Leyu·乐鱼体育(中国)官方网站关于碳达峰、碳中和的20个问答习总在第七十五届联合国大会一般性辩论上向国际社会和人类未来作出“碳达峰、碳中和”郑重承诺；在气候雄心峰会上提出了具体目标；党的十九届五中全会、中央经济工作会议作出了相关工作部署，并要求抓紧制定2030年前碳排放达峰行动方案。碳达峰、碳中和一时成为“显学”，我也凑个热闹，利用假期梳理相关资料并对有关问题进行了研究，以问答形式进行系统阐述，供感兴趣的朋友参考。

　　答：温室气体排放是全球变暖的主要原因。温室气体主要包括《京都议定书》限排的二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、六氟化硫、氢氟碳化物、全氟化碳，以及《蒙特利尔议定书》限排的部分卤代气体。2000~2019年，长寿命温室气体造成的总辐射强迫（升温效应）增加了0.674W/㎡，其中，二氧化碳占增量的83.5%、甲烷占增量的5.2%、氧化亚氮占增量的7.6%、其他占增量的3.9%。2019年，全球二氧化碳年平均浓度为410.5ppm，是1750年的148%，与早期人类出现的300万年前大体相同。2019年与2010年相比，大气中平均二氧化碳浓度年均增长了2.37ppm；2021年2月14日，大气中平均二氧化碳浓度达到414.2ppm。由此可见，控制二氧化碳排放是抑制全球气候变暖的关键措施。

　　《巴黎协定》从生态环境和人类永续发展的角度出发，提出全球升温比工业化前不高于1.5℃的努力目标、不高于2.0℃的控制目标。2018年，联合国政府间气候变化专门委员会发布了《关于全球升温高于工业化前1.5°C的影响报告》。报告第三章论述了升温1.5℃对自然环境和人类社会的影响，认为1.5℃是综合多方面分析后的升温阈值，超过该值后，较多系统可能会处于不可逆状态。报告称，要实现全球升温比工业化前不高于1.5°C，到2030年，全球二氧化碳净排放量须比2010年减少约45％，到2050年应实现碳中和（“净零”排放）。2019年，联合国气候行动峰会提出倡议：到2030年，全球二氧化碳排放要在2010年的基础上减少45.0%，到2050年实现碳中和。

　　答：根据世界气象组织的数据，2020年，全球平均气温比工业化前升高了1.2℃，已接近1.5℃升温下限。根据《WMO全球1~10年气候通报》，到2024年，全球平均气温有20.0%的可能性会短暂高出工业化前1.5℃。

　　答：二氧化碳的碳源主要来自化石能源消费（含水泥，下同）和自然环境排放（野火等）。2001~2018年，全球化石能源消费年均产生的二氧化碳排放量为317.1亿吨/年，占碳源的85.7%；自然环境年均产生的二氧化碳排放量为53.1亿吨/年，占碳源的14.3%。二氧化碳的碳汇主要来自海洋和陆地（岩石、土壤、自然生态等），2001~2018年，全球年均碳汇为192.8亿吨/年，占二氧化碳总排放量的52.1%，其中，海洋占碳汇的44.4%，陆地占碳汇的55.6%。

　　答：2018年，全球化石能源二氧化碳排放结构为：电力热力，41.7%；其他能源工业，4.8%；工业，18.4%；交通运输，24.6%；居民，6.1%；商业和公共服务，2.5%；农业，1.4%；其他，0.5%。

　　2018年，中国化石能源二氧化碳排放结构为：电力热力，51.4%；其他能源工业，3.3%；工业，28.0%；交通运输，9.6%；居民，4.1%；商业和公共服务，1.6%；农业，1.2%；其他，0.8%。

　　答：2019年，中国化石能源二氧化碳排放量为98.3亿吨，是美国的2.0倍、欧盟的3.0倍、OECD国家的0.8倍，其他主要经济体的排放量见图6-1。

　　答：2000~2019年，二氧化碳增量排放占世界增量排放的比例由高到低依次为（前5名）：中国，排放增量占比61.6%；印度，排放增量占比14.5%；印度尼西亚，排放增量占比3.5%；伊朗，排放增量占比3.4%；沙特阿拉伯，排放增量占比2.9%；上述5个国家合计占二氧化碳增量排放的比例为85.8%。

