净零碳转型的主要路径及其优化集成

潘家华，陈梦玫，刘保留

（1. 北京工业大学经济与管理学院，北京 100124； 2. 北京工业大学生态文明研究院，北京 100124；3. 中国社会科学院可持续发展研究中心，北京 100732）

全球温升已成为不争的事实，近年来世界各地的局部高温纪录被不断打破。2023 年7 月，全球平均气温飙升至前所未有的17.2 ℃［1］。根据美国国家海洋和大气管理局自1979 年以来地表以上2 m 处的平均气温数据，最热的四天发生在2023 年7 月4 日—7 月7 日，打破了2016年8月中旬创下的16.9 ℃的纪录［1］。虽然气温会有波动，短时局部升温不能代表整体情况，但是从长期趋势来看，地球温升在不断加快。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告结论表明，全球地表温升相对于工业化前已达1.1 ℃［2］。2023 年5 月，世界气象组织（WMO）发布报告称，《巴黎协定》所力争的温升控制目标1.5 ℃，在未来5 年里内的某一年份就有可能出现［3］。全球气候变暖不仅会带来极地冰川融解、海平面上升、生物多样性丧失等不可逆转的负面影响，同时也将对人类经济社会的可持续发展构成巨大威胁。控制全球温升并适应气候变化是全世界面临的共同挑战。

工业革命以来，以煤、石油、天然气为主的化石能源燃烧所产生的温室气体排放是造成全球变暖甚至“全球沸腾”的元凶［4］。要实现2 ℃乃至1.5 ℃的温控目标，需要世界各国加大减排力度，力争到本世纪中叶实现全球净零碳排放。目前已有139 个国家提出了净零碳目标。中国在2020 年宣布将提高国家自主贡献力度，力争2030 年前二氧化碳排放达峰，努力争取2060 年前实现碳中和。碳中和的目标进程就是化石能源减退的进程。国际能源署（IEA）对2050 全球净零碳的能源供给结构进行了展望，强调化石能源占比从2021年的82%减退至2050年的18%［5］。2021年9月《中共中央 国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》中也进行了明确规划，非化石能源在一次能源消费占比从2020年的15%提升至2060 年的80%以上。碳中和作为一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，面向碳中和的净零碳转型需要整个社会的通力配合，多管齐下。当前社会各界对于净零碳转型实现路径众说纷纭，莫衷一是。该研究试图剖析净零碳转型的主要路径，包括生产、储能、消费的核心赛道，要素集成融合的系统优化赛道，高碳化石能源以及碳移除的辅助赛道以及经济社会系统性变革的软实力赛道，并对不同赛道的战略定位进行详细梳理和阐释，为碳中和目标下的净零碳转型提供可供选择的科学路径。

1 净零碳转型的核心赛道：可再生能源的生产、储能、消费

净零碳转型，零碳是关键。只有在能源主体上实现零碳，才有可能实现经济社会发展的净零碳。这就要求零碳能源生产的量要足够，质有保障，而且还要匹配消费需求。

1.1 零碳可再生能源生产之量的拓展：零碳可再生能源赛道

能源是经济社会发展的基础和动力源泉，历次能源革命均带来了生产力的提高和文明的进步。特别是工业革命以来，化石能源的开发利用支撑了人类文明和科技的高度繁荣。但是化石能源的短缺及其环境影响使得推动能源转型替代尤为紧迫。经济社会发展需要的是能源服务，并不是碳，风、光、水、生物质能、核能、氢能都是可供利用的零碳新能源。但是保障经济社会运行和发展，必须要有经济可行、安全稳定、足够的零碳能源的量的产出。单一品种的可再生能源中，水电虽具有经济性和安全性，但是囿于地理空间限制，量级存在缺口；生物质能则存在经济性和量产的双重约束；核能及氢能虽然零碳，但在安全稳定及经济性方面仍存在不少局限，且氢能作为二次能源，可以作为一次可再生能源的转换或者衍生品，这里不作具体分析。技术成熟、产业链完备的风电、光电，伴随着其经济性的提升，为量能的产出扩张提供了动能，良好解决了成本以及量的充裕性问题，因而成为了零碳的终极赛道。

风电、光电与煤电属于同质商品，并且更加清洁、经济、高效。风电及光伏发电经过数十年的发展，不仅技术成熟度高，而且成本也大幅下降。根据国际能源署的核算（图1），从2010 年到2022 年，太阳能光伏发电成本从0.445 美元/（kW·h），降至0.049 美元/（kW·h），下降了90%，陆上风电、海上风电、聚光太阳能成本均有不同程度的下降。国内光伏、陆上风电成本已经低于0.2 元/（kW·h），相对于标杆电价0.35～0.41元/（kW·h）的煤电，即使涵盖部分储能成本，风电、光电也表现出强劲的市场竞争力。风电和光伏发电经济性能的提升，为可再生能源发电产出量能的扩张，提供了市场动能。全球风电、光电发电装机不断增加，2022 年太阳能发电装机容量达到1 185 GW，风电装机容量达到906 GW，占总装机容量的23.9%，比2021年高出2.4个百分点［6］。中国可再生能源电力发展迅速，风电、光电占电力生产总量的份额从2019年的9.7%提升到2022 年的13.9%。国家发展改革委的统计数据显示，截至2022 年底，全国风电、光电装机已经突破7 亿kW；2022 年风电光伏新增装机占全国新增装机总量的78%，新增发电量也占全国新增发电量的55%以上。按照这样的发展走势，到2030年中国的风电、光电装机容量能够达到17亿kW以上，甚至可能达到22亿kW。

