魏一鳴教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表了關(guān)于“中國碳達(dá)峰碳中和時(shí)間表與路線圖研究”的論文成果，這是2021年1月發(fā)布的《全球氣候治理策略及中國碳中和路徑》 展望報(bào)告的延續(xù)工作。現(xiàn)將論文主要學(xué)術(shù)觀點(diǎn)轉(zhuǎn)載如下：
一、碳達(dá)峰碳中和路徑
（一）碳排放總量
2020年全國能源系統(tǒng)相關(guān)CO2排放約113億噸(含工業(yè)過程排放)，煤炭、石油、天然氣對(duì)應(yīng)碳排放占比分別為 66%，16%，6%(圖1)，電力、鋼鐵、水泥、交通等是重點(diǎn)排放部門。若延續(xù)當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)，全國碳排放將長期維持在百億噸以上。為促進(jìn)碳中和目標(biāo)達(dá)成，需在現(xiàn)有減排努力基礎(chǔ)上進(jìn)一步開展能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型。考慮未來社會(huì)經(jīng)濟(jì)行為發(fā)展不確定性對(duì)終端產(chǎn)品需求的影響、能源系統(tǒng)各類先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展速度和碳匯可用量的不確定性，圖2給出了實(shí)現(xiàn)中國“雙碳”目標(biāo)的多種排放路徑。2060年相比于BAU情景需進(jìn)一步減排80%以上，不同社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景下，全國碳排放需在2026—2029年間達(dá)峰，能源系統(tǒng)相關(guān)CO2排放(含工業(yè)過程排放)峰值為117~127億噸。
圖1 2020年全國碳流圖（含工業(yè)過程排放）
圖2 全國能源系統(tǒng)相關(guān)CO2排放路徑（含工業(yè)過程排放）
當(dāng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度適中、2060年自然碳匯可用量僅為10億噸時(shí)(對(duì)應(yīng)中需求-高速轉(zhuǎn)型情景)，為低成本安全實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，2060年能源系統(tǒng)相關(guān)CO2排放(含工業(yè)過程排放)需降至21億噸左右，電力、鋼鐵、化工、交通等部門將是排放的主要來源，CCS技術(shù)需捕集CO2 11億噸以上(圖3a)。該情景下，2025—2035 年間為潛在平臺(tái)期，2028—2029年需實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，峰值約為122億噸CO2.2035—2050年進(jìn)入下降期，年平均減排率需約4%，2050—2060年為加速下降期，年均減排率需提高至15%及以上。CCS將成為中國在以煤為主的能源格局中實(shí)現(xiàn)大量CO2減排的主要措施之一，2030年前后開始大規(guī)模部署CCS，至2060年累計(jì)捕集CO2排放240億噸以上。
為確保全國按時(shí)碳達(dá)峰，重點(diǎn)行業(yè)部門的碳排放達(dá)峰時(shí)間有所差異。其中，工業(yè)行業(yè)整體碳排放(含間接碳排放)需于2025年前后達(dá)峰，峰值為80~86億噸，2060年下降至6~22億噸。具體來說，水泥行業(yè)碳排放基本已經(jīng)達(dá)峰，處于震蕩時(shí)期;鋼鐵和鋁冶煉行業(yè)需在“十四五”期間達(dá)峰并盡早達(dá)峰;建筑行業(yè)預(yù)期于2027—2030年間達(dá)峰;電力行業(yè)和關(guān)鍵化工品(乙烯、合成氨、電石和甲醇)碳排放需在2029年前后達(dá)峰;熱力、交通、農(nóng)業(yè)以及其他工業(yè)行業(yè)達(dá)峰時(shí)間相對(duì)較晚，但不能晚于2035年。具體達(dá)峰時(shí)間和路徑見圖3b。
圖3 2020—2060年各行業(yè)CO2排放路徑
(以中需求—高速轉(zhuǎn)型—長平臺(tái)期情景為例)
注：圖3a中終端行業(yè)或部門的碳排放不包含電力熱力生產(chǎn)的間接碳排放，圖3b中終端行業(yè)或部門的排放路徑和達(dá)峰時(shí)間是涵蓋電力熱力間接排放的結(jié)果;化工產(chǎn)品主要包括乙烯、合成氨、電石、甲醇)
（二）碳排放強(qiáng)度
