匡立春 鄒才能 黃維和 于建寧 黃海霞

（1.中國石油天然氣集團有限公司；2.中國石油勘探開發(fā)研究院；3.中國石油天然氣股份有限公司）

實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)是全球大勢、時代命題，關(guān)乎全人類未來發(fā)展。2020年9月，習(xí)近平主席在聯(lián)合國大會上做出鄭重承諾：“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，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和?！敝袊鳛槟茉聪M和碳排放第一大國，在能源技術(shù)進(jìn)步推動和政策引導(dǎo)下，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整已取得初步進(jìn)展，但仍然面臨一系列發(fā)展難題和潛在風(fēng)險。因此，需發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢，強化政府引導(dǎo)，深化體制改革，加大科技創(chuàng)新，加快推進(jìn)能源綠色低碳發(fā)展，力爭能源行業(yè)先于國家設(shè)定的目標(biāo)實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和。

本文依據(jù)國內(nèi)外研究機構(gòu)對我國能源需求與碳排放預(yù)測調(diào)研結(jié)果，立足實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展、能源安全與“雙碳”目標(biāo)，采用中國石油集團經(jīng)濟技術(shù)研究院“世界與中國能源展望模型”，對我國碳達(dá)峰、碳中和進(jìn)程中關(guān)鍵時間節(jié)點的能源需求和碳排放量進(jìn)行預(yù)測，并對各種類型能源的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

1 中國能源供需現(xiàn)狀及國內(nèi)外機構(gòu)預(yù)測分析

1.1 中國能源供需體系及碳排放現(xiàn)狀

目前，中國已基本形成了煤炭、石油、天然氣、可再生能源等多元能源供需體系[1]。煤炭占一次能源消費比重由2011年的70.2%降至2020年的56.8%；截至2021年10月，水電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電累計裝機規(guī)模分別達(dá)到3.85×108kW、2.99×108kW、2.82×108kW，均居世界首位，能源消費結(jié)構(gòu)正在加快向清潔低碳轉(zhuǎn)變。然而，中國能源轉(zhuǎn)型目前仍然面臨著能源消費偏煤、油氣安全風(fēng)險偏高等主要問題，需嚴(yán)控煤電項目，推動煤炭消費盡早達(dá)峰[2]，并加大國內(nèi)油氣勘探開發(fā)力度，確保油氣安全供應(yīng)[3]。同時，大力發(fā)展水能、風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等可再生能源，完善氫能產(chǎn)業(yè)體系，爭取到2030年非化石能源消費占比達(dá)到25%左右。替煤、穩(wěn)油、增氣、做強新能源，優(yōu)先發(fā)展非化石能源，清潔高效利用化石能源，不斷優(yōu)化能源生產(chǎn)與消費結(jié)構(gòu)成為能源發(fā)展新方向[4-6]。

2020年，中國一次能源消費量、化石能源消費量、二氧化碳排放量全球占比再攀新高，分別達(dá)到26.1%、26.5%、30.9%，其中煤炭消費量占比達(dá)54.3%[7]。雖然中國能源消費和二氧化碳排放總量大，但我國人均歷史累計碳排放量僅157t/人，低于世界平均水平（210t/人），遠(yuǎn)低于美國（1219t/人）、英國（920t/人）和法國（517t/人）[8]。當(dāng)前，中國能源消費增速明顯放緩、結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，碳排放漸入平臺期[9]，為能源轉(zhuǎn)型和加速碳減排創(chuàng)造了良好條件。據(jù)《中華人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告》[10]，2014年中國土地利用、土地利用變化和林業(yè)吸收二氧化碳11.5×108t，其中林地、草地、農(nóng)地、濕地分別吸收二氧化碳8.4×108t、1.1×108t、4946×104t、4454×104t。

1.2 預(yù)測中國能源需求與碳排放研究文獻(xiàn)

中國是全球應(yīng)對氣候變化事業(yè)的積極參與者與重要貢獻(xiàn)者，其能源需求和能源轉(zhuǎn)型是全球關(guān)注的焦點。國內(nèi)外機構(gòu)紛紛開展相關(guān)研究[11-24]，設(shè)置了不同的假設(shè)情景，對碳中和背景下中國能源需求、碳排放和能源轉(zhuǎn)型路徑進(jìn)行預(yù)測。本文調(diào)研了國內(nèi)外16家機構(gòu)33種情景條件下的預(yù)測結(jié)果（表1）。