图1 不同类型可再生能源的发电成本变化

1.2 零碳可再生能源生产之质的提升：储能赛道

零碳的风电、光电间歇性、随机性和波动性特征明显，即使有了量能的保证和成本的市场竞争力，也难以满足电源和负荷的实时平衡。储能的存在，特别是新型储能系统的出现和完善，能够有效平滑可再生能源的波动性，确保零碳能源电力供应的稳定性，增强能源系统的灵活性，实现可再生能源的大规模接入。如果说可再生能源生产是零碳能源“量”的赛道，那么储能则是“质”的赛道，保障了零碳能源供应的稳定性、灵活性、经济性。

储能形式多样，既包括抽水蓄能、压缩空气储能、重力储能等物理储能形式，也包括磷酸铁锂、铅炭电池、钠盐电池等电化学储能形式，以及氢储能、储热蓄冷、生物质能等。不同形式的储能在储能效率、时长、成本等方面存在差异性，因而能够灵活满足不同场景的储能需求。抽水蓄能是当前最为成熟的储能技术，具备长时型和成本端的优势，运行时间可长达6～12 h，成本在0.25 元/（kW·h）左右，而受整体建设周期过长和站址资源约束，近年来抽水蓄能整体增速放缓。除抽水蓄能以外的储能被称为新型储能，除了商业化应用程度较高的锂电储能外，还包括代表长时储能的压缩空气和液流电池，代表降成本需求的钠离子电池储能以及代表瞬时功率的铅炭电池储能，能够有效适配未来电力系统对于成本控制、长时储能、瞬时功率等方面的不同需求。

随着可再生能源装机及发电规模的不断提升，储能规模也在不断扩大。《零碳中国·新型储能》报告显示，截至2021年底，全球已投运储能项目装机规模约2.1亿kW，同比增长9%。其中，抽水蓄能装机规模约1.8 亿kW，占比首次低于90%。新型储能累计装机规模3×106kW，同比增长67.7%。其中，锂离子电池装机约2 300 万kW，占据主导地位。作为零碳能源革命不可缺少的重要一环，在碳中和导向下，未来储能规模将进一步扩大。根据国际可再生能源机构IRENA 的预测，全球固定式储能（不包括电动汽车）需要从2020 年的约30 GWh 增加到2030、2050 年的745 GWh、9 000 GWh［7］。同时，储能的经济性也将进一步提升，当前平均0.35 元/（kW·h）的储能成本将进一步下降。可以预见，具有灵活性和经济性的储能将成为未来多元化电力系统的压舱石。

1.3 零碳可再生能源终端需求之满足：消费匹配赛道

构建以零碳能源为主体的新型能源体系，除了需要可再生能源生产和储能赛道确保零碳能源供应的质和量之外，还需要能源终端消费同步进行匹配，即交通、供热、制冷、制造等终端消费侧的电力化改造，这是零碳能源的匹配性赛道。在工业文明的发展范式下，经济社会体系中的终端能源消费已被化石能源全面占据。发达国家的现代化建立在高品质化石能源消耗的基础上，包括物质财富的生产、生活品质的保障以及社会治理的高水平，因而发达国家的化石能源消费和二氧化碳排放长期高于发展中国家。但发达国家人口约占全世界人口的16%，地球上有限的不可再生的化石能源不可能支撑发展中国家像发达国家那样依靠化石能源实现现代化。如何提升发展中国家的居民福祉，实现人人享有清洁且便宜的电力（联合国可持续发展目标SDG7），零碳可再生能源电力为此提供了解决方案。零碳能源电力与化石能源电力属于同质产品，不仅能够为经济社会发展提供同样的动能，甚至零碳电力比化石能源电力效率更高，更为清洁、经济，能够全方位、高品质、低成本地满足终端能源消费需求。

交通部门是重要的能源消耗部门之一，以石油为主的能源消费结构使得交通部门碳排放量持续增长。根据国际能源署的统计，2020 年交通运输的碳排放占全球碳排放量的27%左右。中国2019 年交通部门能源相关的碳排放量增至9.5 亿t，较2010 年增长47%，占与能源相关碳排放总量的比例从2010 年的7.5%升至接近10%。交通运输是居民出行和物流服务的基础支撑和重要保障，随着经济社会快速发展以及居民生活水平的不断提高，未来运输需求将进一步增长。2022年，中国民用汽车拥有量为3.12 亿辆，每千人汽车拥有量约为221 辆，对比美日欧等成熟经济体，未来中国民用汽车拥有量至少还会增加一倍。作为一个化石能源储量并不丰富的国家，中国的油气消费对外依存总体上超过一半，原油甚至高达3/4，费用高，能源安全缺少保障。新增的民用汽车关系到居民福祉的刚性需求，不可能也没必要消除，倘若仍然走燃油车的道路，很可能导致对化石能源依赖过高，能源安全无法保障。以纯电动车取代燃油车，是交通领域实现碳中和的必然途径。

建筑部门亦是能源消耗和碳排放的大户。随着居民对生活品质的追求，建筑采暖和供冷需求将不断攀升。提高建筑保温隔热功效是降低建筑用能的一方面，另一方面，更新建筑采暖和制冷方式，以零碳电能取代天然气供暖也是减少建筑部门碳排放的必经之路。目前在建筑采暖和制冷方面已有较为完善的技术，比如地源热泵和气源热泵等。2022 年2 月俄乌冲突发生以来，欧盟从中国进口电热毯、电暖气等电采暖设备激增。中国家用电器协会数据显示，2022 年1 月—7 月，中国出口至欧洲的电暖器、电热毯品类累计出口额分别达到4.9 亿美元和3 340 万美元，电热毯的出口增速达到97%。海关总署数据显示，2022 年7 月，欧盟27 国进口中国电热毯高达129万条，环比增加150%［8］。湖北省孝感市大悟县洪畈村建有一所“全电”校园，校园中所有的终端用能，包括炊事、采暖、制冷，均采用电力［9］。这些案例有力地证明建筑系统的供暖制冷等终端用能可以实现全电力化。

