王永中：碳达峰、碳中和目标与中国的新能源革命

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王永中（中国社会科学院世界经济与政治研究所研究员）

  01碳达峰、碳中和目标下全球与中国的能源革命及其发展特征
  碳达峰、碳中和目标将会触发全球和中国的能源系统革命，促进经济全面绿色低碳转型。碳减排是实现碳达峰、碳中和目标的基础路径，而碳封存、碳捕捉和森林碳汇等起辅助性作用。从经济结构和能源结构角度看，碳减排的途径理论上主要有三条：一是调整经济结构，控制钢铁、电解铝、水泥和玻璃等高能耗、高排放行业的发展规模，降低能源消耗强度大的制造业，特别是重工业的比重，提高能源强度较小的服务业和轻工业的比重；二是调整能源结构，降低碳含量高的煤炭、石油等化石能源的消费比重，提高零碳的可再生能源以及低碳的天然气等清洁能源的消费比重，加快工业、建筑、交通等领域的电气化；三是通过科技手段，全面推进电力、工业、建筑、交通等重点领域节能，提高能源使用效率，减少能源生产、运输和消费环节的浪费，降低单位GDP能耗。随着碳达峰、碳中和目标的不断推进，未来全球和中国能源系统的革命和发展将呈现如下特征。
  第一，能源结构趋于多元化，非化石能源将逐渐占据主体地位。在历史上很长一段时间内，全球能源系统通常被一个单一能源支配。在农耕社会，薪材占据统治地位。在20世纪上半叶，煤炭是主体能源。后来，随着煤炭地位下降，石油成为居支配地位的能源。碳中和转型意味着未来二十余年能源结构将出现前所未见的多元化局面，石油、天然气、可再生能源和煤炭将可能四分天下，各占四分之一份额。伴随着低碳转型的推进，主体能源将由石油、天然气、煤炭等化石能源向可再生能源逐步过渡，预计非化石能源可能在21世纪40年代早期占据主体地位。可再生能源占一次能源的比重将由2018年的5%升至2050年的50%左右，化石能源的比重则相应由85%降至30%左右。
  第二，煤炭和石油消费将显著下降，天然气需求则相对稳定。其主要体现在以下三个方面。一是煤炭消费将会持续显著下降。根据《BP世界能源统计年鉴》预测，2050年，煤炭消费可能下降85%～90%，在一次能源结构中的比例将低于5%。全球煤炭消费下降将由中国驱动，中国的煤炭消费下降量将占全球煤炭消费削减量的一半左右，而其中电力部门减碳程度最高，削减量约占煤炭消费下降总量的三分之二。二是全球石油需求可能已达峰。新冠肺炎疫情导致石油消费行为发生变化，居家办公和自驾出行需求上升，外出旅行和乘坐公共交通的需求下降。在能效改进和电动汽车销售强劲增长等因素的作用下，汽车行业不再扮演石油需求引擎的角色。研究显示，全球石油需求可能在2019年已达峰，且将难以恢复到新冠肺炎疫情暴发前的水平。中国石油需求在2030年将达到峰值，但印度的进口需求会继续上升。2050年，全球日均石油需求量可能下降3000～5500万桶。三是作为清洁能源和过渡能源，天然气需求较为稳定。未来15年，中国和印度等亚洲经济体的“煤改气”进程加快会驱动天然气需求继续稳定增长，预计天然气消费在2035年左右达峰。2036年至2050年期间，中国和欧洲的天然气需求可能会下降。2050年，全球天然气消费可能回落至2018年的水平。
  第三，电力和氢能在能源结构中的地位显著提升。鉴于发电部门去碳化程度较高，在碳中和目标导向下，应尽量用电力取代化石能源以作为最重要的能量来源，电气化程度将会大幅提高。考虑到可再生电源的间歇性和不稳定性特征，未来电力系统的智慧化水平将显著增强，会通过互联网、物联网、人工智能、大数据、云技术等，将人、能源设备、能源服务互联互通，使电源、电网、电荷以及能源存储相互协调。然而，不同行业或部门电气化程度存在差异。一些行业或部门难以实施电气化，如钢铁、水泥和化工等高温的工业生产加工过程，以及远程交通运输，包括重型卡车、航空和海运等。对于这些难以电气化的过程或领域需要采取替代性的低碳或零碳能源。利用可再生能源制取氢、氨和可再生合成燃料，用于汽车、船舶、航空和工业等。特别是可再生合成燃料是一项极具潜力的变革性技术，采用可再生能源合成液体燃料，一旦取得技术突破，将使交通和工业燃料不再依赖化石能源。
