绿色低碳技术：“双碳”目标的科技支撑

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书名：绿色低碳技术 : “双碳”目标的科技支撑

ISBN：978-7-115-64956-0

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版  权

著    张士汉 温全 洪竞科 张巧显 乔晗 梁鹏 王峣鹏等

责任编辑 刘盛平

人民邮电出版社出版发行　　北京市丰台区成寿寺路11号

邮编　100164 　电子邮件　315@ptpress.com.cn

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内 容 提 要

党的十八大以来，党中央始终保持加强生态文明建设的战略定力，通过采取一系列有力措施，持续推进绿色低碳发展。绿色低碳技术是指能够有效降低碳能源消耗、减少温室气体排放、防止气候变暖的技术，是实现“双碳”目标的关键手段。本书共7章，主要内容包括国家“双碳”目标的时代需求与绿色低碳技术发展概况，化石能源清洁高效利用，可再生能源，氢能，碳捕集、利用与封存，低碳零碳工业流程再造，绿色低碳技术的应用与实践等。

本书可作为普及读物，帮助初学者快速全面掌握绿色低碳技术领域的基础知识，也可作为绿色低碳技术发展政策制定的参考资料，还可作为从事绿色低碳领域相关研究的科研人员以及管理人员的参考用书。

编委会成员

（按姓氏笔画为序排列）

王 灿 王 晨 王 题 王英智

王俏丽 王赫然 毛瑞雪 叶杰旭

刘 祯 刘善斌 闫晋飞 李 磊

杨淳然 束世伟 沈 遥 陈 力

邵诗篇 郑志扬 郑雨茜 赵青悦

赵景开 相晨宇 姜钧译 凌 鹏

郭宝荣 常馨之 鄢洪旭 蔡 甜

黎晓奇 潘 喨

前  言

党的十八大以来，习近平总书记站在国家发展和安全的战略高度，多次对推动我国能源生产和消费革命作出深刻论述，强调“绿色低碳发展，这是潮流趋势，顺之者昌”。2023年12月召开的中央经济工作会议进一步强调，要深入推进绿色低碳发展。

绿色低碳科技作为美丽中国建设的重要保障，是经济社会发展全面绿色转型的关键支撑。新征程上，围绕人与自然和谐共生的中国式现代化对科技的迫切需求，以习近平同志为核心的党中央对绿色低碳科技发展的战略目标、重点任务、人才支撑和管理模式等作出新部署，开启了中国绿色低碳科技发展的新阶段。

本书立足于我国绿色低碳技术的发展现状，围绕绿色低碳理论、技术开发与应用以及工程实践等方面的内容，开展科技支撑“双碳”目标的系统研究。本书全面梳理并概括了当前各类绿色低碳技术，解决了知识点“碎片化”的问题，全面介绍了绿色低碳技术所涵盖的知识要点，旨在帮助读者快速建立起绿色低碳技术的知识体系。本书注重理论与实践的结合，通过大量的案例分析和实践经验分享，让读者能够更加直观地了解绿色低碳技术在实际应用中的效果和价值。本书介绍了国内外相关领域的技术方法，包括碳捕集、利用与封存技术，低碳零碳工业流程再造技术等前沿领域的最新研究成果。本书对绿色低碳技术开展了全面的对比分析，便于读者了解各项技术的发展现状和差异，并学习和借鉴。

本书共7章，详细探讨了我国实现“双碳”目标的科技支撑，分析了国内外的碳排放现状、挑战与机遇，以及高耗能行业的减排路径；介绍了支撑“双碳”目标的绿色低碳技术体系，包括化石能源清洁高效利用，可再生能源，氢能，碳捕集、利用与封存，低碳零碳工业流程再造；同时，以技术应用案例的形式具体介绍各类绿色低碳技术的应用与实践情况，包含绿色工厂、绿色工业园区、绿色电力体系、能源互联网等。

本书基于作者近年来在绿色低碳技术领域的研究工作及成果，由浙江工业大学张士汉教授团队、清华大学温全副研究员团队、重庆大学洪竞科教授团队、中国21世纪议程管理中心张巧显研究员、中国科学院大学乔晗教授团队、中国联合网络通信集团有限公司教授级高级工程师梁鹏及上海理工大学王峣鹏博士联合撰写。

本书的研究成果受到国家自然科学基金青年科学基金项目（72203082）、国家自然科学基金重大项目（72192843）以及国家社会科学基金哲学社会科学领军人才项目（22VRC055）的资助，在此表示感谢。

由于作者水平有限，书中不足之处，敬请读者批评指正。

作者

2024年8月

双碳，即碳达峰与碳中和的简称。“双碳”目标是党中央应对全球气候危机、推动生态文明建设、促进能源转型、推进国内经济高质量发展所作出的重大战略决策，具有广泛而深远的意义。绿色低碳技术是指能够有效降低碳能源消耗、减少温室气体排放、防止气候变暖的技术手段。从短期看，处理好经济转型发展与碳约束的矛盾亟须技术支撑；从中期看，推动经济保持低碳、脱碳发展最终要依靠科技；从长期看，提升我国在国际低碳市场的竞争力关键在于技术水平。目前，世界主要国家、国际组织已将绿色低碳技术作为“双碳”目标实现的重要保障。

1.1 全球碳排放与“双碳”目标

1.1.1　全球碳排放与“双碳”目标背景

由联合国倡导、全世界178个缔约方共同签署的《巴黎协定》于2016年起实施生效，该协定提出“全球各国尽快实现温室气体排放达到峰值、21世纪下半叶实现温室气体净零排放”的发展目标。为推动《巴黎协定》有效实施，第26届联合国气候变化大会（COP26）于2021年10月31日至11月13日在英国格拉斯哥召开。此次会议是全球层面上最新一次标志性的“双碳”目标行动，197个与会国家签署了《格拉斯哥气候公约》，就《巴黎协定》实施细则达成共识。另外，114个国家还签署了《关于森林和土地利用的格拉斯哥领导人宣言》，承诺到2030年停止砍伐森林，扭转土地退化状况，这些成果对于推进各国落实“双碳”目标具有积极意义。