為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，中國單位GDP二氧化碳排放需快速下降。圖3展示了中國與主要發(fā)達(dá)國家單位GDP二氧化碳排放量的對(duì)比情況。目前，中國單位GDP二氧化碳排放水平較高(2020年約為0.77噸/千美元)，依照?qǐng)D3中提出的碳中和路徑，中國單位GDP二氧化碳排放將于2040—2050年間降至與主要發(fā)達(dá)國家當(dāng)前水平相當(dāng);2060年中國單位GDP二氧化碳排放僅為2020年的2%左右，全社會(huì)整體將進(jìn)入低碳發(fā)展模式，2020—2060年單位GDP二氧化碳排放年均下降速度需達(dá)到9%以上。
圖4 中國與主要發(fā)達(dá)國家單位GDP二氧化碳排放量對(duì)比
(以中需求—高速轉(zhuǎn)型—長平臺(tái)期情景為例)
（三）能源結(jié)構(gòu)
“雙碳”目標(biāo)下全行業(yè)能源結(jié)構(gòu)需加快轉(zhuǎn)型(見圖5)，非化石能源在一次能源結(jié)構(gòu)中的比重應(yīng)顯著提高，2025年達(dá)到21%，并于2030年超過25%，到2060年非化石能源在一次能源消費(fèi)中的占比超過80%。煤炭在一次能源中的占比穩(wěn)步下降，但在很長時(shí)期內(nèi)中國將仍是以煤為主的能源格局，2030年煤炭占比不低于44%，2060年煤炭仍將為保障能源安全發(fā)揮重要作用。2025年前石油在一次能源中的占比穩(wěn)中有升，隨后開始逐步下降，2025—2060年間平均每年下降率約3%。天然氣占比呈現(xiàn)出先增長后下降的趨勢(shì)，天然氣的消費(fèi)比重在2035年達(dá)到12%左右，并一直保持到2050年，此后隨著可再生能源技術(shù)和儲(chǔ)能技術(shù)的成熟及高比例應(yīng)用，天然氣消費(fèi)占比將回落至7%左右。
圖5 一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)
(中需求—高速轉(zhuǎn)型—長平臺(tái)期情景)
（四）終端電氣化水平
碳中和目標(biāo)將促使終端電氣化進(jìn)程不斷推進(jìn)，按照國家能源局公布口徑，以中需求—高速轉(zhuǎn)型—長平臺(tái)期情景為例(圖6)，2030年終端電氣化率約為34%，并于2060年達(dá)到77%以上。分部門來看，建筑部門設(shè)備的電氣化推進(jìn)易于其他部門，因而其電氣化水平整體高于其他部門，2020—2060年間年均電氣化增長率為2%， 2060年建筑部門電氣化水平需達(dá)到90%。工業(yè)部門是耗電量最大的部門，因而其電氣化發(fā)展水平對(duì)終端部門整體的電氣化水平影響較大，2060年電氣化率需達(dá)到73%以上;交通部門2040年前的電氣化進(jìn)程較為緩慢，其電氣化推廣主要集中于短途客運(yùn)交通，2040年后城際客運(yùn)交通和貨運(yùn)交通電氣化開始重點(diǎn)發(fā)力，帶動(dòng)整體交通部門電氣化水平快速增長，并于2060年達(dá)到84%。
圖6 全國及分部門終端電氣化率
(中需求—高速轉(zhuǎn)型—長平臺(tái)期情景)
二、行業(yè)行動(dòng)方案
全國“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，是各個(gè)行業(yè)合作轉(zhuǎn)型的結(jié)果。下面對(duì)鋼鐵、水泥、化工、有色、建筑、交通、電力等重點(diǎn)行業(yè)在滿足其未來產(chǎn)品和服務(wù)供給需求前提下的低碳轉(zhuǎn)型行動(dòng)進(jìn)行分別介紹。
（一）鋼鐵行業(yè)
從鋼材消費(fèi)量的變化來看，鋼材需求將于2023—2025年間達(dá)峰，峰值在11.8~12.0億噸。達(dá)到消費(fèi)峰值后，鋼材消費(fèi)量將在其后30年左右的時(shí)間內(nèi)逐漸下降。伴隨鋼產(chǎn)品需求變化和全國碳中和目標(biāo)的約束，鋼鐵行業(yè)的碳排放量總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)(圖7)。鋼鐵行業(yè)CO2排放需在“十四五”中期達(dá)到峰值(19.3~20.0億噸)，并盡早達(dá)峰，2028年前為潛在平臺(tái)期。由于鋼鐵行業(yè)存在部分碳排放難以避免，在全面實(shí)施節(jié)能技術(shù)改造升級(jí)、持續(xù)推廣短流程煉鋼、加快二氧化碳回收利用、加大突破性深度減排技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用等減排措施作用下，2060年中國鋼鐵行業(yè)產(chǎn)生的CO2排放預(yù)計(jì)在2.7~5.6億噸，難以實(shí)現(xiàn)行業(yè)的零排放。
