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刘强
王恰
洪倩倩
摘 要 应对气候变化需要各国的共同努力，中国要实现2030年之前碳达峰和2060年之前碳中和的目标，推动生态文明建设，是时代赋予能源界的重要使命。本文首先梳理了中国能源结构现状以及实现碳中和的难点，并对实现碳中和的技术路线与路径进行了分析。在此基础上，本文利用中国社会科学院数量经济与技术经济研究所开发的中国能源系统模型（CEMS），把各种技术路径和其发展情景纳入总体能源系统，并进行情景分析。本文模拟了三种情景：基于常规技术进步的基础情景；基于高可再生能源比例的高可再生情景；基于较快提高能效速度，高可再生能源比例，终端煤炭替代和发展绿色甲醇的“高能效、高可再生能源比例、绿色甲醇、终端部门煤炭替代”情景。结果表明，只有高能效、高可再生绿色甲醇终端煤炭替代情景可以实现2060年之前碳中和的目标。最后，本文就如何实现碳中和提出了政策建议，包括大力发展碳中和技术体系、加快能源转型、煤炭替代、实现非碳能源的大规模商业化等措施。
关键词 碳中和；能源转型；中国能源；能源系统模型；碳循环
应对气候变化是世界各国共同面临的重大议题。以全球变暖为主要特征的气候变化成为整个人类社会共同面临的严峻挑战，应对气候变化需要各国的共同努力。一直以来，中国在应对全球气候变化方面作出了极大的贡献，可再生能源投资位居世界第一，累计减少的二氧化碳排放量也居世界首位。2020年9月22日，在第75届联合国大会期间，习近平主席代表中国再次向世界作出承诺：“中国将秉持人类命运共同体理念，继续作出艰苦卓绝努力，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，努力争取2060年前实现碳中和，为实现应对气候变化《巴黎协定》确定的目标作出更大努力和贡献。”
中国此前曾承诺到2030年将达到二氧化碳排放峰值，新的碳中和承诺将大大提高我国在巴黎协定中的国家自主贡献（NDC）力度。这些承诺实际上意味着，中国需要在短期内实现经济的巨大转变。能源基金会（2020）发布的报告指出，中国承诺2060年前实现碳中和对全世界将升温限制在1.5℃以内的努力作出了重大贡献。
这一承诺是中国作为一个发展中国家主动提出的，也代表着中国应对气候变化问题的新认识、新行动。中国这样一个高度依赖煤炭、石油等化石能源的超大经济体，要在如此短的时间内实现碳达峰、碳中和目标，意味着需要进行重大的产业结构与能源结构转型。这不仅是对能源领域的挑战，更是对整个国民经济的挑战。同时，也应该看到，这一挑战也是能源与产业经济的重要发展机遇。能源转型不是以减缓发展为代价的，而是要通过创新能源新技术、创造能源新业态，来推动经济更好、更快、更绿色地发展。需要在满足经济与民生对能源需求、经济上合理且安全稳定的前提下，推动能源体系从高碳化石能源为主向碳中性能源、低碳能源和非碳能源的转型。具体来说，煤炭和石油是典型的高碳能源，天然气、醇醚燃料可以视为低碳能源，生物能源（如生物柴油、生物乙醇燃料、生物质发电、沼气）、废弃物回收能源、二氧化碳循环制成的燃料可以看作是碳中性能源，风电、水电、太阳能、核电等可以看作是非碳能源。
本文利用中国社会科学院数量经济与技术经济研究所开发的中国能源系统模型（CEMS），把各种技术路径和其发展情景纳入总体能源系统，对如何实现2030年之前碳达峰和2060年之前碳中和的目标进行针对性的分析，提出了在经济和技术上相对可行的碳达峰、碳中和路径，并在此基础上对2060年之前的中国能源前景进行了预测。
