碳达峰和碳中和专题报告.docx

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碳达峰和碳中和专题报告

2021年碳达峰和碳中和专题报告

　　1、总体认识气候变化和碳排放

　　1.1全球气候变暖是人类亟需解决的关键问题

　　气候指一个地区大气的多年平均状况，通常由温度、降水、光照等气候要素的统计量来反映。

 气候变化是指长时期内气候状态的变化。

气候变化有两方面表现形式：

一是气候平均值的变化，如温度整体下降或者升高；二是气候离差值的变化，是指目前的气候状态偏离正常状态的程度，气候离差值增大，气候状态的不稳定性增加，气候异常将愈加明显。

 气候变化的原因既有自然因素也有人为因素。

自然因素包括太阳辐射的变化、地球轨道的变化、火山活动、大气与海洋环流的变化等；人为因素主要是工业革命以来人类活动，包括人类生产、生活所造成的二氧化碳等温室气体的排放、对土地的利用、城市化等。

　　全球变暖是目前气候变化的主要特征，其原因是大气中温室气体浓度上升导致温室效应增强。

　　温室气体主要包括水蒸气（H2O）、二氧化碳（CO2）、氧化亚氮（N2O）、甲烷（CH4）、氢氟碳化合物（HFCs）、全氟碳化合物（PFCs）、六氟化硫（SF6）、三氟化氮（NF3）等，其中除水蒸气外的其他温室气体与人类活动关系密切，成为当前减排的重点。

　　温室效应是指地球主要通过地表吸收来自太阳的辐射，并以长波辐射（热辐射、红外辐射）到宇宙。

某些长波辐射被大气中的温室气体所吸收。

这些被吸收的能量再向各个方向辐射，向上辐射的部分从大气较冷的高层消失到宇宙之中，向下辐射的部分使地表增温。

　　人类活动排放的温室气体快速增长，导致全球气候变暖、极端天气频发等一系列严重后果。

根据政府间气候变化专门委员会（IntergovernmentalPanelonClimateChange，IPCC）最近一次评估形成的《气候变化2014综合报告》，自1850年以来，全球人为CO2排放快速增长，导致地球表面温度趋势性上行，过去30年里，每10年的地球表面温度都依次比前一个10年的温度更高。

人为温室气体排放与全球温升、海平面上升具有高度相关性。

　　1.2温室气体的来源与构成

（1）关于温室气体

　　应对气候变化，需要减少温室气体排放，其核心是要减少二氧化碳排放。

一是 CO2是最主要的温室气体，在全球和我国温室气体排放总量中的占比分别超过七成和八成。

二是现有技术条件下，CO2减排难度低于其它温室气体。

CO2减排目前已有相对清晰的实施路径，如通过风电、光伏等可再生能源发电替代化石能源发电，有效降低电力行业CO2排放；通过氢能使用，降低钢铁等工业CO2排放；通过大规模植树造林，有效吸收CO2。

　　从全球来看，二氧化碳排放占温室气体排放总量的75%。

根据联合国环境规划署《TheEmissionsGapReport2020》，全球温室气体排放持续增长，其中CO2增量最大。

2019年，全球温室气体排放总量为59.1±5.9GtCO2e（十亿吨二氧化碳当量），其中化石（包括化石燃料和碳酸盐）相关CO2排放约38.0±1.9Gt，占温室气体排放总量的65%，加上土地利用变化（land-usechange）带来的排放，CO2排放占比上升至75%左右。

　　从我国来看，二氧化碳排放占温室气体排放总量的80%以上。

根据《中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告》，2014年我国温室气体排放总量为123.01亿tCO2e（亿吨二氧化碳当量），其中CO2排放102.75亿吨，占83.5%；若考虑土地利用、土地利用变化和林业（LULUCF）带来的吸收量，则CO2净排放占比为81.6%。

需要特别说明的是，2014年国家温室气体清单是我国官方披露的最近期数据，根据联合国环境规划署（UNEP）数据，2019年我国温室气体排放总量在140亿tCO2e左右，较2014上升14%左右。

