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姚余栋:关于碳达峰与碳中和实施路径思考

作者:碳中和战略合作网  来源:腾讯网  发布时间:2022-03-21

碳中和战略合作网讯:

《巴黎协定》之后,各国陆续就碳排放及温室气体排放相关目标进行表态,欧盟27国决定2030年前加大减排,2050年实现碳中和,拜登政府也宣布美国重返《巴黎协定》。受国际环境的影响,中国政府也是提出力争2030年前二氧化碳排放达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。具体来看,我们计划2030年单位国内生产总值二氧化碳排放强度比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费比重达到25%左右,森林蓄积量比2005年增加60亿立方米,风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上。而关于碳中和,在路径的研究中我们通常认为我国所说的“2060年碳中和”指全部温室气体的中和。碳达峰与碳中和目标的设定加快了我国新能源技术的革新,但也对当前中国的经济发展提出了更高的要求。

姚余栋 大成基金副总经理兼首席经济学家、人民银行金融研究所原所长、中国新供给经济学50人论坛成员、中国碳中和50人论坛成员

一、碳中和的意义

工业革命以后,人类的生产活动开始扩大,不断增加的制造业活动打破了原有的碳源与碳汇的平衡关系,大量的化石能源被使用推高了大气中二氧化碳的浓度,引发了温室效应,导致了全球气候变暖。如果将1850—1900年全球气温水平作为基准,截至2017年,世界平均气温已上升1℃,如果保持每十年上升0.2℃的趋势,预计2040年全球温升就将达到1.5℃。按照现在的趋势,气候变化对人类社会经济的冲击将日益严重,碳减排、碳中和将给人类社会带来长远的收益。

基于全球变暖造成的环境及社会影响,世界各个国家及组织纷纷就限定气温上升幅度达成共识。《巴黎协定》于2015年12月12日在第21届联合国气候变化大会上通过,2016年4月22日在美国纽约联合国大厦签署,2016年11月4日起正式实施。《巴黎协定》正式确立将全球温升幅度控制在2℃以内,并努力限制在1.5℃以内的长期目标,明确缔约方应尽快达到温室气体排放峰值,并在21世纪下半叶实现温室气体净零排放。《巴黎协定》的制定为环境的保护与经济的发展找寻到了一个良好的平衡点,让全球各个国家在发展当前经济的同时也为未来长远的经济发展打下坚实的基础。

对于中国而言,加入《巴黎协定》并做出碳达峰、碳中和的承诺有着重要的国际意义。2019年全球碳排放总量为34169.0 MtCO2,世界前五碳排放地区占比达64.78%。中国于2000年后碳排放量迅速上涨,成为世界第一大碳排放国,占总排放比重达28.76%。作为最大的发展中国家与全球人口最多的国家,中国能否加入《巴黎协定》并在其中发挥关键作用对全球碳排放控制极为关键。2016年4月22日,时任中国国务院副总理张高丽作为习近平主席特使在《巴黎协定》上签字。同年9月3日,全国人大常委会批准中国加入《巴黎协定》,成为完成了批准协定的缔约方之一。这一决定体现了中国的大国气魄与负责任的国际态度,后续碳达峰与碳中和的承诺更是树立了良好的国际形象,与美国政府的出尔反尔形成了鲜明的对比。

从国内的角度来看,碳中和目标的提出对低碳、低能耗提出了更高的要求,对新能源的研究工作提出了更高的期待。从过去20年的经济发展与碳排放情况来看,我国想要在2060年完成碳中和,很大程度需要依赖技术创新与科技进步,光伏、风电等新能源技术的研发就变得极为关键。可以预见的是,中国未来对于碳中和的重视程度将直接推进相关技术的研究。新能源替代化石能源是碳中和的必经之路,而想要打通这条路径,国家就应将更多的资金与政策向其倾斜,这与中国一直提倡的科技强国的口号也不谋而合。

二、碳达峰的峰值

2020年底的中央经济工作会议再次强调要做好碳达峰、碳中和工作,我国二氧化碳排放要力争在2030年前达到峰值,2060年前实现碳中和。就当前的目标而言,2030年的峰值设定尤为关键,高峰值会减少前10年经济发展的压力,但未来30年碳排放从峰值到零的压力就会增加;反之如果将峰值降低,前10年的经济压力就会增加,后30年的中和压力就会减轻。当前中国的碳排放水平居全球首位,远高于欧美等发达经济体,按照2019年国家碳排放的数据来看,中国碳排放量为98.26亿吨,高于美国的49.65亿吨和欧盟的33.3亿吨。因为基数效应,我们认为当前中国仍处于高质量的中速发展,那么相比于后30年的中和时间,前10年的达峰时间内中国的经济发展需求是更高的,因此,我们偏向于将峰值定得相对高一些以保证未来10年中国的经济发展,而之后30年的碳中和则需要依靠科技创新与技术进步来实现。

为了对2030年碳达峰的峰值进行预测,我们使用同时考虑了经济增长与二氧化碳排放情况的Kaya公式来估算具体数值:

此公式就是Kaya恒等式,由日本学者Yoichi Kaya(1990)提出,被广泛地用于评估对污染排放造成影响的因素,C为二氧化碳排放;P为人口;G/P为人均GDP,也可以代表区域的经济发展程度;E/G为能源强度,也可以代表区域的能源利用效率;C/E为单位能耗二氧化碳排放,反映区域的能源结构。在公式中加入各驱动因素变化率,并考虑时间因素,可以预测出未来的二氧化碳排放量:

其中,r、g、v分别代表GDP、能源强度、单位能耗碳排放的年均变化率。这里我们通过对GDP、能源强度、单位能耗碳排放的未来年均变化率的发展情景进行设计,进而推测得到未来中国二氧化碳排放的发展轨迹与2030年的碳排放峰值。2020年碳排放量约为100亿吨,在维持当前经济增速与能源强度不变,单位能耗碳排放量逐年降低的情况下,我们预测到2030年,碳达峰时的峰值约为120亿吨。诚然这个峰值会增加后30年的碳中和压力,但我们相信未来中国想要实现碳中和,必然是要依靠技术进步和科技创新来实现的。因此当前国家的重要任务,应当是继续维持高质量的经济发展,并加大技术创新为后续的碳中和提供保障。

三、碳中和所带来的能源变革

2000年后中国碳排放水平迅速上升,煤炭燃烧带来的排放显著高于世界平均水平,且2019年在本国排放中占比达71.12%。部门结构上中国与世界情况类似,能源部门占主要比重,但LUCF不同于世界总体情况,呈现负值。我国实现碳中和,应以能源部门为重点,具体分析煤炭消费流向。因此对于国内碳中和目标的实现来说,控制传统能源的使用并转向清洁能源的开发就显得尤为关键,虽然这种转变短期内会导致能源价格冲高,但长期来看将推动能源结构的改革。

对于中国而言,电力行业将在碳减排中起到突出作用。碳中和的实现需要依赖能源供给侧与需求侧共同发力。供给侧方面,电力部门高排放占比的现状决定了电力脱碳是能源供给侧脱碳的关键,光伏、风电迎来历史性机遇。需求侧方面,能源终端电气化将在碳中和进程中发挥至关重要的作用,工业、建筑及交通部门脱碳均不可避免地需要进行终端电气化。

2020年预计中国全社会发电量需求为74718亿千瓦时,至2030年,预计这一数字为99615.4亿~122867亿千瓦时,年化增长率为2.92%~5.10%,如果要实现低碳发展,就需要新增电力以非化石能源为主,提升非化石能源占比。随着电力脱碳的推进,未来碳排放的下降很大一部分需由终端消费电气化来承担。自1990年起,我国电气化率迅速提升,截至2018年,已经达到25.19%,远超世界平均水平,仅次于日本,考虑到能源效率提升,中国终端能源消费将先增后降,2050年终端电气化率将超过50%。

此外,风电与光伏将为电力清洁化提供重要支撑。根据全国水力资源复查成果及中国核能行业协会数据等,在各种非化石能源中,水电、核电、生物质发电等开发潜力均受限,而风电和光伏发电的可开发空间巨大。我国未来必然要依靠风电和光伏发电来进一步提升非化石能源占比,以完成2030年非化石能源占一次能源消费量比例达到25%的目标。从当前的情况看,2019年新增风电、光伏发电量占全社会新增发电量比例为26%,其中风电、光伏发电分别占12%、14%,预计2025年风电和光伏发电累计占比将达71.24%,其中光伏发电、风电分别占比38.49%、32.75%,2029年后光伏发电和风电装机将进入存量渗透阶段。

未来,我们设想可以在塔克拉玛干沙漠铺设光伏板,然后利用高压电缆将电能输送至全国各地。根据美国NASA的研究,每平方米的沙漠每年接收的太阳能为2000千瓦时到3000千瓦时。未来如果我们可以将光伏板在沙漠中进行覆盖,那足以让1千瓦的电器使用3000小时,按照我国家庭年均用电量6000瓦计算,只要2平方米沙漠就能满足一个家庭一年的用电量。以此计算,如果可以将塔克拉玛干沙漠铺满光伏板,即可满足全国的家庭用电需求。

四、碳中和的经济展望

对于中国未来的经济发展,我们认为应该推进不同地区有序碳达峰,对于有能力的省份和地区,鼓励在2030年前先达峰,对于部分能源大省,合理安排碳达峰进程以缓解碳达峰带来的经济冲击。

当前国内碳中和的工作尚处于起步阶段,还缺少对于碳达峰峰值的确定与路径的规划,相关部门还有很多的工作要做。但可以看见的是,自2020年底中央经济工作会议提及碳中和以来,其对于市场与宏观经济的影响已经逐步显现。对于中国经济而言,碳中和的实现势必会对中国经济造成一定程度的冲击,这也是美国政府之前选择退出《巴黎协定》的原因。碳中和的实现必然需要减少煤炭的开采甚至关闭部分煤炭企业,基于古诺模型的推论,不难发现随着煤炭企业的合并,煤炭供给也会相应减少,对于能源市场而言,供给的收缩将会在一定程度上推高以煤炭为首的不可再生能源的价格。从2021年年初开始,大宗商品的价格不断上涨,一方面,海外原材料价格的提高“功不可没”;另一方面,碳中和也已经开始逐渐推高煤炭等不可再生能源的价格。从当前的经济环境来看,我们认为未来能源的价格还会维持在一个比较高的位置,长远来看,只有真正完成了能源结构改革,利用新能源基本替代传统能源之后,能源价格才能有一个明显的下降。

关键字:   姚余栋 碳达峰 碳中和 实施路径思考

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