重点行业/领域碳达峰成本测算及社会经济影响评估

张 静，薛英岚,3，赵 静，何 捷，李 冰，张鸿宇，袁闪闪，李 勃，黄志辉，翁 慧，邵朱强，曹 东*，张 伟，蒋洪强

1.生态环境部环境规划院，国家环境保护环境规划与政策模拟重点实验室，北京 100012

2.生态环境部环境规划院京津冀区域生态环境研究中心，北京 100012

3.中国科学院科技战略咨询研究院，北京 100190

4.中国建筑材料科学研究总院，北京 100024

5.冶金工业规划研究院，北京 100013

6.中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013

7.中国环境科学研究院，国家环境保护机动车污染控制与模拟重点实验室，北京 100012

8.中国石油和化学工业联合会产业发展部，北京 100723

9.中国有色金属工业协会，北京 100814

政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)第五次评估报告中显示，1880−2012 年，全球平均地表温度上升了0.85 ℃[1]，如果不采取进一步的缓解措施，到20 世纪末，平均气温可能上升2.6～4.8 ℃[2].我国的碳排放量依然处于世界首位，超过了美国和欧盟的总排放量[3].2015 年中国提交《国家自主贡献》，承诺CO2排放在2030 年左右达到峰值，争取尽早达峰.2020 年12 月气候雄心峰会上，我国宣布提高国家自主贡献度，CO2排放“力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和”，并提出构建“1+N”的碳达峰实施方案政策体系[4].2021 年10 月，国务院印发《2030 年前碳达峰行动方案》的通知，提出对能源、工业、建筑和交通等领域提出碳减排的总体部署.分领域分行业实施方案是我国制定碳达峰、碳中和顶层设计重点之一.2020 年，六大行业(电力、钢铁、水泥、铝冶炼、炼油和石化、煤化工)及两大领域(交通、建筑)的能源活动碳排放占到我国能源活动碳排放的90%以上，行业碳达峰需要国家、地方乃至企业投入大量资金，同时，碳达峰行动将重新塑造我国的能源和产业结构，全面推动我国绿色低碳转型和高质量发展[5].科学评估碳达峰路径实施的成本与社会经济影响，可为政府后期制定相应的政策措施提供定量化的决策建议.

碳减排成本核算是碳达峰、碳中和政策的重要内容[6-7].碳减排成本的核算形式包含边际减排成本[8-9]、平均减排成本、增量减排成本、影子价格[10]和碳价格等[11]，测算的方法分为自下而上模型、自上而下模型、混合模型.自下而上的模型可以给出碳减排的技术构成，分析技术的碳减排成本，如节能技术综合成本估算模型、TIMES 模型[12]、LEAP 模型[13]等.节能技术综合成本估算模型适用于发展成熟的行业，基于各种减排技术措施及长期全面的统计数据来核算行业碳减排成本，能够计算包括减排设备投资、节能技术开发、低碳能源替代等减排成本.自上而下的模型可以模拟行业间的反馈和联系，侧重于碳减排政策对宏观经济及产业部门的影响，常用的有宏观经济模型、可计算一般均衡模型等.混合模型则结合了二者的优势，如MESSAGEix 模型，但模型计算随之变得较为复杂.欧美发达国家在出台国家碳减排行动方案时，均考虑了政策实施预计投入的成本.2020年，美国发布《美国零碳行动计划》(America's Zero Carbon Action Plan)，预计2020−2050 年，美国实行重点领域深度脱碳的年度成本约占GDP 的0.5%[14].2019 年，欧盟出台《欧洲绿色协议》(European Green Deal)，预计到2030 年每年将投入约2 600×108欧元[15].行业层面，近年来随着绿色低碳理念的推广，国内外对电力[16-17]、钢铁[18-20]、水泥[20-22]、铝冶炼[23-25]、炼油和石化[26-27]、煤化工[28-30]等重点行业及交通[31-34]、建筑[35-38]等领域的成本已经展开了大量的研究并取得很多宝贵的经验，相关研究在调研实测方法、优化决策模型、能源系统模型和全生命周期理论方面均取得丰硕成果.我国碳排放量大，能源结构以碳密度较大的煤炭为主[39]，且承诺的碳达峰与碳中和时间间隔远短于发达国家[40]，如何在重点行业和领域选取最为经济有效的碳减排措施，是制定我国国家和重点行业碳达峰方案需要重点考虑的关键因素[39].目前对于在碳达峰背景下全行业各减排措施的成本和减排贡献，涉及工业分行业详细措施核算的文献较少，在碳达峰路径方面也缺乏各相关行业之间的统筹考虑.该文定量分析了重点行业和领域碳排放达峰成本和社会经济影响，建立了基于清洁能源降碳、能效提升降碳、资源循环降碳、管理调控降碳等具体措施的重点行业/领域碳达峰成本核算数据库，并采用节能技术综合成本估算模型构建了降碳技术综合成本估算模型，全面系统地核算了我国2025 年、2030 年、2035 年不同阶段的分行业/领域、分措施的达峰成本及单位减排成本，并对重点行业和领域碳排放达峰投资对GDP、就业、产业的影响进行了定量化分析，以期为政府及行业制定碳达峰行动方案及政策措施提供经济有效的建议.