　　答：宏观来看，实现碳达峰、碳中和要从碳源和碳汇两个方面着手开展工作，即，增加碳汇，减少碳源。从人为角度来看，应从四个方面开展二氧化碳减排工作：一是，减少化石能源消费；二是，提高能源利用效率、节约使用能源（生产和生活方式的调整）；三是，增加生态固态量（造林种草等）；四是，二氧化碳捕集利用和封存（CCUS）。2000~2018年，全球化石能源消费产生的二氧化碳占二氧化碳总排放量的81.5%，因此，减少化石能源消费是解决二氧化碳排放问题的根本途径。

　　答：中国陆地碳汇情况大致如下：林地占比80%；草地占比15%；水域和未利用地占比5%；耕地为碳源，不考虑碳汇。我根据第八次全国森林资源清查（2009-2013）、第九次全国森林资源清查（2014-2018）资料，结合森林蓄积量扩展法进行测算，得出2018年中国森林碳汇量为20.6亿吨二氧化碳，预计中国陆地碳汇量为26亿吨二氧化碳Leyu·乐鱼体育(中国)官方网站。中国生态碳汇量约为排放量的1/4左右，低于北美的1/3，主要与中国单位面积碳排放强度较高有关。碳源和碳汇测算涉及的学科较多，边界条件复杂，上述数值仅供参考。

　　答：考虑非水可再生能源的技术、经济、市场、安全、资源禀赋等因素；考虑水电开发已基本告罄；考虑核电开发受场址稀缺性、安全性、投资经济性等因素影响，我们对2030年以前各类一次能源在碳达峰、碳中和上的预估贡献权重进行了排序，结果为：太阳能＞风能＞核能＞水能＞化石能源+CCS/CCUS。总体来看，发展风电、光伏发电是实现碳达峰、碳中和的根本途径。2020年12月12日，习总在在气候雄心峰会上宣布：到2030年，我国风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上（2020年装机容量为5.3亿千瓦）。根据我们的初步测算，到2030年，我国风电、太阳能发电总装机容量预计会超过16亿千瓦。

　　答：一项技术从实验室走向产业化，需要迈过三道“门槛”：技术临界、经济临界、市场临界，即，创新链、价值链、应用链均需打通。三道“门槛”迈过以后，产业会快速发展，直至新的颠覆性技术和产业的产生。从当前情况来看，风电、光伏发电均已迈过三道“门槛”。

　　风电、光伏发电平价以后，补贴账期风险释放；消纳、电价机制等不断完善，现金流波动风险有效降低。随着煤电灵活性改造不断推进，电力辅助服务市场、容量市场的建立健全，加之电化学储能的经济性显现，适应高比例可再生能源发展的新一代电力系统的完善，以及“两个一体化”项目的实施，预计电力系统接纳非水可再生能源的能力增强。

　　当前，电化学储能在电源侧、电网侧、用户侧已具备规模推广的经济价值，其应用需求、应用场景、商业模式、技术创新等正在优化和迭代。可以预见，电化学储能的规模应用将对风电、光伏发电等非水可再生能源的发展，以及提高电网安全性、可靠性和灵活性，平滑负荷曲线，减少远端负荷需求，降低电网备用容量等产生深远影响。

　　考虑碳达峰、碳中和目标，国家发展改革委、国家能源局下达各省（自治区、直辖市）的可再生能源电力总量消纳责任权重、非水电可再生能源电力消纳责任权重将会加大，能源消耗总量和强度“双控”限制持续趋严。根据国家发展改革委、国家能源局相关政策，若超额完成国家下达的可再生能源电力消纳激励目标，可用超额部分抵扣能耗“双控”考核的总量指标。总体来看，各省（自治区、直辖市）政府对新建风电、光伏发电的需求加大。