表1 國內(nèi)外機構(gòu)預(yù)測報告統(tǒng)計

16家機構(gòu)中，從地域分布看，國內(nèi)機構(gòu)5家，國外機構(gòu)11家；從機構(gòu)屬性看，高校2家，能源公司9家，其他能源機構(gòu)5家；從預(yù)測時間范圍看，2020—2035年 1家，2020—2040年 3家，2020—2060年4家，2020—2050年6家，2020—2100年2家。多數(shù)機構(gòu)對基準(zhǔn)情景、可實現(xiàn)碳中和情景下的能源需求和碳排放變化趨勢進(jìn)行了預(yù)測，并對多情景預(yù)測結(jié)果進(jìn)行了比較分析。

1.3 可實現(xiàn)碳中和的情景預(yù)測結(jié)果分析

在上述機構(gòu)所調(diào)研的33種情景中，部分情景初始參數(shù)與我國實際情況不符，例如能源基金會1.5℃情景[16]、IEA可持續(xù)發(fā)展情景[17]、WRI強化行動情景[23]、?？松梨诠厩榫癧21]和Equnior公司相關(guān)情景[22]的設(shè)定中，預(yù)測起始年（2020年）一次能源消費總量均不足47×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，與我國實際水平（49.8×108t標(biāo)準(zhǔn)煤）差距較大，嚴(yán)重影響了預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性；又如EIA參考情景[18]，將我國2020年一次能源消費量設(shè)定為56.6×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，且預(yù)測2020—2050年一次能源消費量將持續(xù)快速增加，2050年約達(dá)78×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，這與我國能源消費增速放緩、能源強度持續(xù)降低的現(xiàn)狀不符。

部分情景未考慮碳中和目標(biāo)，如清華大學(xué)政策情景[13]、bp公司政策情景[19]、埃克森美孚公司情景[21]等，2050年和2060年碳排放量過高，無法實現(xiàn)碳中和目標(biāo)。經(jīng)篩選，可實現(xiàn)或擬合外推后可實現(xiàn)2060年碳中和情景共有13種（圖1和圖2），包括中國石油集團經(jīng)濟技術(shù)研究院碳中和情景[11]、bp公司快速轉(zhuǎn)型和凈零情景[19]、全球能源互聯(lián)網(wǎng)情景[24]等。其中貝勵（AFRY）咨詢情景[14]缺少能源消費預(yù)測結(jié)果，僅展示了碳排放結(jié)果。其余12種情景均表明，我國一次能源消費量2030年前后達(dá)峰，峰值為（53～61）×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，均值為56×108t標(biāo)準(zhǔn)煤（圖1）；能源燃燒碳排放在2025—2030年間達(dá)峰，峰值為（98～111）×108t，均值為104×108t（圖2）；2060年實現(xiàn)碳中和，化石能源占比為10%～30%，非化石能源占比為70%～90%，終端電氣化率為55%～70%，碳捕集與封存/碳捕集、利用與封存（CCS/CCUS）貢獻(xiàn)碳減排量約為（10～25）×108t/a。

圖1 可實現(xiàn)碳中和情景一次能源消費量預(yù)測結(jié)果[11-13，15，19，24]

圖2 可實現(xiàn)碳中和情景二氧化碳排放量預(yù)測結(jié)果[11-15，19，24]

上述研究報告多為2020年后發(fā)布，數(shù)據(jù)實時性較強，但各機構(gòu)預(yù)測結(jié)果差異較大（碳達(dá)峰時間、碳達(dá)峰時一次能源消費量/二氧化碳排放量）。部分機構(gòu)對我國能源資源稟賦特點考慮不足，提出快速轉(zhuǎn)向可再生能源的發(fā)展路徑；部分機構(gòu)受行業(yè)局限和觀點傾向性影響，提出的減排路徑與我國發(fā)展規(guī)劃不匹配；部分機構(gòu)報告缺少對能源轉(zhuǎn)型路徑的深入闡述，對關(guān)鍵性、顛覆性技術(shù)的預(yù)見存在不足，對能源轉(zhuǎn)型速度預(yù)期過于樂觀。

我國“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)建議明確提出，要堅持總體國家安全觀，把安全發(fā)展貫穿國家發(fā)展各領(lǐng)域和全過程，能源發(fā)展要統(tǒng)籌兼顧經(jīng)濟發(fā)展、能源安全和碳減排，能源預(yù)測要為能源發(fā)展服務(wù)。因此，需采用更加符合我國實際情況的能源系統(tǒng)模型進(jìn)行預(yù)測。

