中国碳排放达峰和碳中和路径：2021工程意见和评论

工程7（2021）1673意见和评论中国实现碳中和的碳排放峰值路径分析碳排放达峰和碳中和中国工程院，北京1000881. 介绍气候变化是目前人类发展面临的最重大的非传统挑战。 大多数国家已经达成协议，减少碳排放，以应对这一挑战[1，2]。作为世界到目前为止，二氧化碳排放量（本文称为“碳排放量”）在50多个国家达到峰值，包括美国，其碳排放量在2007年达到峰值，日本，其碳排放量在2013年达到峰值。欧洲联盟（欧盟）作为一个整体的碳排放量在1990年左右达到峰值;然而，欧盟成员国的碳排放量在不同时间达到峰值。此外，130多个国家和地区提出了净零碳排放或碳中和的目标。一些发达国家和地区，如美国、欧盟、日本等，已经宣布了到2050年实现碳中和的目标。此外，包括英国和瑞典在内的六个国家已经采取了更积极的措施，将碳中和目标推进到实质性立法阶段[4]。2020年9月22日，中国正式宣布将提高国家自主贡献水平，制定更加有效的政策措施，力争碳排放于2030年达到峰值，并于2060年实现碳中和[5]。然而，与发达国家和地区的碳排放量不同，中国的碳排放量仍在上升，没有达到峰值。因此，本文在充分考虑经济社会发展水平、技术可及性、解决方案可行性等相关因素的基础上，提出并分析了中国实现碳中和的碳排放达峰路径及可能采取的措施。2. 理解中国碳排放达峰的短期目标和碳中和的长期目标从本质上讲，无论是碳排放达峰还是碳中和，都涉及到中国整个社会的低碳转型。作为近期目标，2030年前中国碳排放达到峰值2060年前实现碳中和是长期目标，这需要在碳排放达到峰值后采取更积极的要实现碳中和的长期目标，必须通过高质量的经济发展，通过优化产业结构和技术进步，逐步需要指出的是，“碳排放达峰”是指一个国家或地区超过其最高碳排放水平，然后继续降低其碳排放水平的实现碳排放峰值有两种方法。一种方式是一个国家或地区通过严格控制碳排放，尽可能地使峰值尽可能低，而另一种方式是让峰值尽可能高，而不受任何控制。 在中国，我们不会选择第二种方式来实现我们的碳排放峰值，因为这将为实现碳中和创造严重的障碍。 为了实现碳中和，中国需要一条新的、平衡的碳排放路径，将成本效益、经济效益和社会效益结合起来，以促进经济和社会发展，同时实现中国第二个百年目标：“建设富强民主文明和谐的社会主义现代化国家”。实现碳中和还需要实现低碳转型，这将带来中国经济社会的深刻进步为了实现碳排放和碳排放的峰值，因此，必须明确，清晰地理解这两个国家目标的内涵首先，这两个国家目标将推动中国二是有利于中国产业结构的优化，有效控制高与此同时，这一转变将导致新的战略性新兴产业、高新技术产业和现代服务业的发展，为中国带来大量的绿色金融投资、新的经济增长点和新的就业机会。第三，这两个国家目标是能源革命的里程碑，这涉及到能源节约和效率的大幅提高。的蓬勃发展https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.10.0032095-8099/©2021 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可从ScienceDirect获取目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/eng碳排放达峰和碳中和战略和途径项目小组工程7（2021）16731674非化石燃料将减少我们对基于化石燃料的能源的依赖，并有助于建立以非化石能源为主的新一代电力系统。第四，为了实现这两个目标，需要重新认识中国的能源资源禀赋。目前，我国可再生能源的开发量还不到技术潜力的10%未来，可再生能源可以为低碳能源转型提供坚实的能源基础。