中国能源体系本质是一个高碳、高煤的系统，如果以煤为主的能源结构未能发生根本性的变化，中国的碳排放也将难以得到有效抑制。依据2019年能源消费结构数据，煤炭占能源总消费的57.7%，石油占18.9%，天然气占8.1%，水电、核电、风电等非化石能源占15.3%。化石能源占比合计达84.7%
，占能源总消费中的绝大部分。同时，我国电力生产中燃煤火电也占主体地位。2019年，全国全口径发电量为7.33万亿（千瓦·时），全口径火电发电量5.05万亿（千瓦·时），煤电发电量4.56万亿（千瓦·时），全国非化石能源发电量2.39万亿（千瓦·时）。电力装机数据，水电装机3.6亿千瓦、火电11.9亿千瓦（包括煤电10.4亿千瓦、气电9022万千瓦）、核电4874万千瓦、并网风电2.1亿千瓦（陆上风电2.04亿千瓦、海上风电593万千瓦）、并网太阳能发电2.0亿千瓦、生物质发电2254万千瓦。
近年来我国为推动低碳能源发展和能源转型，在能源生产革命、消费革命、体制革命、科技革命和对外合作方面实行了一系列政策。在生产侧的主要政策是推动燃煤电力向天然气、风电、光伏等低碳和可再生能源电力转型；在消费侧的政策包括：推动电动、天然气和醇醚燃料等新能源汽车发展，推动天然气替代煤炭，电能替代等。其中电动汽车的发展很快，已经成为世界第一大市场。到2018年底，全球新能源汽车累计销售超550万辆，中国占比超过53%。
然而，以最终实现碳中和的角度看，目前以电能替代为代表的能源转型政策存在一个悖论。如果高碳能源在总消费中的比例超过50%，电能替代反而会增加总体的碳排放。因此，在当前碳基能源占主体的情况下，不应过快推动电动汽车等电能替代的发展，电动汽车的高速发展将对电力供给提出更高的要求，会提升对化石能源尤其是对煤炭的需求，不利于减煤、减碳目标的实现。
总体来看，目前要实现碳中和目标有以下三个难点：一是我国碳基能源比例过高，且其中大半为煤炭。高比例含碳能源的使用意味着高碳排放，因此加快推进非碳能源的使用是减碳目标实现的重点。二是各种非碳能源实现减碳没有问题，但是没有碳中和即固碳效果。减少含碳燃料使用的同时应配合各类固碳方法，将二氧化碳重新纳入能源系统循环之中，这样才能更接近碳中和目标的实现。三是实现碳中和的各种技术成本尚居高不下，有待实现技术突破。
节能实现减排可以分为两种节能：一种是直接的节能，即提高能源使用效率，尤其是碳基能源的使用效率，如降低燃煤发电的度电煤耗、提高电器等用能设备、装备的能源效率、提高汽车燃油经济性等；第二种是广义的节能，即通过减少终端产品的需求、减少建筑建设、缩短出行距离等方式降低对能源的需求。
实现发展方式的转变，使得经济从依赖资源、能源的大规模投入转向依靠创新驱动，形成新的高附加值制造业和现代服务业，这既是我国经济发展和产业升级的要求，也是建设生态文明、实现碳中和目标的必然要求。
通过低碳和非碳能源的发展，可以部分取代高碳能源（主要是煤炭）在总能源消费中的比重，从而有效减少二氧化碳的排放。低碳化石能源主要是天然气，包括煤层气、页岩气、石油气等非常规化石能源。水电和核电受制于本身的特点，其发展空间受到一定的限制。
可再生能源是未来降低高碳能源和二氧化碳排放的主力，包括目前比较成熟的风电、光伏发电、生物质发电、地源热泵等，也包括尚需降低成本的光热发电、纤维素乙醇、生物柴油等。可再生能源的发展将降低总体碳排放，这将大大减轻后期碳中和的压力。
化学碳循环则是利用化学工业技术，把工业过程中排放的二氧化碳捕集后合成为液体的醇醚化合物，一般为甲醇、乙醇、二甲醚。这三种醇醚化合物可以作为能源使用，其中因甲醇有较多的氢原子，还可以作为氢能的载体。通过这样一个碳的循环过程，可以实现化石能源的碳中和或者部分碳中和。如果这一过程使用的能源来自绿色电力如风电、光伏发电，这一过程就可以减少整体上的碳排放，从而成为碳中和的可行路径。
