“双碳”目标下我国能源转型路径

何李丽 张 恒

成都信息工程大学

0 引言

经济发展与环境保护之间的矛盾是世界发展中亟须解决的问题。近年来，经济高速发展并且取得了不小的成就，但这让全球的环境付出了巨大代价。近年来，我国CO2排放量年均增长率为1.5%左右，2019年我国生产消费活动中产生的CO2达到100 亿t，占全球排放量30%。2020 年，我国一次能源消费占全球总量消费的25%，其中，煤炭能源的消耗占比高达56%，是煤炭能源世界使用量均值的两倍之多，石油和天然气的碳排放量分别为14%和5%。美国、欧盟和印度的石油消耗量每天分别下降了230 万桶、150 万桶和48 万桶，但是中国的石油消耗量每天却增加了22万桶。碳排放部门中，排放量最高的部门是电力部门，紧接着依次是工业部门和交通运输部门，由此可以看出，我国不仅是一个工业大国还是一个CO2气体排放量的大国，我国在联合国会议上提出的碳达峰碳中和目标不仅体现了大国担当和我国阻止气候进一步变暖恶化的决心，同时我国的CO2排放状况也表明了我国制定“双碳”目标的必要性和紧迫性。

中国能源消费以高含碳的化石能源为主，根据国家发布的2020 年的统计数据可以发现，2020 年我国的煤炭、天然气等含碳量较高的化石能源的使用比例高达84%，无碳能源的使用比例只有16%。我国在2020 年的气候雄心峰会上宣布，到2030 年我国的单位GDP的碳排放量与2005相比至少要下降65%，非化石能源的消耗要占一次能源的1/4，同时我国的森林储备量与2005 年相比也要有所增加，增加量为60×108m3。

能源结构的转型与升级、实现清洁能源对传统能源的替换、降低CO2的排放量是实现“双碳”目标的基本手段和根本途径。本文将依据我国的实际国情和资源禀赋具体情况，对我国的能源状况进行研究并提出了相应的意见与建议。

1 文献回顾

经济发展过程中，人类对化石能源的过度依赖，导致了自然界CO2的排放量远远超过了CO2的使用量，过量的CO2排放导致了全球气温上升。减碳目标势在必行，实现“双碳”目标与人类幸福息息相关[1］。全球气温与100 年前相比已经上升了1.1 ℃，许多国家之间因气温问题产生了分歧，由此可见气温问题已经不再单纯是科学领域的问题，更是涉及政治、社会层间[2］。“双碳”目标与经济发展之间并非是矛盾体，二者可以共生，同时“双碳”目标的提出还可以催生出新的经济机遇，促进经济的进一步发展[3］。如今使用低碳能源，对能源进行低碳处理，已经在全球多个国家之间达成了共识。因此，我国在实现“双碳”目标的过程中应该秉持对全世界人民负责的理念，避免一味地追求“碳达峰”目标，为“碳中和”目标的实现做足准备[4］。实现“双碳”目标的关键是进行降碳，而大部分CO2来自化石能源的消耗，可见降碳的关键是进行能源的安全转型，促进清洁能源和可再生能源的使用[5］。能源转型与人类生存紧密相关。从单纯的追求经济快速发展到追求经济既快速又高质量地发展，能源转型是其中关键一环[6］。中国是世界上CO2排放量最大的国家，也是对化石能源使用量最多的国家，因此中国必须积极坚定地进行能源转型，为世界上其他进行能源转型的国家提供可借鉴的经验[7］。经济发展对中国人均CO2的贡献呈同向增长，而能源结构与效率对抑制人均CO2的排放则呈现出先下降再上升的趋势[8］。对我国来说，能源领域低碳转型应从自身条件出发选择能源转型方向，而不是“整齐划一”地发展可再生能源[9］。欧盟是全球第一个大力推行减排的地区，通过制定各项法律法规、政策体系，顺利实现了欧盟制定的“3 个20%”目标，即CO2的排放量与1990 年相比下降20%，可再生能源的消耗量占总能源的消耗量上升至20%，不可再生能源的消耗量，如煤炭，消耗量要比原来减少20%[10］。根据我国的实际情况，我国可以从能源结构、能源效率、颁布新的政策机制等方面推进能源的转型[11］。

