本文首發於2020年1月1日期《中國戰略新興產業》
落基山研究所
技術和經濟的不斷髮展將持續推動形成脫碳路線與能源供給方式之間的平衡。但本文展示的情景表明，以極低的成本實現零排放是可能的，對2050年中國人均GDP和生活水平的影響不太可能超過1%。
全球氣候變化對全球人類社會構成重大威脅。政府間氣候變化專門委員會（IPCC）2018年11月發佈的報告認為，為了避免極端危害，世界必須將全球變暖幅度控制在1.5攝氏度以內。只有全球都在本世紀中葉實現溫室氣體淨零排放，才能有可能實現這一目標。
能源轉型委員會認為，世界範圍內現有的技術可以實現這一目標，並且對經濟發展和消費者生活水平的影響很小。這一觀點甚至也適用於那些“難脫碳”的經濟部門，如重工業和重型/長途運輸行業。這些行業的脫碳成本可以被控制在GDP總量的0.6%以下，對面向消費者的商品價格也僅有極小的影響。
淨零碳排放實現可行
與其他國家一樣，中國也將受到氣候變化的威脅。中國在經濟高速發展的過程中也成為了全球主要溫室氣體排放國。從人均排放水平看，中國與富裕的歐洲發達經濟體相當，雖然只有美國極高人均排放水平的45%。不過中國的絕對規模使其成為了全球最大的溫室氣體排放國，每年98億噸的二氧化碳排放佔全球排放總量的28%。因此，無論對於整個世界還是對於中國自身而言，中國探索到本世紀中葉實現淨零碳排放的戰略路徑意義重大。
實現這一目標在技術上和經濟上都是可行的。考慮到中國的高儲蓄率和投資率，中國有實現該目標所需投資能力，並且對2050年中國人均GDP的影響也將是非常有限的。追求到2050年實現零碳排放將刺激投資和創新，從而進一步加速零碳發展，這不僅不會阻礙中國實現到2050年實現現代化強國這一目標，還將大幅改善地方空氣質量，併為中國在多個行業的技術領先地位創造巨大機遇。
要實現淨零碳排放，需要發電部門的完全脫碳，並大規模擴大電力使用，在儘可能多的經濟部門實現電氣化，還需要氫的生產和使用增加到三倍以上，以及在增加生物能開發和碳捕集、利用與封存方面發揮重要但有限的作用。中國的自然資源、製造業水平、儲蓄和投資率使這些不同的技術路線有可能實現並推動零碳經濟發展，同時保證中國的交通、建築供暖和製冷等以能源為基礎的服務部門繼續快速發展。實現零碳經濟的關鍵部門行動包括：
路面運輸（公路和鐵路服務）全面電氣化，同時支持將運輸使用量增加到至少三倍。在輕型車領域（汽車和城市貨運），電動車將很快在經濟性上超過內燃機車，而氫燃料電池電動車（FCEV）將最終主導重型公路運輸。中國龐大的高鐵網絡和廣泛的地鐵系統將在一定程度上幫助控制道路交通的增長，並對國內航空交通增長有一定的抑制作用。所有的鐵路出行都可在遠早於2050年前完成電氣化。因為電動發動機與內燃機相比具有更高的能效，這些地面運輸部門的電氣化將導致終端能源需求的下降。同時，由於電動車固有的長期成本優勢，這些行業的脫碳將增加而不是降低人均GDP水平。
使用生物燃料、合成燃料、氫能或氨來推動長途國際航空和海運部門脫碳，同時在短途運輸中使用電池電動氫能和混合動力等選項。這些燃料可能比現有的化石燃料成本更高，意味著國際運費和機票價格可能會更高。然而，隨著時間的推移，技術進步和規模經濟可能會推動成本的顯著下降。
向循環經濟轉型，並顯著提高關鍵材料的利用率和回收率，包括鋼鐵、水泥、肥料和塑料等。隨著中國人口趨於穩定並開始下降，以及城市化進程接近尾聲，支撐建築業的初級鋼鐵和水泥生產總需求將會不可避免地出現下降。因此，產自回收廢鋼的鋼鐵產量佔總產量的比例將從現在的不到10%上升到60%。在水泥方面，回收的潛力比較有限，但改進的建築設計和材料質量可以使總需求量在照常發展情景基礎上減少近50%。通過以可行方式大幅提高肥料利用率，肥料需求可減少1/3。隨著物理和化學回收技術的廣泛發展，中國52%的塑料用量可能來自回收塑料。