因此，下表中排放量绝对值会有所上升，但比例关系不会有明显变化。

（2）关于二氧化碳

　　二氧化碳排放主要来源于两方面，与能源相关排放占比接近90%，工业过程排放占比略超10%。

根据《中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告》，2014年二氧化碳排放（不计吸收）中，能源活动占比86.9%，工业过程占比12.9%。

农业活动、废弃物处理等产生的二氧化碳排放较小，可予以忽略。

2020年，根据清华气候院“中国低碳发展战略与转型路径研究项目成果介绍”，二氧化碳总排放量113.5亿吨，其中与能源相关排放100.3亿吨，占比88.4%；工业过程排放13.2亿吨，占比11.6%。

　　工业生产过程的CO2主要集中于非金属矿物制品、金属冶炼、化工，占比分别约7成、2成、1成。

2014年我国工业生产过程排放13.3亿吨二氧化碳，其中非金属矿物制品排放9.15亿吨（主要为水泥），占68.8%；金属冶炼排放2.73亿吨，占20.5%；化学工业排放1.42亿吨，占10.7%。

　　能源相关二氧化碳排放中可分为供给端和需求端来拆解其结构。

供给端，煤炭、石油、天然气排放占比分别为77%、17%、6%。

根据GlobalCarbonProject初步测算，2020年中国煤炭、石油、天然气CO2排放量约为72亿吨、16亿吨、6亿吨，总计94亿吨，与清华气候院总量数据（100.3亿吨）相近。

煤油气三者排放占比分别为76.6%、17.0%、6.4%。

需求端，不计间接排放，电力、工业、建筑、交通排放占比大致为“4-4-1-1”关系；若计间接排放，工业、建筑、交通排放占比大致为“7-2-1”关系。

根据清华气候院《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》综合报告，2020年电力、工业、建筑、交通四部门CO2排放占比分别为40.5%、37.6%、10.0%、9.9%；若计用电带来的间接排放，则根据工业、建筑、交通用电量占比计算，三者排放占比约70%、20%、10%。

　　（3）关于工业二氧化碳排放从全球来看，2018年工业占全球CO2排放总量（不计土地利用变化带来的CO2排放）的46.8%。

UNEP数据显示，2018年化石（包括化石燃料和碳酸盐）相关CO2排放约375亿吨；IEA数据显示，2018年化石燃料燃烧产生的CO2排放约335亿吨；二者差值约40亿吨，占总排放的比重为10.7%，参照我国工业过程CO2排放占CO2总排放的11%-13%，基本可认为上述差值属于工业过程CO2排放。

化石燃料燃烧产生的335亿吨CO2排放中，发电供热CO2排放140亿吨，占比41.7%；制造业、建设、能源生产相关CO2排放（不计发电供热间接排放）77.7亿吨，占比23.2%。

根据国网能源研究院《全球能源分析与展望》数据，2018年全球工业用电占终端用电总量的41.2%，因此我们判断工业中与能源相关CO2总排放约为77.7+140×41.2%=135.4亿吨。

工业总体CO2排放约为135.4+40=175.4亿吨，占全球CO2排放总量（不计土地利用变化带来的CO2排放）的46.8%。

　　水泥、钢铁、化工是工业中CO2排放最大的三个行业，比重约为17.2%、16.7%、12.1%（2015年）。

基于上述方法，测得2015年工业CO2排放约174亿吨。

根据麦肯锡《Decarbonizationofindustrialsectors:

Thenextfrontier》，2015年水泥行业CO2排放约30亿吨（占非金属矿物制品业排放的80%），钢铁行业CO2排放约29亿吨，化工行业CO2排放约21亿吨（其中合成氨排放5亿吨，乙烯排放2亿吨），占工业总排放的17.2%、16.7%、12.1%。

　　从我国来看，钢铁、水泥、化工CO2排放占CO2排放总量的比重约16.2%、15.7%、7%。

2019年，中国化石燃料相关CO2排放约98.1亿吨，连同工业过程CO2排放，共计109.9亿吨（假设工业过程CO2排放占全部CO2排放的10.7%，与2020年相同）。