终端消费侧进行电力化替代，与零碳的可再生能源生产、储能一起，构成了一个零碳能源的“产-储-消”闭环，使得零碳的可再生能源能够得以全方位、有效率、高品质、更安全地支撑中国经济社会的高质量发展，助力中国式现代化的实现。中国在光伏、风电、动力电池、新能源汽车等零碳能源生产和终端电力消费产业的产能、产量和市场竞争力，在全球占有较大优势，有的甚至是绝对优势。中国的光伏组件占全球的3/4，装机超过1/3；2021 年中国的海洋风电装机占全球新增装机的80%；2022 年中国新能源汽车产销占全球的60%；中国的动力电池产能和产量，也遥遥领先于世界。从高碳的化石能源赛道切换到零碳的可再生能源，不仅是当前全球应对气候变化的道义使然，同时也为中国换道超车创造了良好契机。当然，也有一些观点质疑零碳可再生能源的全生命周期碳排放，比如光伏组件、风机生产，以及电动车的生产。诚然，这些组件的一些生产过程是高耗能的，但是通过回收报废阶段的材料和部件，部分载能得以循环利用，而且风电、光伏发电能够替代化石能源，理论上100%可再生能源满足生产完全可以实现。已有研究表明，纯电动汽车全生命周期排放量仍然低于混合动力汽车和燃油车（表1）。需要指出的是，生命周期分析有其理性，但忽略了零碳潜力上的本质差异。理论上或实际上，电池制造、汽车部件制造所耗能源均可采用零碳可再生能源。当前在煤电占据主导地位的情况下，电力排放因子较高，但不表明可再生能源电力就不可以100%市场挤出化石能源电力。然而，燃油汽车使用油气而产生的排放，绝对不可能实现零碳。因而，动态地看，从潜力上看，从本质上看，燃油车不可能零碳，而纯电动车可以实现零碳。

表1 不同类型汽车全生命周期排放量/t CO2e

2 净零碳转型的系统优化赛道：零碳可再生能源系统的要素集成融合

零碳可再生能源涉及风、光、水、生物质等种类，需要储能调节，具有荷源二元特征，以及消费的联动，因而区别于化石能源单品种独立使用，需要多能互补，源网荷储将各要素综合集成，优化调控。

2.1 多能互补系统

单一可再生能源难以确保能源供给的稳定性，构建零碳能源系统需要采用多能互补技术，这也是未来新型能源体系建设的发展趋势。风能、光能、水能、生物质能等可再生能源之间的互补，能够在一定程度上形成较为稳定的能源供给，而化石能源的作用在于应急或备用，不宜作为多能互补的主体成分。日间阳光充裕，光伏发电较多；而风力发电则往往相反：日间风力较小，夜间风力较大，因而风电、光电之间具有一定的互补性。不仅如此，太阳辐射能可以直接转换为电力，也可以聚光形成光热，推动汽轮机发电，从而具有燃煤发电的共同灵活性，光热光伏可以互补。水电即使不是抽水蓄能，也具有可调节的灵活性。风电、光电可以形成互补系统，水电也可以和风电、光电等间歇性可再生能源形成良好的互补，在风电、光伏发电充足时将其转变为水的势能，在风能、光能资源不足的时候又可以将水的势能转化为电能。我国抽水蓄能潜力巨大，按照《抽水蓄能中长期发展规划（2021—2035 年）》的预测，到2025 年，抽水蓄能投产总规模将达到62 GW 以上，到2030 年达到120 GW 左右。以浙江省为例，虽然国土面积仅占1%，却有大约3 200 个潜在站点，具备1.1 万GW·h 储能容量，足以支撑我国构建100%可再生能源电力系统［10］。

多能互补能源系统提高了零碳能源供给端的经济性和安全可靠性。多能互补能源系统的建立能够利用各种可再生能源之间的互补性，解决水电、风电和光伏发电的波动性，容纳多种类型的可再生能源，提高能源系统效率，降低单位能源成本，此为其经济性。同时，多能互补能源系统通过多种能源之间的优势互补，将不同种类能源的各自优势发挥到最大，能够解决电力的安全稳定问题，提高供电的可靠性和供电质量。

2.2 “源网荷储”一体化

多能互补是能源供应端的要素集成，“源网荷储”一体化则是整个电力产销链条的要素集成。传统的电力系统构成模式是“源随荷动”，用发电去匹配居民和用户的用电需求。但是随着风电、光电等可再生能源渗透率的提高，以及储能、电动车、充电桩等各种可调节负荷的大规模接入，无论是发电端还是负荷端的预测难度都会加大。未来更大规模的零碳能源与电力系统相连接，会改变当前的电力系统运行模式，需要“源网荷储”一体化发展，才能更好地平衡可再生能源的开发规模与消纳能力，适应未来能源多元化的发展需求。

