的原因是在替代情景中采取了更積極的能效提升策略，另一方面的原因是在替代情景中對各部門實施了燃料替換策略（圖4），使得煤炭、焦炭和石油制品的需求大幅降低。由于在“最大限度實現(xiàn)電氣化情景”下額外采用了能效更高的電氣設備，因此該情景下的能源需求總量最低，2050年僅為2718百萬噸標煤（Mtce4）。相比之下，參考情景下的能源需求總量高達4266Mtce，而“成本有效的能效和可再生能源情景”下也達到2850Mtce。上述結果表明，只有先通過能效提高、再通過額外的燃料替換來降低能源需求總量，才能實現(xiàn)與最大限度電氣化相關的二氧化碳減排，并繼而實現(xiàn)與電力部門增加可再生能源利用相關的二氧化碳減排。換言之，如果僅在供應側全面部署可再生能源，而并未同時在需求側實施能效提高策略，那么電氣化和利用清潔電力的減排潛力將受到限制。

3.2 需求側最大限度使用可再生能源的結果

在“成本有效的能效和可再生能源情景”基礎上，通過在公共建筑部門和工業(yè)部門最大限度地部署需求側可再生能源技術，可再生能源的使用量到2050年將額外增加216 Mtce。在“需求側最大限度使用可再生能源情景”下，2010年至2050年中國可以利用圖5所示的各類可再生能源來進一步降低二氧化碳排放量。在各需求部門額外使用的可再生能源中，工業(yè)部門的可再生熱能使用量在2025年成為最大的來源，一舉超越公共建筑部門穩(wěn)步增長的太陽能使用量?？稍偕鸁崮苁褂昧康拇蠓鲩L主要由以下兩個因素引起：一是工業(yè)部門在中國終端能源消費中的占比具有主導地位，該比重雖然呈下降趨勢，但2050年仍達到47%；二是能夠利用可再生熱能的輕工業(yè)持續(xù)快速增長。

圖5還間接顯示了需求側的建筑部門和工業(yè)部門對可再生能源的額外使用潛力。在2022年及其之前，公共建筑部門具有更大的可再生能源額外使用潛力，這是因為該部門使用的新型太陽熱能技術已經實現(xiàn)了商業(yè)化。不過，由于工業(yè)部門對可再生熱能技術和生物質能技術的使用持續(xù)快速增長，其增速超過了公共建筑部門對太陽熱能技術的部署增速，因此在2022年之后工業(yè)部門的可再生能源額外使用潛力超過了公共建筑部門。到2050年，工業(yè)部門占中國可再生能源額外使用潛力的69%，而公共建筑部門僅占31% 。

在“需求側最大限度使用可再生能源情景”下，如果中國對可再生能源進行額外的利用，那么能夠被替代的可排放二氧化碳的燃料見表2?？稍偕茉搭~外使用量中的大部分用于替代煤炭、焦炭和天然氣，小部分用于替代電力和熱力。對于被需求側可再生能源利用所替代的燃料，其能源結構十分重要，因為該結構直接影響到額外使用可再生能源這一策略的二氧化碳減排潛力。到2050年，87 Mtce的煤炭、54Mtce的天然氣、45 Mtce的熱力、26 Mtce的電力 和4 Mtce的石油制品可以被216 Mtce的太陽熱能、生物質能和可再生熱能所替代。與“成本有效的能效和可再生能源情景”相比，這意味著2050年將減排634百萬噸二氧化碳，減排率為13%。