要实现2060年“碳中和”的目标，除了节能、能源转型、工业碳中和之外，生态固碳是重要的途径，这也是建设生态文明的重要意义之一。
生态固碳，是通过森林、草原、湿地的植被和水体进行碳的吸收和固定。森林蓄积量每增加1亿立方米，相应地可以多固定1.6亿吨二氧化碳，如果按照林业相关规划，从当前（2020年）的森林覆盖率达到23.04%，森林蓄积量超过175亿立方米，到2035年森林覆盖率达到26%，森林蓄积量210亿立方米，那么每年新增蓄积量的固碳效应约为3.7亿吨二氧化碳。我国2020年总二氧化碳排放量约为80亿～144亿吨（不同机构估计的数据有较大差异），这意味着单纯依靠改善生态实现碳中和并不现实。但是，大规模森林恢复和建设也是非常必要的，因为森林不仅能吸收固定二氧化碳，还能大量减少各种气体污染物并改善大气质量，涵养水源，减少气候灾害和地质灾害，间接地提高环境总体固碳能力。
低碳、非碳能源的技术进步与产业发展，提供了碳中和的多种技术路线选择。同时，对技术进步规律的把握也使我们可以预期，某些新型能源的成本将会在前景期内下降到可以与高碳能源相竞争的程度，从而提供新的碳中和路径。
为模拟各种能源选择的碳排放和碳中和效果，本文利用中国社会科学院数量经济与技术经济研究所开发的中国能源系统模型（CEMS），把各种技术路径和其发展情景纳入总体能源系统，并进行情景分析。CEMS是使用系统动力学建模方法建立的综合能源情景分析预测模拟模型系统，它根据国家统计局的行业分类，选定基年（目前以2016年为基年）后，对部分相近行业进行加总计算，根据对每个行业需求和生产的预测和对该行业的技术进步前景预测，考虑行业的燃料替代，计算出该行业对各种燃料的需求预测。各行业的终端能源和燃料需求加总后，引致了对能源和燃料生产的需求以及对其中的一次能源转化的能源和燃料需求，并最终得出能源和各种燃料的总需求。
同时，根据对每一种能源形式资源保障能力、生产能力、环境容量、技术进步特点的研究和判断，计算出各种能源的生产和供给预测，并与能源需求相匹配后，可以计算出各种能源和燃料的总需求、总供给和进出口量。
在计算各种能源消费对应的二氧化碳排放和非能源工业过程二氧化碳之后，可以得出中国的总体二氧化碳排放。此外，CEMS也搭建了宏观经济模块，把人口、劳动力供给、投资、消费、国际贸易、国际能源价格等因素考虑进来，可以进行宏观经济增长的情景分析。
综合各国的政策与研究成果，应对全球气候变化、降低碳排放的主要能源选项包括：①提高能源利用效率和能源生产效率，减少总能源消费量和同等能源消费量下的二氧化碳排放，前者如提高汽车的燃油经济性即降低单位公里油耗，后者如燃煤发电部门降低度电煤耗；②以清洁的低碳化石能源替代高碳化石能源，如以天然气和清洁电力替代煤炭；③发展碳中性的能源，如核电、水电、非水可再生能源电力、生物乙醇和生物柴油、城市废弃物能源、沼气等；④发展氢能，可以用于交通动力来源和电力来源；⑤非常规的含碳气体能源，如页岩气、煤层气、油田气；⑥非常规的含碳液体燃料，如甲醇、乙醇、二甲醚；⑦二氧化碳捕集、储存和循环利用，其中碳捕集与储存是把二氧化碳从电厂等工厂废气中收集后存储于特定设施之中，而碳循环则是利用化学过程把二氧化碳作为原料与水反应制取合成气（一氧化碳和氢气），并进一步制取甲醇以及基于甲醇的醇醚燃料，从而实现了二氧化碳的循环利用。