实现“源网荷储”的一体化发展，一方面要充分发挥储能的荷源二元功能，保障成本低廉、规模不一的光伏能够有效消纳，将太阳能光伏的电量转化为有品质保障的电能。当前90%以上的大规模集中式光伏能够顺利上网，但是随着分布式光伏装机容量的不断增加，特别是户用光伏的增加，储能成为零碳能源利用中的关键一环。2022 年，我国集中式电站装机规模达到36.3 GW，占年度新增装机的41.5%；分布式电站装机规模51.1 GW，占比58.5%，其中户用光伏新增装机容量25.25 GW，占比28.9%，成为新增装机中至关重要的项目类型［11］。大量分布式户用光伏全部上网必然会对当前电网造成巨大冲击，储能的存在有助于大量的微观主体自主发电、自主消纳，增加光伏消纳能力。另一方面，也需要推动电力系统从“源随荷动”转向“荷随源动”，推动当地电网从“消纳”转向“服务”，推动零碳能源从“并网”转向“组网”。风力、光伏资源充足时，就全力发电，采取各种方式消纳储能；一旦风电、光电资源缺乏，可将储存的能源释放，进而构建清洁低碳、安全高效能源体系。

2.3 微单元系统集成

目前，我国光伏和陆上风电成本已经低至0.15 元/（kW·h），海上风电成本也逼近0.30 元/（kW·h）。水电、生物质发电、抽水蓄能、光热发电、压缩空气等长时间大容量储能，可以为电网消纳规模性的风电、光电等间歇性电力提供空间，但数量众多的分布式光伏具有单体零散、微量但集合量大而冲击电网稳定。根据国家能源局公布的光伏装机情况（表2），2022 年，国内新增光伏装机87.41 GW，分布式再次超过地面电站，占比达到58%。与集中式电站不同，分布式光伏发电项目的容量并不高，一般在数kW 以内，输出功率不高，能够实现自发自用，发电用电并存。特别是分布式屋顶光伏，资源潜力丰富，可在不牺牲土地资源的情况下增加零碳电力的供应。

表2 2012—2022年国内光伏新增年装机构成/%

中国有着数以亿计的乡村民居、城镇独栋住房、学校、医院等低层建筑，屋顶光伏生产的电量充裕，但发电量不均。加上当前技术经济性成熟的铅炭电池和汽车电池，储能可以平抑满足数天或更长时间的保供需求。特殊情况不能自我保供则可高价从电网购电，余量零碳电力低价或平价上网满足城市和工业集中用电。这种“光-储-用”一体化的方案最终可形成独立微单元的运行模式，众多的零碳微单元聚合体形成零碳能源微电网、局域网，相对独立并与区域能源网络互联互通，不仅可以形成“零碳能源产用融合综合体”，而且还可以减少区域大电网的装机容量和负荷，推进区域乃至国家层面的净零碳进程。

这样的微单元市场已露端倪，市场竞争力将不断提升。华为公司提出了家庭绿电4.0 解决方案［12］，实现光储一体化发展。屋顶有效面积为55 m2，可以配备光伏组件装机容量为10 kWp，储能容量30 kW·h，目前出口主要针对欧美市场，未来随着配套技术的深入变革，能够更好实现普及和应用。生产储能一体化也能够发挥其商业功能，如中核新华发电集团在新疆莎车县投资建设的100万kW 光储一体化项目［13］，其中储能规模达到20 万～80 万kW·h，实现全容量并网发电，可实现调峰调频、减少弃光，可配合光伏发电部分实现年发电量16.12 亿kW·h。全寿命周期内每年可节约标准煤49.2万t，减少二氧化碳排放134.2万t，减少二氧化硫排放983.9 t，减少氮氧化物排放288.7 t，减少烟尘排放约51.6 t［13］。

3 净零碳转型的辅助赛道：高碳化石能源减退与碳移除

零碳可再生能源的市场竞争力提升，将逐步挤出化石能源。但从化石能源自身看，也不是一步退出，而是国民经济的一些部门可能还需要化石能源的保驾护航，备用应急。因而，化石能源在未来必须要提质增效，按碳中和目标进程有序退出。另一方面，必须使用的化石能源，其排放的温室气体也可以终端捕集、利用和封存。而且，自然生态系统也有碳汇功能，可以加以利用，但这些与零碳可再生能源相比，此消彼长，从属于零碳能源发展，总体上是辅助性的。

3.1 化石能源提质增效有序减退赛道

化石能源提质增效有序减退赛道，是净零碳转型的过渡性赛道，具有时效性，虽不可或缺，但不具备长远性。原因在于，化石能源的清洁高效利用只可以不断低碳，但不可能绝对零碳。发达国家近半个世纪以来的碳排放趋势充分说明了这一点。英国和美国分别于1971 年和2000年左右实现碳排放达峰，但时至今日，迟迟未能实现碳中和，归根结底还是因为化石能源利用的能效提升虽然可以不断降低碳排放，但是难以实现净零碳。党的二十大报告中提出“煤炭清洁高效利用”，化石能源部门对此的解读是要大力发展现代煤化工，走高端化、多元化、低碳化、产业化、园区化、基地化的建设路径［14］。各大能源集团持续投资煤化工项目，现代煤化工四大主要产业——煤制油、煤（甲醇）制烯烃、煤制气、煤（合成气）制乙二醇的产能，在2021 年分别达到931 万t/年、1 672 万t/年、61.25 亿m3/年、675 万t/年。其中，除了煤制烯烃同比保持齐平，其他产能均再创新高。煤炭清洁高效利用开展得如火如荼，但在碳中和的刚性目标约束下，所谓煤炭清洁高效利用应该是提质增效、有序退出。