为此，世界各国政府相继出台“双碳”目标的国家战略，新增或更新国家碳减排目标，构建并布局零碳的未来蓝图。根据英国智库能源与气候情报部门（ECIU）发布的“全球零碳追踪计划”，截至2022年5月，已有114个国家提出碳中和或温室气体净零排放的战略目标，这些国家代表了全球90%的经济总量、85%的人口以及88%的碳排放量；此外，有75个国家提出其他不同程度的碳减排战略目标。

世界各地的许多政府和企业已出台“双碳”目标发展措施，承诺为减缓全球变暖、发展绿色经济做出努力。与此同时，全球碳排放增长趋势有所减缓，2020年，全球化石燃料二氧化碳排放量较2019年减少约5.6%。然而，全球平均二氧化碳浓度继续升高的长期趋势并没有变化，按照当前形势及各国已承诺的“双碳”目标，距离实现“1.5 ℃全球温控目标”仍有较大差距，无法有效规避气候灾害及其对自然和人类社会造成的巨大风险。联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第六次评估报告于2022年发布，重申了人类活动对气候变暖的确定性影响，评估了气候变化对自然和人类社会将造成的巨大损失，评估了全球减缓和适应气候变化工作的已有进展及长期影响，敦促全球各国抓住窗口期，在未来几十年内大幅减少二氧化碳和其他温室气体净排放量。

1.1.2　全球“双碳”目标新进展

全球“双碳”目标已取得部分阶段性进展，并在气候协定、绿色复苏、能源安全等多重背景下，开启了新一轮发展浪潮。这些新进展突出体现在：全球碳排放增长呈现放缓态势，煤炭的能源地位下降；全球碳市场数量增加和规模不断扩大，碳排放权国际流动势头逐步显现；后疫情时代绿色经济复苏的需求上升，减排成本效益的预期更加积极，以风险投资为代表的企业界将在全球经济脱碳中发挥重要作用。

1. 全球碳排放增长放缓，能源脱碳得到更多响应

尽管2010—2019年的全球人为温室气体净排放总量持续上升，但是其年均增长率已降低至1.3%，较2000—2009年间的年均增长率2.1%呈现放缓态势。2010—2019年，全球能源强度［单位国内生产总值（Gross Domestic Product，GDP）一次能源消费量］年均减少2%，能源碳强度（单位GDP一次能源消费量产生的二氧化碳量）年均减少0.3%。2005年以来，全球范围内已有至少18个国家实现了持续10年以上的绝对减排。

能源部门贡献了温室气体排放总量的约1/3，因此全球碳排放增长趋势放缓在很大程度上得益于能源系统的优化。一方面，低排放技术（low-emission technology）的创新和传播得到政策支持，清洁能源生产成本持续下降。2010—2019年，太阳能发电成本下降85%、风能发电成本下降55%、锂电池发电成本下降85%。另一方面，清洁能源和节能减排投资力度提高。同样在2010—2019年期间，全球太阳能装机容量增长10倍以上，电动汽车产量增长100倍以上。因此，全球范围内清洁能源使用量快速增加，化石能源消费占比下降，能源碳强度得到降低。根据国际可再生能源署（IRENA）发布的《2022年可再生能源统计年鉴》，截至2021年年末，全球可再生能源发电装机容量达到30.64亿kW，可再生能源发电量在全球总发电量中的份额上升到38.3%。

在新一轮“双碳”目标下，第26届联合国气候变化大会促成了一系列能源脱碳成果，象征着煤炭的能源地位很可能会继续下降。首先，英国牵头倡导了“全球煤炭向清洁能源转型声明”，签署方承诺结束煤炭投资，扩大清洁能源规模，世界主要经济体到2030年、其他相对落后的国家到2040年淘汰煤电。其次，法国、丹麦等11个国家宣布成立“超越石油和天然气联盟”，旨在设定国家油气勘探和开采的结束日期，终止所有新的、涉及石油和天然气的特许权、许可和租赁。此外，美国、加拿大等国家和一些公共金融机构签署了联合声明，承诺在2022年前停止对没有减碳措施的化石能源项目的直接公共投资，优先支持向清洁能源的转型。

除了政府层面的能源脱碳声明，越来越多的企业也开始倡导在业务中使用可再生能源。例如，苹果、微软、通用汽车等全球110多家企业加入了“RE100”企业联盟。该联盟的目标是在业务中全部使用可再生能源。

根据IPCC第六次评估报告预测，如果各国切实执行减排倡议和承诺，在实现有效控温目标的预期路径中，全球煤炭资产将在2030年前面临搁浅风险，而石油和天然气资产在21世纪中叶也将面临搁浅风险，同时，化石燃料的国际贸易量将会逐步减少。

2. 全球碳市场加速建设，温室气体排放成本上升

碳排放交易市场作为世界各国控制温室气体排放的主要经济手段之一，近年来发展势头迅猛，数量不断增加，覆盖范围加速扩大。根据国际碳行动伙伴组织（International Carbon Action Partnership，ICAP）统计，自2005年全球第一个碳市场——欧盟碳排放交易体系正式启动以来，目前全球共有25个碳市场正在运行，覆盖全球温室气体排放量的17%。仅2021年启动交易的国家级碳市场就有3个，分别为我国的全国碳排放权交易市场、德国国家碳市场和英国碳市场。此外，另有22个碳市场正处于建设或筹备阶段，覆盖范围向南美洲和东南亚地区延伸，例如哥伦比亚、印尼、越南等国家。截至2021年年末，全球碳市场已累计筹集资金1 610亿美元。这些拍卖收入可以增加公共财政收入，用于支持清洁能源、节能减排、低碳创新等“双碳”目标措施的执行。

