03-碳中和目标下的能源经济转型路径与政策研究.pdf

管 理 世 界 2022 年 第 1 期 摘 要 “ 2030 年 前 碳 达 峰 ” 和 “ 2060 年 前 碳 中 和 ” 目 标 要 求 我 国 能 源 经 济 系 统 进 行 深 刻 的 转 型 。 本 文 利 用 中 国 全 球 能 源 模 型 （ C- GEM ） 等 模 型 工 具 ， 研 究 了 碳 中 和 愿 景 下 我 国 能 源 经 济 转 型 的 路 径 ， 定 量 评 价 了 主 要 减 排 措 施 在 不 同 时 期 的 减 排 贡 献 度 和 所 需 的 政 策 干 预 力 度 ， 对 能 源 经 济 转 型 路 径 的 关 键 特 征 指 标 进 行 了 不 确 定 性 分 析 。 研 究 表 明 ， 要 实 现 “ 2060 年 前 碳 中 和 ” 目 标 ， 我 国 应 进 一 步 提 高 能 源 利 用 效 率 ， 2060 年 单 位 GDP 能 源 消 费 相 比 当 前 下 降 75 以 上 ； 持 续 推 进 以 新 能 源 为 主 体 的 能 源 结 构 优 化 ， 2060 年 非 化 石 能 源 在 一 次 能 源 消 费 中 的 比 重 提 高 到 80 以 上 ； 大 力 推 进 电 气 化 和 电 力 系 统 深 度 脱 碳 ， 2060 年 电 力 在 终 端 能 源 消 费 中 的 比 重 提 高 至 70 以 上 ， 非 化 石 电 力 在 电 力 供 应 中 比 重 提 升 至 90 以 上 ， 电 力 系 统 在 2045 2050 年 间 实 现 净 零 碳 排 放 ； 碳 定 价 机 制 将 在 碳 中 和 转 型 中 发 挥 关 键 作 用 ， 为 低 碳 、 零 碳 和 负 碳 技 术 创 新 和 产 业 转 型 升 级 提 供 有 效 的 激 励 。 研 究 还 表 明 ， 碳 中 和 将 有 助 于 我 国 经 济 高 质 量 发 展 ， 2030 年 和 2050 年 我 国 人 均 GDP 将 超 过 2 万 美 元 和 3 万 美 元 。 关 键 词 碳 中 和 转 型 路 径 碳 定 价 CGE 模 型 一 、 引 言 巴 黎 协 定 确 定 了 控 制 全 球 温 度 上 升 的 目 标 将 温 升 控 制 在 2 ℃ 之 内 ， 并 争 取 控 制 在 1 . 5 ℃ 之 内 。 为 实 现 这 一 长 期 目 标 ， 各 国 温 室 气 体 排 放 应 尽 快 达 到 峰 值 ， 并 促 使 全 球 在 21 世 纪 中 叶 实 现 碳 中 和 。 中 国 作 为 世 界 上 最 大 的 碳 排 放 国 家 与 工 业 门 类 最 为 齐 全 的 国 家 ， 正 处 在 城 镇 化 快 速 发 展 阶 段 ， 面 临 着 经 济 转 型 、 环 境 保 护 、 应 对 气 候 变 化 等 多 重 挑 战 。 长 期 以 来 ， 中 国 高 度 重 视 气 候 变 化 问 题 ， 把 积 极 应 对 气 候 变 化 作 为 国 家 经 济 社 会 发 展 的 重 大 战 略 ， 采 取 了 一 系 列 行 动 ， 为 应 对 全 球 气 候 变 化 做 出 了 重 要 贡 献 。 自 “ 十 二 五 ” 以 来 ， 中 国 积 极 实 施 了 各 项 政 策 措 施 ， 产 业 结 构 和 能 源 结 构 调 整 加 快 推 进 ， 能 源 利 用 效 率 大 幅 提 高 ， 单 位 国 内 生 产 总 值 （ GDP ） 碳 排 放 实 现 年 均 下 降 超 5 。 2015 年 ， 中 国 发 布 国 家 自 主 贡 献 ， 承 诺 二 氧 化 碳 排 放 2030 年 左 右 达 到 峰 值 并 争 取 尽 早 达 峰 ， 到 2030 年 单 位 国 内 生 产 总 值 二 氧 化 碳 排 放 比 2005 年 下 降 60 65 ， 非 化 石 能 源 占 一 次 能 源 消 费 比 重 达 到 20 左 右 。 2020 年 9 月 22 日 ， 习 近 平 主 席 在 第 七 十 五 届 联 合 国 大 会 一 般 性 辩 论 上 发 表 重 要 讲 话 ， 宣 布 “ 中 国 将 提 高 国 家 自 主 贡 献 力 度 ， 采 取 更 加 有 力 的 政 策 和 措 施 ， 二 氧 化 碳 排 放 力 争 于 2030 年 前 达 到 峰 值 ， 争 取 在 2060 年 前 实 现 碳 中 和 。 ” 为 了 实 现 “ 2030 年 前 达 峰 ” 和 “ 2060 年 前 碳 中 和 ” 目 标 ， 当 前 迫 切 需 要 识 别 能 源 经 济 系 统 的 转 型 路 径 、 评 估 转 型 所 需 政 策 干 预 力 度 。 为 此 ， 本 研 究 综 合 国 家 自 然 科 学 基 金 重 大 项 目 “ 绿 色 低 碳 发 展 转 型 中 的 关 键 管 理 科 学 问 题 与 政 策 研 究 ” 成 果 ， 采 用 中 国 全 球 能 源 经 济 模 型 （ China- in- Global Energy Model ， C- GEM ） ， 同 时 结 合 电 力 、 交 通 和 建 筑 三 大 部 门 能 源 技 术 模 型 ， 综 合 考 虑 国 内 外 社 会 经 济 技 术 等 因 素 ， 重 点 围 绕 以 下 5 个 方 面 展 开 研 究 （ 1 ） 合 理 的 碳 中 和 碳 排 放 轨 迹 ； （ 2 ） 碳 中 和 对 经 济 转 型 的 要 求 ； （ 3 ） 碳 中 和 对 能 源 系 统 转 型 的 要 求 ； （ 4 ） 实 现 碳 中 和 所 需 的 政 策 干 预 力 度 ； （ 5 ） 主 要 减 排 技 术 方 案 的 减 排 贡 献 。 碳 中 和 目 标 下 的 能 源 经 济 转 型 路 径 与 政 策 研 究 * 张 希 良 黄 晓 丹 张 达 耿 涌 田 立 新 范 英 陈 文 颖 * 本 项 研 究 得 到 国 家 自 然 科 学 基 金 重 大 项 目 “ 绿 色 低 碳 发 展 转 型 中 的 关 键 管 理 科 学 问 题 与 政 策 研 究 ” （ 基 金 号 71690240 ） 的 资 助 。 张 希 良 为 本 文 通 讯 作 者 。 - - 35 DOI10.19744/j.cnki.11-1235/f.2022.0005二 、 文 献 综 述 （ 一 ） 温 升 控 制 与 碳 排 放 轨 迹 巴 黎 协 定 确 定 了 将 全 球 温 升 控 制 在 2 ℃ 并 争 取 控 制 在 1 . 5 ℃ 之 内 的 目 标 ， 而 IPCC 全 球 升 温 1 . 5 ℃ 特 别 报 告 指 出 ， 将 全 球 变 暖 限 制 在 1 . 5 ℃ 而 不 是 2 ℃ 或 更 高 的 温 度 ， 可 以 避 免 一 系 列 气 候 变 化 影 响 。 例 如 ， 到 2100 年 ， 将 全 球 变 暖 限 制 在 1 . 5 ℃ 而 非 2 ℃ ， 全 球 海 平 面 上 升 将 减 少 10 厘 米 （ IPCC ， 2018 ） 。 因 此 ， 应 识 别 全 球 实 现 2 ℃ 和 1 . 5 ℃ 温 升 控 制 的 碳 排 放 轨 迹 ， 以 2 ℃ 温 控 为 底 线 、 以 1 . 5 ℃ 温 控 为 目 标 确 定 我 国 合 理 的 碳 中 和 排 放 轨 迹 。 IPCC 全 球 升 温 1 . 5 ℃ 特 别 报 告 （ Rogelj et al. ， 2018 ） 研 究 显 示 ， 要 以 大 于 66 的 概 率 实 现 2 ℃ 和 1 . 5 ℃ 温 升 控 制 目 标 ， 必 须 将 2011 2100 年 间 的 全 球 累 计 排 放 分 别 控 制 在 1 万 亿 吨 和 4000 亿 吨 CO 2 。 为 实 现 1 . 5 ℃ 温 升 控 制 目 标 ， 全 球 需 要 在 土 地 、 能 源 、 工 业 、 建 筑 、 交 通 和 城 市 方 面 进 行 “ 快 速 而 深 远 的 ” 转 型 。 到 2030 年 ， 全 球 CO 2 排 放 量 需 要 比 2010 年 的 水 平 下 降 大 约 45 ， 到 2050 年 左 右 达 到 “ 净 零 ” 排 放 （ Rogelj et al. ， 2018 ） 。 Lurderer 等 （ 2018 ） 联 合 5 个 重 要 能 源 模 型 组 ， 基 于 减 排 发 生 在 具 有 最 佳 成 本 效 益 的 时 间 和 地 点 的 原 则 ， 研 究 得 出 全 球 需 要 在 2020 年 左 右 实 现 碳 达 峰 ， 而 后 加 快 减 排 ， 在 2045 2060 年 间 实 现 碳 中 和 ， 而 后 实 现 负 排 放 ， 方 能 以 大 于 66 的 概 率 实 现 1 . 