当前，全球减碳聚焦于化石能源尤其是煤炭。2021年联合国气候变化格拉斯哥大会达成减煤协议，一些国家成立“弃煤联盟”。美国煤炭在一次能源消费中的占比已低至11%，而中国则超过56%。德国尚存4 000 万kW的煤电装机，计划2030年终止运行，其煤电退出成本高达500 亿欧元。中国煤电装机达到11.3 亿kW，并仍处于不断增长之中。据统计，2022 年中国新增核准煤电项目82个，总核准装机达9 071.6万kW，是2021年获批总量的近5倍。而且，西北风电、光电零碳电力东输，为保证电力系统的稳定性，规划煤电占比达到50%。虽然煤电的灵活性有助于消纳不稳定的风电、光电电源，但是需要高度重视煤炭投资的高碳锁定和市场风险，特别是在碳中和刚性目标约束下，2060 年我国非化石能源占比需要达到80%以上。化石能源占比按15%计，如果碳排放因子相对较低的天然气占7%~8%，石油占4%~5%，煤炭可能低至3%以内。2060 年能源消费总量按60 亿t标煤计，实现碳中和目标，煤炭总需求可能低至2 亿t 标煤。继续大规模投资建设煤电和煤化工项目，面临来自国际社会以及市场挤出等多方面的压力。一方面，在国际社会弃煤减碳的趋势下，持续上马煤电和煤化工项目将加大后期实现碳中和的难度，引发国际社会对于中国碳中和目标的质疑。毕竟无论煤炭如何清洁高效利用，最终仍有大量的碳排放。另一方面，煤电及煤化工项目投资动辄上百亿，且运行周期大多跨过2060年，高资本密集和长周期回报的特征使得化石能源项目一旦投产，高碳锁定效应明显，在碳中和目标的倒逼机制下，过早退役必然引致过多资产闲置浪费的金融风险。即使有序退出，参照德国退煤成本匡算，仅退出煤电装机，相关成本可能超过10万亿元人民币。而且，在风电、光电生产加储能的加权平均成本可望低于0.4元和电动汽车全面取代燃油车的情况下，我国的煤电和煤制油面临巨大的市场挤出风险。因此，对于煤电以及煤化工等新的化石能源项目的投资需要持审慎的态度，并且从长远考虑，必须要将退煤纳入统筹谋划。况且，中国也并不是真正的“富煤”，我国的人均煤炭储量远低于世界平均水平，按当前的消费，我国煤炭的储采比，只有40年［15］。

3.2 人工碳移除赛道

人工碳移除赛道是指将已排放的二氧化碳等温室气体进行捕集或利用，或地质埋存以减少大气中温室气体浓度的方案。人工碳移除赛道是标准的工业文明思想下的末端技术解决方案，类同于环保领域的“先污染、后治理”。诚然，人工碳移除方案对于碳中和进程具有应急和备用的潜在功效。但是人工碳移除方案受投资成本、自然空间、资源禀赋等多方面客观因素的制约，虽不可或缺，但难当大任，只能作为碳中和的辅助性赛道，发展潜力和拓展空间极其有限。

碳捕集、利用与封存（CCUS）是人工碳移除赛道的一个重要方向。碳捕集、利用与封存技术经过30 多年的发展，已经取得了一些突破性成果，如二氧化碳驱油、二氧化碳降解塑料等，但是距离规模化、产业化实施仍有较大距离，对于碳中和的作用空间较为有限。第一，从技术的角度，CCUS 包括捕集、分离、运输、利用与封存等环节，每个环节的技术成熟度不尽相同，除了极少数技术实现商业应用外，大部分尚处于研究和示范阶段，并且CCUS 对于碳捕集利用的效率并不高，不能实现100%的碳捕集。燃煤电厂捕集二氧化碳，还需要加装新的装备设施，额外消耗一部分能源。第二，从成本的角度，CCUS 项目的投资额度巨大，动辄数千万甚至上亿。美国Petra Nova Carbon Capture项目，建设耗资超过10亿美元，捕集的二氧化碳用于驱油，石油价格必须保持在75 美元/桶才能达到利润平衡点。华能上海石洞口第二电厂碳捕获项目投资成本约为1 亿元，安装燃烧后捕集装置后，电价从0.26 元/（kW·h）增至0.5 元/（kW·h）。第三，从安全的角度，二氧化碳的地质封存容易受到地震等不可控因素的影响，导致埋存的二氧化碳溢出泄漏，影响周围地区的土壤、地下水以及大气环境，给生物多样性以及人类生存带来灾难性的影响。第四，更为关键的是，地球的地质储存空间有限，不可能无限大量储存每年数十乃至数百亿吨的二氧化碳。因而，CCUS 项目规模较小，大多为十万吨级，最大的也只有百万吨级，与我国百亿吨级的二氧化碳排放相比，存在着多个数量级上的差距。

人工碳移除赛道的另一个重要方面则是碳汇。树木每生长1 m3的蓄积，平均吸收1.83 t二氧化碳，释放1.62 t氧气。随着碳交易市场的不断完善，林业碳汇在应对气候变化、生态惠民等方面展现出一定的发展潜力。但是期望通过碳汇实现碳中和，并不现实。第九次全国森林资源清查成果《中国森林资源报告（2014—2018 年）》显示，全国森林面积22 044.62 万hm2，森林蓄积175.6 亿m3，森林植被总生物量188.02 亿t，森林植被每年全口径的固碳量约4.34 亿t。这与我国动辄100 多亿t 二氧化碳排放量相比，不过是杯水车薪。