第五，这两个国家目标既体现了全球气候治理和发展的共同但有区别的责任第六，中国要实现这些目标，需要克服重工业结构、煤基能源、低能源效率、依赖高碳发展道路等多重困难，因此，这些目标将有助于找出差距，改善发展弱点，并遵循中国第七，实现这两个目标不仅需要复杂的系统工程，而且需要科学的过渡，其速度需要通过积极和稳步的实施来管理。要防止简单化，防止落后和无效投资。最后，实现这些目标需要充分认识碳去 除 和 利 用 技 术 的 功 能 ， 包 括 碳 汇 和 碳 捕 获 、 利 用 和 储 存（CCUS）。有必要开发和利用碳汇的潜在能力特别是在水泥行业等最难脱碳的行业，应积极发展CCUS3. 中国碳排放趋势及峰值预测2020年，中国一次能源消费量为498亿吨碳当量，碳排放总量约为100亿吨，如图1所示。从1980年到2020年，中国(1) “缓坡阶段”（1980-2001年），能源消费和碳排放增长缓慢，年增长量分别约为4500万吨碳当量和9800万吨碳当量(2) “陡坡阶段”（2002-2013年），能源消费和碳排放均快速增长，年增长量分别达到2.18亿吨标准(3) “缓慢增长阶段”（2014-2020年），能源消费年增长量降至1.16亿吨标准煤，而碳排放年增长量降至9400万吨。未来十年是中国实现全面现代化的关键阶段，工业化、城镇化、信息化等多重发展因素将对碳排放增长带来刚性压力。如图2所示，根据部门核算结果，随着积极的碳减排措施的实施，中国能源和工业部门的直接碳排放预计将在2026-2030年中后期达到峰值。预计2020年碳排放峰值将比全年碳排放量增加5亿至7亿吨。碳排放量将在峰值的“平台”阶段保持稳定3-4年。需要注意的是，不同行业和部门的碳排放量可能不会达到峰值同时还研究与讨论为确保中国碳排放在2030年前达到峰值，有必要推动不同行业和部门的排放在2030年前达到到2025年，整个工业部门的碳排放将达到峰值，此后其碳排放将稳步下降。电力、石化和建筑行业将在2030年左右实现碳排放峰值。需要指出的是，2021-2025年将是控制能源消费增长、推进低碳转型的关键时期，考虑到未来电力行业、石化行业、交通运输行业的刚性需求将保持极高水平。因此，实现碳排放Fig. 1. 1980-2020年中国能源消费与碳排放趋势。tce：吨碳当量。碳排放达峰和碳中和战略和途径项目小组工程7（2021）16731675图二. 预测了中国几个主要行业和部门在能源消耗和工业过程方面的碳排放量。这些行业和部门的碳排放将决定中国4. 碳排放达峰迈向碳中和的路径与措施2020年，电力、钢铁、水泥、有色金属、石化、煤化工、交通运输、建筑等行业和领域的碳排放量预计占总碳排放量的90%。因此，这八个领域被确定为减少碳排放的重点行业和部门，并采用不同的途径和策略实现碳排放峰值。以下各小节详细概述了这些途径和战略。4.1. 构建节能降耗的高效、低碳、循环的工业体系2020年，工业部门的碳排放量约为3.7 预计通过积极努力，它们将在2035年达到峰值。为实现这一目标，工业部门应着力构建高效、低碳、循环的工业体系。具体措施包括：(1) 严格控制高耗能、高污染项目无序扩张。原则上，除燃煤热电厂外，国内应禁止新建燃煤电厂。与此同时，传统的煤基化工和炼油工业应被纳入研究，以具有同等能力的新低碳技术取代旧技术。此外，政府将坚决淘汰低效产能，控制高耗能和低附加值产品的出口比例。此外，新的煤基化工项目将不会被批准，除非它们已经被列入国家计划。(2) 大力推进工业节能降耗。严格钢铁、水泥、铝电解、石油化工、化工、煤化工控制，使中国主要工业产品的能源效率(3) 加快建立低碳循环产业体系。全面加强物资循环利用体系建设。应加大废钢回收力度，促进废铝的企业再利用。生活垃圾、电石渣、电煤等固体废弃物的综合利用，以及它们在原燃料中的替代比例，也需要改进。4.2. 严格控制化石能源消费，促进能源结构转型碳排放主要来源于以煤炭、石油、天然气等化石燃料为基础的能源消耗。2020年，中国煤炭消费总量约为40亿吨。为了实现碳排放峰值，中国3.8 2026-2030年期间的Bt。