在这些技术选项中，风电光伏等可再生能源、氢能在近年来受到了广泛关注并被寄予厚望。但是，基于我国以高碳能源（煤炭、石油）为主的能源结构和巨大的能源生产消费体量，指望这二者来满足碳中和的目标显然是不现实的，因为可再生能源电力的不平稳性要求保留一定份额的稳定电力来源。2021年1—2月美国得克萨斯州的大停电事故再次提醒人们不能忽视电网的稳定运行。要在约30年的较短时间内实现碳中和的目标，还必须依托另外两个措施：①高碳能源向低碳转型，这将减少碳循环的总量压力；②碳基能源的碳循环，只有实现碳循环才能真正实现碳中和目标。
基于以上分析，本文考虑的能源选择情景包括以下六个方面：①不同氢能的发展组合，包括灰氢（工业副产氢）、蓝氢（由化石能源制取的氢）、绿氢（绿色电力制取的氢）；②基于碳基燃料排放的二氧化碳制备甲醇的情景和燃料替代；③能源转换：甲醇、氢能与煤炭、燃油、电能的替代，即各种燃料之间的相互替代；④一次能源电力（核电、水电、风电、光伏电力以及其他形式的可再生能源电力）的发展；⑤终端能源消费中清洁电力和天然气对煤炭的替代；⑥各产业的节能潜力。
对这六个方面的具体考虑将在下面分别讨论。
氢能是近年来备受关注的新型能源。作为能源，氢气有两个极具竞争力的特征：高能量密度，单位质量的热值约是煤炭的4倍，汽油的3.1倍，天然气的2.6倍；可存储且无碳，相比电力可以实现跨时间及地域的灵活运用。氢气来源广泛，可从水、化石燃料等含氢物质中制取。但是，氢气也有一些缺点，能够提供全程无碳的制氢技术是有限的，同时它的密度轻，存在储存与运输上的难度。需要注意的是，氢在多数应用中并不是直接作为气体燃料烧掉的，而是作为燃料电池的原料进行电化学反应，即氢能主要作用是提供电力，主要应用领域是交通和电力。
绿氢可以通过使用可再生电力或核能来生产，但依赖可再生能源发电成本的大幅下降；蓝氢按目前定义是由煤或天然气等化石燃料制得，并将二氧化碳副产品捕获、利用和封存（Carbon Capture，Utilization and Storage，CCUS），从而实现碳中和；灰氢可以由以焦炉煤气、氯碱尾气为代表的工业副产气制取。
日本的氢能起步较早，且在汽车领域已经取得了很大的进步。2013年5月，《日本再复兴战略》把发展氢能提升为日本国策。2014年制订了“第四次能源基本计划”，将氢能定位为与电力和热能并列的核心二次能源，明确提出要加速建设和发展“氢能社会”。2017年12月26日，日本发布“氢能源基本战略”，确定了在2050年建立氢能社会和到2030年的具体行动计划。日本的战略目标包括：到2030年实现氢能发电商业化，以削减碳排放并提高能源自给率。
美国对氢能的研究和利用居全球之首。目前全球运行中的输氢管道全长约4500公里，其中约2600公里位于美国。虽然美国输氢管道输送的更多是灰氢，但也可由此一窥美国在氢能利用方面的成熟程度。2019年11月，美国燃料电池和氢能源协会发布了美国氢经济路线图，对氢能发展做出了短期和中长期规划。在其短期规划中，美国将在2020—2022年实现氢能在小型乘用车、叉车、分布式电源、家用热电联产、碳捕集等领域的应用。中期规划是，到2030年，美国氢经济每年产生约1400亿美元的收入，在整个氢价值链中提供70万个工作岗位。长期规划是，到2050年，美国将使氢气在总能源需求中的占比达到14%，可以通过其每年创造约7500亿美元的收入和累计340万个就业岗位来推动经济增长。
美国、日本的实践显示氢能具有商业化的前景。中国目前工业制氢（灰氢和蓝氢合计）现在每年约有1900万吨的产量，把现有的电解制氢视为绿氢（实际上目前还不能算完全的绿氢，因为电力仍然以煤电为主），目前每年约有100万吨的产量。参考国内外的实践和可再生电力成本的下降，预计未来工业氢的产量会随着我国化学工业的达峰有所下降，但是绿氢即使用绿色可再生能源电力生产的氢的产量在步过导入期之后（2028年左右）将快速上升。由此设定的情景是到2060年，工业氢和绿氢的产量均为1500万吨左右，合计将有3000万吨左右（见图1）。
