中国碳中和综合报告2022-深度电气化助力碳中和--能源基金会.pdf

中国碳中和综合报告 2022 深度电气化助力碳中和致谢 本报告是能源基金会与多个研究团队共同努力的成果 。研究由能源基金会牵头 ，由马里兰大学全球可持续发展中心 负责协调，国内国际多个研究机构参与。本报告作者对马里兰大学的高性能计算中心 (http://hpcc.umd.edu) 表示感谢。 能源基金会和研究团队向报告评阅人表示感谢，他们为改进本报告的框架和具体研究内容提供了宝贵建议： 评阅人（按姓氏字母顺序排列） Richard Baron 欧洲气候基金会贸易项目主任，2050 路径平台（2050 Pathways Platform）执行主任 Jae Edmonds 西北太平洋国家实验室（PNNL）全球变化联合研究所首席科学家，马里兰大学公共政策学院教授 Michael Greenstone 芝加哥大学哈里斯公共政策学院米尔顿 · 弗里德曼讲席经济学教授 Amory Lovins 落基山研究所联合创始人兼荣誉主席 Robert Stowe 哈佛大学环境经济学项目执行主任，哈佛大学气候协定项目联席主任 Massimo Tavoni 米兰理工大学气候变化经济学教授，经济与环境欧洲研究所所长 Adair Turner 勋爵 能源转型委员会主席，新经济思维研究所高级研究员 王绍达 芝加哥大学哈里斯公共政策学院助理教授，美国国家经济研究局研究员 John Ward Pengwern Associates 咨询公司常务董事 Matthias Weitzel 欧盟委员会联合研究中心项目官员 Harald Winkler 开普敦大学能源研究中心教授，IPCC 第六次评估报告第三工作组主要协调作者 谢春萍 伦敦政治经济学院格兰瑟姆气候变化与环境研究所政策研究员 赵昌文 国务院发展研究中心中国国际发展知识中心主任 免责声明 - 若无特别声明 ，本报告中陈述的观点仅代表作者意见 ，不代表能源基金会的观点 。能源基金会不保证本报告中信息 及数据的准确性，不对任何人使用本报告引起的后果承担责任。 - 凡提及某些公司 、产品及服务时 ，并不意味着他们已为能源基金会所认可或推荐 ，或优于未提及的其他类似公司 、 产品及服务。 Cover Photo: @Energy Foundation China研究和作者团队 主要协调作者 → 能源基金会： 傅莎 → 美国马里兰大学：余莎 主要作者（按照单位和作者英文名字字母顺序排列） → 水电水利规划设计总院：秦潇 → 能源基金会：陈灵艳，杜譞，李曼琪，梅程程，杨卓翔 → 国际应用系统分析研究所：郭非，Volker Krey → 哈尔滨工业大学（深圳）：刘俊伶 → 劳伦斯 · 伯克利国家实验室：Nina Khanna, 鲁虹佑 , 周南 → 北京大学：吴雅珍 → 中国人民大学：王克 → 清华大学：柴麒敏，陈文颖，张枢 → 美国马里兰大学：Jenna Behrendt，程心照，Leon Clarke, Nathan Hultman, 楼洁红 建议引文 余莎 , 傅莎 , J. Behrendt, 柴麒敏 , 陈灵艳 , 陈文颖 , 程心照 , L. Clarke, 杜譞 , 郭非 , N. Hultman, N. Khanna, V. Krey, 李曼琪 , 刘俊伶 , 鲁虹佑 , 楼洁红 , 梅程程 , 秦潇 , 王克 , 吴雅珍 , 杨卓翔 , 张枢 , 周南 (2022). “中国碳中和综合报告 2022：深度电气化助 力碳中和”. 能源基金会 , 北京 , 中国 . https://www.efchina.org/14FYP-zh/Reports-zh/report-lceg-20201210-zh 深度电气化助力碳中和 2022 年 11 月前言 自 2020 年 9 月习近平主席宣布碳中和目标 以来 ，世界共同经历了深刻而复杂的起伏变化 。 