梅茨·伯特(Metz Bert)和政府间气候变化专门委员会第三工作组(2001 年)认为，到2020 年，提高能源效率可能有助于减少一半的温室气体排放[12］。应对气候和环境相关挑战是全球的首要任务。通过国际间的合作学习最佳做法并与其他国家的同事交流经验，在欧洲层面传播自己的项目成果，提高国家研究能力的知名度，因此，提高对国际合作的吸引力，改善国际合作对能源转型的研究与创新活动至关重要[13］。

2 我国达成“双碳”目标面临的挑战

我国达成“双碳”目标的时间较其他已完成目标的国家相比较短，需要解决的问题和面临的挑战更多。这一挑战是我国达成“双碳”目标最大的挑战，从提出碳达峰目标到预期达成碳达峰的时间仅有10年，这意味着我国的CO2的排放量需要在短期内达到峰值，且增长的速度不能过快，在历经平台期后，排放量就开始逐渐下降。我国碳达峰到碳中和的时间仅仅只有30年，而欧盟承诺的达成“双碳”目标的时间是我们的2倍多，而根据已经完成了“双碳”目标的国家来看，时间也大多是50年左右，这表明我国完成“双碳”目标时所面临的挑战更艰巨，需要付出更有效的努力与实行更有效的措施。

我国既是世界上一个人口大国，同时我们的工业也正处于急速上升的阶段，工业化的高速发展意味着必然会消耗大量的能源。根据我国的能源现状，因工业的发展与煤炭的消耗紧密相连，导致了CO2的大量排放。经济发展与“双碳”目标似乎有了矛盾点，这就需要政府这只“看得见的手”和市场这只“看不见的手”共同调节，同时制定相关的政策制度，使经济发展与“双碳”目标共同前进。

其次，目前国际上减排的主要技术手段是CCUS 技术（碳捕集和碳封存）。我国现在对CCUS手段的研究还不深入，了解得也较少，相关方面的技术性人才也存在着缺口，这就需要进行创新性研究，并且需要投入大量的资金成本。除CCUS 手段，我国还可以通过作一些其他的专业性创新研究对碳的封存和捕集进行深度了解，而产生的大量资金成本也是一个不小的问题。

最后，就是碳的排放与我国居民的生活息息相关，在达成“双碳”目标之前，应该让居民的生活有保障，确保居民的生活不会受达成“双碳”目标过程的影响。居民的衣、食、住、行都与碳的排放相联系。出行方面，人们使用的交通工具会排放CO2，人们做饭时使用的天然气等能源也会导致CO2的排放，特别是在冬天，CO2气体的排放与其他季节相比会增加不少，因为人们会使用煤炭等能源作为取暖的手段，比如烧水等活动。因此，如果我国政府对CO2排放进行了不恰当的控制将会影响当地居民的正常生活。

2.1 我国CO2的排放量和主要来源

CO2的过度排放严重影响了地球的自然生态环境和人类的可持续发展。我国作为最大的发展中国家和工业国家，每年CO2的排放量都是全球第一（见图1）。“双碳”目标的提出是降低我国CO2排放的有效措施，弄清源头，对症下药是降碳减碳达成目标的关键。

图1 中国排放的CO2在全球所占比例

2.1.1 我国目前CO2的排放趋势

我国是一个工业大国，并且工业正处于快速上升的时期，也伴随着大量的化石能源的消耗。我国经济飞速发展，CO2的排放量也急剧上升，2020 年中国的碳排放连续4 年持续增长，增幅0.6%，而碳排放强度降低1%，CO2的排放量达到了30年前的4倍之多，其中2001 年到2011 年这10 年间，我国的经济发展最快，CO2的排放量最高。根据国家统计局2021 年发布的数据，从2019—2021 年，我国的CO2排放量占据世界CO2的比例分别为30%，30.93%和27%。近3年的排放比例变化不大，但提出“双碳”目标后的2021 年与前2 年相比比例显著减少，说明为了达成目标，我国率先采取的降碳减排策略已经初见成效。

2.1.2 目前我国CO2排放的主要来源

我国温室气体主要来源于化石能源的燃烧和火力发电的过程，这一部分排放的CO2占总CO2排放的51%，建筑行业和交通行业释放的CO2的占比分别为27%和9%，人类和动物活动释放的CO2为13%（如图2所示）。