5 ℃ 温 控 目 标 。 由 此 可 见 ， 中 国 于 2060 年 前 实 现 碳 中 和 的 承 诺 与 努 力 实 现 1 . 5 ℃ 温 升 控 制 目 标 是 一 致 的 。 对 于 中 国 的 转 型 路 径 ， 清 华 大 学 联 合 我 国 十 多 家 研 究 机 构 开 展 “ 中 国 长 期 低 碳 发 展 战 略 与 转 型 路 径 研 究 ” 项 目 ， 研 究 了 面 向 2050 年 的 中 国 2 ℃ 情 景 和 1 . 5 ℃ 情 景 ， 估 算 出 2050 年 化 石 能 源 燃 烧 碳 排 放 应 分 别 为 29 亿 和 15 亿 吨 CO 2 （ 解 振 华 等 ， 2020 ） 。 姜 克 隽 等 （ 2012 ） 利 用 IPAC- AIM 模 型 研 究 ， 估 计 出 要 实 现 2 ℃ 温 控 目 标 需 要 在 2050 年 将 碳 排 放 控 制 在 30 亿 吨 CO 2 以 内 ， 要 实 现 1 . 5 ℃ 温 控 目 标 则 应 在 2050 年 实 现 负 排 放 5 . 9 亿 吨 （ Jiang et al. ， 2018 ） 。 段 宏 波 和 汪 寿 阳 （ 2019 ） 基 于 中 国 能 源 经 济 环 境 系 统 集 成 模 型 （ CE 3 METL ） ， 从 排 放 路 径 、 能 源 重 构 和 经 济 影 响 3 个 维 度 对 比 分 析 了 全 球 温 控 目 标 从 2 ℃ 到 1 . 5 ℃ 的 战 略 调 整 对 中 国 的 长 期 影 响 。 该 研 究 认 为 ， 中 等 可 能 性 的 2 ℃ 目 标 下 ， 中 国 的 二 氧 化 碳 排 放 量 将 于 2030 年 前 达 到 峰 值 ， 2050 年 碳 排 放 为 70 亿 吨 左 右 ， 而 后 快 速 减 排 至 2060 年 的 20 亿 吨 ； 而 1 . 5 ℃ 目 标 则 要 求 碳 排 放 从 当 下 开 始 急 剧 下 降 至 2025 年 20 亿 40 亿 吨 ， 且 最 早 到 2060 年 前 后 实 现 近 零 排 放 。 在 此 基 础 上 ， Duan 等 （ 2021 ） 进 一 步 评 估 中 国 实 现 1 . 5 ℃ 目 标 所 需 的 行 动 力 度 ， 综 合 AIM 、 GCAM 、 IMAGE 、 POLES 等 团 队 的 研 究 结 果 ， 认 为 中 国 要 实 现 1 . 5 ℃ 目 标 ， 需 在 2020 年 达 峰 ， 而 后 加 快 减 排 至 2030 年 的 30 亿 80 亿 吨 ， 于 2050 年 降 至 - 10 亿 20 亿 吨 。 此 外 ， 能 源 基 金 会 （ 2020 ） 发 布 的 中 国 碳 中 和 综 合 报 告 2020 对 中 国 实 现 碳 中 和 目 标 的 关 键 年 份 （ 2035 和 2050 年 ） 进 行 分 析 ， 识 别 并 建 议 电 力 、 建 筑 、 工 业 、 交 通 、 农 业 、 林 业 和 土 地 利 用 等 关 键 部 门 的 减 排 行 动 。 虽 然 目 前 已 有 上 述 部 分 研 究 提 出 了 中 国 的 碳 排 放 路 径 及 对 应 的 温 升 控 制 目 标 ， 但 大 多 数 为 面 向 2050 年 的 论 证 分 析 ， 缺 乏 对 2060 年 前 碳 中 和 目 标 下 的 能 源 经 济 协 同 转 型 路 径 的 系 统 研 究 。 目 前 国 际 上 针 对 1 . 5 ℃ 温 控 目 标 的 大 多 数 研 究 ， 几 乎 都 假 设 我 国 碳 排 放 于 2020 年 达 峰 后 急 剧 下 降 ， 不 符 合 我 国 国 情 。 （ 二 ） 碳 定 价 在 能 源 经 济 转 型 中 的 作 用 目 前 国 际 通 行 的 碳 减 排 政 策 主 要 包 括 能 效 与 排 放 标 准 、 公 共 技 术 研 发 和 碳 定 价 工 具 （ 包 括 碳 税 和 碳 排 放 交 易 体 系 ） 。 