随着世界各国“双碳”目标实施的深化，全球各个碳市场的碳价总体呈现上升趋势。特别是在各国相继公布新一轮碳中和（或零碳）目标的战略背景下，市场预期碳排放权配额总量将会下降，因此，2021年碳价大幅提高，各国温室气体排放成本急剧上升。其中，全球交易量最大的碳市场——欧盟碳排放交易体系的配额价格突破100美元/t，创历史新高，比2020年价格翻一番；北美两大碳市场（WCI和RGGI）的碳价较2020年上涨70%。我国的全国碳排放权交易市场于2021年下半年启动交易，年底收盘价为54元/t（约合7.5欧元/t），比开盘价上涨约13%。

全球碳价仍然存在上升空间。经济合作与发展组织（OECD）数据显示，碳价每上升1欧元，会使二氧化碳排放在长期内下降0.73%。世界银行围绕碳定价指出，要实现《巴黎协定》提出的地球气温上升目标，各国的碳价水平需要定在40～80美元/t。国际货币基金组织（International Monetary Fund，IMF）副总裁李波在博鳌亚洲论坛2022年会上提出，IMF对碳定价的一些分析表明，为了实现在21世纪中叶控制气温上升1.5～2 ℃的目标，在2030年前完成25%～50%的全球减碳任务，2030年全球平均碳价需要达到70 美元/t。2021年，路透社对来自世界各地的多位气候经济学家进行了提升碳价的民意调查，结果显示：为了实现2050年净零排放目标，60%受访专家认为全球平均碳价需要提高到100美元/t。

在全球统一碳市场建立方面，《巴黎协定》第六条曾提出设想，通过建立一个由联合国监督的国际碳交易市场，减排成本低的国家可以将自己的减排量在国际市场上售卖转让给减排成本高的国家，从而实现碳排放权在全球的最优配置，形成最低成本的减排路径。然而，该条协定在实施细则上存在不少遗留问题。2021年，《格拉斯哥气候公约》议定了全球碳市场的基本制度框架，明确了国际碳交易中的双重核算、征税等问题的解决方案，计划通过促进不同区域碳市场间的碳信用额度交易来实现全球气候目标。虽然建立全球统一碳市场在碳配额、统一碳价等方面仍存在难以克服的约束，但是预期未来全球各碳市场会进一步加深合作，实现碳排放权在国际上的流动。一些已有的动向包括：碳价相近的不同国家/经济体碳市场进行连接，使碳价趋同，如2020年瑞士碳市场与欧盟碳市场完成了连接；2021年7月，来自中、美、欧三方的高级别政府官员、学者以及来自国际货币基金组织、经济合作与发展组织等国际机构的代表举行线上会议，旨在共同推动形成全球性碳定价机制。

3. 寻求绿色经济复苏，“双碳”成为重要竞争领域

自欧洲“绿色新政”提出、全球各国绿色发展浪潮开启以来，国家实施“双碳”目标发展战略的主要动机一直在于谋求绿色经济可持续增长。也就是说，“双碳”目标是一项“新的增长战略”，目的是在应对气候变化、实现碳中和（或零碳）的前提下，谋求经济发展，在“双碳”目标发展的新赛道占据全球领导者地位。

一方面，在后疫情时代，绿色经济复苏的需求和价值正在显现。例如，欧洲投资银行（European Investment Bank，EIB）发布的《2021—2022年度气候调查报告》显示，大多数欧洲人认为气候政策是经济增长的来源，将创造更多的就业机会，并提高生活质量。英国智库的一些研究结果显示，绿色复苏措施可以带来强劲的经济乘数效应，明智的绿色投资可以为国民经济带来3～8倍的收益；可以在未来10年为英国创造160万个新工作岗位，具体领域包括家庭能源消耗、低碳公共交通、植树和泥炭地修复等。联合国粮食及农业组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）发布的《2022年世界森林状况报告》指出，通过森林养护、土地修复、建立森林绿色价值链等路径，有助于实现经济的绿色复苏。

另一方面，随着人们对气候影响和风险认识的不断提高，“双碳”目标发展路径愈加可行。学界对碳减排的预期成本与收益给出了更加明确的估计：在不考虑气候变化造成的经济损害时，减排行动对全球GDP的总体影响较小，当控温目标设定为2 ℃（置信区间大于67%）时，预计2020—2050年全球GDP仍将至少翻一番，总体增长仅减少1.3%～2.7%，年均增长减少0.04%～0.09%。在考虑气候变化带来的经济损害时，将变暖目标限制在2 ℃的全球成本将低于减缓变暖带来的全球经济效益，如果将全球碳排放峰值控制在2025年之前，那么会需要更高的前期投资，并带来更大的长期经济收益。

除科学研究和行动倡议以外，越来越多的企业期望在全球经济脱碳中发挥作用，气候科技乃至可持续领域获得的风投资金大幅提高。全球最大的资产管理公司贝莱德的首席执行官拉里•芬克（Larry Fink）先后在2021年10月举行的“绿色中东”倡议峰会、2022年度“致首席执行官的新年信函”上表示：气候变化是一个巨大商机，下一个催生1 000家独角兽的领域将是气候科技，这些初创企业从事绿色氢能、绿色农业、绿色钢铁和绿色水泥等技术的开发，帮助世界脱碳并让所有消费者都能负担得起能源转型成本。微软公司联合创始人比尔•盖茨也在2021年的线上气候科技峰会上表示，气候科技领域将获得大量投资资金，产生新一批微软、谷歌、亚马逊、特斯拉式的巨头企业。普华永道在《2021年气候技术状况》报告中指出，目前全球已有超过3 000家气候科技初创公司，其中独角兽78家；气候科技领域在2020年下半年至2021年上半年，获得投资总额达874亿美元，比上年同期增长210%，占当年所有风投资金的14%；美国、欧洲和中国是全球三大最主要的气候科技投资市场。