图2 CO2的排放来源

可以看出，温室气体排放主要来自化石能源的燃烧和电力生产，因此考虑用清洁能源、可再生能源替代含碳能源是进行能源转型，达成“双碳”目标的必经之路。

2.2 我国目前的能源消费结构

我国作为一个工业大国，2020 年工业增加值313 071 亿元，比上年增长2.4%。其中，电力、热力、燃气及水生产和供应业增长2.0%。

国家统计局2020 年发布的统计年报显示，我国的工业生产总值从2016-2020 年呈现持续上升的趋势（如图3所示），工业总值逐年增加，对我国的长远发展来说无疑是一件好事，但其中也伴随着对环境的污染，一次性能源的大量消耗释放出了大量的CO2气体，加快了全球温室效应的形成。

图3 2016-2020年工业增加值以及增长速度

我国地大物博，主要的资源禀赋状况是山西的煤炭资源较为丰富，石油和天然气含量则较少。因此，能源消费大都以煤炭为主，而煤炭中含有大量的碳元素，会造成CO2气体的大量排放。国家统计局2020 年的统计年鉴显示，2020 年能源的总消费量是498 000 万t，比上年增长2.2%，其中煤炭占能源消费总量的比重是56.8%，消费量下降0.9%。石油占能源消费总量的比重是18.9%，消费量增长3.3%。天然气占能源消费总量的比重是8.4%，消费量增长7.2%。一次电力及其他能源占能源总量的比重是15.9%。

到2020 年9月底，我国可再生能源发电装机达到8.37 亿kW，同比增长9.6%。全国万元国内生产总值CO2排放下降1.0%。

能源消费在我国主要分为煤炭、焦炭、原油、燃料、汽油、柴油、天然气、电力等能源的消耗。根据国家统计局的数据，在2016-2018年日均能源消费量占比最多的是煤炭，其次就是石油（见图4）。

图4 各能源消费占一次能源消费总量的比例

由以上数据可以看出，我国的碳排放主要是来源于高碳能源的消耗，因此加快高碳能源向低碳能源的安全转型是达成“双碳”目标的有效措施。

3 “双碳”目标下我国的能源转型路径

能源消耗与居民的日常生活密切相关，同时，我国作为全球最大的发展中国家需要大量的能源来推进工业发展，因此在进行能源改革时，既要考虑不能对居民的日常生活造成过大的影响，又要在保证能源安全的前提下，使经济发展速度得以提高。目前我国的能源改革方向可以从技术、政府政策、发展相关人才等方面推进。

3.1 能源生产改革，大力发展清洁能源

煤炭是我国含量最多的能源，由含碳能源向清洁能源的转变是我国能源转型的重要过程。传统观念认为我国的能源现状是富煤贫油少气，这种说法的确符合我国的实际情况，但这些能源都是不可再生能源，并且成分中含有大量的碳元素，在消耗过程中会伴随着大量的温室气体的排放。我国地大物博，拥有平原、山丘等多种地形，根据实际地理情况可以考虑太阳能、风能、水能等一次性清洁能源对非可再生能源的替代。

风能是一种既无污染又可以满足经济发展的能源。我国西部地区的海拔都较高，并且一年中经常伴随大风天气，因此可以考虑将风能发电纳入我国能源安全转型的一个环节。山区的高海拔与地面之间存在着一个不小的高度差，根据物理学中的能量转换定理，水流在从地势高的地方流向地势低的地方时会产生大量的重力势能，在这个过程中可以将重力势能转化为电能，可实现电能的清洁化生产和可再生性。目前，我国四川的西部地区建成的各大水电站就是实现能源安全转型的重要环节。在四川建成并已经投入使用的乌东德水电站、白鹤滩水电站就是清洁能源发电的成功典范。国家大型风电、特高压输电通道等重点能源工程相继建成投运。

天然气的主要成分是甲烷（CH4），虽然在燃烧过程中仍然会产生部分的CO2气体，但比煤炭燃烧过程中的碳排放量少40%左右，并且天然气具有清洁、高效的特点。天然气也是我国实现碳达峰目标的重要工具。天然气是我国能源转型过程中的过渡能源，在社会各行业广泛使用。