  第四，光伏太阳能将占据能源系统的中心地位。在过去的十余年中，光伏太阳能发电成本下降82%～90%左右，在绝大多数国家低于新的燃煤电站或天然气电站的成本。太阳能光伏的年新增装机容量在2021年至2025年期间预计为250吉瓦，在2026年至2035年期间预计达到350吉瓦，分别约等于2000年以来年均60吉瓦新增装机容量的4倍、6倍。2030年至2050年期间，以太阳能为代表的可再生能源将逐步由替代能源向主体能源过渡，太阳能将占据全球能源系统的中心舞台。根据国际能源署2020年的预测，2030年，可再生能源发电将会满足80%的电力需求增加。未来一段时间，水电仍将是最大可再生电力来源，但2022年后，电力供应增长主要来源于太阳能光伏发电，紧随其后的是陆上风电和海上风电。伴随着太阳能、风能和能源效率技术的快速发展，氢能、碳捕捉使用和储存、核能会有大的发展。这有助于形成以新能源为主体的新型电力系统，常规火力发电将从目前的基荷电力转变为调峰电力，结合CCS的火电，将为大电网稳定性和灵活性提供保障，实现电力零碳化。
  第五，可再生能源快速发展导致关键金属长期需求大幅上升。与传统化石能源发电不同，光伏、风电和电动汽车需要更多的金属。锂、镍、钴、锰、石墨对于电池的功效、寿命和能源强度非常重要。稀土永磁材料对于风力发电机和电动汽车至关重要。电网需要大量的铜和铝，其中铜是电力系统的基石。电动汽车的金属使用量是普通燃油汽车的6倍，陆上风力发电站的金属需求量是天然气发电站的10倍。根据国际能源署的预测，在实现《巴黎协定》目标的情形下，未来20年，可再生能源部门的金属需求份额将大幅提升，在铜、稀土元素中的消费份额将超过40%，在镍和钴中的需求份额将达60%～70%，在锂中的消费份额将超过90%。电动汽车和储能电池将替代消费者电子产品成为最大的锂消费部门，并在2040年成为镍的最大消费者。若2050年实现全球碳中和目标，全球能源转型步伐将进一步加快，2040年金属需求将比2020年增长6倍多。作为主要需求方，电动汽车和储能电池的金属需求在2040年将至少增加30倍。锂需求将经历最为迅猛的增长，2040年将增长40多倍，紧随其后的将是石墨、钴和镍，约增长20～25倍。电网的扩张意味着电缆的铜需求将会加倍。
  02、碳达峰、碳中和目标对中国经济和能源系统的影响
  作为一个产业结构偏重、能源消费偏煤、能源效率偏低、油气供应风险偏高和可再生能源设备制造能力较强的发展中大国，碳达峰、碳中和目标的提出及实施，将会对中国的经济结构和能源系统构成全面且深远的影响，甚至是前所未有的颠覆性冲击。碳达峰、碳中和目标对于中国是挑战和机遇并存，既经受着经济和能源结构调整的巨大压力，又面临着推进绿色低碳转型发展和持续创新能源科技新优势的时代机遇。
  第一，减排任务重和向碳中和过渡时间短，加大了产业和能源结构调整的压力与风险，倒逼经济结构低碳转型。相较于发达国家，中国在经济结构、能源结构和能源效率上存在明显劣势，在推进碳达峰、碳中和目标上面临着巨大的障碍和挑战，加大了产业和能源结构调整的压力与成本，体现在以下几个方面。
  一是碳减排任务艰巨。目前，中国是世界上最大的碳排放国，人均碳排放列49位，是全球平均水平的1.6倍。2019年，中国碳排放量占全球的28.8%，接近排名第2至第5位的美国、印度、俄罗斯和日本四国的总和，远高于约18%的人口和GDP的份额，中国人均碳排放水平虽相当于美国的一半，但已超过英国、法国等国家。