根据麦肯锡数据，2015年全球水泥、钢铁、化工CO2排放30亿吨、29亿吨、21亿吨。

假设单位产量CO2排放不变，则2019年中国水泥CO2排放17.2亿吨，占全部CO2排放15.7%。

中国钢铁CO2排放17.8亿吨，占全部CO2排放16.2%。

另据冶金工业规划研究院测算，钢铁行业占全国碳排放总量15%左右，是制造业31个门类中碳排放量最大行业，与我们测算结果大致吻合。

化工行业产品众多，基于主要化工产品大致估算我国化工CO2排放占全球1/3，即排放约7亿吨，约占全国CO2排放的7%（2015年）。

　　分用能形式来看，除电力产生的间接排放外，全球40%工业CO2排放来源于燃烧供热，以满足各类低温（<100°C）、中温（100-500°C）、高温（>500°C）需求。

　　（4）关于建筑二氧化碳排放

　　建筑全过程包括建材生产阶段、建筑施工阶段、建筑运行阶段，各阶段CO2排放占CO2总排放的28%、1%、22%。

2018年我国建筑全过程CO2排放总量为49.3亿吨，占全国CO2排放的比重为51.3%（此处对全国CO2排放或未考虑工业过程排放，导致各占比略偏大）。

其中，建材生产阶段CO2排放27.2亿吨，占全国CO2排放的比重为28.3%；建筑施工阶段CO2排放1亿吨，占比1%；建筑运行阶段CO2排放21.1亿吨，占比21.9%。

　　（5）关于交通二氧化碳排放

　　全球交通CO2排放占比24.6%，其中公路交通占比18.2%。

根据IEA数据，2018年全球化石燃料燃烧CO2排放335.1亿吨（未计工业过程排放，下述占比会略偏高），交通CO2排放82.6亿吨，占比24.6%；公路交通CO2排放60.9亿吨，占比18.2%。

　　中国交通CO2排放占比9.6%，其中公路交通占比7.9%。

根据IEA数据，2018年中国化石燃料燃烧CO2排放95.3亿吨（未计工业过程排放，下述占比会略偏高），交通CO2排放9.2亿吨，占比9.6%；公路交通CO2排放7.5亿吨，占比7.9%。

　　2、全球应对气候变化的总体框架

　　2.1全球应对气候变化的发展历程

（1）研究支撑

　　联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）是全球应对气候变化的主要支撑机构，由世界气象组织（WMO）及联合国环境规划署（UNEP）于1988年联合建立的政府间机构，其主要任务是总结气候变化的“现有知识”，评估气候变化对社会、经济的潜在影响以及适应和减缓气候变化的可能对策，旨在为决策者提供有关气候变化严格而均衡的科学信息。

　　IPCC大约每6年发布一次气候变化评估报告，支撑应对气候变化政策的制订。

1990年、1995年、2001年、2007年和2014年，IPCC相继五次完成了评估报告，这些报告已成为国际社会认识气候变化问题、制订相关应对政策的主要科学依据。

（2）公约协定

　　全球应对气候变化，以《联合国气候变化框架公约》为基本框架，通过《京都议定书》（《联合国气候变化框架公约》补充条款）、《<京都议定书>多哈修正案》、《巴黎协定》对2008-2012年、2013-2020年、2020年之后三阶段减排行动作出了安排。

从目标要求来看，减排压力逐渐加大。

《京都议定书》规定了《联合国气候变化框架公约》附件一所列发达国家和转轨经济国家2008-2012年（第一承诺期）温室气体排放量在1990年的水平上平均削减至少5.2%；《<京都议定书>多哈修正案》规定附件一所列缔约方在2013-2020年（第二承诺期）内将温室气体的全部排放量从1990年水平至少减少18%；《巴黎协定》提出将全球平均气温较工业化前水平上升幅度控制在2°C以内，并努力将温度上升幅度限制在1.5°C以内。