3.3 對二氧化碳減排的影響

圖6顯示了四種情景下中國與能源相關的二氧化碳排放總量的預測值。在參考情景下，中國的二氧化碳排放將從2010年的83.5億噸（Gt）增長到2050年的115.7億噸，并在2036年達到排放峰值115.7億噸?！俺杀居行У哪苄Ш涂稍偕茉辞榫啊焙汀白畲笙薅葘崿F(xiàn)電氣化情景”具有十分相似的排放軌跡，兩者均在2023年達峰，峰值水平分別為104.3億噸和103.9億噸。到2050年，上述兩種替代情景中的二氧化碳排放量均會出現(xiàn)大幅下降，其中“成本有效的能效和可再生能源情景”將降至47.9億噸，而“最大限度實現(xiàn)電氣化情景”則降至47.2億噸。在上述兩種情景下，中國2050年的二氧化碳排放量將比參考情景下的排放量降低大約60%。盡管這兩種情景下的二氧化碳排放軌跡類似，但兩者在2010年至2050之間的累積二氧化碳排放量存在較大差異。其中，“最大限度實現(xiàn)電氣化情景”的累積排放量將比“成本有效的能效和可再生能源情景”減少39.8億噸。即使電力部門沒有進一步脫碳，上述累積減排仍有可能實現(xiàn)。這表明，在電力部門進一步脫碳的情況下（進一步采取超出成本效益范圍之外的措施，即采取不具有成本效益的措施），最大限度提升電氣化水平可以使中國實現(xiàn)額外的二氧化碳減排。

盡管在“需求側最大限度使用可再生能源情景”下中國也于2023年達到二氧化碳排放峰值（103.0億噸），但該情景2025年之后的二氧化碳排放量將顯著低于其他三種情景。到2050年，該情景下的中國二氧化碳排放總量為41.6億噸，比“成本有效的能效和可再生能源情景”低13%，比參考情景低64%。換言之，在“成本有效的能效和可再生能源情景”已經取得的減排成效基礎上，通過在需求側最大限度地使用可再生能源，中國將在2050年進一步減少6.34億噸二氧化碳排放。這也意味著，2010年至2050年中國將累積實現(xiàn)133.0億噸額外的二氧化碳減排潛力。

4 結論和政策建議

本研究的結果表明，中國在2030年之前實現(xiàn)二氧化碳排放達峰的目標是可行的，且存在多種實現(xiàn)路徑。同時，與不引入新政策的參考情景相比，上述達峰路徑下的中國二氧化碳排放量將顯著下降，到2050年減排率將高達60%。即使僅實施成本有效的能效措施及燃料替換策略，中國也可提前至2023年達到二氧化碳排放峰值。在此基礎上，如果繼而在需求側實施最大限度電氣化以及使用非常規(guī)可再生能源的策略，那么可以進一步大幅減少二氧化碳排放量。不過，為了實現(xiàn)每種替代情景下的二氧化碳減排量，仍需要克服一些重大的障礙。即使是“成本有效的能效和可再生能源情景”也存在諸多障礙，包括缺乏用于提高能效的資源和知識、缺乏針對能效標準的協(xié)調和執(zhí)行、扭曲的關稅和能源價格、對地區(qū)失業(yè)問題的顧慮以及一些部門缺少燃料替換的途徑等。針對不同情景下的全國電氣化率進行對比，結果顯示提高能效在降低中國能源需求總量方面扮演了重要角色。上述結果也表明，能效的提高使得電氣化水平的提高變得更具有可行性。由于一些部門（如交通部門和工業(yè)部門）的終端用能很難被電力取代，因此如果不減少所有部門的終端能源需求總量，那么電力占終端能源需求的比重將很難進一步提高。有限的全國電氣化水平反過來又將限制清潔電力的利用和對化石燃料的替代。