  二是碳达峰向碳中和过渡的时间短。发达国家已实现自然碳达峰，向碳中和过渡的时间有五六十年，其能源转型是沿着先由石油替代煤炭、再由天然气替代石油的递进规律自然形成的，而中国尚未实现碳达峰，城市化进程尚未完成，大量低收入群体在不同程度上存在能源贫困现象，人均能源消费需求仍维持增长，向碳中和过渡的时间仅三十年，调整经济结构和能源结构的任务繁重，能源转型是在没有完成油气时代的条件下直接进入可再生能源时代，造成电力灵活性资源先天匮乏。
  三是制造业比重偏高和经济发展任务繁重，能源强度下降空间受到制约。发达国家已实现高度服务化，能源强度已明显下降，但中国目前刚刚接近高收入国家的门槛，经济发展和追赶任务繁重。要实现“十四五”规划和2035年远景目标，未来十五年中国经济年均增速仍然需要保持在5%这一较快水平，才能在2025年、2035年分别进入高收入国家、中等发达国家的行列。为降低单位GDP的能耗和碳排放水平，中国可调整和优化经济结构，淘汰钢铁、水泥、玻璃等过剩行业的部分产能，降低工业经济特别是高排放高污染重化工业的比重，但制造业是立国之基，不能过早去工业化，其在国民经济中的份额宜稳定维持在40%左右。
  四是能源转型面临着“富煤、贫油、少气”的资源禀赋瓶颈。目前，煤炭在中国一次能源消费结构中的比重高达60%，非化石能源占比仅15%，石油和天然气消费高度依赖进口，能源供应安全风险居高不下，水电和核电等清洁能源发展空间受限，光伏发电和风电发展势头虽迅猛但占比太低，调整和优化现有能源结构的回旋空间小，预计未来较长一段时间内煤炭仍将扮演主体能源角色和兜底保障功能。尽管中国是最大的碳排放国，但减排的潜力大且速度快。在过去二十余年中，中国的单位GDP碳排放强度下降了40%，仅次于英国，是全球碳强度下降幅度第二大的国家，完成了哥本哈根会议的承诺和“十三五”规划的减排目标。而且，碳达峰、碳中和目标压力会倒逼中国的产业结构从高污染、高排放的产业向低碳产业加快转型。低碳产业转型将提高产业的全要素生产率、改变生产方式、培育新的商业模式，有助于促进中国实现经济结构调整、优化和升级的目标。
  第二，能源和环境成本上升导致中国制造业成本增加，国际价格竞争力削弱。碳碳达峰、碳中和目标对中国制造业竞争力的影响是国内关注的一个焦点。目前，中国是世界工厂和第一制造业大国，约进口了全球一半的金属矿石资源。据联合国的一项统计，2018年中国制造业增加值达4万亿美元，远超美国的2.3万亿美元、日本的1万亿美元、德国的8000亿美元，约相当于这三个老牌工业强国的总和。客观地看，中国制造业之所以取得如今世界工厂的地位，固然与高素质且低成本的劳动力、完整的工业产业链条和产业集聚的优势相关，但还有一个不可忽视的因素是，未将生态环境成本计算在内。
  在当前能源技术没有取得明显突破，碳减排以产业结构调整、节能增效和非化石能源发展为主要手段的情形下，加大碳减排力度，显然会增加企业的成本，削弱制造业的竞争力。对煤炭、金属冶炼、钢铁和水泥等高排放行业的产能限制，会导致能源、金属原材料和建材的供应紧张与价格上涨。而且，现阶段的风电与光伏实际上并未实现真正意义上的“平价”，没有考虑电力波动性所造成的电网平衡与消纳成本。
  据估算，假设2030年我国风电、光伏发电渗透率达到20%～30%，可能导致全社会度电成本增加0.031～0.059元，并致使CPI、PPI分别上升0.21%～0.42%、0.48%～0.94%。另外，欧盟拟于2023年实施的碳边境调节税将对中国输欧商品产生负面影响，其中，机械设备业、金属制品业、非金属矿物制品业等行业受冲击较大。碳达峰、碳中和目标虽会增加中国制造业的环保成本，在一定程度上削弱中国制造的价格竞争力，但也会引导国内制造业企业加快转型升级的步伐，从长远看有利于提升中国制造的国际竞争力。