1.1.3　全球“双碳”目标新挑战

全球“双碳”目标的实施一直面临着诸多挑战，如绿色溢价、能源和技术路径依赖、技术风险与不确定性、消费主义等。其中，多数挑战随着科研、经济、政治领域及公众对气候影响和风险认识的全面提高，以及多年可持续性倡议和行动产生的累积效应而逐渐淡化，如大量气候科技风投资金正在有效降低绿色溢价。与此同时，一些新的挑战正在出现，可以简单概括为：目标收紧、区际失衡、行动落差。

1. 目标收紧：全球控温目标从2 ℃变为1.5 ℃

1.5 ℃全球控温目标是指努力控制全球升温幅度到2100年不超过工业化前的1.5 ℃，是《巴黎协定》设定的长期温控目标。此前，2009年的《哥本哈根协议》提出将全球气温上升控制在“低于2 ℃”的长期温度目标，相关可行性研究及减排措施也均按照2 ℃设定而展开。1.5 ℃控温目标显然是对2 ℃温控目标的强化，实施难度将大大提高。

然而，1.5 ℃温控目标是必要的。2015年，联合国气候变化框架公约组织学界展开评估，通过气候模型预测升温1.5 ℃和2 ℃之间的区域气候特征差异。评估结果认为，以此前议定的2 ℃变暖限值作为“护栏”并不安全，太平洋岛国、撒哈拉以南非洲等脆弱国家无法应对2 ℃变暖水平造成的气候灾难，各国政府应以1.5 ℃为温控目标。IPCC第六次评估报告指出，若全球气温增长超过1.5 ℃，则气候变化产生影响的频率会增快，强度会增大，热浪和风暴的出现更加频繁，将对冰川、沿海等弹性较低的生态系统造成不可逆转的影响，人类生态系统面临的风险也将增加。如果将变暖限制在1.5 ℃左右，那么全球温室气体排放量需要在2025年达到峰值，在2030年之前减少43%，并在2050年左右实现全球二氧化碳净零排放；2050年全球煤炭、石油和天然气的使用量需要大幅下降，与2019年相比，下降中值分别约为95%、60%和45%。而此前的2 ℃控温目标需要大约在2070年才能实现全球二氧化碳净零排放，即“碳中和”。

现实情况不容乐观。虽然全球碳排放的增长态势有所放缓，但是全球平均二氧化碳浓度仍在持续上升，2020年达到413.2×10^-6的历史新高；全球平均海平面高度同样刷新有观测以来的历史纪录，2013—2021年期间平均每年上升4.5 mm；2021年全球平均气温已高于工业化前（1.11±0.13）℃，距离1.5 ℃控温目标所剩无几。2021年10月，联合国环境署发布的《2021年排放差距报告》表明，根据各国更新后的国家自主贡献和已宣布的2030年减缓承诺（截至2021年9月底），全球预计排放量到2030年只能减少7.5%。按照这一减排趋势，到21世纪末升温幅度将达到2.7℃。提高全球“双碳”战略行动目标迫在眉睫。

2. 区际失衡：全球气候公正难破困局

气候公正是涉及发展权的问题。一般意义上，当前所强调的国际层面的气候公正是在全球气候行动中，发达国家要为其获得的利益承担相应的主要责任，帮助弱势群体、发展中国家、最不发达国家应对气候变化的一系列观念或行动，具体体现在减排额度的分配以及资金、技术等补偿措施的执行。

发达国家已经度过了农业及工业化的快速经济增长期，其二氧化碳排放在经济转型和全球化过程中已实现了自然达峰目标，目前正处于达峰后的面向碳中和目标的新阶段。但由于世界的材料工业和制造业等高耗能产业还处在向发展中国家转移的过程中，广大发展中国家依然处于二氧化碳排放的攀升或平台期。化石燃料的使用对于很多发展中国家而言仍然意味着能源安全和摆脱贫困的生存发展权问题。如果无法妥善应对转型乏力、工人群体利益保障等问题，势必影响国家整体采取应对气候变化行动的决心和积极性。此外，将全球控温目标从2 ℃收缩为1.5 ℃，一方面是对脆弱国家的保护，另一方面却对发展中国家带来了前所未有的减排挑战。

在“适应”气候变化方面，太平洋岛国、撒哈拉以南非洲地区等气候脆弱且最不发达国家面临着最大的挑战。首先，气候风险存在区域差异。随着全球变暖的加剧，气候损失和损害将难以避免地不断增加，并在各区域、系统和部门之间不均衡分布，集中在脆弱的发展中国家，特别是最贫穷的弱势群体中。其次，适应气候变化的能力存在区域差异。适应气候变化的行动资金主要来自公共财政，而最不发达国家的经济基础本就薄弱，加之不利的气候影响造成的损失和损害，国家经济增长将更加受阻，从而进一步制约气候适应行动的可用资金数量。因此，全球南方国家应更紧密地合作，形成新的联盟（如小岛屿国家联盟），争取资金支持来应对困境，并在提交减排国家自主贡献时增加附加条件，即自身有关气候适应计划的资金需求应得到支持和保障。

然而，气候资金谈判依然任重道远。发达国家提供气候融资是《联合国气候变化框架公约》中的一项长期承诺。自2009年哥本哈根气候变化大会起，发达国家集体承诺在2020年前每年提供至少1 000亿美元，以帮助发展中国家适应气候变化。然而这一承诺并未兑现。即使在欧盟国家内部，发展相对落后的中东欧国家与其他富裕国家之间也存在减排目标与援助之间的争议。据IPCC第六次评估报告，从2013—2014年度到2019—2020年度，追踪到的年度全球气候资金流增长了60%，这一规模低于《联合国气候变化框架公约》和《巴黎协定》规定的集体目标。