中国应力争在2026-2030年期间实现石油消费峰值，峰值在0.73Bt左右。天然气消费高峰期应在2035-2040年期间达到，峰值约为6500亿立方米。具体措施包括：(1) 加快能源结构低碳转型。到2030年，非化石能源消费占能源消费总量的比重要达到26%以上。(2) 坚持大气污染防治重点地区煤炭消费总量限制。地方政府有责任控制当地的煤炭使用。京津冀、长三角地区煤炭消费量(3) 在终端消费中坚持清洁能源替代煤炭。清洁能源供暖的范围将在中国北方，到2025年将扩大到80%，到2030年接近100%。与此同时，煤炭的替代-碳排放达峰和碳中和战略和途径项目小组工程7（2021）16731676鼓励使用燃气或电炉的工业炉。(4) 推动重点煤炭消费行业实现碳排放达峰和碳中和。2021-2025年，推进钢铁、有色、煤化工等4.3. 构建电力系统新格局加快电源结构转型电力是碳排放最多的行业，在电力安全供应下加快低碳转型是到2060年实现碳中和未来十年，能源增长将主要来自住宅部门和信息和通信技术（ICT）部门的电力需求据估计，电力行业（包括热电联产）的碳排放量将在2030年之前达到峰值，如果付出足够的努力。严格限制燃煤电厂项目，控制煤炭消费增长2026-2030年，逐步减少煤炭消费，煤炭发电比例降至42%。大力建设可再生能源电网。具体措施包括：(1) 利用风能和太阳能来满足电力需求的增长。中国将更快地利用风能和太阳能，以持续提高可再生能源发电能力，到2030年，风能和太阳能总装机容量将超过(2) 建设新的电力系统，提高调节能力，实现电力系统平衡.对现有燃煤电厂机组进行柔性改造，充分利用现有调节能力。应促进新的能源储存技术还应鼓励建立地方电网和微型电网，以增加可再生能源的地方消费。最后，中国将建立全国统一的电力市场，加强低碳电力调度机制，以适应可再生能源的快速发展。4.4. 建设低碳高效交通体系，推进交通系统在交通运输领域，汽车排放量占总排放量的80%以上，是实现汽车排放峰值和碳中和的关键因素。铁路运输的直接碳排放量已经有所下降，水路运输的碳排放量预计在2026-2030年期间保持稳定，公路运输的碳排放量预计将缓慢增加，目标是在2026-2030年期间达到碳排放峰值。预计航空业的碳排放量将继续上升。总体而言，据估计，整个运输部门的碳排放量将在2028年左右达到峰值。具体措施包括：(1) 提高汽车能效，更新汽车能源消费准入标准。中国应实施运输车辆标准，加快高能耗车辆的更新进程，以降低能耗。(2) 加速清洁燃料替代能源。到2030年，以可再生能源为燃料的新能源乘用车和商用车的销售比例预计将分别提高到40%和10%以上，所有政府级公务用车都应更新为以可再生能源为燃料的新车既停止销售化石燃料车辆的时间轴和路线图将在适当的时候发布提高船舶和铁路运输电气化水平，提高港口岸电利用率。(3) 优化运输结构。中长途大宗货物运输将从公路运输过渡到铁路或水路运输。提升铁路运输能力和服务水平，在以绿色交通为主导的港口多式联运和绿色城市货运也需要得到更大程度的发展。(4) 建立一致的绿色通勤系统和优化公共交通。 将为市民提供更多的公共交通工具。城市群轨道交通网络建设也需要加快.此外，地方政府将加强非机动车系统，包括城市步行和自行车系统。到2025年，绿色通勤率应高于70%，到2030年应达到75%。(5) 推动交通运输与清洁能源融合发展。研究设施将侧重于可再生能源的潜力还将实施以交通基础设施和能源建筑物中的产消者为重点的项目。4.5. 优化建筑能耗，推进光伏、储能、直流、柔性建筑发展2020年，建筑业的直接碳排放量约为0. 7 Bt，呈缓慢下降趋势。要在2030年前实现建筑领域碳中和，必须在减少间接碳排放的同时，加快建筑用电、供暖的低碳转型具体措施包括：(1) 以标准为动力，推动建筑节能低碳发展，包括建筑电气化转型。