  第三，可再生能源行业扩张将创造就业机会，巩固光伏和风电设备制造的国际竞争力，有利于抢占国际绿色科技竞争制高点。当前，科技革命对全球经济和能源系统产生了深刻影响。人工智能、大数据和量子信息等信息技术的发展，不仅改变了人们生活、工作和联系的方式，创造了新的产业、经济机会和商业模式，而且推动储能电池、太阳能光伏电池、电动汽车等清洁能源技术出现前所未见的突破，并有望使可再生能源成为引领本世纪科技进步和经济繁荣的前沿新兴产业。随着低碳经济转型的加速，将会有越来越多的就业岗位由传统的化石能源、高耗能高排放的部门向新兴产业部门转移。而且，当可再生能源的技术成本不断降低和性能不断提升时，光伏发电和风电等新兴技术发展在创造就业上的正面效应便越发凸显。从而，越快拥抱新能源技术革命的国家，越可能在21世纪经济科技发展中抢占优先地位。
  中国在发展可再生能源和新兴绿色经济领域处于较为领先的地位，如太阳能光伏电池、储能电池、电动汽车、5G、人工智能等。但与国际先进水平相比，中国绿色低碳重大战略技术储备不足，整体仍处于“跟跑”状态。在过去10余年中，中国可再生能源部门创造了大量就业机会。2010年至2019年期间，中国对可再生能源部门的投资达8180亿美元，成为太阳能光伏发电和光热发电的最大市场。2010年至2019年，中国在可再生能源行业创造了440万个工作岗位，约占全球的38%，其中，光伏发电部门提供就业机会220万个，占59%；海上和陆上风电创造了50万个就业岗位，占44%；水电部门提供就业机会60万个，占29%；太阳能加热和制冷部门创造就业职位70万个，占81%。根据Goldman Sachs的预测，截至2060年，中国在清洁技术基础设施领域的投资将达16万亿美元，将创造4000万个就业机会。而且，中国是可再生能源制造业大国，拥有全球70%的光伏产能和40%的风电产能，全球碳达峰、碳中和目标将为中国的光伏发电和风电设备提供巨大的市场机会。从而，中国可通过鼓励可再生能源行业的扩张，创造工业机会，推动国内绿色经济发展，并提升可再生技术的国际竞争力，抢占21世纪绿色科技领先国家地位。
  第四，风电光伏大规模并网对电力系统安全运行构成威胁，煤电有序退出面临巨大困难。电力行业是实现碳达峰、碳中和目标的主战场，电力替代化石能源的进程将会加快，电气化时代会加速到来。这对中国电力系统而言，既是难得的发展机遇，又是巨大的挑战和紧迫的任务。电力行业是中国最主要的碳排放部门，且“一煤独大”的特点突出。2020年，中国电力行业碳排放占全国碳排放总量的37%；煤电发电量占比60.8%，而风电和光伏的发电量占比仅9.6%。在碳达峰、碳中和目标压力下，中国电力行业面临着两个紧迫的问题：
  一是如何在确保电力供应稳定、就业稳定和尽量减少前期投资浪费的前提下，逐步、有序地推进中国现役的1000多座燃煤电厂退役。中国的燃煤电站远比发达国家年轻，现有大部分燃煤电站是在2005年后才安装的，还有数十年的设计寿命，过早退役燃煤电站不仅是对以往投资的巨大浪费，而且会造成电力供应短缺问题。值得警惕的是，一些地方政府为拉动投资和刺激经济，逆势上马了一批煤电项目，这加大了煤电退出的难度，造成新的投资浪费。据统计，2020年新核准煤电装机容量合计为4610万千瓦，约占“十三五”期间核准总量的32%，是2019年获批总量的3.3倍。而且，碳中和与煤电行业产能过剩两因素叠加，导致煤电企业难以获取银行贷款，融资风险显著上升。
  二是如何处理风电光伏在未来大量并网和消纳后给电力系统安全带来的冲击。风电光伏的大规模并网会给电力系统带来间歇性挑战，如某一段时间发电量过大或过小，威胁着电力系统安全，对电力系统的市场机制设计、规划设计、生产管理、运行控制带来挑战。同时，由于中国电力的生产和消费存在着地域空间上的分离问题，以至于电力供应出现全年整体过剩和尖峰时刻短缺并存的现象。
  第五，可再生能源发展有利于降低对外油气依赖度，但加大了关键金属的潜在供应风险。“富煤、贫油、少气”的资源禀赋，致使中国的油气供应高度依赖海外市场，石油、天然气消费的对外依赖度分别超过70%、40%，导致中国油气供应的地缘政治风险和运输通道风险居高不下。与油气资源地理分布失衡不同，地球上的风、光资源分布较为均衡，从而，可再生能源发展有助于降低中国的油气供应风险。不过，可再生能源行业扩张将会推动铜、锂等金属需求出现结构性增长，且金属矿石资源供应垄断程度高于油气，从而，未来能源地缘政治焦点可能由油气转移至铜、锂等关键金属上，关键金属的潜在供应风险将会凸显。