2 模型研究方法

2.1 模型與邊界條件

本文采用的“世界與中國能源展望模型”為“全球變化評估模型”（Global Change Assessment Model，GCAM）的二次開發(fā)模型[11]。本模型對中國能源開采、加工、轉(zhuǎn)化、輸送、分配、終端利用全流程特征刻畫更為詳細(xì)，考慮了世界能源領(lǐng)域現(xiàn)有成熟技術(shù)以及處于研發(fā)或示范階段的各種技術(shù)，增加了300余種終端用能技術(shù)，涉及工業(yè)、建筑、交通等行業(yè)。

模型設(shè)置不同情景，分階段、行業(yè)、品種預(yù)測能源需求及二氧化碳排放量。2035年以前逐年模擬測算，2035年之后測算間隔設(shè)為5年。模型涉及工業(yè)、建筑、交通、電力等行業(yè)，以及煤炭、石油、天然氣、風(fēng)能、太陽能、核能、水電、氫能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能等能源品種。

根據(jù)“世界與中國能源展望”研究團隊研究成果，邊界條件設(shè)定如下3個方面。（1）人口：新型城鎮(zhèn)化持續(xù)推進(jìn)，2035年城鎮(zhèn)化率為70%，城鎮(zhèn)人口近10億左右；2060年進(jìn)一步增至80%左右。（2）GDP：經(jīng)濟規(guī)模持續(xù)擴大，2035年經(jīng)濟總量比2020年翻一番，2060年較2035年再翻一番，2021—2035年、2036—2060年的GDP年均增速分別為4.8%、3.1%。（3）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)：產(chǎn)業(yè)不斷優(yōu)化升級，整體實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重2035年突破63%，2060年接近70%。

2.2 情景設(shè)計

統(tǒng)籌考慮中國經(jīng)濟發(fā)展、能源安全和碳減排目標(biāo)，基于關(guān)鍵性、顛覆性能源技術(shù)發(fā)展前景研判結(jié)果，本研究設(shè)置了3種可實現(xiàn)碳中和的情景。

（1）穩(wěn)健型：立足可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展，保障能源安全?；茉辞鍧嵒眉夹g(shù)持續(xù)進(jìn)步，天然氣的地位與作用凸顯，能效水平顯著提升，可再生能源替代化石能源進(jìn)程穩(wěn)步推進(jìn)，CCS/CCUS技術(shù)實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

（2）積極型：爭取盡快實現(xiàn)碳達(dá)峰，達(dá)峰后二氧化碳排放量快速下降。化石能源加速向應(yīng)急儲備能源轉(zhuǎn)變，加速從燃料向原料轉(zhuǎn)變，化石能源發(fā)電加速向靈活性調(diào)峰電源轉(zhuǎn)變；可再生能源技術(shù)實現(xiàn)跨越式進(jìn)步，成本大幅下降。

（3）激進(jìn)型：立足可再生能源技術(shù)取得顛覆性突破，能源系統(tǒng)安全性問題得到根本解決。化石能源回歸原料屬性，主要用于調(diào)峰和應(yīng)急儲備。

2.3 多情景預(yù)測結(jié)果

模型預(yù)測顯示，中國一次能源消費量2030年前后達(dá)峰，2030—2035年間緩慢下降，然后基本保持穩(wěn)定。能源消費結(jié)構(gòu)中，煤炭占比持續(xù)下降，石油占比基本保持穩(wěn)定，天然氣、非化石能源占比快速增長。2035年之前，3種情景下的能源消費結(jié)構(gòu)較為接近。2035—2060年，3種情景下能源消費結(jié)構(gòu)逐漸分化，主要與化石能源在能源結(jié)構(gòu)中定位、可再生能源技術(shù)和CCUS等減排技術(shù)發(fā)展情況，以及氫能在碳減排領(lǐng)域應(yīng)用規(guī)模有關(guān)。其中，穩(wěn)健型情景下CCS/CCUS技術(shù)更早實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，激進(jìn)型情景下可再生能源更快突破，積極型情景下CCS/CCUS與可再生能源技術(shù)同步發(fā)展，從而造成一次能源需求總量、碳排放量、生態(tài)碳匯+CCS/CCUS需貢獻(xiàn)碳減排量的預(yù)測差異[24]。

穩(wěn)健型情景下，一次能源消費量2030年前后達(dá)峰，峰值約為60.3×108t標(biāo)準(zhǔn)煤。煤炭、石油和天然氣消費達(dá)峰時間分別為2025年前、2030年前后和2035—2040年間。碳排放量2025年前后達(dá)峰，峰值約為106×108t。2030年，煤炭、石油、天然氣和非化石能源消費占比分別為44.0%、18.1%、11.9%和26.0%；2035年分 別 為39.7%、15.8%、13.5%和31.0%；2060年，一次能源消費總量約為56×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，煤炭、石油、天然氣和非化石能源消費占比分別為7.2%、7.2%、12.4%和73.2%。2060年，生態(tài)碳匯+CCS/CCUS需貢獻(xiàn)碳減排量 27×108t（圖 3）。