图1 氢产量情景
1990年，诺贝尔奖得主化学家乔治·安德鲁·欧拉开始提倡甲醇经济，实际上甲醇作为燃料的使用要更早。甲醇是用于热机和燃料电池的燃料。由于其高辛烷值，直接使用甲醇燃料的灵活燃料汽车（包括混合电动汽车和插电式混合动力汽车）可以使用现有的内燃机（Internal Combustion Engine，ICE）。甲醇也可以被用作燃料电池中的燃料，既可以直接用作甲醇燃料电池（Direct Methanol Fuel Cell，DMFC），也可以重整成氢气后用于氢燃料电池。同时，甲醇作为化工原料，已经大规模地应用于生产各种化学产品和材料中。
甲醇生产的原料来源十分广泛，包括化石燃料（天然气、煤、油页岩、油砂等）以及农产品和城市废物垃圾、木材和各种生物质。更重要的是，它还可以利用被回收的二氧化碳来生产，碳循环国际公司（Carbon Recycling International，CRI）已经在其首个商业规模的工厂中证明了这点，从发电厂烟道气中或水泥厂和其他工厂排出的废气中都可回收二氧化碳。如果能够实现低成本地从工业废气和大气中捕获和回收二氧化碳生产甲醇，就可以实现化石能源真正意义上的碳中和。
与氢的生产一样，甲醇的生产路径也有工业化工甲醇与绿色甲醇之分，此外，中国也在大量进口甲醇。化工甲醇并非都会作为燃料甲醇，很多还是回到化工过程中作为原料投入。在情景模拟中，我们设定化工甲醇的20%进入燃料，其他80%作为化工原料回到工业之中；绿色甲醇是利用绿色电力把二氧化碳和氢气合成的甲醇，在情景设定中它所使用的电力是来自风电、光伏发电中没有实现上网的部分弃风弃光电力，而这部分弃风弃光电力并未进入电力生产统计。为方便，本次模拟中进口甲醇都作为燃料使用。由于目前尚没有大规模的、规范意义上的绿色甲醇生产，所有模拟假定现有规模约1万吨，在技术成熟和市场导入之后，中等方案绿色甲醇到2030年达到约38万吨，到2060年达到约618万吨。同时，进口甲醇2030年约为3413万吨，2060年约为8004万吨。相应地，化工甲醇2030年约为6307万吨，2060年约为6181万吨（见图2）。
图2 甲醇产量情景
氢能和甲醇这两种非常规燃料进入能源系统之后，它们与原有燃料的替代关系是能源模型系统要解决的问题。
甲醇作为液体能源，可以替代汽油和柴油作为交通工具的燃料，另外可以作为工业和民用的液体燃料用于各种锅炉和工艺过程。在模型中，对这三种用途各赋予1/3的权重。
对于氢能，设置了三种用途：第一种用途是作为交通燃料；第二种用途是作为氢燃料电池，分别替代汽油和柴油；第三种用途是作为储能装置输出电力，成为未来家庭和商用设施的部分电力来源，这部分电力将会减少对化石能源电力的需求。在模型中，我们对这三种用途也各赋予1/3的权重。
电动汽车近年来也取得了长足的发展，无论是美国的特斯拉还是中国的各种电动汽车，以及以日本丰田为代表的油电混合动力，都带来了巨大的商机。为简化模型，没有模拟未来电动汽车的趋势，而是给定了一个替代燃油的比例增长作为前景。本文预计，到2060年，交通燃料需求中的汽油（包括运输部门和家庭汽车），在原有基础上的20%将被电动汽车所替代。此外，还有部分的汽油将和柴油被氢燃料电池的氢能、甲醇燃料所替代（见图3）。
图3 氢燃料、甲醇燃料对煤炭与成品油的替代
从我国经济特点看，2030年之前实现碳达峰不难，但是在后面30多年间从峰值实现碳中和难度甚大。以30年的时间实现能源结构从高碳到碳中和，毫无疑问将对经济结构形成巨大冲击，尤其是以高碳的化石能源为基础的石油石化电力将有大量的产能需要废弃或者转型。因此，需要找到一条碳基能源的碳循环利用路径，才能避免对经济的负面影响。为实现2060碳中和目标，需要尽快实现碳达峰，最好在当下即实现达峰，次优是在2025年前后实现碳达峰，这样将减少后面经济调整的难度，减轻对经济运行的冲击。