政 策 分 析 人 士 普 遍 认 为 ， 要 以 经 济 有 效 的 方 式 实 现 深 度 碳 减 排 ， 覆 盖 全 经 济 系 统 的 碳 定 价 工 具 将 是 政 策 的 必 要 组 成 部 分 （ Metcalf ， 2009 ； Kaplow ， 2010 ； Borenstein et al. ， 2019 ） 。 鉴 于 碳 排 放 来 源 的 多 样 性 ， 传 统 的 能 效 和 排 放 标 准 设 计 挑 战 很 大 ， 且 会 造 成 不 必 要 的 高 成 本 （ Newell and Stavins ， 2003 ） 。 碳 定 价 工 具 的 关 键 优 势 在 于 它 的 灵 活 性 以 及 可 以 带 来 经 济 总 体 成 本 效 益 最 优 的 有 效 激 励 （ Knittel ， 2019 ） 。 另 外 ， 碳 定 价 还 可 以 通 过 诱 导 气 候 友 好 型 技 术 变 革 降 低 长 期 减 排 成 本 （ Newell et al. ， 1999 ） 。 国 际 社 会 广 泛 认 可 碳 定 价 在 能 源 经 济 转 型 中 的 核 心 作 用 并 将 其 落 诸 实 践 。 当 前 ， 全 球 已 有 61 项 碳 定 价 机 制 正 在 实 施 或 计 划 实 施 中 ， 其 中 31 项 属 于 碳 排 放 交 易 体 系 ， 30 项 属 于 碳 税 ， 共 覆 盖 约 120 亿 吨 CO 2 ， 占 全 球 温 室 气 体 排 放 量 的 约 22 （ 世 界 银 行 ， 2020 ） 。 巴 黎 协 定 的 189 个 缔 约 方 提 交 的 减 排 承 诺 中 ， 有 一 半 以 上 表 示 将 使 用 碳 中 和 目 标 下 的 能 源 经 济 转 型 路 径 与 政 策 研 究 经 济 学 - - 36 管 理 世 界 2022 年 第 1 期 碳 定 价 工 具 。 经 过 近 十 年 的 地 方 试 点 和 建 设 准 备 ， 2021 年 7 月 我 国 全 国 碳 排 放 权 交 易 市 场 实 现 了 电 力 行 业 的 交 易 运 行 。 这 种 基 于 市 场 的 碳 定 价 机 制 通 过 限 制 多 个 碳 密 集 型 行 业 的 碳 排 放 ， 也 推 动 高 碳 排 放 产 业 的 转 型 升 级 。 在 模 型 研 究 中 ， 碳 定 价 可 以 用 来 定 量 显 示 减 排 所 需 的 政 策 行 动 的 整 体 力 度 。 根 据 IPCC 全 球 升 温 1 . 5 ℃ 特 别 报 告 ， 要 实 现 2 ℃ 温 控 ， 2030 年 全 球 碳 价 水 平 需 达 到 15 220 美 元 / 吨 CO 2 ， 2050 年 则 需 达 到 45 1050 美 元 / 吨 CO 2 ， 2070 年 将 达 到 120 1100 美 元 / 吨 CO 2 ； 相 对 的 ， 要 实 现 1 . 5 ℃ 温 控 ， 2030 年 全 球 碳 价 水 平 需 进 一 步 提 升 至 135 6050 美 元 / 吨 CO 2 ， 2050 年 则 需 达 到 245 14300 美 元 / 吨 CO 2 ， 2070 年 将 达 到 420 19300 美 元 / 吨 CO 2 （ Rogelj et al. ， 2018 ） 。 反 映 政 策 力 度 的 碳 价 水 平 由 于 模 型 框 架 、 减 排 目 标 和 技 术 可 用 性 预 测 等 的 不 同 而 有 所 差 别 （ Clarke et al. ， 2014 ； Kriegler et al. ， 2015 ； Rogelj et al. ， 2015 a ； Riahi et al. ， 2017 ； Stiglitz et al. ， 2017 ） 。 目 前 已 有 部 分 模 型 研 究 对 不 同 国 家 实 现 碳 中 和 所 需 政 策 力 度 开 展 了 评 估 。 European Union （ 2018 ） 基 于 价 格 导 向 的 市 场 均 衡 模 型 PRIMES 研 究 显 示 ， 欧 盟 要 于 2050 年 实 现 碳 中 和 ， 碳 价 需 达 到 350 欧 元 / 吨 CO 2 （ 约 为 430 美 元 / 吨 ） 。 