1 方法与数据

1.1 重点行业/领域碳达峰路径成本及经济影响分析框架

该文对接各行业碳达峰措施研究，以2020 年为基准年.通过对全国2021−2035 年实施行业碳达峰路径清洁能源降碳、能效提升降碳、资源循环降碳、管理调控降碳4 类降碳措施的梳理整合，对全国电力、钢铁、水泥、炼油和石化、煤化工、有色6 个重点行业和交通、建筑2 个重点领域进行成本评估，基于各项行业特点和降碳措施，构建了自下而上的降碳技术综合成本估算模型，模型中主要包括了新能源设施投入、低碳技术改造投入、资源循环体系建设投入以及管理手段的投入或补贴4 个方面的成本，主要采用成本系数法进行各项计算(见图1).此外，结合碳减排量综合对比分析得出分行业分措施的单位减排成本.经济影响分析通过投入产出模型计算，主要包括行业碳达峰路径各措施实施对宏观经济产生的影响，主要体现在GDP、产业带动及就业的净影响.投资主体从全社会系统考虑，包括政府、企业和公众.

图1 行业碳达峰成本分析框架Fig.1 The framework of carbon peak costs of industries

1.2 行业成本计算思路范围

以重点行业/领域碳达峰路径的政策措施为对象，该文主要对全国6 个重点行业和2 个重点领域进行成本评估，包含26 个一级措施和59 个二级措施，各行业/领域的碳减排措施如表1 所示.

表1 各行业措施描述Table 1 Detailed measures for each sector

需要说明的是，该文计算的范围主要为直接与碳达峰相关的部分，未包含部分基础设施建设或直接关系较小的部分(即若没有“双碳”目标，此部分仍将增长)，如电力行业电网升级改造投入仅包含了新能源消纳输电通道新建投资及接网投资成本，并未包含其他电网投资成本.此外，该文核算对象为各项措施的初始投资成本，并未包含措施运行相关成本.

1.3 成本计算方法

清洁能源降碳类措施投资成本主要包括非化石能源发电新增装机和配套设施建设、车船铁路电气化、清洁供暖等的费用；能效提升降碳类措施成本包括余热余能利用改造、节能和低碳技术改造等的费用；资源循环降碳类措施成本包括资源回收体系建设和产品高效利用体系建设等的费用；管理调控类措施投资成本包括淘汰落后产能补贴、先进技术研发投入、超低能耗建筑投入、货运运输结构调整的费用.各类型的措施计算方法如式(1)所示：