4 净零碳转型的软实力赛道：经济社会系统性变革

零碳、减碳、去碳，需要硬技术，需要工程手段，是硬实力的体现。但硬实力的壮大，必须要有政策、信息、服务、金融支、国家合作等软实力的加持。

4.1 经济社会自发性贡献

从能源生产变革带来的自发性贡献来看，其变革路径是从高碳的化石能源整体切换到零碳可再生能源赛道。党的二十大报告中提出，要推进能源革命、规划建设新型能源体系。碳排放的主要源头还是能源，需要控制高碳的化石能源，进而转向以零碳能源为主体的新型能源体系［16］。积极稳妥地推动能源体系的“先立后破”，并不意味着直接“先破后立”，抑或“守成不破”。化石能源如煤炭，需要实现提质增效，减少发电煤耗，充分发挥其自发性贡献作用。2021年，中国和世界的能源结构中，化石能源占比达到85%左右。迈入碳中和时代，化石能源需要根本性变革，占比也将从当前的85%下降到15%左右。当然，化石能源并不是全部退出，更需要的是提高能效，减少其发电过程中造成的损耗。此外，除了能效提升，还可以通过材料工艺的改进来实现节能减排，如建筑领域采用更加环保、污染性更小的建筑材料等。

而消费者消费行为的改变也会为净零碳发展带来强劲而可持续的动能。从消费行为认知上实现化石能源转向零碳可再生能源也需要过程和一定的时间，但零碳可再生能源的生产却有着“化腐朽为神奇”的功效［17］。例如，之前视为农业废弃物的农作物秸秆、动植物废弃物等，需要花费大量的资金处理。而对这些生物质能的多元化利用可以增加就业机会，进而成为经济增长源。居民屋顶、山地、荒漠和海洋等通过光伏发电、风力发电以及农光互补等途径来产生源源不断的零碳电力，也能产生较高的经济效益。例如，华北地区居民屋顶通过安装100 m2的太阳能光伏发电装置，按照装机容量为10 kW计，一年发电量1.3 万kW·h，平均电价0.2 元，可以产生2 600 元的收益。实现传统燃油车向新能源汽车的转变，既是消费行为的转变，也是能源消费的变革。根据公安部交通管理局公布的数据，千人汽车拥有量为220 辆，燃油汽车百公里能耗按8 L 油计，费用约为60 元；而纯电动汽车每百公里能耗约12 kW·h，这部分电力如果由光伏发电，则可低至2.5元。消费行为的改变不仅可以带来消费福祉的改善，也助力碳中和目标实现。当然，部分技术仍有待进一步提高，如电动车出行需要配套的充电桩建设，零碳电力电解水制氢等，未来颠覆性的技术变革也会逐渐解决这些问题。

此外，充分激发农业、林业、其他土地利用等自然生态系统管理的潜力，发挥自然的价值，促进人与自然和谐共生，也是净零碳的重要途径和基本保障。农耕文明时代下，由于生产力水平不高，需要毁林开荒来满足日常的粮食需求，这会造成森林、草原和湿地等自然碳库受损，加剧温室效应。工业文明时代，化石能源大量使用，能源密度高，带来的发展动能强劲。但是人类在征服和改造自然的过程中，会导致生态系统失衡。

按照人类文明演进的进程来梳理，实现人与自然的发展主要有四种解决方案［18］。第一种是自然作为解决方案。此方案强调人与自然共存，如自然保护区、国家公园等。第二种是利用自然的解决方案。此方案强调的是将自然作为人类发展的工具，如自然的农牧林利用、河流交通等。第三种是耗竭自然的解决方案。以化石能源为主的工业文明时代并不是简单地利用自然来获得人类所需的物质和财富，需要耗减、转换自然资产，长期这样会导致自然资产的枯竭。显然，这一方案会加剧人与自然的冲突，并不能实现人对自然的可持续利用，无法助力人类迈向持续的碳中和时代。而第四种是增值自然的解决方案。此方案是通过资金、技术和劳动力投入等，将自然资源加以合理转换和利用，为人类经济社会发展提供价值。增值自然的解决方案是更高层次的，不同于前面提到的基于或者利用的解决方案，实现了固有形态的转变，将原有自然存在的能量，如风、光和水力等变成电能。这又区别于耗竭自然的解决方案，并没有耗减自然资产，是可再生可持续的。由此可见，充分发挥自然生态带来的贡献，以增值自然的方式来推动零碳技术产品、服务的发展，有巨大的市场潜力，并可加以操作和推广。

4.2 碳的信息和服务赛道

实现净零碳转型发展也离不开碳的信息和服务赛道。具体来说，需要统计、核算、盘点、市场和技术，包括各种碳核算、碳监测、碳统计、大数据分析与交易等，这些能为碳中和进程提供客观真实的数据，确保碳中和始终走在正确的道路上。

以未来碳排放空间计算为例，《2022 年全球碳预算》报告中［19］，设置了1.5 ℃、1.7 ℃和2 ℃三种情景。若全球变暖的可能性达到上述温度的50%，以2022 年的排放水平来计算剩余碳预算，全球碳预算或许将在9 年、18 年和30 年内耗尽，剩余二氧化碳排放的碳预算将分别降至3 800亿t、7 200亿t和1 230亿t。2050年实现净零排放则需要每年将人为产生的二氧化碳排放量减少约14 亿t。Global Carbon Project 的统计数据表明，从1850 年开始的化石能源人均累计碳排放量由高到低排列，美国排第一，欧盟排第二，中国排第三。对比前几个排放大国（地区）历年的化石能源燃烧产生的二氧化碳排放数据，可以发现，随着时间推移，中国的排放量会逐步超过欧盟，用十年左右的时间，能够超过美国，成为第一大累计碳排放量大国（图2—图4）。这清晰地反映了化石能源带来的碳资产风险。只有基于这些碳的数据与信息，碳中和的进程才能不走偏。