票据远期交易是指交易双方约定按照约定的价格在约定的时间进行一定金额的票据买卖。票据市场参与者可在票交所将未到期的票据按照交易日的利率进行交易，锁定融资成本，降低财务风险。票据远期主要适用于票据市场参与者存在买入票据需求而预期利率下跌或存在卖出票据需求而预期利率上涨的情形，通过票据远期交易以锁定利率波动。前文所述的与票据远期交易性质类似，但在目前条件下并不符合合规要求的票据买断式回购交易，以及农行早在2012年推出的“票远通”业务——票据即期交易和票据远期交易组合，均说明票据转贴现市场需要票据远期交易以丰富交易方式。

3.2 能源消费结构改革，推进新能源为主体的结构优化

能源消费与居民的日常生活息息相关，目前我国大力推行的新能源汽车就是能源消费改革的重要举措。国际能源署的数据显示，全球交通运输的碳排放量占全球总碳排放量的1/4，而道路运输又占了交通运输碳排放量的3/4。新能源汽车的燃料摒弃了传统的石油或者天然气作为燃料，将电能作为汽车的动力。我国居民对汽车的需求量较大，新能源汽车的推行是我国能源改革的一大贡献。为了提高新能源汽车产业的市场占有率，政府在新能源汽车的购买方面推行了相关的优惠政策，对购买新能源汽车的居民进行补贴。

在推行新能源汽车的同时也应该注意对存在的问题提出相应的解决方案，比如提高新能源汽车的充电效率和新能源汽车的续航能力，提高充电桩的覆盖率等。

除新能源汽车外，能源消费改革还应该在淘汰煤炭等含碳能源，积极发展水能、风能等清洁能源的使用上发力，让人民的衣食住行与清洁能源的使用紧密联系起来。

我国发电技术对煤炭有着比较高的依赖，《bp世界能源统计年鉴》2021 年版中的数据表明，2020年的总发电量为7 779 TWh，其中煤炭的发电量达到了4 918 TWh，占总发电量的63.22%。水力发电的发电量为1 322 TWh，占总发电量的16.99%。可再生能源的发电量仅达到863 TWh，占总发电量的比例为11.09%（如表1 和图5 所示）。其中虽然水电发电量与2009 年相比上升了709 TWh，但是总的发电量的占比还是过低，我国人口众多，同时也是工业大国，对电量的需求极大，如果大量依靠煤炭发电，碳达峰的目标达成后，难以实现碳中和的目标。因此后期应大力发展水力发电来满足我国的居民用电和工业用电。

表1 不同能源的发电量

图5 不同能源发电比例

3.3 全球其他进行能源转型国家给我国的相关借鉴

气候变化是世界各国需要共同面对和解决的问题。世界上的发达国家，如欧洲的德国等一些国家是进行能源转型的典型代表。美国、日本等发达国家也不甘落后，纷纷加入了能源转型的队伍，一些依赖于油气的中东国家也逐渐开始进行能源转型。我国作为最大的发展中国家，也迅速对气候变化作出了反应，制定了“双碳”目标，对全世界作出了承诺。在达成目标的过程中进行能源转型是最关键的一环，我们应该借鉴其他已经进行能源转型国家的经验，并根据我国的实际国情进行恰当的学习运用。

日本是一个资源极度缺乏的国家，能源的供给主要依赖于进口。日本在能源转型的过程中并没有将重心置于提高本国的能源供给率，而是把发展能源的技术优势作为重点，以此弥补自身能源的不足。日本的电力供给主要来源于火力发电，在能源转型的过程中，日本重点发展了碳捕集与碳封存技术，持续扩大整体煤气化联合循环发电系统、燃料电池发电系统。在交通能耗方面，日本投入大量资金对新能源汽车进行研究，2014年丰田公司推出的燃料电池汽车在全球的销售量为7 000 辆，占全球燃料乘用车销售总量的70%。过去10 年里，日本的能源消费总量下降了6.1%，并计划以后将大力研究和发展氢能源。