圖7 鋼鐵行業(yè)CO2排放量預(yù)測(cè)（2020—2060年）
上述碳排放路徑對(duì)應(yīng)的技術(shù)部署方案如圖8所示。短期內(nèi)，高爐噴煤技術(shù)、轉(zhuǎn)爐負(fù)能煉鋼及軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)節(jié)能效果顯著，2030年市場(chǎng)占比需分別增至81%、75%和74%，同時(shí)鋼鐵行業(yè)各環(huán)節(jié)余能回收發(fā)電技術(shù)也需在2030年實(shí)現(xiàn)60%~80%滲透。長期來看，電弧爐占比需顯著提升。2030年，高速轉(zhuǎn)型情景下電弧爐鋼占粗鋼比重應(yīng)達(dá)到13%以上，2050年達(dá)到30%，2060年快速增至60%以上。氫冶金、薄板坯連鑄技術(shù)、無頭軋制等先進(jìn)工藝技術(shù)在中后期需加快普及。2040年高爐富氫還原技術(shù)在煉鐵工藝中得到初步發(fā)展，市場(chǎng)推廣率占比約為12.9%，2060年成為煉鐵環(huán)節(jié)主流技術(shù)(70.0%)。薄板坯連鑄和無頭軋制技術(shù)取代傳統(tǒng)的軋制環(huán)節(jié)，2060年市場(chǎng)占有率分別達(dá)到10%和32%以上。2030年后，焦?fàn)t和高爐-轉(zhuǎn)爐過程將會(huì)逐步發(fā)展CCS，力爭2060年CCS的加裝比例達(dá)到60%以上。
圖8 鋼鐵行業(yè)低碳技術(shù)市場(chǎng)占有率（2020—2060年）
（二）鋁冶煉行業(yè)
鋁冶煉行業(yè)可以分為原鋁冶煉和再生鋁冶煉。再生鋁行業(yè)未來將大力發(fā)展，2040年前后，再生鋁產(chǎn)量達(dá)到2 700萬噸，此后將占主導(dǎo)地位。原鋁產(chǎn)量在2025年達(dá)峰后由于再生鋁的替代而逐漸減少，峰值約為5 040萬噸。為滿足社會(huì)對(duì)鋁產(chǎn)品的需求并低成本實(shí)現(xiàn)全國“雙碳”目標(biāo)，鋁冶煉行業(yè)需在2025年左右實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，峰值不超過6.2億噸CO2.2060年CO2排放量需降至1億噸以下(圖9)。
圖9 鋁冶煉行業(yè)未來CO2排放路徑（2020—2060年）
上述碳排放路徑對(duì)應(yīng)的重點(diǎn)技術(shù)發(fā)展路徑如圖10所示。在氧化鋁精煉環(huán)節(jié)，應(yīng)大力推廣一段棒磨二段球磨-旋流分級(jí)技術(shù)和強(qiáng)化溶出技術(shù)，2060年實(shí)現(xiàn)100%普及，此外，多效管式降膜蒸發(fā)技術(shù)也應(yīng)得到廣泛推廣，尤其是以三水礦石為原料的七效管式降膜蒸發(fā)技術(shù)，到2060年應(yīng)推廣至64%以上。在陽極制備環(huán)節(jié)中，先進(jìn)技術(shù)為大型高效陽極焙燒爐系統(tǒng)控制節(jié)能技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)節(jié)能效果顯著，到2060年，該技術(shù)使陽極制備環(huán)節(jié)節(jié)約能源150萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，普及率應(yīng)達(dá)到75%。對(duì)于大型電解槽，目前主流槽型為300~400千安電解槽，為了提高能效，電解槽的大型化是未來鋁冶煉行業(yè)長期關(guān)注和發(fā)展的重點(diǎn)，到2050年，應(yīng)實(shí)現(xiàn)小型電解槽逐漸被淘汰，全部電解槽大于500千安，到2060年600千安槽型推廣率爭取達(dá)到70%以上。在電解鋁環(huán)節(jié)中，到2060年，鋁電解槽新型焦粒焙燒啟動(dòng)技術(shù)、低溫低電壓鋁電解槽結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)、低溫低電壓鋁電解工藝用導(dǎo)氣式陽極技術(shù)、鋁電解槽“全息”操作及控制技術(shù)、預(yù)焙鋁電解槽電流強(qiáng)化與高效節(jié)能綜合技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)預(yù)計(jì)累計(jì)節(jié)電約8 000億千瓦時(shí)，這幾項(xiàng)技術(shù)到2060年的技術(shù)普及率應(yīng)達(dá)到100%、45%、45%、58%、43%。除推廣上述重點(diǎn)先進(jìn)技術(shù)外，鋁冶煉行業(yè)應(yīng)加快發(fā)展水電鋁合營模式以及再生鋁工藝，加快低碳轉(zhuǎn)型進(jìn)程。