Oshiro 等 （ 2018 ） 利 用 自 下 而 上 能 源 系 统 模 型 AIM/Enduse （ Japan ） 分 析 日 本 于 2050 年 实 现 碳 中 和 所 需 的 能 源 系 统 转 型 ， 计 算 得 到 碳 减 排 成 本 在 2050 年 高 达 2200 美 元 / 吨 CO 2 。 Climate Works Australia （ 2020 ） 利 用 技 术 优 化 模 型 Aus- TIMES 模 型 研 究 澳 大 利 亚 2050 年 实 现 碳 中 和 所 需 的 碳 价 在 强 调 技 术 创 新 的 发 展 路 径 下 ， 碳 价 水 平 约 为 200 美 元 / 吨 CO 2 ； 在 强 调 政 策 干 预 的 发 展 路 径 下 ， 碳 价 水 平 将 达 到 233 美 元 / 吨 CO 2 。 总 体 而 言 ， 不 同 地 区 实 现 碳 中 和 时 所 面 临 的 碳 价 水 平 不 同 ， 与 国 家 的 发 展 水 平 、 技 术 路 径 和 资 源 禀 赋 密 切 相 关 。 因 此 ， 在 利 用 模 型 评 估 中 国 碳 中 和 目 标 下 的 能 源 经 济 转 型 所 需 碳 价 水 平 时 ， 需 要 充 分 考 虑 我 国 的 经 济 系 统 和 能 源 系 统 的 特 点 。 三 、 模 型 介 绍 为 模 拟 我 国 绿 色 低 碳 转 型 的 路 径 与 政 策 ， 本 研 究 采 用 自 上 而 下 的 可 计 算 一 般 均 衡 能 源 经 济 模 型 中 国 全 球 能 源 模 型 （ China- in- Global Energy Model ， C- GEM ） 进 行 情 景 模 拟 分 析 ， 并 利 用 3 个 自 下 而 上 的 技 术 模 型 REPO （ China Renewable Electricity Planning and Operation Model ） 、 CPREG （ China Provincial Road Transport Ener ⁃ gy Demand and GHG Emissions Analysis Model ） 和 CBEM （ China Building Energy Model ） 分 别 对 电 力 、 交 通 和 建 筑 三 大 重 点 排 放 部 门 的 能 源 消 费 、 成 本 和 技 术 选 择 情 况 进 行 校 核 验 证 ， 确 保 研 究 结 果 在 经 济 和 技 术 上 都 具 有 可 解 释 性 。 详 细 的 模 型 介 绍 参 见 管 理 世 界 网 络 发 行 版 附 录 。 经 过 7 年 多 的 开 发 和 应 用 实 践 ， C- GEM 的 低 碳 技 术 表 达 和 政 策 模 拟 功 能 日 趋 成 熟 ， 比 较 适 合 能 源 经 济 系 统 转 型 路 径 及 所 需 政 策 力 度 的 评 估 工 作 。 一 方 面 ， C- GEM 模 型 细 致 刻 画 了 多 种 低 碳 、 零 碳 和 负 碳 技 术 。 Qi 等 （ 2014 a ） 细 致 刻 画 了 风 、 光 、 生 物 质 发 电 等 11 种 先 进 能 源 技 术 ， 并 评 估 可 再 生 能 源 发 展 对 中 国 能 源 和 碳 排 放 的 影 响 。 与 此 同 时 ， Zhang 等 （ 2015 ） 进 一 步 改 进 了 模 型 中 煤 电 碳 捕 集 及 封 存 （ CCS ） 技 术 和 气 电 CCS 等 CCS 技 术 的 刻 画 ， 并 研 究 得 出 当 碳 价 高 于 35 美 元 / 吨 CO 2 时 ， 电 力 系 统 将 开 始 部 署 CCS 技 术 。 为 了 进 一 步 研 究 中 国 的 深 度 脱 碳 路 径 ， Huang 等 （ 2020 ） 在 模 型 中 刻 画 了 负 排 放 技 术 生 物 质 碳 捕 集 及 封 存 （ BECCS ） 技 术 ， 并 评 估 可 利 用 生 物 质 资 源 量 ， 研 究 显 示 ， 若 2050 年 中 国 的 碳 排 放 空 间 为 23 亿 吨 CO 2 ， BECCS 需 负 排 放 6 亿 吨 CO 2 ； 当 排 放 空 间 为 10 亿 吨 ， 则 BECCS 需 负 排 放 近 10 亿 吨 CO 2 。 