在新形势下 ，中国仍坚定不移地落实 2060 年前 实现碳中和的国家目标 。2021 年 ，中国提交了 更新的国家自主贡献目标 ，制定 《中国本世纪中 叶长期温室气体低排放发展战略》 ，并构建起碳 达峰碳中和“1+N” 政策体系。 能源基金会作为一家自 1999 年起在中国开 展工作 的非营利性慈善组织 ，致力于通过安全和 可持续能源促进中国和世界的繁荣发展和气候安 全 ，并一如既往地支持碳中和愿景下的科学研究 和政策制定 。为推动低排放发展战略的规划与实 施 ，我们在 2018 年发起了探索“ 多赢 ” 长期低 碳发展路径的旗舰计划—— 中国中长期低碳发展 战略综合工作组 （LTS ） 。我们希望这份努力能 够助力中国迈向可持续繁荣的碳中和道路。 直至今日 ，LTS 工作组已经启动三期旗舰项 目（LTS I, II, III ） ，与三十多家中国顶级智库合 作发起超过五十个高水平研究项目 ，内容覆盖中 国脱碳行动各重要部门 、领域和主题 。在 2020 年 LTS I 期成功搭建中国碳中和路径总体框架的 鼓舞下 ，LTS II 期将研究重点转向 2035 年中国 低碳转型的实施路线图 ，LTS III 期进一步聚焦 ， 致力于探索碳中和下的技术创新 。同时 ，为吸纳 国际观点 ，能源基金会持续与国际应用系统分析 研究所 、马里兰大学 、欧盟联合研究中心 、波茨 坦气候影响研究所 、荷兰环境评估署 、2050 路 径平台 、劳伦斯 · 伯克利国家实验室等国际一流 智库和专家合作 ，就 LTS 模型和技术展开探讨 。 这些广泛而深入的交流有力推动了气候和能源领 域的研究和知识共享 ，并建立了开放的多边知识 交流平台 。此外 ，能源基金会通过“ 国际咨询圆 桌会议 ” 和“ 经济学家对话 ” 巩固“ 碳中和 ” 在 中国政策制定中的战略地位， 推动“碳中和经济学” 的发展和主流化。 与此同时 ，LTS 工作组的研究项目已经在超 过 15 个省市落地生根 ，支持地方层面的低碳研 究和试点示范 ，旨在探索和实践符合碳中和愿景 的高质量经济增长模型。 2020 年 ，我们成功发布了 《中国碳中和综 合报告》系列的第一篇 ，全面阐述了中国协同实 现 2060 年前碳中和承诺以及高质量发展的长期 目标的新增长路径 。这份报告勾勒出中国的低碳 转型战略 ，有效识别了整个经济体系以及各经济 部门的关键要素 。电气化作为中国实现碳中和目 标的五大支柱之一 （其他四大支柱分别是可持续 能源消费 、电力部门脱碳 、低碳燃料替代和碳移 除） ，与电力部门脱碳相结合 ，不仅为推动电力 部门相比其他部门更快地实现大幅减排提供了可 行选择 ，也为遏制并最终减少终端能源消耗提供 了机会 。因此 ，我们决定继续全面和深入地探讨 碳中和背景下的电气化问题 ，并聚焦终端部门电 气化和电力部门低碳化的协同转型。 今天 ，我们怀着激动的心情发布系列报告的 第二篇 。这份报告凝结了 9 个国际顶尖气候变化 研究和模型团队的智慧结晶 ，汇聚了众多专家的 宝贵意见 。本报告特别关注电气化及相应的电力 系统转型对于中国实现碳中和目标的重要作用 ， 并为各部门提供一揽子近期行动和远期战略建议 ， 涵盖技术可得性 、区域差异和经济成本 。报告所 提出的近期行动 、远期战略和政策框架将有力促 进中国电气化和电力部门低碳化的发展进程 ，助 力中国成功实现低碳增长。 当下 ，机遇与挑战共存 ，竞争与合作交织 。 中国低碳转型和经济转型比以往更急切需要持续 而深入的研究， 能源基金会将不遗余力予以支持。 我们将真诚不懈地与合作伙伴共同追求多方共赢 的解决方案 ，创造 、发展 、共享可持续的未来 ， 讲好中国的“新增长故事”。 在此 ，我由衷感谢作者团队 ，感谢所有专家 朋友对能源基金会持续和真挚的支持 。我还要特 别感谢能源基金会的梦之队 ，拥有你们 ，才能梦 想成真！