　　目前，风电、光伏发电的度电成本快速下降，在较多地区已低于化石能源发电。尤其是光伏发电，硅料价格仍有下降空间，金刚线切割技术还可优化，硅片成本的下降速度还未出现明显拐点，增效技术（TOPCon、叠层电池等）的空间仍然较大，度电成本还将持续降低。根据当前产业发展情况来看，“十四五”末期，光伏发电的度电成本预计还将下降30%以上。

　　光伏发电存在两个“奇点”，一个“奇点”是实现与化石能源发电同价上网，另外一个“奇点”是上网电价低于化石能源发电的燃料成本。第一个“奇点”已经“临界”；第二个“奇点”在太阳能辐照资源较好的地区也实现了“临界”，到2025年，预计将有更多地区实现第二个“奇点”的“临界”。第二个“奇点”实现“临界”后，让化石能源作为调峰电源，让光伏等非化石能源多发电，从整个能源供给系统来说，是经济的，更是环保的。既然整体上是经济的，理论上就可以设置合适的交易机制，让传统能源、新能源都“获利”，即，存在把“蛋糕切好”的方法。当前，风电、光伏发电等非水可再生能源即将迈过不再推高全社会用能成本的“门槛”，这具有跨时代的意义，相关效应叠加后，也将产生跨时代的变局。

　　截至目前，全球能源互联网发展合作组织、EIA等单位已发布中国2021~2025年新增装机预测，电力规划设计总院也给出了初步研究成果。综合各机构发布的数据，以及我们的研究，“十四五”期间，中国风电、光伏发电新增装机容量预计为6.0~6.5亿千瓦，约为“十三五”新增装机容量的1.9~2.1倍，年均新增装机容量1.2~1.3亿千瓦，占全国新增电源装机容量的70.0%以上。

　　案例1，河北省某投产的100MW光伏发电项目，年均发电量1.56亿千瓦时，年均二氧化碳减排量12.9万吨/年，相当于河北省37.9万亩（252.7平方公里）森林的碳汇量（按河北省亩均森林碳汇测算），相当于项目所在县29.3%的辖区植满森林。

　　案例2：新疆某规划中的“风光水火储”一体化项目，其中，光伏发电3500MW，风电1500MW，天然气发电2800MW，水电200MW，储能800MW/1600MWh。年均发电量161亿千瓦时，年均二氧化碳减排量1172万吨，相当于新疆1986.4万亩（13242.9平方公里）森林的碳汇量（按新疆维吾尔自治区亩均森林碳汇测算），相当于项目所在州森林面积增加1.23倍。

　　答：风电、光伏发电具有随机性和波动性特征，大规模高比例接入电网后，会带来电力平衡、电量消纳、电网安全稳定控制等诸多挑战；另外，东部有些地区还存在风电、光伏发电发展与土地矛盾问题。相关解决方案如下：一是，大规模联网；二是，加大储能建设；三是，通过市场手段增加调节电源参与系统调节的主动性（需要建立健全辅助服务市场、容量市场、发电权市场等）；四是，进一步降低风电、光伏发电的度电成本，使全系统用能成本尽快“达峰”；五是，除基本农田和生态红线外，中东部地区仍有大量可用于风电、光伏发电建设的土地资源，应鼓励建设风电、光伏发电项目，降低非技术成本，简化单独选址建设项目建设用地相关行政审批（许可）事宜。

　　答：储能的规模应用将对风电、光伏发电等非水可再生能源的发展，以及提高电网安全性、可靠性和灵活性，平滑负荷曲线，减少远端负荷需求，降低电网备用容量等产生深远影响。“十四五”期间，抽水蓄能的新增装机占比仍然较高，电化学储能将持续高速增长。

