北京理工大学学报(社会科学版) Journal of Beijing Institute of Technology(Social Sciences Edition) ISSN 1009-3370,CN 11-4083/C 《北京理工大学学报(社会科学版)》网络首发论文 题目： 中国碳达峰碳中和时间表与路线图研究 作者： 魏一鸣，余碧莹，唐葆君，刘兰翠，廖华，陈景明，孙飞虎，安润颖，吴郧， 谭锦潇，邹颖，赵子豪 DOI： 10.15918/j.jbitss1009-3370.2022.1165 收稿日期： 2022-05-29 网络首发日期： 2022-05-31 引用格式： 魏一鸣，余碧莹，唐葆君，刘兰翠，廖华，陈景明，孙飞虎，安润颖，吴郧， 谭锦潇，邹颖，赵子豪．中国碳达峰碳中和时间表与路线图研究[J/OL]．北京 理工大学学报(社会科学版). https://doi.org/10.15918/j.jbitss1009-3370.2022.1165 网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶 段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期 刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出 版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合《出 版管理条例》和《期刊出版管理规定》的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编 辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、 出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。 为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容， 只可基于编辑规范进行少量文字的修改。 出版确认：纸质期刊编辑部通过与《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司签约，在《中国 学术期刊（网络版）》出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷 出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为《中国学术期刊（网络版）》是国家新闻出 版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN 2096-4188，CN 11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首 发论文视为正式出版。 网络首发时间：2022-05-31 10:05:23 网络首发地址：https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.4083.C.20220530.2133.001.html DOI：10.15918/j.jbitss1009-3370.2022.1165 收稿日期：2022-05-29 基金项目：国家自然科学基金项目（71822401，71603020，71521002）；北京市自然科学基金项目（JQ19035） 作者简介：魏一鸣（1968—），男，教授，博士生导师；E-mail: wei@bit.edu.cn; 余碧莹（1986—）,女，教授，博 士生导师，E-mail: yubiying_bj@bit.edu.cn 中国碳达峰碳中和时间表与路线图研究 魏一鸣 1，余碧莹 1，唐葆君 1，刘兰翠 2，廖华 1，陈景明 1，孙飞虎 1，安润颖 1， 吴郧 1，谭锦潇 1，邹颖 1，赵子豪 1 (1. 北京理工大学 能源与环境政策研究中心 能源经济与环境管理北京市重点实验室，北京 100081；2. 北京师范大学 经济与工商管理学院，北京 100875 ) 摘 要：实现中国碳中和目标时间紧，任务重，是一项复杂系统工程。科学制定减排的时间表和路线图，需要处理好 长期与短期、减排与发展、局部与总体的协同关系 。为此，本文应用自主设计并构建的国家能源技术模型 （C3IAM/NET），提出了兼顾经济性和安全性的中国碳达峰碳中和时间表和路线图，明确了中国碳排放总体路径、行 业减排责任、重点技术规划等多个层面的具体行动方案。结果表明：当 2060 年碳汇可用量为 10~30 亿吨时，为达到 低成本和安全实现“双碳”目标的要求，在不同社会经济发展情景下，中国需在 2026—2029 年间实现碳达峰，峰值 不超过 127 亿吨 CO2（含工业过程排放）；2060 年的碳排放主要来源于电力、钢铁、化工、交通等部门；为实现碳中 和目标，能源结构需加速转型，但 2040 年前中国仍将是以煤为主的能源格局，2030 年煤炭占比不低于 44%。在全 国和行业路线图基础上，进一步给出了实现全国“双碳”目标对应的钢铁、水泥、有色、化工、建筑、交通、电力 等重点行业的碳排放路径和技术布局方案，为中国引领和参与全球气候治理提供了科学依据和可操作性的行动方案。 关键词：碳达峰碳中和；国家能源技术模型；时间表；路线图；重点行业；技术布局 中图分类号：F205 文献标识码：A 气候变化是全球共同面临的巨大挑战。IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) 第六 次评估报告的最新研究指出，预计未来 20 年（2040 年前后）地球表面变暖将达到 1.5℃，要实现在 本世纪末将全球温升控制在不超过工业化前 1.5℃的目标，未来 10 年全球需大幅减少 CO2 排放[1]。 中国积极实施减缓气候变化的国家战略，提出“力争 2030 年前实现碳达峰、2060 年前实现碳中和” 的目标。根据中国气候变化综合评估模型 C3IAM 的评估结果显示[2]，中国 2060 碳中和目标是超越 2℃，面向 1.5℃目标的深度脱碳行动。 然而，中国实现碳中和目标时间紧，任务重，是一项复杂系统工程。科学制定减排的时间表和 路线图，需要处理好长期与短期、减排与发展、局部与总体的协同关系[3-4]。为此，综合碳中和路径 优化设计的实际需求，本文应用自主设计构建的 C3IAM/NET 模型，综合考虑社会、经济、行为、 1 技术的不确定性对终端用能产品（如钢铁、水泥、化工产品、铝、造纸等工业产品）和服务需求（取 暖、制冷、照明、客/货物运输等服务）的影响，以满足未来各行业产品和服务供给需求为前提，以 需定产，从能源供需系统总成本最优的角度动态优化 2022—2060 年的全行业技术布局，最终提出 多情景下兼顾经济性和安全性的中国碳达峰碳中和时间表和路线图，明确中国碳排放总体路径、行 业减排责任、重点技术规划等多个层面的具体行动方案，旨在为中国引领和参与全球气候治理提供 可操作的方案。C3IAM/NET 模型目前涵盖一次能源供应、电力、热力、钢铁、水泥、化工（乙烯/甲 醇/合成氨/电石等多种关键产品）、有色、造纸、农业、建筑（居民/商业） 、交通（城市/城际，客运 /货运）、其他工业等 20 个细分行业的重点技术[5-18]。本文将重点介绍在各行业共同合作下，以经济 最优方式实现全国总体碳达峰碳中和目标对应的全国及行业时间表和路线图。关于模型方法的具体 介绍以及情景和参数的设定请见本文的姊妹篇（中国碳达峰碳中和路径优化方法） 。 一、中国碳达峰碳中和路径 本节将基于 C3IAM/NET 模型优化结果，对实现中国“双碳”目标的全国及分行业碳排放路径、 碳排放强度和能源结构转型路径等进行介绍。 （一）碳排放总量 2020 年全国能源相关 CO2 排放约 113 亿吨（含工业过程排放） ，煤炭、石油、天然气对应碳排 放占比分别为 66%，16%，6%（图 1），电力、钢铁、水泥、交通等是重点排放部门。若延续当前 发展趋势，全国碳排放将长期维持在百亿吨以上。为促进碳中和目标达成，需在现有减排努力基础 上进一步开展能源系统低碳转型。考虑未来社会经济行为发展不确定性对终端产品需求的影响、能 源系统各类先进技术的发展速度和碳汇可用量的不确定性，图 2 给出了实现中国“双碳”目标的多 种排放路径。2060 年相比于 BAU 情景需进一步减排 80%以上，全国碳排放需在 2026—2029 年间 达峰，能源相关 CO2 排放（含工业过程排放）峰值为 117~127 亿吨。 图1 2020 年全国碳流图（含工业过程排放） 2 200 全国CO2 排放量（亿吨） 十五五期间达峰，峰值为117-127亿吨 150 高需求-高速转型 高需求-中速转型 高需求-低速转型 中需求-高速转型-短平台期 中需求-高速转型-长平台期 中需求-中速转型 中需求-低速转型 低需求-中速转型 低需求-低速转型 低需求-高速转型 中需求-BAU 100 50 0 2020 2025 图2 2030 2035 2040 年份 2045 2050 2055 2060 全国能源相关 CO2 排放路径（含工业过程排放） 当社会经济发展速度适中、2060 年自然碳汇可用量仅为 10 亿吨时（对应中需求-高速转型情 景），为低成本安全实现碳中和目标，2060 年能源系统相关 CO2 排放（含工业过程排放）需降至 21 亿吨左右，电力、钢铁、化工、交通等部门将是排放的主要来源，CCS 技术需捕集 CO2 11 亿吨以上 （图 3a）。该情景下，2025—2035 年间为潜在平台期，2028—2029 年需实现碳达峰，峰值约为 122 亿吨 CO2，2035—2050 年进入下降期，年平均减排率需约 4%，2050—2060 年为加速下降期，年均 减排率需提高至 15%及以上。CCS 将成为中国在以煤为主的能源格局中实现大量 CO2 减排的主要 措施之一，2030 年前后开始大规模部署 CCS，至 2060 年累计捕集 CO2 排放 240 亿吨以上。 为确保全国按时碳达峰，重点行业部门的碳排放达峰时间有所差异。其中，工业行业整体碳排 放（含间接碳排放）需于 2025 年前后达峰，峰值为 80~86 亿吨，2060 年下降至 6~22 亿吨。具体来 说，水泥行业碳排放基本已经达峰，处于震荡时期；钢铁和铝冶炼行业需在“十四五”期间达峰并 尽早达峰；建筑行业预期于 2027—2030 年间达峰；电力行业和关键化工品（乙烯、合成氨、电石和 甲醇）碳排放需在 2029 年前后达峰；热力、交通、农业以及其他工业行业达峰时间相对较晚，但不 能晚于 2035 年。具体达峰时间和路径见图 3b。 3 其他 120 建筑 CO2排放(亿吨) 100 交通 80 化工产品 60 铝冶炼 水泥 40 钢铁 20 热力 0 电力 CCS -20 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2055