利用電氣化、氫能、碳捕集和封存以及生物能源來實現重工業領域的完全脫碳，包括鋼鐵、水泥和化工（合成氨、甲醇、高價值化學品即HVC）等部門。直接電氣化最適用於中低溫度要求的工業領域，而氫能和生物能可用於滿足高溫要求。氫氣還可以作為鋼鐵的還原劑和化學生產的原料。生物質可能成為另一種重要的化工原料。碳捕集與封存將在處理工業過程碳排放和剩餘的化石燃料相關碳排放方面發揮作用。
更廣泛地採用先進熱泵技術和最先進的建築保溫材料，以零碳方式為住宅和辦公室提供供暖和製冷，並在建築部門的有關領域發揮長距離工業廢熱運輸和生物質的作用。到2050年，中國建築領域的能效將顯著提高，以確保在服務水平不斷提高的情況下經濟有效地使用能源。到那時，75%的建築供暖和製冷將由電力提供。由於熱泵技術固有的能效優勢，電氣化與熱泵相結合能夠降低終端能源需求。即使在今天，熱泵技術都可以將每千瓦時電力輸入轉變為4千瓦時熱力輸出，並且這一“性能係數（COP）”隨著時間的推移可能還會得到進一步的大幅提高。
鋼鐵和水泥需求的降低、更多的資源（尤其是塑料資源）循環利用以及因地面交通和建築供熱領域的電氣化實現的相關能效進步，可以推動中國人均GDP和生活質量標準達到當前水平的三倍，同時將終端能源需求總量從當今的30億噸標煤（88EJ或24萬億千瓦時）降低到2050年的22億噸標煤（64EJ或17.8萬億千瓦時）。其中，工業總終端能源需求將經歷最大降幅（30%），但其在2050年佔終端能源需求總量的比例仍將高達60%（圖表A）。
零碳技術的多元化
這些能源需求可以通過四個方面的零碳技術措施來實現：電力方面，完全利用可再生能源、核能等非化石能源發電實現零碳電力；氫能方面，利用零碳電力電解水制氫，也可以用氫制氨用於終端能源消費；生物能方面，可作為零碳燃料和原料使用；以及在與碳捕集、利用與封存技術相結合的前提下，繼續使用一些化石燃料。圖表B列出了2050年可用於各經濟部門的不同能源組合。
電力將在其中扮演最重要的角色，可以直接使用，也可以用來生產氫氣、氨氣或其他合成燃料。總的來說，要實現零碳經濟，中國需要將發電量從目前的7萬億千瓦時增加到2050年的15萬億千瓦時左右（圖表C）。此外，氫氣的用量需要從目前的每年2500萬噸增加到8100萬噸以上。
要通過零碳方式生產這些電力，將需要2500GW光伏、2400GW風電、230GW核電和550GW水電裝機。考慮到中國的風能、太陽能和水力資源，以及已經確定的適合建造核電站的沿海地區數量，這一組合在技術上是可行的。
考慮到太陽能資源豐富的地區面積佔國土面積的2/3，中國將需要投入不到1%的土地面積來提供所需的2500GW太陽能發電裝機；而中國的風能資源估計可達3400GW陸上裝機和500GW海上裝機，已超過了所需的容量。
建設所需的可再生髮電裝機需要大幅提高年度投資力度（光伏投資達到現在的兩倍，風電投資達到現在的3-4倍），但投資的財務成本仍不到中國GDP的0.4%。這在經濟上顯然是可行的，因為中國目前的投資佔GDP的40%以上，其中一些投資浪費在了空置的房地產上，隨著人口數量趨於穩定和城市化進程接近完成，房地產和非能源基礎設施投資需求將不斷下降。