式中：INTce为新能源设施总投入，108元；INTne为新建或改造新能源设施的投入，如电源新增装机投资、汽车、船舶或铁路的本身电动化改造投资或补贴、清洁供暖设施投入等，108元；INTsf为发展新能源配套的投入，如电力行业灵活性提升投资、交通供电设施投资、清洁供暖管道或电网等投资，108元；NCAP、SCAP 分别为新建新能源设施量、配套设施量，单位均为套；Cne、Csf分别为单位新能源设施建设成本或补贴、单位配套设施建设成本，108元/套；INTtm为技术改造投入，108元；MCAP 技术改造量，套；Ctm为单位技术改造成本，108元/套；INTrc为资源回收体系建设和产品高效利用体系建设投入，108元；CRC 为项目年投资成本，108元/a；Yrc为项目投资时长，a；INTmg为管理调控措施的补贴或推广投资，108元；GCAP 为补贴的淘汰量、推广量或结构调整量，104t；Cmg为补贴标准或单位投资成本，104元/(104t).以上参数系数主要来源于行业协会调研结果、统计年鉴及相关文献，单位投资成本考虑了技术改进所带来的成本降低因素，随技术发展水平、成熟度、建设难度在不同时期有所上升或下降.

1.4 单位碳减排成本计算方法

减排成本是碳达峰路径选择的重要考量因素，如何在减排量一定的情况下，寻求成本最低的减排方案是一个值得探讨的问题.单位碳减排成本表示减排一单位CO2所需要的成本，是技术措施选择的重要定量指标，计算公式：

式中：MACi为技术措施i的单位减排成本，元/t(以CO2计)；INTi为技术措施i的投资成本，元；ΔRi为技术措施i的碳减排量，表示在假设其他措施不变、仅考虑此措施变化下的排放变化量，t(以CO2计).

1.5 经济影响计算方法

行业碳达峰路径实施的经济社会影响主要为在实施过程中对宏观经济、产业结构、税收及就业等方面产生的直接和间接影响.该文将行业碳达峰路径的投资成本作为核算对象，以2018 年中国153 个部门投入产出表为基础，构建了包含产业内部关联波及效应和居民消费诱发效应的投入产出宏观闭模型，在此基础上评估行业碳达峰路径投入对GDP 增长的直接和间接拉动作用，同时根据增加值系数、税收系数、居民收入系数、劳动力占用系数，进一步核算超低排放投入对国民经济不同行业其他方面的贡献作用.当最终产出发生变化时，所引起的国民经济总产出增量(ΔX)的计算公式[41-42]如下：

式中：(I−A)−1为 列昂惕夫逆矩阵；I为单位对角矩阵；C为边际消费倾向；t为边际税收倾向；为最终产品国内满足率对角矩阵，指各行业最终产品中由本国生产的产品所占比例；F为居民直接消费系数列向量，指投入产出表中各行业的居民消费占总居民消费的比重；i′为 单位行向量；为劳动报酬系数的对角矩阵，指由投入产出表中各行业劳动报酬除以总产出得到的系数；ΔYe为固定资产形成或商品服务消费变动的列向量.

2 结果与讨论

2.1 成本计算

我国重点行业和领域“十四五”“十五五”“十六五”期间资金总投入分别为9.3×1012、11.5×1012、13.3×1012元，累计投入34.0×1012元，平均每年投入2.3×1012元，约占年均GDP 的1.5%.其中，我国重点行业和领域2030 年前碳达峰(2021−2030 年)资金投入为20.8×1012元，年均投入2.1×1012元，约占年均GDP 的1.5%.

分行业/领域(见图2、图3)来看，“十四五”“十五五”“十六五”期间电力行业投入17.8×1012元，占比为52.4%；其他重点工业行业投入1.8×1012元，占比为5.3%；交通领域投入8.1×1012元，占比为23.8%；建筑领域投入6.3×1012元，占比为18.5%.其中，我国电力行业、钢铁行业、炼油和石化行业、水泥行业、有色行业、煤化工行业、交通领域、建筑领域2030年前实现碳达峰，分别需要投入10.7×1012、5 050×108、3 715×108、3 289×108、644×108、265×108、5.2×1012、3.6×1012元.这说明资金主要投入到了新能源发电、新能源汽车产业、节能设备制造、绿色建筑、资源回收利用等绿色低碳产业.