图2 1850—2021年历史累积化石能源CO2排放量

图3 历年化石能源二氧化碳排放量

图4 历年化石能源人均二氧化碳排放量

4.3 经济社会系统性变革赛道

净零碳发展是一种发展范式的转型，将带来生产关系和生产方式的革命性转型，终结化石能源的地缘与资本垄断。生产资料的所有制关系是人们进行物质资料生产的前提，决定生产、分配、交换和消费关系。对于化石能源，矿藏的煤炭、石油、天然气，皆可垄断。地下矿藏国家所有，居民无使用权、收益权。但是，对于可再生能源而言，无法垄断无处不在的太阳光和风能。而对于发展光伏所需的地表所属也有官方的界定，根据中华人民共和国宪法第九条规定：矿藏、水流、森林、山岭、草原、荒地、滩涂等自然资源，都属于国家所有，即全民所有；由法律规定属于集体所有的森林和山岭、草原、荒地、滩涂除外。分布式光伏所需的屋顶，所有者拥有其使用权。生产资料所有权的改变使得产品分配和交换的方式也发生改变，进而使得整个社会生产发生重大变革。

除此之外，有序实现化石能源的逐步退出，能够更好实现多重红利的释放［20］。目前化石能源使用仍然具有一定的市场惯性，但需要明确这种继续大量使用带来的风险性。首先，根据表3 数据，中国石油的对外依存度超70%，这会对供给需求带来较大的风险。其次，投资金额巨大。如果将中国每年花费在石油进口上的约2 万亿人民币用来投资零碳可再生能源，带来的边际收益也会愈加明显。此外，从公正转型的角度来讲，石油产业形成的工作岗位高资本密集，发挥作用有限，如果转向零碳可再生能源，则可以在产业链的上下游产生更多就业岗位，并且是零污染。从这些方面来讲，实现化石能源的有序退出，减少石油消费，能够更好地释放多重红利。

表3 2016—2022年中国油气进口情况

零碳能源的生产与消费，是经济社会广泛而深刻的系统性变革，是新增长方式的动力源泉。从垄断科层到分散扁平的可再生能源，垄断利润被瓦解，生产资料占有由原来集中式、中心化程度较高的大规模生产模式，转向分布式、去中心化、小巧灵活的生产方式。所得利润也归个人所有，财政税收有了大幅提升，民生福祉得到保障。从高碳化石能源到零碳可再生能源发展的轨道切换，需要从财政、税收、国防、外交、安全、科教等方面入手，通过系统性变革的政策体系冲击与重构，达到红利释放、风险规避的目的。

4.4 国际赛道

中国加快能源转型的步伐，变轨走向净零碳发展，既能确保能源的生产端和消费端使用更加安全、经济和清洁，也方便提供更公平和合理的就业岗位，从而能够进一步走向世界，助力全球净零碳目标实现。

一方面，中国的风电和光伏技术领先全球。2000年，中国陆上风电装机容量为35.2万kW，仅占全球装机总量的2%，相比印度只占其1/4；海上风电装机为零［21］。2022年，中国新增吊装容量48.8 GW，占全球装机的一半以上，超过美国近40 GW；全球海上风电总装机为64.3 GW，中国占比达到49%，中国的风电市场竞争力凸显。2022 年，全球十大风电新增装机企业中，中国有6 家。其中，金风科技以12.7 GW 的装机容量位居第一，远景能源排名第四。未来五年全球风电新增并网容量将达到680 GW，其中，中国将发挥至关重要的作用。到2030年，中国预计年新增装机70~80 GW［22］。

此外，将风电装机所需的装置进行细分，无论是陆上风电还是海上风电，中国风电组件技术的制造能力占比均超过50%，海上风电所需叶片装置制造占比甚至高达83%（表4），这表明中国风电供应链制造能力处于世界领先地位。通过跟踪风能组件的全球贸易流量（按美元计），中国也是风力涡轮机部件生产的主要参与者，在全球制造业总份额中占60%以上。由于叶片、机舱、平台、塔架和船舶等涡轮机部件的运输成本较高，其全球产量中只有不到五分之一在区域间交易，而中国在区域贸易中占据重要比重。

表4 2021年风电技术组件的制造能力/%

中国不仅在风电领域优势明显，在光伏领域也成为最大的全球供应商，支撑全球太阳能光伏供应链各个环节的正常运行。IEA 发布的统计报告显示［23］，中国的光伏组件生产能力达到340 GW/年，超过全球光伏组件安装量的两倍。2021 年，太阳能组件的产能利用率在40%~50%之间。剖析太阳能光伏供应链的全球贸易量流向，除了北美以外的所有市场，中国均能够实现直接供应。尽管美国会对来自中国的太阳能光伏元件征收相应的进口关税，中国通过积极投资和扩大东南亚市场的生产能力，来满足供应需求，并出口美国，摆脱进口关税制度的限制。2021 年，中国在硅片、电池、组件等关键光伏部件上的产量和产能均超越其他国家（表5）。欧洲和美国等地区越来越依赖中国的光伏组件出口来满足其需求。