3. 行动落差：“双碳”倡议目标难以落实

“在全球变暖问题上，重要的是行动，而不是言辞。”联合国秘书长古特雷斯、COP26气候大会主席阿洛克•夏尔马等多位领导人在各种场合多次强调“双碳”目标的行动落实问题。然而在全球层面上，IPCC第六次评估报告和《全球碳预算2021》报告先后指出，从2020年前后的全球减排效果来看，世界各国没有完成2015—2016年向《联合国气候变化框架公约》提交的自主减排目标，存在实施差距。在国家和区域层面，气候变化的进展同样不稳定，一些地区甚至出现逆转。例如，为了摆脱对俄罗斯天然气的依赖，一些欧洲国家重新转向使用煤炭；美国宣布将进一步提高石油和天然气的生产，并承诺在2030年之前每年向欧洲提供500亿m³的液化天然气，这些行为与此前承诺的、不再批准新的石油和天然气开采项目相违背。再如，印度尼西亚拥有占全球总量1/3的雨林面积，曾签署到2030年停止森林砍伐的协议，但是在签署的第二天就表示退出协议。此外，根据清华大学发布的《2023全球碳中和年度进展报告》，目前很多国家的碳中和目标缺乏区域和行业级的目标分解支持，具有碳中和规划的次国家行动体占比仅只有25%左右，并且存在较高比例的规划只停留在排放总量、强度、削减目标的层面。可再生能源以外的其他行业缺乏碳中和的相关目标。

“双碳”目标行动力不足的原因可以部分归结为各项战略、协议缺乏监督实际行动的机制，只有长期目标，没有与之相适应的短期目标。因此，如何制定在经济、技术、制度上更为可行的“双碳”目标方案，也是新一轮“双碳”目标实施中的一大挑战。

1.1.4　全球“双碳”目标的国别模式

不同经济发展阶段、能源禀赋和消费结构、人口规模、地理区位等因素导致各个国家承担着不同的气候责任、承受着不同程度的气候风险、具备不同程度的气候适应能力，因而在新一轮“双碳”目标中呈现不同的响应态度，具体体现为不同的“双碳”目标模式，在减排目标取向、时间线、关键领域等方面存在差异。发达国家、新兴经济体、小岛屿发展中国家和能源出口国代表了几种较为典型的国别“双碳”目标模式（见表1-1）。

表1-1　几种典型的国别“双碳”目标模式

1. 发达国家积极型减碳模式

以英国、法国、德国等为代表的发达国家“双碳”目标属于积极型模式，如表1-2所示。发达国家经济基础雄厚，经过工业化时期，多数国家已实现自然碳达峰，并对历史碳排放具有重大责任。例如，发达国家在新一轮“双碳”目标中整体表现较为积极，将零碳发展作为引领经济社会转型与发展的契机。发达国家“双碳”目标中的气候公平份额总体不足，气候融资贡献严重不足，在全球减排义务和气候公正方面存在较大提升空间。

表1-2　主要发达国家“双碳”目标

2. 新兴经济体谨慎型减碳模式

以俄罗斯、印度、巴西等为代表的新兴经济体“双碳”目标属于谨慎型模式，如表1-3所示。新兴经济体国家正在经历快速工业化、城市化阶段，消费需求快速增长，能源结构中化石燃料占比较大，多数国家碳排放总量仍在快速增长。国际能源署(International Energy Agency，IEA)预测，未来一段时期全球能源需求增量将主要来自新兴市场和发展中国家。因此，在新一轮“双碳”目标中，新兴经济体减排压力最大，面临快速减排与持续发展的困局，整体战略偏向谨慎。总体来看，新兴经济体“双碳”目标的关键领域聚焦于可再生能源、工业减排、基于自然的气候解决方案（NCS）等；能源结构中将保持一定比例的化石能源；对“双碳”目标的行动决心有待加强，但正在逐步提升。2022年5月，《金砖国家应对气候变化高级别会议联合声明》发布，强调推进气候多边进程，反对绿色贸易壁垒，敦促发达国家履行气候资金承诺，尊重发展中国家和经济转型国家的发展权及政策空间。

表1-3　主要新兴经济体“双碳”目标

3. 小岛屿发展中国家激进型减碳模式

小岛屿发展中国家“双碳”目标属于激进型模式，如表1-4所示。小岛屿发展中国家（Small Island Developing States，SIDS）指一些小型低海岸的国家。这些国家领土面积较小，经济实力有限，极易受到气候变化和自然灾害的影响，且应对气候灾害的能力普遍较弱。因此，小岛屿发展中国家对于应对全球气候变化的“双碳”目标普遍态度积极，“双碳”目标较为激进，但是受经济实力等因素影响，其减排承诺通常是有条件的，只有在获得更多资金援助和技术支持的情况下才会实施。为了加强小岛屿发展中国家在应对全球气候变化中的声音，这些国家特别组建了小岛屿国家联盟（Alliance of Small Island States，AOSIS），现有39个成员和4个观察员。据不完全统计，这些国家中已有33个提出碳中和或净零排放目标，其中圭亚那、苏里南两国声明已率先实现净零排放，另有6个国家提出碳减排目标。

表1-4　小岛屿发展中国家“双碳”目标

4. 能源出口国保守型减碳模式

以阿联酋、沙特阿拉伯、哈萨克斯坦等为代表的能源出口国的“双碳”目标属于保守型模式，如表1-5所示。能源出口国，尤其是石油和煤炭出口国，对化石能源重度依赖，一方面自身能源结构中化石能源占比高，另一方面能源出口关系到国家经济命脉。因此，这些国家对于清洁能源转型等“双碳”目标的立场一贯较为保守。进入新一轮“双碳”目标时期，随着阿联酋开始积极推动清洁能源转型，越来越多的能源出口国立场出现松动，发出碳中和倡议和声明。这一势头提振了全球“双碳”行动的信心。总体来看，能源出口国的“双碳”目标仍处于声明和政策制定阶段，行动领域聚焦于化石能源脱碳、可再生能源和CCS技术应用。此外，发达国家中的美国、加拿大、澳大利亚和新兴经济体中的俄罗斯也是能源出口国，因此在国家“双碳”目标中也强调坚持一定的化石能源消费比重，坚持化石燃料开采设施投资，并要求新建设施配备脱碳设施。