　　从执行方式来看，由“自上而下”向“自下而上”转变。

《京都议定书》和《<京都议定书>多哈修正案》在总体减排目标下，划分《联合国气候变化框架公约》附件一所列发达国家和转轨经济国家各自减排量。

《巴黎协定》规定各方将以“自主贡献”的方式参与全球应对气候变化行动，各方根据不同的国情，逐步增加当前的自主贡献，并尽可能增大力度。

　　2.2巴黎协定明确全球目标

　　当前全球平均温升约1°C，根据巴黎协定要求，上升幅度须控制在2°C以内，并努力限制在1.5°C以内。

气候变化长期研究表明，当前人类活动估计造成了全球升温高于工业化前水平约1.0°C（可能区间为0.8-1.2°C）。

全球变暖超过2°C，大概率将对人类和生态系统造成严重、普遍和不可逆转影响。

若能将温升控制在1.5°C以内，将更有助于降低热浪和暴雨等事件的风险，对于处于热带的发展中国家、岛屿国家及其他脆弱国家和地区来说尤其重要。

　　将全球温升限制在2°C，在大多数路径中CO2排放量预估到2030年减少约25%，并在2070年左右达到净零；将全球温升限制在或有限过冲1.5°C，2030年全球净人为CO2排放量从2010年的水平上减少约45%，在2050年左右达到净零，此外非CO2温室气体排放也需要大幅下降。

　　2.3全球由多方争论向加快减排转变

　　历史上，各国对于应对气候变化的争议主要集中于两点：

一是气候变暖是否与人类活动相关，人为温室气体排放是否有上限约束；二是发达国家和发展中国家如何确定“共同但有区别”的责任。

（1）关于排放上限

　　部分研究者对于全球气候变暖的观点存在质疑。

一是由于气候变化极其复杂，相关研究目前仍处于逐步深入的过程之中，研究方法论尚不完善，非政府间气候变化专门委员会（NongovernmentalInternationalPanelonClimateChange，NIPCC）常就此提出异议，认为气候变暖与人类活动的关联性有限；二是由于IPCC曾经出现过报告引用文献不严谨等问题，引发信任危机，如第四次评估报告发布以后，相继出现了“气候门”、“冰川门”等事件。

　　但人类活动导致全球气候变暖被越来越多的证据所支持，日益成为全球共识。

随着气候变化研究的深入，越来越多的证据支持了人类活动与气候变暖的关联性，IPCC的评估报告对此的肯定性也愈发增强。

积极应对气候变暖已逐渐成为全球共识。

　　1.5°C温升控制目标下，全球人为CO2排放预算剩余约4200-7700亿吨。

根据IPCC《全球升温1.5°C技术摘要》，全球温升控制在1.5°C，使用全球平均地表气温（GAST）估算出在50%概率有580GtCO2剩余碳预算，66%概率下为420GtCO2（中等信度）；利用全球平均地表温度（GMST）得出在50%和66%概率下分别为770和570GtCO2（中等信度）

（2）关于“共同但有区别”的责任

　　我国温室气体排放占全球总排放27%，人均温室气体排放已超过欧盟，逐渐强调“共同的责任”，弱化“有区别的责任”，加速减排已是大势所趋。

2019年，全球温室气体排放总量（不含土地利用变化带来的温室气体排放）52.4±5.2GtCO2e，中国温室气体排放总量14GtCO2e，占比26.7%；美国温室气体排放总量6.6GtCO2e，占比12.6%；欧盟27国和英国温室气体排放总量4.3GtCO2e，占比8.2%。

　　基于2019年新冠疫情前各国政策情景，测算全球温室气体减排路径，与1.5°C温升控制，甚至2°C温升控制目标还存在较大差距。

据联合国环境规划署《EmissionsGapReport2020》报告，与国家自主贡献（NDC）目标情景相比，2030年排放需要进一步下降12-15GtCO2e（-27%~-23%），才能满足2°C温升控制要求；下降29-32GtCO2e（-57%~-55%），才能满足1.5°C温升控制要求。

　　自2019年底开始，欧盟、中国、日本、韩国等主要经济体相继提出碳中和目标，预计美国也将加快提出相关目标，全球碳减排有望驶入快车道。

欧盟委员会于2019年12月11日在布鲁塞尔公布应对气候变化新政“欧洲绿色协议”，提出到2050年欧洲在全球范围内率先实现“碳中和”，该长期战略于2020年3月提交联合国；中国政府于2020年9月22日提出“双碳目标”（二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和）；基于拜登在气候领域做出的承诺，预计美国将提出“到2035年，通过向可再生能源过渡实现无碳发电；到2050年，实现碳中和”。