表5 2021年太阳能光伏组件的生产能力和产量 /%

2022 年，中国光伏组件出口量为154.5 GW，同比增长了53.8%。十多年来，出口量和出口额均呈现逐步增长的趋势。2022年，中国光伏产品（硅片、电池和组件）出口额达到500.3 亿美元，同比增长了72.9%，最大的出口市场是欧洲。此外，2022年国际能源署发布的《太阳能光伏全球产业链特别报告》显示［24］，到2025 年，在太阳能光伏产业供应链上，中国将成为全球市场中不可缺少的重要组成部分。2022年欧洲光伏装机需求为40~50 GW，仅仅依靠自身光伏制造产能完全无法满足要求。当然，欧洲为了重振本土光伏制造、分散光伏供应链，设置绿色新型贸易壁垒，如碳足迹认证、能源标签工作计划等。美国作为除中国外的最大单一光伏装机市场，也通过“双反”调查、《涉疆法案》等各种贸易壁垒手段来打压中国光伏市场。这些措施对中国光伏企业来说，既是障碍也是挑战、机遇。光伏企业要更加重视海外市场的开拓，加强供应链碳足迹的管理，使其技术竞争力处于领先地位。

另一方面，中国在零碳终端消费方面市场竞争力亦凸显。根据国家发展改革委的统计数据，截至2022年底，中国电动汽车保有量约有1 310 万辆，超过世界总量的一半，约占3/5。中国汽车工业协会的统计数据显示，随着近三年的快速发展，2022 年中国汽车总产量为2 702.06万辆，其中新能源汽车约占26%，为705.8 万辆。对比国务院办公厅印发的《新能源汽车产业发展规划（2021—2035 年）》，提出到2025 年电动汽车在新车市场中占比达到20%左右，显然2022年就已达到。

从锂离子电池和电动汽车的全球贸易流量走向来看，2021 年中国在全球电动汽车和电池市场中的份额占比超过50%（表6），欧洲是中国主要的出口市场，其生产电动汽车所需电池有将近25%来自中国。国内电动汽车产业得以快速发展，离不开自2009 年起实施的国内电动汽车购买激励政策，以及逐步推出的针对电动汽车消费免税政策。IEA 发布的《全球电动汽车展望2023》指出［25］，中国、欧洲、美国分别位于世界电动汽车销量的前三位。2022 年，全球电动汽车销量首次突破1 000 万辆，乘用车1 031 万辆，电动汽车保有量达到2 600 万辆。全球电动汽车新车渗透率达到14%，其中，中国占据首位，占比达到全球电动汽车销量60%以上。从2023 年1—5月数据来看，全球动力电池装车量237.6 GW·h。全球前十名企业中，中国企业仍然占据六席，总市场占有率高达62.7%。宁德时代的全球动力电池装车量同比增长59.6%，达到86.2 GW·h，市场占有率高达36.3%。

表6 2021年电动汽车和电池零部件的生产能力和产量

当然，随着中国在风电、光电储能的投资规模、技术发展以及产能产量等在世界上所占比重越来越大，更需要制定相应的标准规则和输出标准，提高原创能力，将零碳制造业打上中国烙印。尽管现在美国等国家开始力主打造本土供应链，但中国相关企业仍可以发挥优势，在全球开拓更广阔的市场。全球各个国家要实现碳中和的目标，离不开中国的光伏、风电等零碳能源技术支持。中国企业要坦坦荡荡地走向世界，与更多的国家和地区积极合作，联手推进零碳发展。

前文提及，欧盟以及一些国家对中国产品提出了更高的碳足迹要求，设置一些绿色门槛，这从侧面反映了制定标准的重要性。比如，中国的光伏产品在全球的市场占有率高达70%，但缺乏完善的标准规范，并输出到其他国家。中国的可再生能源发电占比愈来愈高，但是有关绿电交易、碳市场、绿证等一系列政策并没有及时更新完善。因此，中国零碳产业发展更需要制定好自己的标准规范，做好自主研发和创新，发挥自身独特的优势，并突破化石能源供给的垄断思维，助力全世界走向净零碳。

5 结论及展望

碳中和是一场经济社会的系统性变革，核心在于转变能源赛道，从高碳的化石能源转为零碳的可再生能源。风电、光电等可再生能源发电成本的降低为零碳能源量的产出提供了市场动力，储能的发展为可再生能源的稳定供应提供了保障，消费端电力化改造使得能源终端消费能够与零碳电力得以匹配，由此形成了零碳可再生能源“产-储-消”的完整闭环。多能互补、“源网荷储”一体化以及更高阶的微单元系统集成融合，构成了净零碳转型的系统优化赛道，有效支撑净零碳的转型。而高碳的化石能源提质增效有序减退赛道，以及人工碳移除赛道，作为净零碳转型的辅助赛道，虽不可或缺，但难当大任。净零碳转型的软实力赛道、经济社会系统性变革赛道，包括经济社会自发性贡献赛道、碳的信息和服务赛道、经济社会系统性变革赛道以及国际赛道与净零碳转型息息相关，相辅相成，在实现碳中和目标的同时，助力高质量发展以及中国式现代化的实现。此外，无论是净零碳转型的核心赛道、系统优化赛道，还是辅助赛道和软实力赛道，各个赛道之间应该互为补充，共同发力，形成集生产、消费于一体的系统优化集成的综合能源解决方案。实现净零碳转型不仅需要对各个赛道进行优化和提升，更需要不同技术的综合集成，如零碳能源生产技术、储能技术应用，这样才能确保净零碳转型能够顺利实现。

碳中和进程道阻且长，无论是化石能源的有序减退还是零碳可再生能源系统的逐步建立，都不可能一蹴而就，既需要“风物长宜放眼量”的格局，也需要“不畏浮云遮望眼”的定力。在可再生能源赛道上中国已经有了良好的基础，更需抓住碳中和的发展机遇，打造新的科技、经济增长极，借助全球应对气候变化的良好契机，实现经济社会的高质量发展。