通过日本的能源转型过程，我们可以看出日本在能源极度缺乏的情况下，并没有将重心放在如何提高能源供给上，而是根据自身的条件提高能源的利用率，并通过创新来发展新技术进行减排。这也给了我国能源转型的有关启发。我国的资源禀赋情况是“富煤、缺油、少气”，我国的能源领域方面可以考虑对煤炭进行脱碳处理，提高石油和天然气等的利用效率，而非一定要通过进口相关能源对我国资源禀赋的缺口进行弥补。

美国作为世界大国，“能源独立”是能源转型的中心所在。2009年，美国将大量资金投入到了碳捕集与碳封存能源、灵活输电技术、建筑节能技术等项目的研究中，涉及到了风能、太阳能、氢能等多个方面，为世界上能源转型与碳减排做出了贡献。2018年，美国的可再生能源占一次能源的比例达到了16.6%，2019 年实现了“能源独立”的目标。根据美国的经验，我国在西部地区大力发展了风力发电、水力发电、太阳能发电等清洁能源使用的项目，但对能源领域方面的技术性开发研究资金投入还较少。中国首个CCUS项目于2021年底投产。

中东国家的资金主要来源于本地区的油气收入，在本国的经济结构上表现为尚未形成完善的经济体系，对油气收入过度依赖。在如今世界能源大变革的趋势下，中东国家也加入了能源转型的队伍。中东国家蕴含了太阳能、风能、地热等丰富的自然资源，这些可再生能源已经成为了进行能源转型的首要目标。阿联酋阿勒马克图姆太阳能公园的900 MW光伏发电项目是世界上成本最低的光伏发电项目之一。沙特阿拉伯、也门、科威特和阿曼的年平均风速达到了7 m/s，是进行风能发电的不二之选。国际可再生能源组织认为如果这些国家能实现可再生能源的发展目标，中东地区电力部门的用水量将减少12%。中东地区是大自然的“馈赠之地”，蕴含着丰富的一次性和可再生的自然资源，中东地区对光能、电能等可再生能源进行了充分的利用，由此既满足了广大人民对能源的需要，又避免了碳元素的过度排放。

3.4 能源系统的转变

能源系统的转变是指能源在生产、运输和收集过程中所作的改变和创新，也指我国的政府或企业在优化能源结构过程中所颁布的法令、政策等。

3.4.1 大力推行碳税政策

碳税政策目前在我国还没有投入使用，但是根据欧盟国家的实施经验，该政策对减排是十分有效的，是实现“双碳”目标，促使能源转型的有效手段。碳税政策主要指对个人或企业在生产过程中排放的CO2进行计价，或者是直接对其要消耗的能源含碳量进行测算然后进行计价。我国煤炭能源在一次性能源中所占的比例是最高的，如果实施碳税政策，煤炭行业将是受影响最深的行业。实施碳税政策后必定会促进该行业对能源机构进行优化改革。

我国在最初实行碳税政策时，应该注意到税率的制定、征收碳税的范围、碳汇计算方法等几个方面的问题。刚施行碳税政策时，税率的制定不应该过高，最好能够是由低到高缓慢上升，使各个行业能够逐渐适应碳税。1991年，瑞典开始实施碳税政策时，采取了同一标准，不管是小企业或者是大企业都制定了相同的税率，这种一刀切政策对当时的能源密集型产业带来了巨大影响，产能下跌，当年瑞典的国民经济也因此下滑不少。碳税征收的范围既可以是企业也可以是个体，但对个体征收的碳税标准和企业一样的话，会让居民的生活负担加重，对个体征收碳税时可以考虑一定的优惠政策，以此来减轻个体的生活压力。对大型企业来说，政府也可以采取一定的优惠政策，比如天然气和石油在消耗过程中也会释放出一定的CO2气体，但相比相同热量的煤炭所释放的CO2已经少了很多，因此对使用天然气和石油的企业可以减免部分碳税。日本和英国采用差异化税收政策，推进减排进程比较顺利。对于征收碳税的标准可以明确是以能源消耗过程中释放出的CO2为标准，还是以所使用的能源中的碳含量为标准也是很重要的，但是二者优劣并不是十分明显，我国政府在施行碳税政策时可以将两种标准都作尝试，择其效果更佳者。