因此，为实现2060年之前碳中和的目标，需要在2030年之前实现非碳能源和碳中性能源比例达到50%以上，才能为后面的碳中和创造条件。否则2030年就不可能实现碳达峰，后面的碳排放还会有所增加。
近年来，以风电、光伏发电为主的一次可再生能源电力成本下降迅速。部分地区已经出现了与煤电成本相当甚至于低于煤电成本的项目和案例。在这一背景下，世界各国普遍对可再生能源电力寄予厚望，很多机构上调了风电和光伏发电的预测。比如，国家电网能源经济研究院2020年发布的《能源展望GERO2020》认为，到2050年，全球可再生能源发电装机占比将超过80%，达到251亿千瓦，是2019年的2.3倍。到2025年全球可再生能源发电装机占比约为50%，发电量在2035年占比超过50%，到2050年占比超过70%。
2020年12月12日习近平主席在气候雄心峰会上进一步宣布：到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。
为此，对核电、水电、一次可再生能源电力、氢电进行综合评价之后，我们给出了中国电力的增长情景建议（见图4，具体数据见表1～表3）。其中，燃煤发电需要大幅度下降，水电、核电之外的可再生能源电力需要快速增长来填补煤电的下降。此外，天然气发电也需要一定的增长，作为对燃煤发电的替代，并用于维持整个电力系统的稳定；对核电的建议是在完成目前规划的核电项目之外不再新建核电项目，这是为回应公众对于核电安全的担忧；水电因受限于资源禀赋，我们预期了较低幅度的增长。未来天然气发电，核电、水电、燃煤发电将一起作为整个电力系统的基荷，与可再生能源共同担负起电力供应。
图4 电力生产情景
表1 高能效高可再生绿色甲醇终端煤炭替代情景下的能源需求预测
表2 高能效高可再生绿色甲醇终端煤炭替代情景下的电力生产预测
表3 高能效和高可再生绿色甲醇终端煤炭替代情景下的绿氢和绿色甲醇预测
煤炭这种高碳排放能源作为中国能源消费的主体，是中国碳排放总量居高难下的主要原因。因此，除电力生产部门降低燃煤发电的比例之外，降低终端能源消费中的煤炭比例也非常重要。本文设定了一个终端部门（能源转换部门之外的其他部门）能源消费中的煤炭替代情景，时间是在2026—2035年，终端部门中的煤炭消费逐步被可再生能源电力和天然气替代，其中天然气对煤炭的替代比例从2025年的0上升到2035年的40%，可再生能源电力对煤炭的替代比例从2025年的0上升到2035年30%，煤炭由原有技术路线的2025年的100%下降到2035年的30%。
节能一直是最大的能源。中国经济在实现高速增长的同时，能源效率也得到了大幅度的提高。根据对我国历史数据的分析，改革开放40多年来，我国的平均能源强度每年约提高3.7%，节约了大量的能源。但是，要实现2060年碳中和的目标，能效提高的速度还需要加快。同时，我国已经初步完成了工业化与城市化的进程，产业升级速度加快，智能制造、信息化与工业化融合技术的快速应用，都为提高能源效率提供了技术支持和可行性。
因此，本文对未来的能源效率的提高速度做了新的假定，即主要制造业比历史平均水平提高10%，采取年均4.1%的能效提高速度，其他采矿业、农业、生活、商业的能效提高速度仍保持年均3.7%的水平。
从前述的分析与模拟结果可以看出，无论是发展绿色氢能、绿色甲醇还是对终端部门煤炭的替代，都离不开绿色电力的发展。这是因为电解制氢和二氧化碳与氢气合成甲醇都需要绿色电力，否则使用高碳电力会使得总体的化石能源消费与碳排放增加更多。