图2 “十四五”“十五五”“十六五”各行业资金投入对比Fig.2 Comparison of capital investment in various sectors during the ‘14th,15th,16th Five-Year Plan’

分措施看，电力行业和交通、建筑领域措施的成本普遍高于工业领域措施的成本.电源结构优化、电力系统灵活性提升、交通运输结构调整是成本最高的三项措施，共占总成本的1/2 以上.电源结构优化在2030 年前碳达峰共投入6.59×1012元，主要包括水电、核电、风电、光伏发电和生物质等新能源发电的新增装机投入；电力系统灵活性提升为发展新能源同时推进的配套措施，包括新建新型储能、纯凝机组、抽水蓄能和热电联产灵活性改造等，2030 年前碳达峰共需投入2.29×1012元；交通运输调整主要为铁路专用线建设、大宗货物“公转铁”“公转水”，2030 年前碳达峰共需投入2.42×1012元.工业领域措施成本在2%以下，投资成本最高的措施为炼钢系统能效提升，包括余热余能利用和新增球团矿，2030 年前碳达峰共需投入0.35×1012元.

2.2 单位碳减排成本计算

2030 年前我国重点行业和领域碳减排总量为34.7×108t，电力、工业、交通、建筑4 个领域分别减排25.0×108、5.2×108、1.1×108、3.4×108t，占比分别为72.1%、15.1%、3.1%、9.7%.2030 年前碳达峰电力、工业、交通、建筑单位碳减排成本分别为4 269、2 467、47 869、10 766元/t(以CO2计)，各行业/领域的碳减排措施成本与减排量如图4、5 所示.核算结果显示，工业领域单位碳减排成本远小于电力、交通和建筑领域，从经济角度看是碳达峰减排首选的领域.铝冶炼行业为工业中单位减排成本最低的行业〔624元/t (以CO2计)〕，其次为煤化工行业〔1 767元/t (以CO2计)〕和炼油和化工行业〔1 933 元/t (以CO2计)〕.二级措施来看，上述行业中的废铝回收体系建设、煤化工节能改造等措施减排成本最低，建议优先加以推广.

电力行业单位碳减排成本稍高于工业领域.电源结构优化措施的单位减排成本较低〔4 009元/t(以CO2计)〕；不同电源结构单位碳减排成本从低至高依次为生物质<太阳能<核电<风电<水电，“十六五”太阳能发电成本将进一步下降.建筑领域单位碳减排成本高于电力行业.2030 年前建筑领域分措施单位碳减排成本从低至高依次为低碳清洁取暖<超低能耗建筑发展<既有建筑节能改造<建筑领域可再生能源应用.交通领域单位碳减排成本最高，由于货物运输结构调整的铁路专用线建设成本较高，但短期内减排量相对有限，此外交通配套的充电桩、加氢站建设、机场改造等措施成本也较高，故交通领域单位减排成本最高.

2.3 社会经济影响评估

碳达峰通过促进新能源产业发展、重点工业行业节能、交通运输行业绿色升级以及绿色建筑、绿色基础设施建设等，将刺激经济高质量增长.基于投入产出模型的模拟结果(见图6)显示，2021−2035 年，碳达峰投资累计创造GDP 增长约42.8×1012元(其中2030 年前GDP 增长26.2×1012元)，税收增加3.8×1012元，居民收入增加11.2×1012元，每年新增就业岗位约677×108个，达峰路径带动的绿色低碳产业投入产出比为1.26(即达峰路径投资1 元将带来GDP 增加1.26元)，高于传统基建产业(约1.20)，略低于新基建产业(约1.30)，有利于战略新兴产业发展和经济绿色低碳转型.分行业看，重点行业/领域碳达峰资金投入主要带动了设备产品制造业、矿采选业、金属和非金属产品制造业GDP 的增长，其中设备产品制造业增长主要集中于电气机械和器材制造(占比在1/2 以上)，其余包括通用设备、专用设备、运输设备、电子设备制造等.矿采选业中GDP 增长主要为煤炭采选、石油和天然气开采和金属矿采选等行业，金属和非金属产品中GDP 增长的主要为金属冶炼和压延加工品业，占金属和非金属产品GDP 增长的61%左右.其他行业主要包括了除设备产品、电力、矿采选业、金属和非金属产品、金融、房地产、化工产品、交通运输、农业、轻工业、建筑外的其他工业行业和服务业，占比较大原因在于重点行业/领域碳达峰资金投入同时带动了信息技术服务、综合技术服务、其他制造产品和废品废料、批发零售等行业的增长.