表1-5　能源出口国“双碳”目标

1.2 我国碳排放的基本概况

1.2.1　我国碳相关的政策导向

2020年9月，习近平主席在第75届联合国大会一般性辩论上宣布了中国碳达峰碳中和目标，旨在积极应对气候变化、实现可持续发展。碳中和愿景的重要宣示是加强生态文明建设、实现美丽中国目标的重要抓手，是我国履行大国责任、构建人类命运共同体的重大历史担当。表1-6和表1-7梳理了近年来我国积极应对气候变化的相关政策，涵盖国家战略规划、政策制度体系等重要指导文件。

表1-6　国家战略规划

表1-7　政策制度体系

1.2.2　我国碳排放的现状与特征

总体来看，我国的碳排放总量仍然是世界最大的，但是我国的碳排放增长速度已经开始降低。《中国低碳经济发展报告蓝皮书（2022—2023）》显示，2022年，全国万元GDP能耗比上年下降0.1%、万元GDP的二氧化碳排放下降0.8%，节能降耗减排稳步推进。2012年以来，中国以年均3%的能源消费增速支撑了年均6.6%的经济增长，单位GDP能耗下降26.4%，成为全球能耗强度降低最快的国家之一。我国的碳排放在行业上存在重大差异，目前碳排放的主要来源在于发电与供热、制造与建筑、交通运输等方面。此外，我国的碳排放在物理空间上存在分布不均的问题。

1. 碳排放总量居世界首位

中国碳核算数据库（China Emission Accounts and Datasets，CEADs）有效数据显示，2022年，我国碳排放量累计110亿t，约占全球碳排放量的28.87%，位列全球之首。根据世界银行的统计数据测算，我国单位GDP的能耗约99 J/美元，是世界平均水平的1.47倍，单位GDP碳排放0.69 kg，是世界平均水平的1.77倍，碳排放强度显著高于世界平均水平。

2. 碳排放增速不断下降

随着供给侧结构性改革与经济高质量发展战略的逐步实施，我国的碳排放增速逐渐得到控制。2022年，我国单位GDP的二氧化碳排放比2021年下降0.8%，生态环境部发布的《中国应对气候变化的政策与行动2022年度报告》显示，2021年，单位GDP的二氧化碳排放比2020年降低3.8%，比2003年累计下降50.8%，基本扭转了温室气体排放快速增长的局面。“十四五”期间，随着绿色发展理念的贯彻和“双碳”总体规划的实施，我国碳排放量增速有望持续放缓。

3. 高耗能行业是我国的主要碳源

发电与供热、制造与建筑、交通运输行业是我国三大主要碳源。根据IEA的统计，发电与供热、制造与建筑、交通运输三大领域占据了我国89%的二氧化碳排放量，其中发电与供热占51%、制造与建筑占28%、交通运输占10%。从细分行业看，电力、黑色金属冶炼及压延加工、非金属矿产、运输仓储与化工是我国碳排放的前五大行业。具体来看，电力行业占碳排放的44.4%，位居第一；黑色金属冶炼及压延加工行业占18.0%，位居第二；非金属矿产和运输仓储行业分别占12.5%与7.8%，分居三四位；化工行业占2.6%，位列第五，这五大行业合计碳排放约占总排放的85.3%。

4. 碳排放区域和省份分布不均衡

从各地的碳排放增长速度来看，1997—2021年间我国各区域的碳排放总量均快速增长，其中复合年均增长率最高的区域为西北地区（8.1%），其次是华北地区（7.4%），最低的区域为东北地区（3.4%）。分省（自治区、直辖市，特别行政区）来看，1997—2021年间，中国各省（自治区、直辖市，特别行政区）的碳排放总量也都快速增长，其中复合年均增长率最高的为宁夏（10.71%），其次为内蒙古（9.9%）；复合年均增长率最低的为云南（2.02%），由于资源开采速度及经济活动增速相对不足，其碳排放量增速相对较慢。

从各区域的碳排放总量比较来看，华北、华东、西北为最大的碳排放量来源地，2021年碳排放量合计占比超过60%。

5. 三次产业之间的碳排放占比差异较大

2000—2020年间三次产业均呈现稳步增长的特征，三次产业的碳排放量分别由2000年的0.46亿t、30.23亿t、5.23亿t增长到2020年的1.28亿t、88.91亿t、15.02亿t，复合年均增长率分别为5.3%、5.5%及5.4%。在三次产业中，由于第一产业及第三产业排放能力不高，因此第二产业长期占据排放主流，2000—2020年间第二产业碳排放量占碳排放总量的比重长期维持在85%左右，第一产业和第三产业则分别仅占1%和14%左右。随着我国逐渐进入后工业化时代，第三产业在国民经济中的占比将进一步上升，而第二产业在国民经济中的占比必将进一步降低。这在某种程度上也为我国实现“双碳”目标提供了现实基础。

1.2.3　我国碳排放的五大来源

在过去的几十年，我国经济与社会的发展呈现出令人瞩目的活力与动力，我国的碳排放量（亿吨二氧化碳当量）呈整体上升趋势。碳达峰、碳中和中的“碳”并不是特指二氧化碳这一种气体，而是指以二氧化碳为代表的各种温室气体。联合国政府间气候变化专门委员会根据测算制定了不同种类的温室气体所对应的二氧化碳量，提出了二氧化碳当量一词，并由此来测定大气中的碳含量。