中国应修订建筑机电系统的标准和规范，严格要求新建建筑节能和电气化（即， 将电力用于所有内部目的，包括加热和烹饪）。在北方需要额外供暖的地区，既有建筑应进行改造，以包括节能设施，而城市供热管网应进行改造，以包括节能和安全设施。(2) 多措并举优化建筑能耗结构。城乡都要实现低碳供暖。北部城镇必须使用零碳热源更新中央供暖系统，包括核能和工业废热。在农村地区，应根据当地情况，用可再生能源、电力和生物质能源替代散煤。到2025年，北方地区清洁取暖比例要达到80%左右(3) 加快光伏、储能、直流和柔性（PEDF）建筑的发展，将建筑从低碳能源体系中的消费者转变为生产者。应提出并公布建筑领域节能和可再生能源利用的通用规范，并应将表面光伏装置作为基本要求，这是绿色建筑的 在城市地区，新建和现有建筑应利用新型PEDF配电系统，通过灵活的电力消耗有效地适应大规模可再生能源，包括太阳能和风能。 在农村地区，应发展以太阳能为基础的新能源系统。碳排放达峰和碳中和战略和途径项目小组工程7（2021）167316774.6. 发展绿色、低碳、循环经济，加强固体废物高效利用发展循环经济，提高固废分类和资源化利用水平，是实现碳排放达峰、碳中和的重要途径。具体措施包括：(1) 减少垃圾填埋场，提高废物利用率。例如，可以使用厌氧消化过程处理食物垃圾，这可以减少垃圾填埋场的碳排放，同时回收温室气体甲烷。(2) 加强固体废物的再生资源化利用。例如，通过从使用铁矿石和原煤等原材料的长流程过渡到使用废钢的短流程，钢铁行业的煤炭消耗和碳排放可以大幅减少(3) 加强新固废在能源转化中的利用，解决可再生能源制造可再生能源设备，包括风力发电机和太阳能电池板，需要大量的矿产资源。提高可再生能源发电设备退役后的资源利用水平，可以为可再生能源的发展提供长期稳定的物质供应5. 总结实现碳排放达峰和碳中和是中国的国家目标，基于国家的现状和人类文明的新认识。实现这些目标需要进行广泛而深刻的经济社会体制改革。这种改革必须与中国的可持续发展和社区建设紧密结合，以人类共同未来的概念为基础。要实现这两个目标，我们必须正确理解和判断其背景和内涵。要精准研判中国未来碳排放趋势，加强顶层设计，提出碳排放达峰、碳中和的实现路径和路线图。这样，中国将在未来的经济、能源、环境和气候方面取得有益的成果。引用[1] Allen MR， Babiker M ，Chen Y ，de Coninck H， Connors S， van DiemenR ， et al. 决 策 者 摘 要 。 In： Masson-Delmotte V ， Zhai P ， Pörtner HO ，RobertsD，Skea J，Shukla PR，editors. 全球变暖1.5 °C。气专委关于全球升温比工业化前水平高1.5 °C的影响以及相关的全球温室气体排放途径的特别报告，其背景是加强全球应对气候变化威胁、可持续发展和消除贫困的努力。日内瓦：政府间气候变化专门委员会; 2018年。[2] 联合国环境规划署（环境署）、环境署DTU伙伴关系。2020年排放差距报告。内罗毕：环境署; 2020年。[3] 英国石油公司2020年世界能源统计回顾。第69版。伦敦：BP plc;2020年。[4] 能源气候情报股。净零排放竞赛：2021记分卡[互联网]。伦敦：能源气候情报单位;c2021[ 引 用 2021 年 6 月 15 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得 ：https://eciu.net/netzerotracker[5] Xi：在第75届联合国大会一般性辩论上的发言[互联网]。北京：中华人民共和国外交部;2020 年 9 月 22 日 [ 引 自 2021 年 6 月 15 日 ] 。 可 从 以 下 网 址 获 得www.fmprc.gov.cn/mfa_eng/zxxx_662805/t1817098.shtml：