圖10 鋁行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展變化
（三）水泥行業(yè)
中國水泥需求量已經(jīng)過了快速增長期，總體來看，當(dāng)前基本達(dá)峰，處于震蕩期。到2060年，水泥產(chǎn)品需求量約為5.5~11.1億噸。為滿足全社會(huì)對(duì)水泥產(chǎn)品的需求并低成本實(shí)現(xiàn)全國“雙碳”目標(biāo)，水泥行業(yè)碳排放需逐步下降。當(dāng)前水泥行業(yè)碳排放基本達(dá)峰，但隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施政策的波動(dòng)，有望出現(xiàn)碳排放的略微反彈。未來CO2排放總量下降的幅度將逐漸增大。2060年水泥行業(yè)CO2排放量應(yīng)降至0.3~1.6億噸。
水泥行業(yè)相應(yīng)的技術(shù)布局如圖11所示。熟料煅燒環(huán)節(jié)是水泥行業(yè)CO2排放產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)，需加快淘汰落后產(chǎn)能，推廣先進(jìn)技術(shù)。具體來說，小型新型干法窯等高耗能技術(shù)需在2030年前逐漸被淘汰，中型和大型干法窯等技術(shù)需進(jìn)行節(jié)能改造升級(jí)或效率提升，分別加裝高固氣懸浮預(yù)熱分解和多通道燃煤技術(shù)，到2060年?duì)幦∵_(dá)到60%和90%的改造率。在熟料煅燒過程中，需充分利用預(yù)處理技術(shù)和能源二次循環(huán)使用技術(shù)，如預(yù)燒成窯爐技術(shù)和余熱發(fā)電技術(shù)，這些技術(shù)的占比應(yīng)逐年增加，到2060年，預(yù)燒成窯爐技術(shù)和余熱發(fā)電技術(shù)的占比分別達(dá)到40%和90%以上。除推廣節(jié)能減排技術(shù)外，原料替代和燃料替代等深度減排措施也需要發(fā)揮重要作用，力爭到2060年分別達(dá)到80%和35%以上的替代程度。CCUS技術(shù)在2030年后開始規(guī)模應(yīng)用，逐漸增大其應(yīng)用程度，到2060年增至80%以上。加速推廣ERP(Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源計(jì)劃)解決方案，到2060年?duì)幦?shí)現(xiàn)50%以上的普及。
圖11 水泥行業(yè)技術(shù)布局情況
（四）化工行業(yè)
未來關(guān)鍵化工產(chǎn)品需求將持續(xù)增加，致使碳減排面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在經(jīng)濟(jì)增長相對(duì)平穩(wěn)的中需求情景下，2060年乙烯需求將達(dá)到6923萬噸，而若經(jīng)濟(jì)增長速度更高和更低時(shí)，則其需求將分別為9617萬噸和4880萬噸左右。受未來產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中第一和第二產(chǎn)業(yè)占比逐漸下降影響，合成氨需求將總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，到2060年，在高、中、低需求情景下將分別下降至2900萬噸、2419萬噸和2054萬噸。電石和甲醇作為重要的大宗基礎(chǔ)化工品且位于產(chǎn)業(yè)鏈的上游，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的雙重作用下，其需求將呈現(xiàn)總量增長、增速放緩的趨勢(shì)。2060年時(shí)，甲醇需求在0.985~1.32億噸，電石需求為4745~6371萬噸。