在2013年之前，我国碳排放量年平均增长率都维持在大约8%的水平。在2013年之后，随着经济增长放缓以及我国整体节能减排举措的推进，碳排放量逐步进入平台期。我国碳排放量主要来自能源、工业、交通、建筑、农业和土地利用五大部门。其中，“排放大户”能源和工业部门合计贡献了80%的碳排放量。所幸的是，2013年以后，这两个部门的碳排放量逐步进入平台期，甚至出现了负增长。另外三大部门的碳排放量占相对较小的比例，无大幅增长。

1. 能源部门的碳排放

能源部门的碳排放量高达全国碳排放总量的一半。我国是世界上无可争议的“煤炭消费大国”，不仅享有丰富的煤炭资源，生产了近乎全球一半的煤炭，而且煤炭进口量也是全球第一。煤炭发电经济便捷，但是在使用过程中低效能、高排放的特点也使其成为能源部门碳减排的“众矢之的”。

与此同时，其他化石燃料（如石油和天然气），甚至一些再生能源的开发和使用，也会产生碳排放。虽然与煤炭发电相比，天然气发电产生的二氧化碳量大幅缩减，但是在燃烧和排气过程中，会伴随大量的甲烷排出。甲烷也是温室气体的一种，排放后100年内的增温作用至少为二氧化碳的28倍。再如，可以当作燃料和工业原料的生物质（指尚有生命或刚刚死去的有机物）有着取之不尽且兼顾废物利用的优势，但是燃烧过程中也会产生大量甲烷，同样造成碳排放。

因此，能源部门的减排，除了需要在能源结构上减少使用高排放的燃料，在源头上减排，也需要创新碳捕集等先进能源技术，将剩余的碳排放进行清洁处理。

2. 工业部门的碳排放

工业部门的碳排放量约占全国碳排放总量的1/3，主要来自两部分：在生产制造过程中，工厂燃烧自有化石燃料来提供化学反应所需要的高温和能量，因此一部分碳排放来自化石燃料燃烧；另一部分来自化学反应发生时本身释放的温室气体。水泥生产就是非常典型的一个案例。水泥是混凝土中不可或缺的材料。水泥生产对全球二氧化碳排放量的贡献就高达5%。其中，40%来自燃烧燃料以达到化学反应所需的高温，另外60%来自生产工艺本身——从石灰岩到石灰的煅烧过程中会释放大量二氧化碳。

中国的制造业不仅是本国经济发展的基石，还是世界各地现代工业产品的主要供给源。对这些产品巨大的需求，以及部分工业生产过程中低效的能耗，导致工业部门的碳排放量居高不下。

3. 交通部门的碳排放

交通部门的碳排放量来自国内航空、公路、铁路运输等化石燃料燃烧，约占全国碳排放总量的7%。在过去20年间，随着我国经济高速发展和城镇化进程的演变，交通部门的碳排放量也翻了一番。公安部交通管理局数据显示，2023全国机动车保有量达到4.35亿辆，驾驶员达4.86亿人。庞大的汽车市场仍在持续增长，这势必给交通部门实现节能减排目标带来挑战。

除了抑制汽车普及造成的碳排放，交通部门的其他领域（长途公路运输、船运、航运等）也需要积极寻求碳中和的解决方案，例如探索氢能和生物质等燃料的应用。

4. 建筑部门的碳排放

建筑部门的碳排放量约占全国碳排放总量的5%，主要来自商用建筑和住宅的燃料燃烧，例如燃烧柴火或者煤炭取暖、煮饭。另外，有一些建筑设备在使用过程中也会产生碳排放，例如，空调制冷时泄漏的氢氟碳化物将比二氧化碳制造出更大的温室效应。

有别于上述建筑直接排放，建筑使用过程中产生的能耗（例如家用电器耗电、灶台耗天然气或煤气），由于是间接排放，所以严格意义上讲，在本节的相关数据中，间接排放计入能源部门。

5. 农业和土地利用部门的碳排放

农业和土地利用部门的碳排放量约占全国碳排放总量的5%，主要来自农业、畜牧业、垃圾处理以及土地利用、森林的碳排放或移除。

化肥的发明和使用能够大幅度提高作物产量，提高农产品质量，但是化肥对环境破坏的威力也不容小觑。以化肥中最常见的氮肥为例，其在制造和施用的过程中都会产生大量的温室气体——一氧化二氮。与二氧化碳相比，一氧化二氮影响气候变暖的能力高出300倍。

畜牧业产生的温室效应也不容忽视，猪、牛、羊的饲养过程中会产生大量碳排放。此外，动物饲料生产需要消耗化肥、燃料，大规模养殖需要能源供给照明、温控、自动投喂，这些都间接增加了碳排放量。

还有一部分土地利用的排放来自树木的减少。树木本身对二氧化碳有吸收作用，大量砍伐树木不仅减少了自然碳吸收的途径，而且使得土壤释放二氧化碳的量有所增加，从而加重了温室效应。

1.3 我国“双碳”目标的提出

1.3.1　“双碳”目标的时代背景

为应对全球气候变化，展示中国作为大国的责任和担当，推动全人类可持续发展，我国近年来采取了一系列相应措施。

2021年，“双碳”目标作为我国中长期发展战略先后被写入《2021年国务院政府工作报告》和《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，这彰显出我国应对气候变化的决心和雄心。