3.4.2 促进CCS、CCUS等低碳技术的发展

煤炭是我国能源安全的压舱石，在转型的过程中不可能完全禁止煤炭的消耗，因此考虑将煤炭与相应的技术手段联合使用，使煤炭成为清洁能源也是优化能源结构进行能源转型的一大可行方向。

CCUS 技术又被称为碳捕集和碳封存技术（如图6），它是通过技术手段将各种来源的CO2进行封存。我国地大物博，目前CO2被普遍封存到土地或大海中，待到需要使用时再对其进行使用。我国从碳达峰到碳中和的时间紧，任务重，现在正处于工业阶段的上升期，完全禁止使用煤炭、石油等这一类难以进行脱碳处理的一次性能源的做法是不可取的，可以将CCUS 技术与无法脱碳的一次性能源合作使用，将能源燃烧释放的CO2进行捕集与封存，在需要的时候将CO2再次应用于物理、化学等领域，带来新的经济效益。我国的一次能源行业若能将CCUS 技术全面投入应用将大大降低其减排成本。

图6 CCUS 技术

目前，我国的CCUS 技术不如欧美国家发达，处于CCUS 技术发展的初级阶段，还存在一些缺陷。我国的CCUS 技术存在成本高、能耗高、提纯度较低等不足，且与CCUS 技术相关的技术人才还较少，项目经验还比较缺乏。

CCS 技术被称为碳捕集和封存技术，是CCUS技术的前身，与CCUS 技术相比，CCS 技术将CO2捕集后进行封存，没有对CO2再次进行利用。目前，世界上的CCS 技术主要是在美国进行了运用，美国的CCS技术项目占据全球的50%，我国目前仅有2 个CCS 技术项目。该技术主要分为燃烧后捕集和工业分离，但该技术目前主要存在捕集成本高且在对捕集到的CO2进行地质封存时，对环境是否会造成破坏还是未知的。CCS 与CCUS 技术相比，虽然碳捕集与封存技术的应用更加普遍，实施难度与CCUS 技术相比也更小，但其能够达到的经济效益远远不及CCUS技术。

IGCC 是整体煤气化联合循环发电技术。我国的自然资源现状是富煤、贫油、少气。IGCC 技术根据我国的自然资源现状特点将煤作为原料，经过气化炉使煤气化，进行脱碳脱氮等，使其成为清洁能源。煤是我国最多的资源，短期内这是无法改变的，IGCC 技术既与我国当前的资源现状相匹配，同时又能有效减少CO2排放，成为我国实现“双碳”目标的重要推手。IGCC 技术的关键在于气化和脱去不利化学元素两步，该技术的执行效率高，是推进我国能源改革的技术支撑。

煤炭是我国最富有的自然资源，将煤炭的利用与这些技术相结合就能让煤炭成为清洁能源，既不影响我国日常生活生产中对能源的需求，又能使我国经济正常发展，可以说这三门技术是我国保证能源安全的前提下进行能源转型的关键措施。

4 结语

能源转型与结构优化符合我国各方面利益，企业或个人都进行了积极响应。从碳达峰到碳中和的时间间隔仅有30年，按时实现“双碳”目标对我国在国际上的信誉至关重要，我国拥有最多的自然资源是煤炭，而煤炭在消耗过程中就会释放出大量的CO2，基于此事实，可见优化我国的能源结构，加速能源转型对实现“双碳”目标的重要性。

欧洲部分国家已经完成能源转型，其中部分经验可供我国转型过程中进行参考，具体的转型过程应该根据我国的实际情况制定，应发挥好煤炭作为我国能源转型的“压舱石”的作用，将其与技术手段和政策手段相结合成为清洁的一次性能源，使煤炭能够清洁高效利用。本文分别总结了欧洲各国的转型历程并指出了我国可以参考的经验，并在我国的工业、电力行业加以应用。我国正在进行中的能源改革已经取得了一些成果，能源消费结构发生了积极变化，煤炭消费比重从2012 年的68.5%下降到2021 年的56%，清洁能源消费比重从2013 年的15.5%上升到2021 年的25.5%。2016 年以来，我国能源消费年均约3%的增速支撑了经济的中高速增长。我国实现“双碳”目标任重道远，“双碳”目标与能源转型永远是需要并肩而行的，实现“双碳”目标是进行能源转型的动机，进行能源转型是实现“双碳”目标的必要条件。