以乙烯、合成氨、電石和甲醇四種關(guān)鍵化工產(chǎn)品為例，其低碳轉(zhuǎn)型主要從以下幾個(gè)方面著重開展：(1)優(yōu)化生產(chǎn)方式，優(yōu)先使用低能耗、低排放的生產(chǎn)方式;(2)改善原料結(jié)構(gòu)，推動(dòng)其輕質(zhì)化發(fā)展;(3)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，如推廣高能效技術(shù)，并加強(qiáng)對(duì)末端治理技術(shù)的使用;(4)引入突破性技術(shù)，如生物質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)、基于低碳H2及CO2利用的技術(shù)等。通過這些途徑，合成氨應(yīng)于“十四五”初期碳排放達(dá)峰至2.6億噸左右;電石、乙烯和甲醇行業(yè)碳排放需分別于2030年前后、2030—2040年和2030—2035年達(dá)峰，其峰值分別為0.96~1.04億噸、1.11~1.44億噸和1.68~1.94億噸(圖12)。
圖12 關(guān)鍵化工產(chǎn)品未來碳排放路徑
為促進(jìn)化工行業(yè)低碳發(fā)展，以乙烯、合成氨、電石和甲醇四種關(guān)鍵化工產(chǎn)品為代表，以高速轉(zhuǎn)型(長平臺(tái)期)情景為例，提出其低碳發(fā)展路徑，如圖13所示。對(duì)于電石生產(chǎn)，其原料制備工藝中CCS技術(shù)推廣率應(yīng)在2047年前達(dá)到50%，到2060年達(dá)到80%以上;在電石制造工藝中，密閉式爐逐步替代內(nèi)燃爐，2030年所占份額達(dá)到95%，并于2040年前完成全部替代。合成氨生產(chǎn)中，煤制氨作為一種高排放的生產(chǎn)方式，將逐步向基于低碳H2的生產(chǎn)路線轉(zhuǎn)變，2060年突破性低碳H2路線需對(duì)煤化工路線進(jìn)行50%以上的替代。而在煤制氨的生產(chǎn)中，也存在著清潔技術(shù)替代，CCS技術(shù)在2050年時(shí)推廣率達(dá)到57%左右，至2060年實(shí)現(xiàn)全覆蓋。甲醇生產(chǎn)方式較為多樣，多種方式融合發(fā)展。煤化工路線在前期作為主要的生產(chǎn)源，但逐漸被更清潔的生產(chǎn)方式所替代，其份額在2047年左右降至50%以下;其中，煤化工生產(chǎn)路線中，CCS技術(shù)在2030年后開始推廣，至2060年時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)煤化工路線的100%應(yīng)用。焦?fàn)t氣制甲醇作為一種循環(huán)經(jīng)濟(jì)路線，其生產(chǎn)份額逐步增加，但在后期隨著突破性技術(shù)的引入而呈現(xiàn)下降。生物質(zhì)路線和CO2催化加氫路線2030年后逐步得到推廣，2060年時(shí)二者所占份額爭取達(dá)到25%和30%。乙烯生產(chǎn)仍然以蒸汽裂解為主，但其原料結(jié)構(gòu)需要輕質(zhì)化發(fā)展，輕烴和乙烷原料份額在2060年需增至50%和35%左右。對(duì)于少量的煤制烯烴，其在氣化環(huán)節(jié)將逐步加裝CCS，2060年達(dá)到65%以上;在甲醇制烯烴環(huán)節(jié)，將更多地采用新一代技術(shù)。
圖13 關(guān)鍵化工產(chǎn)品低碳技術(shù)發(fā)展路徑 （2020—2060年）
（五）建筑部門
建筑部門包括公共建筑和居民建筑。在建筑運(yùn)行階段需要提供采暖、制冷、熱水、炊事、照明等能源服務(wù)，由此產(chǎn)生大量的直接碳排放和間接碳排放。未來隨著人均收入的增加以及人均建筑面積的增長，預(yù)計(jì)建筑部門運(yùn)行階段的能源服務(wù)需求將由2020年的13.1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤持續(xù)增長至2060年的26~31.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。其中，居民部門能源服務(wù)需求由2020年的7.3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤增長至2060年的11.5~14.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。商業(yè)部門能源服務(wù)需求增速較居民部門更高，由2020年的5.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤增長至2060年的14.4~17億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，增長1.5~1.9倍(圖14)。在滿足能源服務(wù)需求的前提下，為了低成本實(shí)現(xiàn)全國“雙碳”目標(biāo)，居民建筑部門碳排放峰值需控制在14.8億噸CO2以內(nèi);商業(yè)建筑部門碳排放峰值不超過6.8億噸CO2;建筑部門累計(jì)CO2排放需在2027—2030年達(dá)峰，各種情景下，峰值不超過22億噸CO2.
