碳达峰碳中和路径优化方法研究
时间：2023-06-07 19:30:19 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
何嘉欣
（广州欣达环保科技有限公司，广东 广州 510000）
我国力争于2030 年、2060 年实现碳达峰及碳中和目标。而广东省作为我国制造业大省，是我国第一批低碳试点的省份，在落实双碳目标中，广东省面临较大挑战，但通过气候变化应对工作的开展，全省已拥有碳达峰的条件。本文以广东省为例，对碳达峰碳中和路径优化方法展开分析。
广东省作为我国经济大省与制造大省，在落实双碳目标时面临较大挑战。统计数据显示，广东省石化能源消费量在总能源消费中占比超过70%，这说明全省以化石能源为主的能源消费结构尚未改变。
根据2011—2020 年广东省统计年鉴数据，在广东经济发展中，能源消费总量标准煤吨数呈现上涨趋势，从2.55 亿t 增长至3.41 亿t，同时二氧化碳排放量也处于增长状态，由4.78 亿t 上升至5.56 亿t，具体如图1所示，因此可知，广东省能源消费总量与碳排放量均在持续上涨中，特别是第二产业。通过分析我国碳核算数据库，广东省碳排放量较高的行业有电力蒸汽热水生产供应业、非金属矿物制品业以及黑色金属冶炼加工业等，具体如图2 所示。
图1 2010—2019 年广东省能源消费与碳排放总量
图2 广东省碳排放量较高行业
从碳排放强度指标上看，广东省2010—2020 年这十年期间的碳排放强度有所降低，总计下降44%左右，以出色的成绩完成我国有关节能减排的目标。但在广东省经济发展中可能出现碳排放强度下降难度越来越大的问题[1]。
广东省作为我国第一批低碳试点的地区，通过气候变化应对工作的开展已拥有碳达峰的条件：①广东省经济发展水平较高，全省2020 年GDP 为1.28 万美元，第三产业占比超过55%，而且常住人口城镇化率达到74%，于是初步形成以现代制造业与服务业为主和以新兴产业为先导的产业结构，并且与国外碳达峰时经济水平相接近。②广东省能源结构在不断优化中，到2020 年为止，全省清洁能源比例显著提升，新能源发电装机规模超过6000 万kW。③碳交易市场在稳步发展中，机制建设取得良好成果，全省2020 年在碳排放管理与交易市场中纳入200 余家控排企业，碳排放额共计1.72 亿t，全省节能减排意识大幅提升，各企业陆续推动节能减排技术革新。
2.1 模型构建
本文应用气候变化综合评估模型中的能源技术模型（C3IAM/NET）展开研究。现阶段C3IAM/NET 模型中涵盖一次能源供应、电力、化工、水泥、农业、钢铁等20个行业的重点技术，总计达800 余类。由于社会消费需求、技术效率、资源供给影响着能源需求，所以模型首先对社会经济动态变化进行综合考虑，其中包括经济发展、产业升级、城镇化与老龄化加速等，进而预测各终端用能行业产品与服务，并以需求为限制对重点技术成本展开动态变化分析，针对终端用能行业分别构建技术优化模型，以此对各行业实现服务供给目标的技术动态路径和碳排放变化过程进行模拟，集成终端用能行业对一次、二次能源的应用函数构建终端行业能源需求及其加工转换行业的平衡联系，从而优化能源加工转换行业技术布局，最终在统一模型框架中纳入以上内容，实现能源加工转换及使用到回收治理全过程及行业生产服务全链条的耦合，从而形成C3IAM/NET 模型。这一模型输出结果包括多方面，其中涵盖技术成本与布局、二氧化碳排放、一次能源与二次能源需求等内容。模型框架具体如图3 所示[2]。
图3 碳排放交易体系框架
2.2 情景设计
本文基于碳达峰碳中和路径的不确定性特点对情境展开设计。在碳达峰碳中和情景设计中，以2020～2060 年间为主要的测量目标时间。由于碳达峰碳中和情况会发生比较复杂的变化，因此针对相关情况进行情景设计。在设计过程中需要最先针对情境中相关的需求情况进行全面建立，一般情况下可针对碳达峰与碳中和情况设置高、中、低三种不同需求的情景。其中第一种情景设计按照时间节点，在2060 年时整体碳的可用量达到最低，整体碳能源使用比较紧张。为保证碳使用的合理性以及科学性，将重心放在节能减排方面，降低在生产过程中的排放量，进而保障煤炭能源使用的安全性以及促进碳使用发展。由于碳使用过程中的比例并不相同，因此需要针对相应的碳汇情况进行分析，其中涉及煤炭生产的碳能源在使用过程中比例升降的情况，需要使用不同平台期作为第一种情景中的分情景来判断。第二种情景是在2060 年时，整体的碳汇用量处于中间范围内，在该种情景中整体碳达峰碳中和情况处于转型的中间阶段，整体并无明显特点。第三情景是在2060 年中，碳汇用量达到最高，说明当时的整体能源转型情况是不同的，并且整体能源系统转型速度相对较慢。为能在预计时间内实现碳中和目标，需要能源系统针对低碳使用计划以及能源转型情况进行全面优化，使其能够实现最优路径中的节能减排，促进整体能源系统使用转型[3]。