再次诚挚地感谢！ 能源基金会首席执行官兼中国区总裁 二〇二二年十一月 前言 中国碳中和综合报告 2022: 深度电气化助力碳中和 i 目录 目录 术语列表 v 01 引言 01 02 中国气候政策最新进展 05 2.1 社会经济、能源和排放最新趋势 06 2020 年以来社会经济、能源和排放趋势 06 能源布局和排放的区域差异 07 2.2 近期政策进展 08 政治承诺强化气候行动决心 08 “1+N”政策体系逐步构建 08 各行业和领域气候政策不断创新 09 中国气候政策亮点纷呈 11 政策和实施尚存在挑战 13 03 2060 年前实现净零排放路径 14 3.1 情景设置 15 3.2 排放路径 16 3.3 能源转型 19 一次能源 19 终端能源 22 04 电气化在终端部门的角色 25 4.1 现状 26 4.2 未来的电气化之路 28 4.3 政策含义 30 05 建筑部门电气化路线图 32 5.1 现状 33 5.2 建筑部门电气化对碳中和的作用 34 5.3 挑战与机遇 35 挑战 35 机遇 35 5.4 电气化的关键领域 36 居住建筑采暖 36 炊事 40 生活热水 40 光伏与建筑的结合应用 40 5.5 关键政策措施 41ii 中国碳中国碳中和综合报告 2022: 深度电气化助力碳中和 目录 06 工业部门电气化路线图 43 6.1 现状 44 6.2 工业电气化对碳中和的作用 45 6.3 挑战与机遇 48 挑战 48 机遇 49 6.4 工业电气化的关键领域 49 产业结构转型升级 49 生产工艺调整和电气化替代技术推广 50 先进的工业电气化技术研发 50 6.5 关键政策措施 55 07 交通部门电气化路线图 57 7.1 现状 58 7.2 交通运输电气化对碳中和的作用 59 7.3 挑战与机遇 62 挑战 62 机遇 62 7.4 交通部门电气化重点领域 63 电动汽车制造和销售 63 充电桩部署 63 7.5 关键政策措施 64 08 电力系统和电气化 65 8.1 现状 66 8.2 电力系统转型 66 8.3 挑战与机遇 69 挑战 69 机遇 70 8.4 电气化关键领域及各领域潜力 72 供给侧灵活性 72 需求侧灵活性 72 电网侧灵活性 73 8.5 关键政策措施 73 09 主要结论 75 9.1 电气化对于实现中国碳中和目标的作用 76 9.2 未来研究方向 77 参考文献 78中国碳中和综合报告 2022: 深度电气化助力碳中和 iii 图目录 图目录 02 图 2.1 “1+N”政策发布时间线（截至 2022 年 7 月底） 10 图 2.2 2021—2022 中国主要气候行动、事件和政策 12 03 图 3.1 2060 年温室气体净零排放路径 16 图 B3.1 碳排放强度下降趋势与中国政策目标的一致性比较 17 图 3.2 “基于更新 NDC 的碳中和”情景下各部门的温室气体排放 18 图 3.3 “基于更新 NDC 的碳中和”情景下的一次能源转型 ： （A）一次能源消费 总量（B）分能源品种的一次能源消费总量 20 图 B3.2 国家一次能源相关目标与建模分析结果比较 ： （A）化石能源和非化石能源 占一次能源总量比重（B）单位 GDP 的一次能源消耗 21 图 3.4 “基于更新 NDC 的碳中和”情景下各类一次能源占比 22 图 3.5 “基于更新 NDC 的碳中和”情景下的终端能源转型 ： （A）终端能源消费 总量（B）分能源品种的终端能源消费总量 23 图 B3.4 “基于更新 NDC 的碳中和”情景下各模型模拟的氢产量趋势 24 04 图 4.1 “基于更新 NDC 的碳中和 ”情景下终端能源电气化率 28 图 4.2 “基于更新 NDC 的碳中和”情景下净零排放路径中的电气化 ： （A）中国 和经合组织 （OECD）国家的人均电力消费与 