  关键金属的供应风险主要体现在以下几个方面。一是生产地理集中度高。能源转型所需要的许多重要金属的生产集中度高于油气。例如，刚果的钴产量占全球70%，澳大利亚的锂产量占全球50%以上，智利的铜产量占全球30%，等等。二是项目投产期长。金属矿从发现到生产一般需要16年时间。供应弹性小，产量难以在需求和价格快速上升时作出同步反应。三是资源质量下降。近年来，一些矿产品品质持续下跌。在过去15年中，智利铜的品质等级下降了30%。提炼低品位的金属矿石需要更多的能源消耗、生产成本和温室气体排放。四是环境标准趋严。金属矿产资源的开采和加工会产生环境和社会问题，如果应对不善，将危害当地社区和破坏供应。目前，要求矿企可持续和负责任生产的呼声高涨。五是气候风险上升。50%的铜、锂生产位于水资源短缺的地区。澳大利亚和非洲的金属供应易受酷热、洪水的负面影响。关键金属需求的快速增长对供应的可获得性和稳定性构成严峻挑战。目前，一些关键金属的产能和投资计划远低于光伏电池板、风电机和电动车快速部署的需求。金属供应风险将导致清洁能源转型速度放慢、成本更高，阻碍全球对抗气候变化的努力。不过，中国可充分利用在稀土资源及加工、金属提炼领域的优势，提升可再生能源关键金属供应的稳定水平。
  03、结论与对策建议
  推进碳达峰和碳中和是一场广泛而深刻的社会、经济和能源系统革命，需要立足新发展阶段，坚持“绿水青山就是金山银山”的理念，把碳达峰、碳中和目标纳入经济社会发展和生态文明建设整体布局，充分发挥党和国家统一领导、集中力量办大事的制度优势，统筹利用国内国际各种资源，以经济结构全面绿色转型为引领，以能源绿色低碳发展为关键，深入实施可持续发展战略，促进经济社会发展全面绿色转型。具体建议如下。
  一是加强碳达峰、碳中和目标实现路径的顶层设计和系统谋划。设计碳达峰、碳中和两步走方案，制定2030年前碳达峰行动方案，拟定能源、钢铁、石化、建筑和交通等行业的碳达峰实施方案，完善财税、金融、土地和价格等保障措施，鼓励具备条件的地区和行业提前碳达峰。碳达峰、碳中和的实施过程应坚持循序渐进原则，注重维持经济发展与节能减排之间的平衡，应严控新增高排放高污染项目建设，稳妥推进存量“双高”项目的调整和退出，切忌犯急躁冒进错误和实行盲目“一刀切”政策。
  二是大力推进产业结构调整升级。推进供给侧结构性改革，大力淘汰落后产能，化解过剩产能，坚决遏制“双高”项目的无序盲目发展，鼓励发展战略性新兴产业，加快工业绿色低碳改造和数字化转型，提升农业和服务业的低碳发展水平。
  三是构建清洁、低碳和高效的能源体系。遏制地方投资冲动，严控新煤电项目，稳妥推进小型煤电项目的整合和有序退出。加快发展风电、太阳能发电，大力提升储能和调峰能力，构建以新能源为主体的新型电力系统。
  四是加大绿色低碳技术创新研发投入。建设一批国家科技创新平台，布局一批前瞻性、战略性低排放技术研发和创新项目，加大能效提升、智能电网、高效安全储能、氢能、碳捕集利用与封存等关键核心技术研发的投入力度，加快低碳、零碳技术发展和规模化应用。
  五是提升可再生能源关键金属供应安全。加强国内矿产资源的勘探开发投入，鼓励废金属回收利用，提高关键金属资源的国内保障能力。通过拓展进口渠道和增加海外直接投资的方式，维护海外金属资源的供应稳定。充分利用在稀土资源及加工、金属加工领域的优势，提升中国在国际金属资源市场的议价权。
  六是加强国际交流合作与政策协调。积极参与应对气候变化国际合作，反对将碳排放作为地缘政治的筹码和贸易壁垒的借口，维护中国的发展权益。参与国际规则与标准制定，推动建立公平合理、合作共赢的全球气候治理体系。完善绿色贸易、投资和融资体系，共同打造绿色“一带一路”。（来源：《学术前沿》杂志2021年7月下）