3.1 引用先进技术，提高能源利用率
为降低广东省碳排放量和落实碳达峰目标，提升能源利用技术水平是其根本手段。通过应用先进技术实现对能源的有效利用，比如针对能耗较高的水泥行业加快技术革新，逐步更换改造落后的生产设备及生产技术，使用先进技术挖掘广东省能耗较高企业的减排潜力，以此减少碳排放量。此外广东省作为第一经济大省，全年用电量居高不下，在保证广东省日常生活和生产的基础上要提高煤炭能源的利用效率，借鉴并且引进发达国家可提升能源效率的前沿技术，以减少能源消耗及降低碳排放。
3.2 优化消费结构，推广可再生能源
我国提出将于2030 年实现碳达峰目标，为了积极响应这一号召，广东省要对煤炭消费比重进行严格控制，开展绿媒、节煤、替代煤等工作，同时转变能源消费理念，坚持先立后破，促进广东省综合能源体系转型升级，以能源消费与能源强度为入手点，加大绿色新能源开发力度、勘查力度以及投资力度，推动水、风、氢能等高效利用技术革新。针对广东省非化石能源落实优先发展，增强碳循环效率，拓展再生能源使用范围，减少广东省经济发展对化石能源的依赖性。广东省2022 年发布的《关于完整准确全面贯彻新发展理念，推进碳达峰碳中和工作的实施意见》指出，全省非化石能源装机比重为45%左右，尚需调整优化能源结构，同时要求全省非化石能源装机比重于2025 年达到48%，于2030年达到54%。而这一过程需要政府与市场合作，增强能源综合使用效率。从政府层面来看要大力推广可再生能源，利用法律手段保护能源研发机构产权，并加大对清洁能源项目的投资力度，引进能源专业人才以保障广东省能源结构调整工作的开展。此外广东省要推动清洁能源体系建设，减小煤炭在能源消费中的占比，尽可能应用低碳且发热高的天然气。同时广东省还要结合省内自然资源情况，推广再生能源，比如推进光伏发电建设项目、生物质热电联产建设项目等，以此助力低碳能源结构调整[4]。
4.1 完善产业结构，促进低碳经济发展
广东省政府要结合国家双碳目标规划，探究省内高碳排放行业降低碳达峰的方案计划，明确省内这些行业的碳达峰时间与对应排放量。促进低碳经济发展是广东省可持续发展的路径，但在这一路径实施中政府要平衡经济发展、能源消耗、环境保护三者的关系。①要大力发展新兴产业，提倡产业绿色转型，推动生产性产业低碳发展，增强发展品质，形成绿色产业模式，同时促进生活性产业进步，并结合省内资源与科研优势，有效融合生物经济与数字经济。②提高农业绿色发展质量，实现绿色低碳化农产品，发展生态循环经济，以支撑现代农业发展。我国双碳目标的提出，使得高碳排放产业明显不适合现代化经济的可持续发展。所以广东省要推广清洁能源的应用来实现环境清洁化，通过引入高端产业降低经济增长与碳排放的关联性[5]。
4.2 开展盘查核查，明确行业碳排放量
实现碳达峰和实施碳减排的首要措施为开展碳盘查，这项工作具体是以政府或企业为单位，从原料端计算生产活动及社会各环节中碳排放源所排放的二氧化碳，并核算和校验碳排放量。广东省要在明确碳排放量和掌握二氧化碳排放情况的基础上开展碳核查工作，进而利用碳排放数据对碳达峰和碳减排计划进行合理制定，这也有助于省内各行业低碳思维的形成以及低碳发展理念的树立，同时广东省要鼓励企业实行碳披露，以此促进碳交易市场健康发展。除却考虑原料端之外，广东省还可对碳排放端实行二氧化碳浓度的连续监测，以此获得二氧化碳排放量。通过开展碳盘查、碳核查、监督等工作，保障碳交易市场顺利发展[6]。
4.3 构建定价体系，形成绿色金融体系
随着碳达峰目标的提出，节能减排工作逐渐进入总量调控阶段。我国节能减排采取的主要措施为加强对节能技术的研发与应用，这种调控能源消耗的方式以途径控制为主。对于广东省而言要在成立达峰碳中和工作小组的基础上加强全省碳交易管理，并成立环保及低碳企业联盟，同时要逐步构建涵盖碳排放权交易、碳税等内容在内的碳排放体系，具体如图4 所示。结合我国出台的电力市场改革政策，扩展碳交易行业范围，推动绿色金融发展，通过金融部门对绿色产业进行扶持，加大对支持碳减排金融工具的研发力度。
图4 碳排放交易体系框架
本文以广东省为例，在利用数据详细列举广东省碳排放情况的基础上，通过模型构建与情景设计两方面，探究碳达峰碳中和的优化路径，最终提出广东省碳达峰路径优化的建议，引用先进技术来提高能源利用率，优化消费结构来推广可再生能源。同时提出碳中和路径优化建议，完善产业结构来促进低碳经济发展；
开展盘查核查来明确行业碳排放量；
构建定价体系，从而形成绿色金融体系。