圖3 穩(wěn)健型情景下中國能源需求、能源消費結(jié)構(gòu)及碳排放預(yù)測

積極型情景下，一次能源消費量2030年前后達(dá)峰，峰值約為60.1×108t標(biāo)準(zhǔn)煤。煤炭、石油和天然氣消費達(dá)峰時間分別為2025年前、2030年前和2040年前。碳排放量2025年前后達(dá)峰，峰值約為107×108t。2030年，煤炭、石油、天然氣和非化石能源消費占比分別為42.8%、18.4%、12.0%和26.8%；2035年占 比 分 別 為37.8%、15.8%、14.0%和32.4%；2060年，一次能源消費總量約為58×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，煤炭、石油、天然氣和非化石能源消費占比分別為4.9%、5.6%、9.4%和80.1%。2060年，生態(tài)碳匯+CCS/CCUS需貢獻(xiàn)碳減排量21×108t（圖 4）。

圖4 積極型情景下中國能源需求、能源消費結(jié)構(gòu)及碳排放預(yù)測

激進(jìn)型情景下，一次能源消費量2030年前后達(dá)峰，峰值約為61×108t標(biāo)準(zhǔn)煤。煤炭、石油和天然氣消費達(dá)峰時間分別為2020年前后、2025年前后和2035年前后。碳排放量2025年前后達(dá)峰，峰值約為106×108t。2030年，煤炭、石油、天然氣和非化石能源消費占比分別為43.2%、17.4%、11.6%和27.8%；2060年，一次能源消費總量為59×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，煤炭、石油、天然氣和非化石能源消費占比分別為3.0%、4.1%、8.1%和84.8%。2060年，生態(tài)碳匯+CCS/CCUS需貢獻(xiàn)碳減排量約16×108t（圖5）。

圖5 激進(jìn)型情景下中國能源需求、能源消費結(jié)構(gòu)及碳排放預(yù)測

3 主要類型能源發(fā)展趨勢展望

立足我國基本國情和發(fā)展階段，綜合考慮經(jīng)濟發(fā)展、能源安全及可再生能源對化石能源的平穩(wěn)有序替代，建議按照積極型情景推動我國碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實現(xiàn)。要堅持破立并舉，逐步有序減少化石能源消費，推動非化石能源成為能源供應(yīng)主體。主要時間節(jié)點能源結(jié)構(gòu)變化趨勢見圖6。

圖6 積極型情景下中國能源消費變化趨勢

3.1 煤炭

目前，煤炭在中國能源消費結(jié)構(gòu)中仍占主導(dǎo)地位，煤電是電力的主要來源。煤炭消費中短期內(nèi)穩(wěn)中有降，未來重點發(fā)揮能源安全“兜底保障”作用[25-28]。煤炭消費2025年前實現(xiàn)達(dá)峰，2020—2035年煤炭占一次能源消費比重從56.8%降至37.8%，這個階段應(yīng)重點開展煤炭清潔高效利用；2036—2050年，煤炭消費穩(wěn)步下降，支撐能源消費結(jié)構(gòu)平穩(wěn)轉(zhuǎn)型；2051—2060年，煤炭消費占比降至10%以下，發(fā)揮“兜底保障”作用。

3.2 石油

中短期內(nèi)，中國石油消費仍將持續(xù)增長，交通用油仍有增長空間，化工用油發(fā)展?jié)摿Υ蟆Ｎ磥黼S著交通用油減少，石油將回歸“原料屬性”。2021—2030年，在全球貿(mào)易和化工需求的強勁推動下，中國石油消費保持增長，2030年左右達(dá)峰，峰值約7.8×108t；2031—2050年，交通運輸電動化轉(zhuǎn)型不斷推進(jìn)，交通用油持續(xù)下降，化工用油保持穩(wěn)定，2050年石油消費量約3×108t；2051—2060年，石油進(jìn)一步回歸原料屬性，化工用油成為石油消費主力，2060年石油消費量約2.3×108t，化工用油占比超過60%。