　　产业发展规律表明，规模足够大且不断扩张的市场，会促进技术迭代和价格降低。总体来看，锂离子电池储能将在电化学储能方式中胜出，主要原因在于车用动力电池的庞大市场会促进锂离子电池技术的快速迭代和性价比的持续提高。2019年，全球动力电池新增规模为170GWh/年，预计到2030年新增规模将增长到3.0TWh/年。2019年，全球新增电池储能3.1GW（韩国，0.6GW；中国，0.5GW；美国，0.4GW；德国，0.5GW；其他地区，1.1GW）。长期来看，动力电力的年需求量占全部电池需求量的90%以上。2010~2020年，全球按销售加权计量的电池价格由1100美元/千瓦时，下降至137美元/千瓦时；预计2023年会降至100美元/千瓦时，2030年将降至60美元/千瓦时以下。

　　中长期来看，锂离子电池的正负极材料、电解液、隔膜、膜电极等关键核心技术会不断优化迭代，轻量化、高安全、低成本、长寿命的动力电池系统会持续创新。在未来5~10年，固态锂电池有很大概率会实现产业化。到2030年，预计主流锂电池能量密度可达到500Wh/kg，比2020年提高一倍以上。

　　锂离子电池涉及的金属材料是否能支撑产业的规模发展呢？2019年，锂离子电池对主要金属材料的需求量为：钴，2.1万吨；锂，1.9万吨；锰，2.4万吨；镍，7.2万吨。预计到2030年，上述材料的需求量为：钴，39.6万吨；锂，40.7万吨；锰，38.9万吨；镍，204万吨。锂、钴、镍的主要储量、开采量情况如下：

　　（1）2020年，世界锂资源储量为8600万吨，由于勘探投入增加，比2015年增长了4530万吨；经济可采储量为2100万吨，比2015年增长了700万吨。2020年，世界锂产量为8.2万吨，储产比256.1。经济可采储量中，智利920万吨，占比43.8%；澳大利亚470万吨，占比22.4%；阿根廷190万吨，占比9.0%；中国150万吨，占比7.1%。随着勘探投入不断增加，预计世界锂资源储产比还会逐步增长。加之锂产品的回收利用，可以合理预判，锂资源不存在资源性短缺问题。

　　（2）2020年，世界钴资源储量为2500万吨，经济可采储量为710万吨，产量为14万吨，储产比50.7。经济可采储量中，刚果（金）360万吨，占比50.7%；澳大利亚140万吨，占比19.7%；古巴50万吨，占比7.0%。随着勘探投入不断增加，预计世界钴资源储产比还会逐步增长。加之钴产品的回收利用，可以合理预判，钴资源不存在资源性短缺问题。2020年，刚果（金）的钴产量占世界总产量的70%，中国是钴的第一大消费国，其80.0%以上的消费量用于锂离子电池行业。

　　（3）2020年，世界镍资源储量为30亿吨，经济可采储量为9400万吨，产量为250万吨，储产比37.6。经济可采储量中，印度尼西亚2100万吨，占比22.3%；澳大利亚2000万吨，占比21.3%；巴西1600万吨，占比17.0%；中国280万吨，占比3.0%。随着勘探投入不断增加，预计世界镍资源储产比还会逐步增长，可以合理预判，镍资源不存在资源性短缺问题。

　　答：判断一个新兴产业的发展趋势，要看大势、看长远、看全局，要考虑技术、经济、市场及其迭代演进，还要考虑替代方案的竞争，更要结合中国的国情。非化石能源制氢及利用的转化链较长，转化效率存在上限，单位固定成本分摊存在下限，这些是物理和产业极限问题，非技术迭代和规模效应所能解决。总体来看，在乘用车、天然气掺烧、储能等应用领域，于氢能之外，存在转化效率更高、价格更低的竞争性或替代性方案（锂离子电池等）。氢能在客运、货运、轮船等交通运输领域存在应用场景，但是，这仍然要根据电化学储能特别是锂离子电池的技术迭代而定，若固态锂电池及其他性能更优越的储能电池得到大规模商业应用（固体锂电池预计在2025~2030年之间获得商业突破），仍会侵蚀氢能的应用空间。长远来看，氢能预计将在航空运输领域存在应用场景。工业用氢量较难快速增长，但供氢结构受碳达峰、碳中和政策影响存在调整需求，预计将催生产业机会（主要为化石能源制氢+CCS/CCUS）。