　　特别地，我国提出的“双碳目标”将成为加速全球温室气体减排行动的关键动力。

一是作为全球最大的温室气体排放国提出“双碳目标”，有望与欧盟（2050年碳中和）、美国（有望提出2050年碳中和）一同带动全球减排，向1.5°C温升控制目标（2050年左右碳中和）迈进；二是作为全球最大的发展中国家提出“双碳目标”目标，将推动全球减排从争论实质性转向合作，发达国家和发展中国家或将更多强调“共同的责任”，弱化“有区别的责任”，竞相提高减排目标。

　　3、我国应对气候变化的总体框架

　　3.1总体要求

　　我国政府积极应对气候变化，先后四次提出相关国际承诺。

对比近两次承诺，宏观上，由“2030年左右二氧化碳排放达到峰值并争取尽早达峰”更新为“力争于2030年前达到峰值”，将提早一个五年计划；首次提出“努力争取2060年前实现碳中和”，由于我国碳达峰到碳中和时间只有30年，远小于欧盟等发达经济体50~70年过渡期，因此预计碳中和目标将对碳达峰高度形成牵制；

　　微观上，针对2030年目标，一是将碳强度降幅由60%-65%提高至65%以上，二是将非化石能源占一次能源消费比重由20%左右提高至25%左右，三是将森林蓄积量由增加45亿立方米提高至增加60亿立方米，四是提出风电、太阳能发电装机下限12亿千瓦。

　　3.2路径选择

　　东亚国家（中、日、韩）与欧美国家能源结构和经济结构存在显著差异，煤炭占比高、工业占比高。

预计中国减排路径或将有别于欧洲国家，与日本相似，更加注重新能源、节能、核能、氢能、火电+CCS等技术发展。

　　3.3政策框架

　　目前，生态环境部牵头编制实施“2030年前碳排放达峰行动方案”，预计能源局、工信部、建设部、交通部编制施行能源、工业、建筑、交通碳排放达峰专项方案，省级政府制定各省达峰方案，形成矩阵式管理模式。

预计相关规划将于年内出台，行业达峰方案与各省达峰方案如何协同，将是未来政策的主要看点。

　　4、有序性、平衡性和多元化是减排过程中的基本遵循

　　碳中和难度远高于碳达峰，深度减排挑战众多，有序性、平衡性和多元化尤为重要。

有序性，即是从碳达峰到碳中和将经历较漫长过程，牵一发而动全身，应当循序渐进。

平衡性，即是要认识到温室气体排放既是生态环境问题，也是发展权问题，减排速度应当与经济发展、技术发展相契合。

全球加速减排令人欣喜，但我们必须意识到各国经济和技术发展是减排的重要基础，减排不能过慢，导致路径锁定，也不能过快，造成经济社会发展成本大幅提升。

历史上，美国因担心影响经济发展退出《京都议定书》、欧盟在《京都议定书》第二承诺期的踌躇不前，均表明减排难以一蹴而就。

　　多元化，即是因温室气体排放点多面广，需要在诸多领域应用多元化技术，形成立体式的减排体系。

温室气体排放涉及到生产生活的方方面面，需要在优化调整经济结构和产业结构的基础上，全面推进减排技术创新与应用，以此以较低成本实现碳中和目标。

如丹麦森讷堡零碳项目中广泛采用了零碳建筑，风电、光伏发电、垃圾发电，基于地热、生物质、沼气和太阳能的绿色集中供热，热泵，余热利用，电动汽车，沼气和生物乙醇等一系列技术。

　　1、减排重点和节奏

　　1.1总体减排节奏

　　预计我国减排分为三个阶段，2020-2030年属于峰值平台期，2030-2035年逐步减排，2035年之后加速减排。

　　基于清华气候院对于我国不同情境下CO2排放路径的研究，2030年前碳达峰目标对应于研究中所设强化政策情景，2060年碳中和目标位于2°C情景和1.5°C目标情景之间。