3.3 天然氣

天然氣是最清潔低碳、靈活高效的化石能源，是中國能源體系由高碳向低碳、零碳轉(zhuǎn)型的重要抓手，預(yù)測中長期內(nèi)消費將快速增長[29]。天然氣與可再生能源融合發(fā)展，可成為可再生能源的“最佳伙伴”。2021—2035年，天然氣消費快速增長，城市燃?xì)?、工業(yè)燃料、發(fā)電用氣均有較大增幅，2035年消費量約6000×108m3；天然氣消費在2040年前達(dá)峰，峰值近6500×108m3，2036—2050年間預(yù)計調(diào)峰發(fā)電用氣是主要增長來源；2051—2060年，隨著取暖、工業(yè)用氣電力替代，天然氣消費平穩(wěn)下降，2060年降至約4000×108m3。在長時儲能技術(shù)和經(jīng)濟性未獲突破前，氣電作為調(diào)峰電源，在城市供電安全保障中將起到重要作用。

3.4 非化石能源

非化石能源是中國未來能源供應(yīng)的主體，綠電和綠氫是實現(xiàn)綠色低碳能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，要在保證實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展、能源安全和“雙碳”目標(biāo)的前提下，加快構(gòu)建以非化石能源為主體的新型電力系統(tǒng)，以非化石能源制氫為依托完善氫能產(chǎn)業(yè)體系。核電是清潔低碳、穩(wěn)定高效的基荷電源，發(fā)展核能對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要作用。中國已形成了完整的核電產(chǎn)業(yè)鏈，要保持核電安全有序發(fā)展，由于沿海核電發(fā)展空間有限，要不斷優(yōu)化布局，穩(wěn)步推進(jìn)內(nèi)陸核電。水電選址受多方面因素影響，中國水電開發(fā)潛力在西部地區(qū)，重點在藏東南，要做好穩(wěn)健有序開發(fā)。風(fēng)光發(fā)電是中國未來能源發(fā)展的重點方向，2030年風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機容量要達(dá)到12×108kW以上，中長期內(nèi)風(fēng)光新增裝機容量要保持快速增長，東部分布式光伏、西部集中式光伏、海上風(fēng)電是未來的重點發(fā)展方向。中國生物質(zhì)能利用成效顯著，生物質(zhì)發(fā)電、生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)和生物質(zhì)燃料發(fā)展前景廣闊。

2030年非化石能源消費量達(dá)到16.1×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，占能源消費總量的26.9%，其中核電、水電、風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能占比分別為12%、29%、30%、26%和3%；2060年非化石能源消費量達(dá)到46.4×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，占能源消費總量的80.1%，其中核電、水電、風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能在非化石能源消費中占比分別為12%、12%、31%、38% 和7%， 風(fēng)能和太陽能成為非化石能源消費主體。

4 相關(guān)政策建議

世界能源格局正在向清潔、低碳、綠色、高效、多元化方向轉(zhuǎn)變。中國能源發(fā)展要統(tǒng)籌兼顧經(jīng)濟發(fā)展、能源安全和碳減排目標(biāo)，立足我國國情和煤多、油氣不足、新能源豐沛的資源稟賦，替煤、穩(wěn)油、增氣，大力發(fā)展新能源。加速構(gòu)建以新能源為主的新型電力系統(tǒng)和氫能產(chǎn)業(yè)體系，積極推動我國以煤炭為主的高碳能源結(jié)構(gòu)向以新能源為主的低碳能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。

以“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略為指引，堅持總體國家安全觀，把經(jīng)濟發(fā)展、能源安全貫穿能源清潔低碳轉(zhuǎn)型和碳減排全過程、各領(lǐng)域，防范“運動式”減碳。建議中央層面加強頂層設(shè)計，進(jìn)行任務(wù)分解，指導(dǎo)各地區(qū)、各部門制定科學(xué)合理的轉(zhuǎn)型目標(biāo)與規(guī)劃并定期進(jìn)行監(jiān)督檢查。各地區(qū)、各部門應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識到，能源轉(zhuǎn)型需要全局思維，保障能源安全是推進(jìn)實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的底線，應(yīng)當(dāng)在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下實現(xiàn)經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展。

綜上所述，建議按照積極型情景推動我國碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)實現(xiàn)。煤炭作為我國主體能源，要加強清潔高效利用，重點發(fā)揮好兜底保障作用；石油消費中短期內(nèi)仍將持續(xù)增長，未來將回歸原料屬性；天然氣消費中長期內(nèi)將保持快速增長，未來成為可再生能源發(fā)展的“最佳伙伴”；非化石能源中，核電要保持安全有序開發(fā)，水電要穩(wěn)健有序開發(fā)，風(fēng)能和太陽能將加速發(fā)展，以綠電和綠氫為載體推動可再生能源逐漸成為我國能源消費總量主體。