我国“双碳”战略及路径的思考
中国工程院院士、中国工程院原副院长 杜祥琬
对于实现“双碳”目标要保持战略定力
2020年9月22日，我国提出“双碳”目标，向世界宣告了绿色转型的决心和雄心，也标志着工业革命以来形成的发展模式开始落幕，新的发展范式的兴起，将创造人类新的现代化模式，为中国和世界带来可持续的绿色繁荣。
党的二十大报告提出，“积极稳妥推进碳达峰碳中和，立足我国能源资源禀赋，坚持先立后破，有计划分步骤实施碳达峰行动……积极参与应对气候变化全球治理。”这个观点非常重要，重要在于“立足我国能源资源禀赋，坚持先立后破”，重要在于认识到我国的能源资源禀赋中有“可立”的内容。
我国推动“双碳”战略，是顺应时代潮流，实现推动经济社会高质量发展、可持续发展的必由之路。积极应对气候变化，已经成为全球共识，正在深刻影响着全球的价值体系，正像习近平总书记所说，实现“双碳”目标，不是别人让我们做，而是我们自己必须要做。
以碳达峰碳中和来驱动国家技术创新和发展转型，是经济社会高质量发展的内在要求，也是生态环境高水平保护的必然要求，又是缩小与主要发达国家发展水平差距的历史机遇。同时，作为世界上最大的发展中国家，我国实施积极的应对气候变化国家战略和碳达峰碳中和行动，将对保护人类的地球家园做出重要贡献。所以，我们对于实现碳达峰碳中和目标要保持战略定力。
正确面对低碳转型面临的困难和挑战
2020年，我国温室气体排放量为139亿吨二氧化碳当量，约占全球排放量的27%。其中，二氧化碳排放总量为116亿吨，这其中能源活动排放量为101亿吨，占全球能源活动排放量的30%左右。当前，我国人均温室气体排放量大于10吨，是全球平均水平的1.5倍，其中人均排放二氧化碳大于7吨，是全球平均水平的1.7倍。
当前，我国尚未实现碳达峰，还需要有一定的温室气体排放增量。因此对我国来说，如期实现“双碳”目标绝非易事，面临温室气体减排幅度大、转型任务重、时间窗口紧等诸多困难与挑战。第一，产业结构偏重。当前，我国第二产业对GDP的贡献约为40%，第二产业的能源消费占比约为68%。第二，能源结构偏煤。以2021年为例，我国煤炭消费量占能源消费量的56.0%。第三，综合效率偏低。我国能源强度约为全球平均水平的1.5倍，是OECD国家平均水平的2.7倍。所以，我国亟须推动经济社会发展和能源系统全面绿色低碳转型。
更为不易的是，我国从碳达峰到碳中和只预留了30年的时间，明显短于发达国家，它们基本达到50—70年。所以我国社会发展转型和能源转型要有更快的加速度，以面对更加严峻的挑战。
无论是与全球平均水平相比，还是与发达国家水平相比，我国的碳强度和能源强度均明显要高。要取得温室气体控排工作的进步并实现“双碳”目标，必须实现碳强度和能源强度的下降。不过，尽管面对这些困难，但只要我们努力加快技术进步和低碳发展转型，就可以如期且高质量地实现碳达峰碳中和。
我们要坚持行业和地区梯次有序的碳达峰原则，鼓励已经达峰的地区排放不再增长，排放处于平台期和可再生能源丰富地区应该尽早达峰，像钢铁、水泥等已经趋于饱和的行业应该率先达峰。与此同时，继续采取降碳、脱碳、碳移除措施。这样一来，2060年才有望实现碳中和。2060年，温室气体排放有望降至26亿吨二氧化碳当量，其中二氧化碳排放可以控制在20亿吨。届时，我国碳移除能力（主要是森林碳汇）大约也能达到26亿吨二氧化碳当量，基本上可以实现碳中和。
重新审视我国的能源资源禀赋
一说到我国的能源资源禀赋，常常听到“富煤缺油少气”六个字。实际上，这已经不能准确描述我国的能源资源禀赋了，因为它忽略了我国可再生能源丰富这个事实，可再生能源资源丰富才是我们国家真正的能源资源禀赋，从有太阳开始就是这样了。所以，需要根据最新实践和研究数据，完整准确地理解和重新认识我国的能源资源禀赋，这样才能为我国能源转型奠定准确的基础性认知。