另 一 方 面 ， C- GEM 模 型 细 致 刻 画 了 碳 市 场 交 易 模 块 ， 并 已 经 支 撑 了 一 系 列 评 估 转 型 所 需 政 策 力 度 的 研 究 。 Qi 等 （ 2016 ） 评 估 中 国 延 续 哥 本 哈 根 协 议 减 排 承 诺 力 度 （ 即 年 均 碳 强 度 下 降 率 为 3 ） 所 需 的 碳 定 价 政 策 力 度 ， 研 究 显 示 ， 2050 年 要 将 碳 排 放 控 制 在 120 亿 吨 ， 碳 价 需 达 到 58 美 元 / 吨 CO 2 。 Weng 等 （ 2018 ） 研 究 了 中 国 实 现 巴 黎 协 定 气 候 承 诺 （ 即 2030 年 碳 排 放 强 度 相 比 2005 年 下 降 60 65 ） 所 需 的 碳 价 水 平 ， 研 究 显 示 ， 中 国 2021 2025 年 碳 价 达 到 8 美 元 / 吨 CO 2 ， 2026 2030 年 达 到 12 美 元 / 吨 CO 2 ， 则 可 以 大 于 90 的 概 率 实 现 气 候 承 诺 。 本 节 将 对 C-GEM 、 REPO 、 CPREG 和 CBEM 这 4 个 模 型 进 行 简 要 介 绍 。 （ 一 ） 中 国 全 球 能 源 模 型 （ C-GEM ） 中 国 全 球 能 源 模 型 （ C- GEM ） 是 全 球 多 区 域 递 归 动 态 可 计 算 一 般 均 衡 （ CGE ） 模 型 。 该 模 型 由 清 华 大 学 - - 37能 源 环 境 经 济 研 究 所 与 美 国 麻 省 理 工 学 院 全 球 变 化 科 学 与 政 策 联 合 项 目 合 作 开 发 ， 主 要 用 于 评 估 中 国 与 全 球 低 碳 政 策 对 经 济 、 贸 易 、 能 源 消 费 与 温 室 气 体 排 放 的 影 响 。 图 1 展 示 了 C- GEM 经 济 能 源 系 统 中 产 品 、 服 务 与 要 素 的 流 动 关 系 （ Qi et al. ， 2014 b ； 翁 玉 艳 ， 2018 ） 。 模 型 以 2014 年 为 基 年 ， 并 根 据 世 界 银 行 、 国 际 能 源 署 与 中 国 统 计 局 发 布 的 相 关 数 据 将 模 型 主 要 国 家 及 地 区 的 能 源 经 济 数 据 校 核 至 2018 年 ， 随 后 从 2020 年 起 以 5 年 为 一 个 周 期 运 行 到 2100 年 。 C- GEM 模 型 涵 盖 全 球 17 个 区 域 与 19 个 经 济 部 门 ， 在 开 发 过 程 中 注 重 对 中 国 及 其 他 发 展 中 国 家 的 经 济 特 征 表 述 ， 尤 其 对 发 展 中 国 家 能 耗 较 高 的 工 业 部 门 细 节 与 对 能 源 系 统 低 碳 化 转 型 十 分 重 要 的 多 种 能 源 技 术 做 出 详 细 刻 画 。 为 了 模 拟 研 究 碳 中 和 路 径 ， 模 型 重 点 刻 画 了 可 再 生 能 源 技 术 和 BECCS 、 空 气 直 接 碳 捕 集 （ DAC ） 、 钢 铁 CCS 、 煤 电 CCS 等 多 种 CCS 技 术 （ Huang et al. ， 2020 ； Zhang et al. ， 2015 ； Qi et al. ， 2014 a ） 。 此 外 ， 模 型 参 考 发 达 国 家 的 电 气 化 程 度 和 经 验 ， 通 过 动 态 调 整 主 要 部 门 电 力 与 化 石 能 源 间 的 替 代 弹 性 来 有 效 刻 画 我 国 未 来 电 气 化 进 程 。 考 虑 到 中 国 经 济 发 展 进 入 “ 新 常 态 ” ， 需 求 管 理 与 供 给 侧 改 革 不 断 深 入 ， 研 究 团 队 在 C- GEM 模 型 中 特 别 考 虑 了 中 国 未 来 经 济 转 型 的 特 点 。 C- GEM 模 型 借 鉴 欧 盟 、 日 本 、 美 国 等 国 的 经 济 增 长 和 结 构 变 化 情 况 ， 结 合 中 国 供 给 侧 结 构 性 改 革 进 程 和 扩 大 内 需 消 费 等 政 策 措 施 ， 对 模 型 动 态 过 程 中 的 消 费 和 投 资 等 结 构 进 行 外 生 动 态 演 变 ， 以 模 拟 中 国 经 济 快 速 转 型 的 特 点 ， 具 体 过 程 详 见 Zhang 等 （ 2016 ） 和 翁 玉 艳 （ 2018 ） 。 （ 二 ） 自 下 而 上 的 分 部 门 技 术 模 型 本 研 究 采 用 由 清 华 大 学 能 源 经 济 研 究 所 开 发 的 中 国 可 再 生 能 源 电 力 规 划 及 运 行 模 型 （ REPO ） 对 电 力 部 门 转 型 进 行 技 术 验 证 。 该 模 型 是 反 映 中 国 电 力 系 统 运 行 特 征 和 省 际 差 异 的 分 省 电 力 系 统 规 划 模 型 ， 以 最 小 化 电 力 系 统 贴 现 成 本 为 优 化 目 标 ， 能 够 得 出 满 足 约 束 条 件 下 各 类 发 电 技 术 各 模 型 模 拟 年 份 在 各 省 的 装 机 和 发 电 量 、 省 间 传 输 线 容 量 和 碳 排 放 等 结 果 （ 熊 威 明 ， 2016 ； Yang et al. ， 2018 ） 。 不 同 情 景 下 ， C- GEM 模 型 将 所 模 拟 的 全 国 电 力 需 求 和 碳 价 反 馈 给 REPO 模 型 ， REPO 模 型 以 上 述 指 标 为 输 入 模 拟 得 到 电 力 结 构 并 反 馈 给 C- GEM ， 后 者 以 此 更 新 模 型 电 力 结 构 并 得 到 新 的 电 力 需 求 和 碳 价 ， 重 新 反 馈 至 REPO 模 型 ， 通 过 多 次 迭 代 校 验 ， 最 终 保 证 两 模 型 电 力 结 构 、 电 力 需 求 和 碳 价 基 本 一 致 。 对 于 交 通 部 门 的 转 型 路 径 ， 本 研 究 应 用 自 下 而 上 的 中 国 分 省 道 路 交 通 能 耗 和 温 室 气 体 排 放 模 型 （ CPREG ） 进 行 验 证 。 该 模 型 细 致 刻 画 了 多 种 交 通 技 术 ， 通 过 外 生 的 宏 观 经 济 、 社 会 发 展 指 标 以 及 广 义 交 通 成 本 ， 采 用 弹 性 的 方 法 预 测 中 国 未 来 客 货 运 服 务 需 求 ， 运 用 离 散 选 择 的 方 法 计 算 未 来 各 种 交 通 技 术 所 承 担 的 交 通 服 务 份 额 ， 并 测 算 能 耗 及 温 室 气 体 排 放 情 况 （ Peng et al. ， 2018 ） 。 验 证 过 程 中 ， C- GEM 模 型 将 根 据 不 同 碳 排 放 约 束 下 CPREG 模 型 的 研 究 结 果 校 核 电 动 车 发 展 规 模 ， 保 证 两 个 模 型 交 通 部 门 电 气 化 水 平 和 用 能 需 求 量 可 比 。 对 于 建 筑 部 门 的 转 型 路 径 ， 本 研 究 则 采 用 自 下 而 上 的 中 国 建 筑 用 能 模 型 （ CBEM ） 进 行 验 证 。 该 模 型 以 大 量 统 计 、 调 研 与 实 测 数 据 为 基 础 ， 构 建 了 中 国 的 典 型 建 筑 库 ； 基 于 建 筑 全 性 能 仿 真 平 台 ， 得 到 不 同 气 象 条 件 、 建 筑 本 体 、 设 备 性 能 及 行 为 模 式 下 的 建 筑 全 性 能 情 况 （ 能 耗 、 碳 排 放 、 污 染 物 、 室 内 环 境 ） ； 同 时 基 于 多 源 数 据 分 析 得 到 不 同 典 型 建 筑 在 我 国 的 整 体 分 布 情 况 ， 从 而 获 得 我 国 建 筑 用 能 现 状 与 历 史 ； 同 时 通 过 文 献 分 析 与 趋 势 判 断 ， 研 究 不 同 驱 动 因 素 在 不 同 假 设 下 如 何 变 化 ， 从 而 得 到 不 同 情 景 下 的 建 筑 部 门 发 展 情 况 （ Guo et al. ， 2021 ） 。 验 证 过 程 中 ， C- GEM 模 型 将 根 据 不 同 碳 排 放 约 束 下 CBEM 模 型 的 研 究 结 果 校 核 建 筑 用 能 规 模 ， 保 证 最 终 建 筑 部 门 用 能 结 构 和 规 模 与 技 术 模 型 协 调 一 致 。 