　　上述观点主要来自对氢能的应用分析。总体来看，氢能有四大类应用：一是，工业应用；二是，交通运输应用；三是，天然气掺烧；四是，储能。由于涉及商业竞争，暂不发布氢能的四类应用场景和竞争分析，若有需要，可根据情况探讨交流。

　　答：长期来看，电力行业除碳的技术路线最为成熟，化石能源发电将逐步被非化石能源发电和储能替代；到2050年，少部分存量化石能源发电可结合CCS/CCUS继续运营。钢铁、化工、水泥、远洋航运、航空运输等行业受技术、经济、工艺等的限制，很难通过自身工艺彻底脱碳。2018年，全球钢铁行业二氧化碳排放量为34.5亿吨，水泥行业二氧化碳排放量为22亿吨，初级化工产品二氧化碳排放量为8.8亿吨，远洋航运行业二氧化碳排放量为7.1亿吨。上述四个行业合计二氧化碳排放量为72.4亿吨，占全球总排放量的19.8%，是印度化石能源和工业排放量的2.95倍、美国的1.41倍、中国的0.76倍。从当前的技术发展趋势来看，这部分二氧化碳的减排手段主要集中在工艺改进（如水泥、航空运输等Leyu·乐鱼体育(中国)官方网站，但不能彻底解决问题）、增加CCS/CCUS装置（如钢铁、化工、水泥等）、低碳氢能或低排放燃料替代化石能源等（如钢铁、远洋航运、航空运输等）。

　　答：碳中和（净零排放）并非把化石能源的二氧化碳排放降到“零”，而是全球碳源与碳汇达到平衡。2000~2018年，全球碳源（碳排放）平均值为370.1亿吨二氧化碳/年，碳汇（陆地、海洋）为192.9亿吨二氧化碳/年。从The Global Carbon Project的数据来看，碳汇量与大气中二氧化碳浓度总体呈正相关关系。2019年，联合国气候行动峰会倡议2050年全球实现碳中和，我们基于以下条件，估算实现碳中和时可保有的化石能源二氧化碳排放量：

　　（1）2050年，陆地碳汇比2018年增长1.2倍。1970~1979年，陆地平均碳汇为74.5亿吨二氧化碳/年；2000~2009年，陆地平均碳汇为98.2亿吨二氧化碳/年；30年间增长了1.32倍。未来30年，考虑到各国对生态环境保护意识逐步提升，人工植被面积不断增加，以及二氧化碳浓度增长导致植物生长加快等因素，陆地碳汇按2018年的1.2倍估算是偏保守的。

　　（2）2050年，海洋碳汇比2018年增长1.0倍。1970~1979年，海洋平均碳汇为46.9亿吨二氧化碳/年；2000~2009年，海洋平均碳汇为79.4亿吨二氧化碳/年；30年间增长了1.69倍。未来30年，考虑海洋碳循环与大气中二氧化碳浓度、海洋温度的复杂影响，海洋碳汇按2018年的碳汇量估算是合适的。

　　（3）2050年，土地利用变化导致的二氧化碳排放量为55亿吨。自1959年以来，土地利用变化导致的二氧化碳年排放量变化不大，基本维持在50亿吨上下。到2050年，土地利用变化导致的二氧化碳排放量按55亿吨估算是合适的。

　　基于以上条件，2050年达到碳中和时，化石能源二氧化碳排放量为：1.2×127.2 + 1.0×96.4 – 55 = 194.0亿吨二氧化碳，是2018年化石能源二氧化碳排放量的53.0%。

　　答：2019年，联合国气候行动峰会倡议2050年全球实现碳中和。习总在第七十五届联合国大会一般性辩论及气候雄心峰会上提出，中国努力争取2060年之前实现碳中和。以下按中国于2050年实现碳中和进行估算。基于问题17的分析思路，作以下设定：