3 结论与展望

a) 该文利用成本分析法、投入产出模型预评估了2021−2035 年六大行业(电力、钢铁、水泥、铝冶炼、炼油和石化、煤化工)及两大领域(交通、建筑)实施碳达峰路径所花费的投资成本、单位减排成本及对经济社会的影响.结果显示，2021−2035 年8 个重点行业/领域碳达峰路径实施 需累计投入34.0×1012元，其中，我国重点行业和领域2030 年前碳达峰(2021−2030 年)资金投入为20.8×1012元，年均投入2.1×1012元，约占年均GDP 的1.5%.

b) 我国2030 年前碳达峰电力行业、工业行业、交通领域、建筑领域分别需要投入10.7×1012、1.3×1012、5.2×1012、3.6×1012元，占比分别为51%、6%、25%、18%，资金主要投入新能源发电、新能源汽车产业、节能设备制造、绿色建筑、资源回收利用等绿色低碳产业.分措施看，电源结构优化、电力系统灵活性提升、交通运输结构调整、交通配套措施、建筑领域可再生能源应用、电力节能改造投资成本较高，6 种措施投资成本占总投资成本的78%.重点工业行业领域炼钢系统能效提升、炼油与化工行业资源回收和产品高效利用体系建设投资，水泥行业先进烧成系统与粉磨技术改造投资成本为最高的3 种措施.

c) 2030 年前碳达峰单位碳减排成本由低至高依次为工业行业〔2 467元/t (以CO2计)〕、电力行业〔4 269元/t(以CO2计)〕、建筑领域〔10 766元/t(以CO2计)〕和交通领域〔47 869元/t(以CO2计)〕.从经济角度，工业碳减排是碳达峰减排首选的领域，其中铝冶炼行业单位碳减排成本最低〔624元/t(以CO2计)〕.其次为电力行业，不同电源结构单位碳减排成本从低至高依次为生物质<太阳能<核电<风电<水电，低碳清洁取暖和超低能耗建筑发展是建筑领域单位减排成本较低的2 个措施.

d) 碳达峰将通过促进新能源产业发展、重点工业行业节能、交通运输行业绿色升级以及绿色建筑、绿色基础设施建设等刺激经济高质量增长.2030 年前碳达峰投资累计创造GDP 增长约26.2×1012元，每年新增就业岗位约677×104元，达峰带动的绿色低碳产业投入产出比为1.26(即达峰投资1 元将带来GDP 增加1.26 元)，高于传统基建产业(约1.20)，略低于新基建产业(约1.30)，有利于战略新兴产业发展和经济绿色低碳转型.

e) 由于数据的可获得性等原因，该研究在系数选取、成本范围等方面仍存在局限性，需要在未来的研究中进一步加强.首先，在成本的计算过程中，应该了解独立于行业碳达峰政策的其他因素带来资金的使用和增长，如技术进步和产业结构调整、经济增长本身带来的成本增加.其次，该文只计算了投资成本，成本范围偏小，导致部分措施单位减排成本可能出现严重低估，如推进电炉短流程炼钢，主要是运行成本较高的问题.再次，各行业成本数据也存在一定的不确定性.该文数据主要来源于各行业碳达峰路径措施，系数主要来自调研数据和经验数据，方法上变化成本的计算多采用系数法，但部分措施的单位投资系数各年度并没有变化，下一步可以选择差别化的系数，以更好地体现各年度之间的差异.最后，该文经济社会影响基于包含产业内部关联波及效应和居民消费诱发效应的投入产出宏观闭模型得到，投入产出模型可以清楚地反映产业链的关系，但缺少负面的反馈，经济社会影响存在一定的不确定性.未来可针对以上问题进一步开展细化研究，提升研究的科学性和精度.