当前由于能源和经济体系惯性，难以迅速实现2°C和1.5°C情景的减排路径。

预计2030年前碳达峰后，再加速向2060年碳中和目标逼近。

基于前文所述2°C和1.5°C情景分别对应于全球2070年、2050年左右碳中和，则2060年碳中和路径将位于2°C路径和1.5°C路径之间。

　　政策情景：

CO2排放2030年左右达峰，2050年下降到约90亿tCO2；

　　强化政策情景：

2030年前达峰，2050年下降到约62亿tCO2；

　　2°C情景：

2025年左右达峰，2050年下降到约29亿tCO2，再加上CCS和森林碳汇，净排放约20亿吨，人均排放约1.5t；

　　1.5°C情景：

2025年前达峰，2050年下降到约12亿tCO2，再加上CCS和森林碳汇，基本实现CO2零排放。

　　1.2分部门减排重点和达峰节奏

　　2020年我国CO2排放占温室气体总排放量的82.3%，能源相关CO2排放占72.7%。

据清华大学气候院测算，2020年我国温室气体排放总量约137.9亿tCO2e，考虑农林业增汇，净排放量约130.7亿tCO2e。

其中，CO2排放由能源相关CO2排放和工业过程CO2排放构成，总量为113.5亿t，占温室气体排放总量的82.3%；能源分部门看，我国能源相关CO2排放主要来自工业部门和电力部门，各占约40%，是重点减排领域，其余主要来源于建筑部门和交通部门，各约10%。

计及间接排放，则工业CO2排放将接近70%，建筑CO2排放约20%，交通CO2排放约10%。

　　综合国内主流机构预测来看，工业部门CO2排放将于2030年前达峰，建筑（居民建筑、公共建筑等）、交通部门能源消费和CO2排放目前仍持续稳定增长，预计将于2035年左右达峰。

　　1.3分能源品种减排重点和达峰节奏

　　分品种看，我国化石能源排放煤炭、石油、天然气产生的CO2排放分别为76.6%，17.0%，6.4%。

根据GlobalCarbonProject测算数据，2020年我国煤炭产生的CO2排放为72亿吨，石油为16亿吨，天然气为6亿吨。

　　预计煤炭、石油、天然气消费分别于2025年、2030年、2040年左右达峰。

中国石油集团经济技术研究院（ETRI）、国网能源研究院（SGERI）对化石能源消费达峰时间预测，煤炭消费已进入峰值平台期，预计2025年后开始下降；石油消费增长趋缓，预计将在2025-2030年达峰；天然气CO2排放强度相对较低，有望持续增长至2040年左右。

　　综合国内主流机构预测来看，预计2060年碳中和时，煤炭、石油、天然气剩余消费量约3亿tce、2亿tce、3亿tce。

清华气候院预测，2°C情景下，2050年化石能源剩余消费量为煤炭4.7亿tce，石油4亿tce，天然气5.2亿tce；1.5°C情景下，2050年化石能源剩余消费量为煤炭约2.7亿tce，石油1.5亿tce，天然气2.8亿tce。

2060年碳中和情景介于2°C和1.5°C情景之间。

国网能源研究院预测，深度减排情景（碳中和情景）下，2060年煤炭、石油、天然气剩余消费量约3亿tce、1亿tce、3亿tce。

　　远期化石能源剩余消费量与碳捕获与封存（carboncaptureandstorage,CCS）技术息息相关。

国内主流机构研究对于CCS技术发展普遍预期谨慎，如果CCS技术具备良好经济性，则化石能源剩余消费量将有所增加。

　　展望到2030年，清华气候院预计化石能源消费中，石油缓慢上涨（年均+1.1%），天然气较快增长（年均+6.4%）；煤炭2020-2025年处于峰值平台期。

　　需要指出的是，该情景中用电量增速假设（未来十年年均+2.3%）明显偏低，导致“十四五”煤炭消费偏低。

我们判断，2021-2025年煤电发电量、动力煤需求最少年均+1.4%、+1%；中性假设下，预计年均+2.1%、+1.6%。

 上述强化政策情景预测2030年电力需求9.45万亿千瓦时，2020年全社会用电量7.51万亿千瓦时，对应2021-2030年均增速仅2.3%，明显偏低。

预计“十四五”全社会用电量年均增速大概率在4.5%以上，全社会用电量2025年就将接近9.45万亿千瓦时。

　　2、政策要求和发展规划