　　（1）2050年，陆地碳汇比2018年增长1.4倍。根据第七次、第八、第九次全国森林资源清查数据，2004~2018年，中国森林活立木总蓄积量年均增长2.4%，且呈现加速增长态势。未来30年，若年均增速按1.5%计算，则森林活立木总蓄积量将达到2018年的1.63倍。在中国陆地碳汇结构中，林地占比80%左右，因此，到2050年，中国陆地碳汇比2018年增长1.4倍是偏保守的。

　　（2）2050年，海洋碳汇比2018年增长1.0倍。1970~1979年，全球海洋平均碳汇为46.9亿吨二氧化碳/年；2000~2009年，全球海洋平均碳汇为79.4亿吨二氧化碳/年；30年间增长了1.69倍。未来30年，考虑海洋碳循环与大气中二氧化碳浓度、海洋温度的复杂影响，全球海洋碳汇按2018年的碳汇量估算是合适的。各国海洋碳汇量暂按陆地面积占比分摊，中国的海洋碳汇比例为6.44%。

　　（3）2050年，全球土地利用变化导致的二氧化碳排放量为55亿吨。自1959年以来，全球土地利用变化导致的二氧化碳年排放量变化不大，基本维持在50亿吨上下。到2050年，全球土地利用变化导致的二氧化碳排放量按55亿吨估算是合适的。各国土地利用变化导致的二氧化碳排放量暂按陆地面积占比分摊，中国的比例为6.44%。

　　基于以上条件，2050年达到碳中和时，中国化石能源二氧化碳排放量为：1.4×26 + 1.0×96.4×6.44% – 55×6.44% = 39.1亿吨二氧化碳，是2018年化石能源二氧化碳排放量的41.1%。

　　答：基于风电、光伏发电的发展趋势及大规模开发利用（技术、经济、应用场景、市场需求等），储能、CCS/CCUS的技术迭代和大规模商业应用，核能、水能的有限增量开发利用，氢能在部分领域的应用，以及核聚变的可能商用，即使不考虑财政补贴、碳排放权交易等外部激励措施Leyu·乐鱼体育(中国)官方网站，我对全球及中国于2050年实现“碳中和”仍持乐观态度。

　　根据问题17、问题18的分析，结合EIA的预测数据建立分析模型，到2050年实现碳中和时，全球及中国的二氧化碳排放结构（可能性方案）见表19-1、表19-2。

　　根据所列的可能性方案，我们为碳减排较为困难的工业及航空运输业留足了化石能源用能空间。根据全球碳中和的可能性方案（表19-1），到2050年，全球工业领域二氧化碳排放量与2018年相同，工业领域的非化石能源消费占比仅安排了42.7%。考虑到交通运输领域中的航空运输（大规模利用非化石能源的概率较小）、远洋航运（存在大规模利用非化石能源的可能性）等减排较为困难，2050年安排了36亿吨的二氧化碳排放量。根据EIA的估算，到2050年，全球航空运输业、远洋航运业的一次能源消费分别占交通运输一次能源总消费量的17.3%和7.5%，若航空运输业、远洋航运业全部使用化石能源，仍低于表19-1安排的化石能源消费量。

　　中国的情况与全球趋势基本相同。根据表19-2所列的可能性方案，到2050年，中国工业领域二氧化碳排放量为2018年的70.0%（考虑后工业化的影响），工业领域的非化石能源消费占比仅安排了50.6%。考虑到交通运输领域中的航空运输（大规模利用非化石能源的概率较小）、远洋航运（存在大规模利用非化石能源的可能性）等减排较为困难，2050年，为这两类交通运输业安排了5.0亿吨的二氧化碳排放量。2050年，交通运输领域合计非化石能源消费占比为65.2%，给航空运输业、远洋航运业留出了34.8%的化石能源消费空间。

　　（7）能源消耗总量和强度“双控”，可再生能源电力总量消纳责任权重，非水电可再生能源电力消纳责任权重等考核指标的实现方案。