正确认识所谓“富煤”。其实，我国人均煤炭资源占有量仅仅是世界平均水平的一半，也就是说，我们只是与“缺油少气”比起来相对富煤，并非真正富煤。虽然我国煤炭资源储藏量很大，但是可供技术开发的储量并不充裕——我国现有煤炭可供开发资源量约为3258亿吨，其中在产煤矿可供开发资源量（技术可开发量）约为1710亿吨。大家一算就知道，这就意味着按照现在每年40多亿吨的开采水平，煤炭产能储采比是40年左右。这个认识非常重要，说明煤炭可不是无穷无尽的。
“缺油少气”是事实。对于石油和天然气，我们当然可以增储上产，但即便如此也不会产生颠覆性的结果。全国石油储采比大概是18年，天然气储采比大概是30年，这是我们的基本国情和家底儿。
可再生能源资源丰富。目前，我国水电、风电、光伏、生物质发电等可再生能源发电装机规模稳居世界第一。截至目前，全国可再生能源装机突破13亿千瓦，达到13.22亿千瓦，同比增长18.2%，历史性超过煤电，约占我国发电总装机的48.8%。
有一个非常重要的认识是，经济社会可持续发展和落实“双碳”目标的需求，牵引着可再生能源的快速增长。凭借丰富的资源储量，再辅以技术进步以及由此带来的成本下降，我国可再生能源必定会逐渐实现从“微不足道”到“举足轻重”再到“担当大任”的转变。
需要指出的是，可再生能源的可持续性、资源的可再生性，是伴随太阳的存在而自然存在的，其量值大小和技术开发能力有关。比如，过去人类只能利用70到80米高度的风能，如今随着百米以上风能利用技术的突破，风资源会越来越丰富。
丰富的可再生能源是我国能源资源禀赋的重要组成部分，因此，评价中国的能源资源禀赋时就不能只说“富煤缺油少气”。而现在我国已开发的可再生能源还不到技术可开发资源量的1/10，所以我国能源低碳转型的资源基础是丰厚的。
由于人们对能源资源禀赋认识存在局限性，过去提到能源时只会想到煤炭、石油、天然气，东部一些负荷中心认为自身能源资源匮乏。那东部地区有没有太阳呢？有太阳，但那时候没把它当成资源，没有认识到身边还有丰富的可再生能源可以开发，这样就形成了对外来煤、外来电的依赖。这是一个影响能源政策和能源战略的实际问题。
东部要提高能源自给率。首先要“身边取”，不够时再从“远方来”，天津大学和华北电力大学的专家做过计算，东部自发电比“西电东送”成本要低。所以要先“身边取”再“远方来”，这是符合我们国情的。
将来，中东部地区的能源会是什么形态呢？首先是一个分布式低碳能源网络，这样就会产生一批能源“产消者”。这个概念也是过去没有的，过去只有能源生产者和能源消费者，以后比如说BIPV（光伏建筑一体化），自身不仅消费能源，同时还能生产能源，这样就成了能源“产消者”。这样自发自用、寓电于民，还可以与集中式电网互动。
深刻把握低碳转型的战略路径
基于上述认识和判断，我们认为，实现“双碳”目标的战略路径主要体现为八个方面。
第一，提升经济发展质量和效益，以产业结构优化升级为手段来实现经济发展和碳排放“脱钩”。实现经济发展和碳排放“脱钩”，这个观点很重要。首先要培育壮大战略性新兴产业，实现第二产业比重逐步下降后趋稳，并实现内部结构优化升级，严控“两高”行业产能，推动制造业向产业链、价值链高端迈进。其次要推动数字化、绿色化协同发展，赋能各行业节能降耗、提质增效，构建绿色低碳新产业、新业态。最后是优化产业空间布局，推动产业集聚发展，因地制宜进行空间上的合理布局和统筹安排，如东数西算。
在发展初期，无论是美国还是欧洲，它们的人均GDP和人均二氧化碳排放量都是呈正相关的；但随着经济继续发展并达到一定水平后，人均GDP会继续增加，但人均二氧化碳排放量却不再增加，二者失去正相关性，这意味着双方出现“脱钩”，也意味着实现了碳达峰。究其原因，主要是产业结构的变化以及能源效率的提高。
当前，我国正在走向碳达峰的路上，已经接近欧盟人均二氧化碳排放量的上限，也就是说即将到达经济继续增长而碳排放不再增长的阶段，二者快要“脱钩”了，也就是即将实现所谓的碳达峰。