从二氧化碳排放结果看。到2060年，碳排放水平要下降到目前的1/4。尽管对中国的二氧化碳排放的计算有各种各样的数据结果，但是，本文倾向于认为中国现在的二氧化碳排放水平与2016年基本持平，并没有大幅度的上升。这从近年来雾霾天气的减少也可以得到验证。尽管存在基础数据不一致的争议，但是本情景给出的温室气体排放下降速度是合理的，经过努力也是可以实现的。
到2060年，中国的二氧化碳排放水平尽管不是零排放，但是30多亿吨的排放水平已经大大超出了预期的下降速度，而且能够与环境的消纳水平相适应。可以说，如果按照这样的路径走下去，中国的生态文明建设和环境质量将得到大幅度的改善。
高可再生能源方案不一定带来更少的能源消费需求，因为它的转换效率往往低于化石能源。但是它能够大幅度减少化石能源的消费和由此产生的碳排放（见图5、图6）。在图6中可以看到，在高可再生能源、高能效、终端煤炭替代和绿色甲醇情景下的总煤炭需求大幅度减少。
图5 高可再生能源、高能效、终端煤炭替代和绿色甲醇情景下的总一次能源消费和二氧化碳模拟
图6 高可再生能源、高能效、终端煤炭替代和绿色甲醇情景下的总煤炭需求
此外，表1、表2、表3给出了主要能源需求、电力生产绿氢和绿色甲醇的前景模拟。
与其他机构相比，这一方案无疑是最能适合中国国情的，同时也没有过于激进的能源方案。这一方案对各种能源需求和能源路线进行了综合考虑，而且考虑各种能源和燃料之间的相互配合与相互替代。
不考虑为3060碳达峰碳中和目标制定新的策略，按照既有的能源革命发展路径和常规的发展前景，到2060年，我国二氧化碳排放有望降为现在水平的一半。独立研究机构荣鼎咨询（Rhodium Group）的研究报告提出，中国2019年温室效应气体排放总量估计相当于139.2亿吨二氧化碳。而根据本文的高能效和高可再生绿色甲醇终端煤炭替代的情景，中国的碳达峰在2022—2025年出现，峰值最高约为147亿吨二氧化碳，比2019年增长5.6%。之后逐渐下降，到2060年约为33.3亿吨，相比2019年下降76%。这一规模已经进入到自然生态可以中和的范围内，基本上实现了碳中和的目标。基于前述的分析，我们提出以下政策建议。
当前能源转型工作的重点，应该包括：①推动天然气和甲醇等低碳清洁化石能源对煤炭、石油等高碳且对环境影响巨大的能源的替代；②加快发展智慧电网，实现非碳能源尤其是可再生能源占总能源消费和总电力生产比例的快速上升，只有非碳电力比例超过了50%，进行电能替代才会带来碳排放量的下降，否则电能替代反而会增加碳排放；③加快风电等可再生能源的建设，提升其在总能源消费和电力消费中的比重；④加强对氢能的基础研究和工业化技术研究，尽快掌握核心科技，抓住未来氢能发展的机遇；⑤加强对储能材料和储能技术的研究与商业化应用；⑥加快产业结构调整，降低对钢铁、水泥、有色等高耗能产品的需求；⑦加强楼宇建筑的节能和冬季利用风电等可再生能源工作；⑧加强生物质能源利用。通过这些工作，可以尽早实现碳达峰，估计在2025年是有可能实现的。
交通能源是能源转型的重要方面。除传统燃油外，电动汽车、混合动力、氢燃料电池、生物柴油、醇醚燃料、自动驾驶、智慧交通管理等各种技术层出不穷。在交通动力技术中，应加强对甲醇利用技术的研究，包括甲醇作为氢燃料电池介质的产业技术应用研究，甲醇混合动力汽车技术的研发与产业化。这是因为，甲醇应用是碳中和应用的重要节点，它能有效地把氢能、碳循环、电能替代、燃油替代技术结合在一起。同时，它还有运输方便、高效的优势，避免了大规模管网基础设施建设的约束。