圖14 建筑部門碳排放路徑
在滿足能源服務(wù)需求的前提下，為了實(shí)現(xiàn)全國“雙碳”目標(biāo)，同時(shí)考慮現(xiàn)實(shí)資源約束、政策規(guī)劃、技術(shù)進(jìn)步等，建筑部門需加快推廣清潔、高效設(shè)備，其中，高效供暖空調(diào)(國家標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)能效)、高效制冷空調(diào)(國家標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)能效)、熱泵熱水器、高效電炊具(熱效率達(dá)90%)、高效LED燈(相對(duì)效率達(dá)白熾燈的14倍及以上)與其他高效電器分別提供居民建筑供暖、制冷、熱水、炊事、照明和電器服務(wù)的92%、100%、90%、81%、68%和100%，高效供暖中央空調(diào)(國家標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)能效)、高效制冷中央空調(diào)(國家標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)能效)、高效熱泵熱水器(國家標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)能效)、高效LED燈(相對(duì)效率達(dá)白熾燈的14倍)與其他高效電器分別提供商業(yè)建筑供暖、制冷、熱水、照明和電器服務(wù)的64%、95%、92%、85%、85%。
（六）交通部門
本部分將交通部門劃分為城市客運(yùn)、城際客運(yùn)和貨運(yùn)三個(gè)子部門。在不同的社會(huì)經(jīng)濟(jì)行為變化情景下，城市間客運(yùn)需求量將在2050年達(dá)到峰值，峰值為18.6~19.5萬億人公里。到2060年城市間客運(yùn)交通需求預(yù)計(jì)達(dá)到18.1~19.4萬億人公里。城市客運(yùn)周轉(zhuǎn)量將呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì)，到2060年預(yù)計(jì)將達(dá)到8.6萬億人公里，是2020年城市客運(yùn)量的近三倍。未來貨運(yùn)周轉(zhuǎn)量將在電子商務(wù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下持續(xù)上漲，到2060年達(dá)到34.9~53.6萬億噸公里。
為了滿足全社會(huì)交通運(yùn)輸服務(wù)需求并低成本實(shí)現(xiàn)全國碳中和目標(biāo)，城市間客運(yùn)交通CO2排放量需在2035到2039年間達(dá)峰，峰值控制在5.6-6億噸CO2.但由于部分傳統(tǒng)技術(shù)難以被替代，到2060年將仍可能存在0.8-3.2億噸的CO2排放。城市客運(yùn)交通CO2排放量需在“十四五”末或“十五五”初達(dá)峰，峰值控制在3.7億噸CO2左右。貨運(yùn)交通CO2排放量需在2035年前后達(dá)峰，峰值不超過12億噸CO2.到2060年仍可能存在1.1到6.3億噸的CO2排放。從交通部門整體來看，需在2035年前后達(dá)峰，峰值約為17.8~22億噸CO2.相關(guān)碳排放路徑如圖15所示。
圖15 交通部門碳排放變化趨勢(shì)
上述碳排放路徑下，各類運(yùn)輸設(shè)備都應(yīng)向著燃料高效化、清潔化、電動(dòng)化的方向發(fā)展(圖16)。對(duì)于城市間客運(yùn)而言，公路運(yùn)輸中的柴油客車逐漸被電動(dòng)客車替代，應(yīng)在2040年退出市場(chǎng);到2060年，電動(dòng)小汽車和氫燃料電池車的滲透率應(yīng)分別達(dá)到55%和9%以上;到2050年鐵路客運(yùn)應(yīng)爭取實(shí)現(xiàn)100%電氣化;就航空客運(yùn)而言，生物航空燃料應(yīng)最晚于2025年進(jìn)入航空市場(chǎng)，到2060年，至少50%的航空運(yùn)輸服務(wù)由生物燃料飛機(jī)提供。