第二，打造清洁低碳安全高效的能源体系是实现碳达峰碳中和的关键和基础。实现“双碳”目标要靠能源转型，打造现代能源体系是实现“双碳”目标的基本支撑。首先要坚持节能与提效“双轮驱动”，供给与消费“两端发力”，继续推动单位GDP能耗和碳排放量下降；要逐步地、平稳地、安全地从化石能源为主转向非化石能源为主。根据有关规划，未来我国非化石能源占比将逐步提高，2035、2050、2060年将分别达到超过32%、超过64%、超过80%，在中央文件里面也出现了2060年非化石能源要占到一次能源的80%以上。
第三，加快构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统，安全稳妥实现电力行业净零排放。首先，稳妥推进煤电减量，在加快灵活性改造支持可再生能源更好发展的同时，实现存量煤电安全有序地清洁利用，将来再过渡到存量替代。其次，要发展储能来促进新能源消纳，近期着力发展抽水蓄能项目，保证电力平衡和足够的系统惯量，中远期大力发展新型储能和制氢项目。再次要发挥市场作用来消纳新能源，建立完善容量补偿机制及辅助服务市场，完善电力预警机制，利用需求侧响应、虚拟电厂等技术辅助新能源消纳。
在这里，大家会关心新能源的间歇性、随机性、波动性问题。如何解决？就是构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统。为此，要做到横向多能互补和纵向源网荷储、发输配用协调规划，同时调动包括商业储能在内的各种灵活性资源对系统进行调节，这样就能实现新型电力系统的安全可靠。
第四，以电气化和深度脱碳技术为支撑，推动工业部门碳排放有序达峰和渐进中和。工业部门的专家分析认为，通过采取产能控制、工艺升级、能效提升、能源替代等措施，到2025年左右，工业部门整体上可以实现碳达峰，钢铁、水泥等行业在“十四五”之内就可以实现碳达峰。通过工业替代升级、电气化改造和深度减排，到2060年工业部门直接碳排放可降至5亿吨，届时再适当应用CCUS（碳捕集、利用与封存）、BECCS（生物质能与碳捕集封存）等技术就可以实现碳中和。
第五，通过高比例电气化实现交通行业低碳转型，推动交通部门实现碳达峰碳中和。交通部门通过燃料替代、能效提升、结构优化这三招来实现碳减排。有关方面分析指出，到2030—2035年交通部门可以实现碳达峰，到2060年碳排放可以控制在几亿吨。首先要实施能源替代和燃料替代，提高运输工具的用能电气化水平。2030年电动乘用车销量占比达到40%以上，2050年基本实现电动化；2030年电动商用车销量占比达到10%；2060年实现载重汽车电动化。其次要推动铁路和内河航运船舶电气化替代。再次要推动可持续航空燃料和氢燃料电池等航空燃料替代。
第六，以突破绿色建筑关键技术为重点，实现建筑用电用热零碳排放。建筑的节能改造潜力很大，要加强新建建筑节能和既有建筑节能改造与延寿，倡导节约优先，避免大拆大建，同时要突破和应用新技术。推进建筑电气化，要重点发展“光储直柔”新型建筑配电系统、以屋顶光伏为基础的农村新型能源系统以及电动车智能充放电系统；还要发展清洁供暖、供冷技术，现在多地开始实行核能供暖，跨季节储热和电热泵等技术开始普及；2030年以前可完成散烧煤替代。做好这些工作，建筑行业在2030年前实现碳达峰是没有问题的，到2060年可以实现碳中和。
第七，做好实现碳中和“最后一公里”的碳移除托底技术保障。当然，有少量的碳排放是不可避免的，预计到2060年全国仍需排放26亿吨二氧化碳当量的温室气体。对于这部分温室气体，可以通过林业碳汇、CCUS、CCS以及二氧化碳驱油等技术来加以移除，这样基本上可以实现碳中和。同时，还要加快制定碳移除行动方案，加大碳移除技术攻关和产业培育力度，推进林业碳汇和CCS/CCUS集成示范工程，健全相关政策和制度体系。