如圖表C所示，電力系統中接近70%的發電量將來自於隨天氣條件變化的風能和太陽能資源，但通過部署儲能技術規模化應用、加大輸電基礎設施投入、推進需求側管理等措施提升電力系統靈活性實現電網的供需平衡。此外，140GW的抽水蓄能容量還可以提供更長期的季節性補充。隨著成本的持續下降，電池儲能的容量將會從目前微不足道的水平增長到2050年的510GW。利用過剩電力生產氫氣可以作為一種有效的需求響應機制，提供至少100GW的容量。只要具備適當的軟件系統和到位的市場激勵措施，工業和住宅部門的各種需求響應技術都可以發揮關鍵作用。以生物質或化石能源為燃料並採用碳捕集技術的火電廠每年將只運行少量時間以提供短期的備用電力，其作用將十分有限但仍然非常關鍵。
除了電力和氫能，實現零碳經濟還需要每年生產大約4.4億噸標煤（13EJ）的生物能源（當前每年僅3400萬噸標煤或1EJ）。以可持續的方式實現這些生物能的供應將是一個重大挑戰，但理論上，中國有能力開發4.0-8.5億噸標煤（12-25EJ）可持續生物能源。鑑於生物能源資源的稀缺，中國的生物能需要在那些沒有其他脫碳選擇的行業優先應用，例如，航空可能是其中的一個優先應用領域，但貨運不是。
在一些工業過程中還需要應用碳捕集技術，並將二氧化碳運輸和地質封存，或運用二氧化碳混凝土固化等碳利用技術永久性儲存所捕集的二氧化碳。這一需求雖然有限，但仍然十分關鍵。在考慮250公里內進行碳排放源匯匹配的情況下，中國碳封存能力遠遠超過每年儲存10億噸的需求量。
總之，中國一次能源需求總量可能會從目前的45億噸標煤（132EJ）下降到2050年的25億噸標煤（73EJ），降幅達到45%。一次能源需求的降幅大於終端能源需求的降幅（30%），這在很大程度上是由於避免了當今火力發電系統所涉及的能源損失。在能源需求總量降低的同時，能源的來源還將發生巨大的轉變，化石燃料的需求將下降90%以上，而非化石能源的需求將增加3.4倍（圖表D）。
體制、資金和技術有優勢
技術和經濟的不斷髮展將持續推動形成脫碳路線與能源供給方式之間的平衡。但本文展示的情景表明，以極低的成本實現零排放是可能的，對2050年中國人均GDP和生活水平的影響不太可能超過1%。
如果考慮到對零碳排放目標的承諾對技術進步和成本下降的促進作用，這一成本甚至會更低甚至是負值。但本文的計算並未考慮這種因素。
如想實現這一可行的零碳經濟路徑，必須制定清晰的目標，並推行強有力的公共政策。首先，國家層面明確的零碳排放目標將提供指導行動和制定路徑框架的方向，引導國有企業和私營部門進行科學投資戰略決策。長期目標必須和短期目標以及投資計劃相結合，例如與即將出臺的國家、地方和部門等層面“十四五”相關規劃和落實規劃的一系列政策措施及機制安排，具體政策領域包括：
推動在發電、輸電、配電和儲能等領域制定加大零碳電力系統建設力度的政策。
加快全國碳市場的建設，以支持全社會尤其是重工業領域的脫碳。
設立相關法律法規以推動路面交通和建築供暖的全面電氣化，同時不斷加強相關標準以提升建築能效水平。
繼續深入發展循環經濟，強化法律法規體系和政策激勵機制建設，尤其在塑料行業。
建立支持技術進步尤其是早期階段技術突破的相關政策，以助推零碳技術和產業生態體系的構建。
中國的政治體制和經濟發展水平使中國具備“集中力量辦大事”的體制、資金和技術優勢，能夠在確定了長期戰略目標後製定和實施長期、大規模投資和持續行動，這為中國推動到2050年實現零碳排放奠定了堅實基礎。事實上，中國在實現零碳排放的過程中，也將持續不斷地挖掘經濟增長和環境改善的潛力，為其實現2050年其他經濟社會發展目標作出貢獻。
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