建筑中能源需求巨大，虽然主要是电力供应，但是可以实现与可再生能源电力、储能设施、智能电表、微电网、智慧温控技术、地缘热泵技术、可再生电力供热、LNG余冷供冷等技术相结合，实现建筑节能。本模型中就设计了利用氢能为建筑提供储能的情景。
农村农业能源是典型的面源能源资源与分布式点式利用的矛盾。从总量上来看，我国每年的农业生物质废弃物有17亿吨，但是分布广泛，不易收集和处理。农村能源利用，以前曾经寄希望于生物乙醇尤其是纤维素乙醇的技术突破，现在看即使实现突破，对散布的原料的收集和储运也存在成本上的障碍。比较适宜的技术是小型处理设备，把秸秆等生物质材料加工成高热量的生物质固体燃料，直接取代农村地区的散煤燃烧，可以取得更好的效果。在欧洲和日本，这种技术已经比较成熟，可以考虑在国内推广。
此外，在边海偏远地区、户外作业、无人机等移动点式能源利用场景，也有大量的能源需求。以前这种需求不大，经常被忽视，但是随着技术进步和生活方式的转变，这种能源需求越来越大，已经成为一个新兴的能源市场，甚至已经发展出穿戴式可再生能源系统。
碳达峰时，非碳能源与碳中和能源（二氧化碳制绿色醇醚燃料）应占到总能源消费的50%以上。为此，需要加快推进以下几项工作：一是加快建设风电、光伏等可再生能源，在碳达峰时风电占总发电比例争取达到30%、总可再生能源（含水电）比例超过50%；二是适度发展核电，使在建核电项目按期投产；三是实现氢能技术、储能技术的商业化利用，制氢选址最好在大型发电基地附近，合理使用弃风、弃光、弃水等不能并网的电力用以制氢；四是实现绿色醇醚燃料的商业化，即通过捕集工业（火电和碳酸盐工业）二氧化碳排放并利用绿色电力制取醇醚燃料，这是最有效的碳中和技术，它可以有效减少碳基能源的最终二氧化碳排放。
加快非碳能源的大规模商业化，使得能源结构接近80%非碳和碳循环（二氧化碳制能源），2031—2060年每年需提高1个百分点。大力发展碳中和技术体系及碳中和产业。产业支撑是各种新型能源技术大规模替代高碳化石能源的基础，否则技术只能停留在实验室之中。为推动碳中和目标的实现，需要大力发展新型碳中和产业技术经济体系。以中国的市场规模和潜力，碳中和将成为一个万亿级的新兴产业，为中国经济的升级转型提供新的增长点。
加快生态修复和改善工作，到2060年森林覆盖率提高到30%以上（2019年全国森林覆盖率为22.96%，森林面积为2.2亿公顷），草原生态功能恢复，东部地区天然湖泊面积恢复到9万平方公里以上（2015年中国共有面积大于1平方公里湖泊2554个，总面积达7.4万平方公里），河湖水体生态功能大幅度改善。如此力度的生态功能改善可以每年吸收中和5亿吨的二氧化碳。
［1］北极星氢能网．绿氢or蓝氢？一文了解德、日、英、美等7国的氢气选择［N/OL］．［2020-08-17］．http://chuneng.bjx.com.cn/news/20200817/1097419.shtml.
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［5］中国网．碳中和森林作用大！我国森林植被总碳储量92亿吨［EB/OL］．［2021-01-14］．http://life.china.com.cn/2021-01/14/content_41426776.htm.
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［7］中国网．碳中和森林作用大！我国森林植被总碳储量92亿吨［EB/OL］．［2021-01-14］．http://life.china.com.cn/2021-01/14/content_41426776.htm.
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