第八，加快构建减污与降碳一体谋划、一体部署、一体推进、一体考核的机制，建立健全与减污降碳统筹融合的战略、规划、政策和行动体系。完善碳交易制度，促进低碳产品价值转化和碳资产价值实现。不断扩大绿色低碳产品供给和消费等激励机制。培育全社会绿色低碳的生活方式和消费方式。
减污、降碳要协同发展，过去的大气污染防治工作已经取得很大的成绩，如今提出“双碳”目标可以说是“如虎添翼”，降碳减污虽然是两个概念，但内容非常一致，所以实施统筹融合的战略规划行动，可以把减污、降碳工作做到更好。同时还要依靠碳交易制度限制碳排放。
能源的安全、经济和绿色缺一不可
过去有观点认为，能源体系的经济可行、安全可靠、绿色低碳是不可能兼得的，并称之为“不可能三角”。但是，要实现经济高质量发展需要高质量的能源作为保障，这三个角哪一个都不能放弃——安全可靠是对能源系统的基本要求；经济可行的能源才会被社会接受；绿色低碳是能源可持续发展的必然要求。所以，推进“双碳”战略，需要新型能源体系必须逐步满足这三个要求，使之成为一个“可能三角”，这才是高质量的能源系统。
其实，这个“可能三角”是完全可以实现的，比如拿能源绿色低碳转型和安全可靠供应来说，二者就是并行不悖的。因为我国的能源低碳转型坚持“先立后破”原则，是在“不破”传统能源的前提下，“先立”可再生能源，这样的低碳转型是在做加法。所以说，低碳转型和能源安全不但不会产生冲突，而且越转型越安全。其安全性还体现在可再生能源资源是我们自己能够掌控的，不像油气那样高度依赖国际市场，从而深受国际地缘政治局势的影响。因此说，开发可再生能源有利于保障我国能源体系的独立性和安全性。
当前，在我国能源系统中化石能源占比还是很大，化石能源仍在发挥“压舱石”作用。所以，化石能源和非化石能源要协调互补，坚持“先立后破”，构建极具韧性的能源体系，这样才能统筹当前和长远的能源安全。
必须依靠科技创新支撑能源低碳转型
需要特别注意的是，要如期实现碳中和，仅靠现有技术还是不够的，必须依靠科技创新才能支撑“双碳”目标的实现。因为我国碳排放基数比较大，从碳达峰到碳中和历时比较短，所以必须以关键技术的重大突破来支撑和实现高质量可持续发展下的碳中和。
我着重提几项技术。在能源领域，有煤炭方面的煤炭绿色智能高效开发利用、煤气化利用、煤粉预热燃烧技术、循环流化床高温后燃等技术；还有核能方面的可控核聚变、加速器驱动次临界洁净核能系统（ADS）、固有安全核电、钍基熔盐堆等技术；此外，还有绿氢、高效太阳能电池、海上风电固定式和漂浮式以及全直流技术、新型储能、可再生合成燃料、液态阳光、绿色甲醇、新能源发电主动支撑、超导电缆、“光储直柔”建筑、多能转换与综合利用、智能电网运行调度、农村光伏能源系统。
在工业领域，有工业数字化、氢冶金、全废钢电炉流程、二氧化碳化工利用、氢能煅烧水泥熟料、关键金属矿物质开发循环利用等技术。
在交通领域，有可持续航空燃料、新能源汽车与电网互动、氢燃料电池电堆、船舶电动化、氢燃料航空发动机、生物乙醇等技术。
在规模化碳移除领域，有生物质能结合、直接空气碳捕集与封存、深水水下采油树等技术。
另外，还要健全绿色低碳科技创新体系，如建立科技创新联合体，鼓励产学研用联合攻关，健全低碳技术标准体系，建设低碳能源数字化发展的数据中心。
实现“双碳”目标是一个复杂的系统工程，是一个长达几十年的科学的转型过程；它呼唤深度的管理创新、科技创新、金融支持和企业的参与；落实“双碳”工作政策性很强，需要把握好节奏、积极而稳妥地推进，一方面要防止一刀切、简单化，同时又要防止转型不力带来的落后和无效投资。总之，要做到先立后破，把好事办好，深刻推动经济、社会的变革和进步。
2060年前实现碳中和，是一个重要的里程碑，但也只是一个里程碑，它不是终点。人类社会还要发展，未来社会要靠未来能源的支撑。从未来能源的角度，可以更好地理解“双碳”目标的意义和历史地位。