图 1 C-GEM 模 型 经 济 系 统 生 产 与 消 费 关 系 表 述 碳 中 和 目 标 下 的 能 源 经 济 转 型 路 径 与 政 策 研 究 经 济 学 - - 38 管 理 世 界 2022 年 第 1 期 四 、 主 要 假 设 与 情 景 设 计 （ 一 ） 社 会 经 济 发 展 假 定 未 来 人 口 增 长 的 假 定 采 用 联 合 国 经 济 和 社 会 事 务 部 （ UNDESA ， 2019 ） 发 布 的 2019 世 界 人 口 展 望 中 等 人 口 情 景 的 预 测 结 果 中 国 人 口 预 计 将 于 2030 年 达 峰 ， 为 14 . 6 亿 ， 而 后 逐 渐 下 降 到 2060 年 的 13 . 3 亿 。 该 预 测 也 与 国 家 人 口 发 展 规 划 （ 2016 2030 年 ） 中 的 人 口 发 展 预 期 目 标 基 本 一 致 。 通 过 对 国 家 信 息 中 心 （ 祝 宝 良 ， 2019 ） 、 国 际 货 币 基 金 组 织 （ IMF ， 2020 ） 、 世 界 银 行 （ WB ， 2020 ） 、 牛 津 经 济 （ Oxford Economics ， 2020 ） 、 经 济 合 作 与 发 展 组 织 （ OECD ， 2020 ， 2021 ） 、 美 国 能 源 信 息 署 （ EIA ， 2019 ） 和 国 际 能 源 署 （ IEA ， 2019 ） 等 国 际 机 构 对 中 国 未 来 经 济 增 速 的 预 测 调 研 ， 本 研 究 参 考 情 景 下 的 中 国 未 来 经 济 增 速 如 表 1 所 示 。 中 国 经 济 总 量 在 2035 年 达 到 205 万 亿 元 （ 2020 年 人 民 币 不 变 价 ） ， 2060 年 达 到 420 万 亿 元 ； 人 均 GDP 在 2035 年 达 到 14 万 元 （ 约 2 . 0 万 美 元 ） ， 在 2060 年 达 到 约 31 万 元 （ 约 4 . 6 万 美 元 ） 。 （ 二 ） 情 景 描 述 本 研 究 开 发 了 面 向 2060 年 的 参 考 情 景 及 2060 碳 中 和 情 景 ， 来 比 较 研 究 实 现 碳 中 和 目 标 的 能 源 经 济 转 型 及 政 策 干 预 力 度 。 两 个 情 景 的 能 源 技 术 成 本 和 自 动 能 效 进 步 率 假 设 相 同 ， 技 术 应 用 规 模 由 市 场 价 格 驱 动 。 两 个 情 景 采 用 碳 定 价 机 制 作 为 所 有 气 候 政 策 的 代 表 ， 碳 价 显 示 全 经 济 尺 度 的 边 际 减 排 成 本 ， 反 映 实 现 碳 中 和 目 标 所 需 的 政 策 力 度 。 由 于 我 国 过 去 和 近 期 的 碳 减 排 目 标 以 碳 强 度 形 式 提 出 ， 为 了 保 证 政 策 在 一 段 时 间 内 的 可 比 性 ， 本 研 究 以 年 均 碳 强 度 下 降 率 作 为 碳 排 放 约 束 。 1 . 参 考 情 景 该 情 景 在 2030 年 以 前 的 碳 减 排 力 度 以 我 国 2015 年 在 巴 黎 气 候 变 化 大 会 上 承 诺 的 碳 减 排 力 度 为 依 据 ， 即 碳 排 放 于 2030 年 左 右 达 峰 、 单 位 GDP 碳 排 放 与 2005 年 相 比 下 降 60 65 、 非 化 石 能 源 比 重 2030 年 达 20 以 上 ； 2030 年 以 后 假 设 延 续 2020 2030 年 的 碳 减 排 力 度 ， 单 位 GDP 碳 排 放 年 均 下 降 率 持 续 保 持 在 大 约 4 的 水 平 。 2 . 2060 碳 中 和 情 景 该 情 景 的 碳 减 排 力 度 以 习 近 平 总 书 记 提 出 的 “ 2030 年 前 碳 排 放 实 现 达 峰 ， 2060 年 前 实 现 碳 中 和 ” 目 标 为 依 据 ， 碳 排 放 趋 势 尽 可 能 靠 近 全 球 1 . 5 ℃ 温 升 控 制 目 标 下 要 求 的 中 国 碳 排 放 轨 迹 。 何 建 坤 等 （ 2020 ） 研 究 显 示 ， 要 争 取 2030 年 之 前 实 现 二 氧 化 碳 排 放 的 达 峰 ， 中 国 单 位 GDP