GDP 的关系 （B）不同模型 的终端能源电力需求 29 图 4.3 电气化路线图 31 05 图 5.1 中国、日本和美国建筑部门电气化水平的历史趋势 33 图 5.2 “基于更新 NDC 的碳中和” 情景下中国建筑部门终端能耗发展趋势 ： （A） 终端能源消费总量（B）分能源品种的终端能源消费总量 34 图 5.3 “基于更新 NDC 的碳中和” 情景下中国建筑部门电气化水平发展趋势 （A） 电力需求（B）电气化率 34 图 B5.1 地源热泵系统 38 06 图 6.1 2014—2018 年中国制造业子部门的碳排放量 44 图 6.2 “基于更新 NDC 的碳中和” 情景下中国工业部门终端能耗发展趋势 ： （A） 终端能源消费总量（B）分能源品种的终端能源消费总量 45 图 6.3 “基于更新 NDC 的碳中和” 情景下中国工业部门电气化水平发展趋势 ： （A） 电力需求（B）电气化率 46 图 6.4 “基于更新 NDC 的碳中和”情景下工业部门氢能占比 46iv 中国碳中国碳中和综合报告 2022: 深度电气化助力碳中和 图目录 图 6.5 PECE_LIU_2021 模型中工业子部门的能源消费量 47 图 6.6 PECE_LIU_2021 模型中工业子部门能源消费占比 48 图 B6.2 排名前五省份的粗钢产量 53 07 图 7.1 中国、日本和美国交通运输部门电气化率的历史趋势 59 图 7.2 “基于更新 NDC 的碳中和”情景下中国客运部门终端能耗 ： （A）终端能 源消费总量（B）分能源种类的终端能源消费量 60 图 7.3 “基于更新 NDC 的碳中和”情景下中国货运部门终端能耗 ： （A）终端能 源消费总量（B）分能源种类的终端能源消费量 60 图 7.4 “基于更新 NDC 的碳中和” 情景下中国交通运输部门电气化水平发展趋势 ： （A）电力需求（B）电气化率 61 图 7.5 “基于更新 NDC 的碳中和”情景下交通运输部门终端能源消耗燃料份额 61 08 图 8.1 “基于更新 NDC 的碳中和” 情景下的电力系统转型 ： （A） 发电总量 （B） 各发电技术发电总量 66 图 8.2 “基于更新 NDC 的碳中和”情景下各发电技术装机容量 67 图 8.3 “基于更新 NDC 的碳中和”情景下各发电技术发电量占比 67 图 8.4 “基于更新 NDC 的碳中和”情景下太阳能发电和风电装机容量 68 图 8.5 “基于更新 NDC 的碳中和”情景下可再生能源在中国大陆各省份发电总量 中的占比： （A）2030 年（B）2060 年 70中国碳中和综合报告 2022: 深度电气化助力碳中和 v 术语列表 （按汉语拼音顺序排列） 车网互动技术 V2G 地下换热器 GHE 地源热泵 GSHP 电弧炉 EAF 二氧化碳 CO 2 氟化气体 F-Gases 光储直柔技术 PEDF 国际能源署 IEA 国家自主贡献 NDC 国内生产总值 GDP 化石燃料燃烧和工业过程 FFI 甲烷 CH 4 监测、报告和核查 MRV 建筑光伏一体化 BIPV 空气源热泵 ASHP 《联合国气候变化框架公约》 UNFCCC 六氟化硫 SF 6 农林和其他土地利用 AFOLU 千瓦时 kWh 氢氟碳化物 HFCs 全氟化合物 PFCs 热电联产 CHP 人工智能 AI 深层地埋管换热器 DBHE 太阳能区域供热 SDH 碳捕集、利用与封存 CCUS 碳排放交易机制 / 市场 ETS 温室气体 GHG 或 GHGs 物联网 IoT 新能源汽车 NEV 或 NEVs 性能系数 COP 需求侧管理 DSM 氧化亚氮 N 2 O 《中国能源统计年鉴》 CESY 术语列表 引言 01 01 中国碳中国碳中和综合报告 2022: 深度电气化助力碳中和 @Energy Foundation China 01 引言