在成本有效的提升電氣化水平方面，所有四個需求部門都存在巨大的潛力。同時，在技術可行的范圍內，各部門也都存在最大限度提升電氣化水平的額外潛力，并能據(jù)此實現(xiàn)額外的二氧化碳減排量。不過，各替代情景下的電氣化均面臨重大挑戰(zhàn)。盡管目前已在交通部門采取一些政策來提升電氣化水平，但仍需更大的政策支持力度來提升建筑部門和工業(yè)部門的電氣化水平。具體而言，尤其需要在建筑部門提升電暖、制冷和水暖技術的采用力度，并提升工業(yè)生產過程的電氣化水平。此外，最大的障礙之一就是電氣化與電力部門脫碳之間的相互依存關系，而克服該障礙需要先解決現(xiàn)存于新能源發(fā)電并網(wǎng)之中的挑戰(zhàn)以及火力發(fā)電持續(xù)增長帶來的挑戰(zhàn)。為了在需求側最大限度地使用可再生能源，需要對既有政策進行調整。調整后的政策不僅要在供給側擴大可再生能源的利用，還要在需求側提升分布式可再生能源的接入和利用，例如公共建筑部門的太陽熱能采暖、制冷和水暖技術等。為了推廣新的電氣化技術（如熱泵和電動汽車）和需求側可再生能源，還需要相應的支撐性政策、項目和措施，如補貼和試點示范項目。此外，對于低溫可再生熱能在部分工業(yè)子行業(yè)的潛在應用，需要提高認識并進行相應的能力建設。這對于工業(yè)部門進一步大幅降低二氧化碳排放十分關鍵。不過，鑒于中國工業(yè)規(guī)模大、相對分散的特點，完全實現(xiàn)低溫可再生熱能的應用潛力可能需要較長的時間，因此應當盡快開始推廣該技術。盡管從全球來看，工業(yè)部門低溫可再生熱能的發(fā)展仍然十分緩慢，但是冰島、瑞典和奧地利等歐洲國家已經在建筑部門取得了一些使用低溫可再生熱能的經驗，這對于中國在工業(yè)部門部署低溫可再生熱能而言仍然是具有價值的。

本研究涉及的四種情景代表了中國未來能源和二氧化碳排放變化的四種可能路徑。不過，這些情景沒有明確地量化和比較不同策略的單一影響，如能效提高、需求側和供給側的可再生能源利用以及終端電氣化等策略。因此，對于“成本有效的能效和可再生能源情景”目前包含的二氧化碳減排量，如果需要將其進一步分解為“成本有效的能效提升”和“燃料替換”兩類減排量，那么需要開展新的研究并進行額外的情景分析。為了有助于政策制定者對減排政策進行優(yōu)先級排序，還需要對以下兩方面內容進行額外的建模和分析：一是單獨分析“電力部門脫碳”對“最大限度實現(xiàn)電氣化”的二氧化碳減排影響；二是比較需求側和供給側提升可再生能源使用量對二氧化碳減排的影響。

注釋：

1 關于LEAP及其應用的更多信息請見以下網(wǎng)頁：https：//www.energycommunity.org/default.asp？action=introduction.

2 本模型也包括了農業(yè)，但由于農業(yè)占中國能源消費總量的比重很小且持續(xù)下降，因此本文未對農業(yè)進行專門討論.

3 成本效益的定義為在技術或生產工藝中節(jié)能成本低于當前的能源價格帶來的成本。換言之，因節(jié)能而產生的成本節(jié)省大于為提高能效而投入的增量成本.

4 標煤是中國的能源計量單位，1百萬噸標煤 = 29.27百萬吉焦耳（1 Mtce = 29.27 million gigajoules）.

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（編輯：張萌）

China's Trajectories beyond Efficiency： CO2 Implications of Maximizing Electrification and Renewable Resources through 2050

Nina Zheng Khanna，Nihan Karali，David Fridley，Jingjing Zhang，Nan Zhou，Wei Feng

（Lawrence Berkeley National Laboratory，Berkeley， CA 94720， USA）

Abstract：In support of the Paris Agreement， energy efficiency in China will continue to play a major role， but other significant actions beyond efficiency are needed to help to limit the average global temperature increase to 1.5℃. This study uses a bottom-up national end-use model and scenario analysis to evaluate the potential CO2 reductions if China is able to rapidly decarbonize its power sector while maximizing electrification across all sectors and the additional opportunity from maximizing biomass and low temperature renewable heat use in industry and solar heating， cooling and water heating technologies use in buildings. We find that maximizing non-conventional electric and renewable technologies can help China peak its national CO2 emissions as early as 2023， with significant additional CO2 emission reductions through 2050. The greatest additional CO2 reduction potential beyond efficiency lies in fossil fuel displaced by renewable heat in industry. These results suggest accelerating the utilization of non-conventional electric and renewable technologies present additional CO2 reduction opportunities for China， but new policies and strategies are needed to change technology choice in the demand sectors.

Keywords：Paris Agreement commitment；Reinventing Fire；use model and scenario analysis；CO2；China