對(duì)于城市客運(yùn)而言，應(yīng)重點(diǎn)推廣電動(dòng)私家車與出租車，到2060年滲透率應(yīng)分別達(dá)到85%以上;柴油公交車應(yīng)在2060年前全部淘汰，純電動(dòng)公交車2060年占比應(yīng)至少達(dá)到95%;對(duì)于貨運(yùn)交通的技術(shù)布局，2020年貨運(yùn)道路交通使用的燃料以柴油和汽油為主，到2060年則主要被電力和氫燃料替代;輕型、中型卡車到2060年以電動(dòng)車為主;2030年逐步推廣氫燃料重型卡車和電動(dòng)重卡的規(guī)模化應(yīng)用，到2060年滲透率應(yīng)分別達(dá)到45%以上;2020年水路貨運(yùn)以燃料油為主要能源，2060年生物燃料船舶應(yīng)在水路貨運(yùn)中占有重要地位。
圖16 交通部門低碳技術(shù)發(fā)展路徑
注：柱子長度代表推廣比例，滿格為100%。
（七）電力行業(yè)
除了上述鋼鐵、水泥、化工(乙烯/甲醇/合成氨/電石等多種關(guān)鍵產(chǎn)品)、有色、建筑(居民/商業(yè))、交通(城市/城際，客運(yùn)/貨運(yùn))等重點(diǎn)行業(yè)，C3IAM/NET模型還對(duì)一次能源供應(yīng)、熱力、造紙、農(nóng)業(yè)、其他工業(yè)等進(jìn)行了詳細(xì)刻畫，此處不逐一介紹。
綜合集成各個(gè)終端行業(yè)的電力需求以及為了提供這些電力需求電力行業(yè)產(chǎn)生的電力消耗，最終得到全社會(huì)用電量變化曲線(如圖17所示)。結(jié)果表明，到2030年時(shí)，電力需求總量將達(dá)10.9~12.2萬億千瓦時(shí)，此后需求增速有所下降;2050年后逐漸趨于平緩，至2060年總量達(dá)到12.0~21.5萬億千瓦時(shí)。從用電結(jié)構(gòu)變化來看，貨運(yùn)、客運(yùn)和其他工業(yè)部門的電能替代深度發(fā)展，是電力需求增長的主要來源，也是2060年用電占比較高的部門。
在持續(xù)增長的電力需求下，電力部門低碳轉(zhuǎn)型面臨更大挑戰(zhàn)。電力排放總量(不含終端行業(yè)自備電廠的排放)需快速進(jìn)入平臺(tái)期，并在2027—2029年實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，峰值控制在45億噸CO2以下。2035年后進(jìn)入深度減排階段，并在2060年實(shí)現(xiàn)電力近零排放(圖17)。
圖17 電力需求及不同需求模式下電力行業(yè)CO2排放路徑（不含終端行業(yè)自備電廠排放）
為實(shí)現(xiàn)這一減排路徑，發(fā)電技術(shù)布局需持續(xù)優(yōu)化，如圖18所示。在中等電力需求下，考慮低速、中速和高速電力轉(zhuǎn)型情況，煤電機(jī)組總量控制在12億千瓦以內(nèi)，并在2040年后加速退出，2060年保留2.4-3.6億千瓦裝機(jī)規(guī)模，配置CCS作為靈活性調(diào)峰電源。電力CCS技術(shù)不可或缺，需在2030年后加快部署，2060年CO2捕集能力達(dá)6.6-7.9億噸。天然氣發(fā)電作為清潔火電需快速發(fā)展，2060年約為2020年裝機(jī)規(guī)模的6倍。核電也需有序擴(kuò)建，2030年達(dá)1.2~1.4億千瓦，2060年進(jìn)一步擴(kuò)張至2.2-3.0億千瓦。風(fēng)電和光伏裝機(jī)仍需加快建設(shè)，2030年分別達(dá)到9.5-10.0億千瓦和11.7~13.2億千瓦，2060年分別達(dá)27.8~37.3億千瓦和32.1~49.4億千瓦。
圖18 電力行業(yè)未來裝機(jī)結(jié)構(gòu)（中需求模式）
三、碳達(dá)峰碳中和時(shí)間表和路線圖
根據(jù)上述結(jié)果，本文進(jìn)一步提出實(shí)現(xiàn)中國2030年前碳達(dá)峰、2060年碳中和的時(shí)間表和路線圖，為國家超前部署提供科學(xué)依據(jù)。具體見圖19所示。
圖19 重點(diǎn)行業(yè)碳達(dá)峰碳中和時(shí)間表和路線圖
注：非電力行業(yè)的碳排放均包含電力熱力生產(chǎn)的間接排放。
電力行業(yè)。建議電力行業(yè)在2029年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，峰值不超過45億噸CO2.繼續(xù)擴(kuò)大風(fēng)電、太陽能發(fā)電的裝機(jī)容量，實(shí)現(xiàn)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設(shè)，但同時(shí)保留一定比例的火電，并加裝CCS，用于靈活性調(diào)峰電源和安全保障，電力行業(yè)2060年前應(yīng)實(shí)現(xiàn)近零排放。
工業(yè)部門。建議鋼鐵行業(yè)和有色行業(yè)在“十四五”期間達(dá)峰，并盡早達(dá)峰，化工行業(yè)爭取在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。鋼鐵行業(yè)CO2排放峰值不超過20億噸，鋁冶煉行業(yè)峰值控制在6.2億噸以內(nèi)。鋼鐵行業(yè)短期主要加快推進(jìn)低碳燒結(jié)技術(shù)、高爐噴煤技術(shù)、軋鋼加熱爐蓄熱式燃燒技術(shù)等的改造升級(jí)，中長期主要依靠電弧爐煉鋼、氫能煉鋼和CCS技術(shù)的集成應(yīng)用。水泥行業(yè)短期應(yīng)優(yōu)先推廣先進(jìn)節(jié)能減排技術(shù)和能源綜合利用技術(shù)，中長期加快燃料替代、原料替代、CCS技術(shù)等深度減排措施的重點(diǎn)部署。鋁冶煉行業(yè)是有色行業(yè)中碳排放最高的行業(yè)，未來應(yīng)繼續(xù)推廣先進(jìn)技術(shù)并發(fā)展水電鋁合營模式，擴(kuò)大再生鋁替代原鋁規(guī)模。化工行業(yè)由于部分關(guān)鍵產(chǎn)品仍然面臨需求快速增長的趨勢(shì)，應(yīng)加快發(fā)展輕質(zhì)化原料、先進(jìn)煤氣化技術(shù)、基于低碳制氫和CO2利用的生產(chǎn)技術(shù)、及CCS技術(shù)。
民生部門。建議建筑和交通等民生部門進(jìn)一步加快電氣化進(jìn)程，建筑部門爭取2030年前碳達(dá)峰，峰值不超過22億噸CO2.交通部門碳排放總量在“十五五”期間爭取達(dá)峰，峰值亦不超過22億噸CO2.建筑部門應(yīng)繼續(xù)提高采暖制冷效率，大幅提升電氣化水平, 因地制宜發(fā)展分布式能源;交通部門應(yīng)繼續(xù)優(yōu)先鐵路、水路運(yùn)輸，發(fā)展電動(dòng)客/貨車、氫燃料車、生物燃料飛機(jī)和船舶等先進(jìn)技術(shù)。
為加快推動(dòng)各個(gè)行業(yè)順利實(shí)現(xiàn)低碳技術(shù)和措施的實(shí)施，從而確保全國碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的達(dá)成，需進(jìn)一步確立低碳發(fā)展在國家法律法規(guī)和重大決策部署中的地位，深度推進(jìn)各行業(yè)重點(diǎn)低碳技術(shù)、儲(chǔ)能與CCS等技術(shù)的科技創(chuàng)新，加快突破性技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用，健全低碳發(fā)展的激勵(lì)機(jī)制，科學(xué)評(píng)估各地區(qū)能源資源潛力，結(jié)合資源稟賦，因地制宜，在碳排放總量和強(qiáng)度控制的基礎(chǔ)上，制定各地區(qū)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的多能互補(bǔ)能源長期戰(zhàn)略，從頂層設(shè)計(jì)和體制機(jī)制上為安全、低成本降碳提供科學(xué)支撐。
上述路線圖是基于魏一鳴教授團(tuán)隊(duì)自主設(shè)計(jì)構(gòu)建的國家能源技術(shù)模型(C3IAM/NET)研究得到，C3IAM/NET模型耦合了“能源加工轉(zhuǎn)換—運(yùn)輸配送—終端使用—末端回收治理”全過程、行業(yè)“原料—燃料—工藝—技術(shù)—產(chǎn)品/服務(wù)”全鏈條，實(shí)現(xiàn)了以需定產(chǎn)、供需聯(lián)動(dòng)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)協(xié)同的復(fù)雜系統(tǒng)建模。
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