“双碳”目标的提出不是偶然的，是我国综合考虑了多方因素之后制定的拯救地球环境，构建人类命运共同体的目标方案。

1. 国际背景

第二次世界大战之后，工业化造成了世界范围内的大工业浪潮，人类社会对化石能源的使用超过了以往任何时代，造成温室气体在这几十年中大量产生。与此同时，全球的碳排放总量也在飞速增长，全球变暖问题逐渐显露出来。2021年4月，世界气象组织发布的《2020年全球气候状况》指出，2020年是有记录以来的3个最热年份之一，全球平均温度已经比工业化之前高出约
1.2 ℃，温室气体浓度仍在逐渐上升，给世界经济、农业生产等带来严重的危害。尤其是全球气候变暖导致的冰川融化、海平面上升等问题，直接威胁到低海拔地区的安全，各国沿海地区也受到影响，所以减少碳排放，控制全球气候变暖成为新世纪各国需要解决的基本问题之一。气候变暖问题对全球人类社会构成重大威胁，已经成为人类发展的最大挑战之一，极大促进了全球应对气候变化的政治共识和重大行动。联合国政府间气候变化专门委员会2018年10月发布的报告认为，为了避免极端危害，世界必须将全球变暖幅度控制在1.5 ℃以内。只有全球都在21世纪中叶实现温室气体净零排放，才有可能实现这一目标。

随着世界经济发展、新旧动能加速转换，能源清洁低碳化发展已成为全球各国的共识，这对我国制定“双碳”目标有极大的影响。根据联合国气候变化框架公约（United Nations Framework Convention on Climate Change，UNFCCC）秘书处2019年9月发布的报告，目前，全球已有60个国家承诺到2050年甚至更早实现零碳排放。2020年，欧盟带头宣布绝对减排目标：2030年，欧盟的温室气体排放量将比1990年至少减少55%，到2050年，欧洲将成为世界第一个“碳中和”的大陆。日本、英国、加拿大、韩国等部分国家实现碳中和目标的政治承诺如表1-8所示。

表1-8　部分国家实现碳中和目标的政治承诺

这样一来，全球重要的经济体，占全球GDP的75%、占全球碳排放量65%的国家将开始实现碳中和。

最后，碳排放权交易的国际背景也促进了我国“双碳”目标的制定。在《巴黎协定》提出之后，以欧美国家为首的一部分国家提出了碳排放权交易的措施，试图通过资金获得更多的碳排放额，或者通过出售本国多余的碳排放额来获取利益。毫无疑问，如果碳排放权在国际社会成为主流被认可，发展中国家的利益会受到极大侵犯。这是因为在碳排放权分配的时候，发达国家获得了比发展中国家更多的配额，同时又可以通过资本从其他贫穷国家购买碳排放权。这就会使得发展中国家将自身的经济发展寄托在发达国家上，从而使得发展中国家更加难以发展，而发达国家则利用买来的碳排放权，进行更进一步的经济发展。如此看来，碳排放权就成为各国参与再生产的资本，而一旦赋予碳排放权资本的属性，那么碳排放问题将永远得不到解决，全球变暖的问题会不断恶化。在这样的背景下，我国提出了“双碳”目标，避免在碳排放上受制于人。如果我国接受了碳排放权配额和交易，那么未来我国发展势必受到极大限制。

2. 国内背景

目前，我国正处于工业化、现代化的关键时期，工业结构偏重、能源结构偏煤、能源利用效率偏低，使我国传统污染物排放和二氧化碳排放都处于高位，严重影响绿色低碳发展和生态文明建设，进而影响提升人民福祉的现代化建设。改革开放以来，我国经济加速发展，成为世界第二大经济体，全球影响力不断扩大。我国作为世界人口最多的国家之一，也是世界最大的碳排放国，应对气候变化成为我国基本实现社会主义现代化的最大挑战，但同时解决国内碳排放问题也成为我国基本实现绿色工业化、城镇化、农业农村现代化的最大机遇。

2022年，我国碳排放量占世界碳排放总量的28.87%，对全球碳达峰与碳中和具有至关重要的影响。随着我国经济迅速发展和生产活动快速扩张，二氧化碳排放量也呈上升的趋势。人类生产活动产生的二氧化碳约95%来源于化石能源（煤炭、石油、天然气等）的消耗，根据中电传媒能源情报研究中心2016—2020年发布的《中国能源大数据报告》，近年来我国一次能源消费中煤炭和石油占比约为80%，二者是我国碳排放的主要来源。根据IEA的数据，我国二氧化碳总排放量从2005年的54.07亿t增长到2019年的98.09亿 t，增长将近一倍。虽然我国二氧化碳排放的总量较高，但也在控制碳排放、实现绿色发展方面取得了积极进展。一方面，二氧化碳排放增速明显放缓。2005—2010年二氧化碳排放年均增速约为8%，2011—2015年下降至3%，2016—2019年进一步下降至约1.9%。另一方面，单位GDP的二氧化碳排放强度逐步下降。根据IEA公布的数据进行测算，我国单位GDP的二氧化碳排放从2005年的2.9 t/万元逐步下降到2019年的1 t /万元，降幅约66%。这些进展在很大程度上受益于能源结构的不断调整。近年来，我国一次能源消费结构呈现出明显的低碳化、清洁化趋势。2005—2019年，煤炭消费量比重从72.4%下降至57.7%，共下降14.7个百分点；天然气消费量则从2.4%提高到8.1%；清洁能源（一次电力及其他能源）消费量从7.4%提高到15.3%，合计占比提高13.6%。

“双碳”目标是人民的心之所向，且我国具有实行“双碳”目标的能力和基础。进入新时代后，我国人民的需求也随之改变，已经从以往对“物质文化”的渴望转变为对“美好生活”的向往，而人民所向往的美好生活中就包含着对优美生态环境的需要。众所周知，碳能源的使用会排放出大量温室气体，从而造成世界上大多数的环境问题。因此，实行“绿色”“低碳”的发展方式能够对环境问题起到改善作用，从而真正使人民对优美生态环境的需要得到满足。改革开放以来，我国经济水平以及各个方面的能力都得到大幅提升，综合国力已经位居世界前列。我国是2020年全球唯一实现经济正增长的主要经济体，由此体现出我国经济的强大韧性。与此同时，我国制定了《中华人民共和国可再生能源法》《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》《国家能源局关于可再生能源发展“十三五”规划实施的指导意见》等一系列法律政策，在政策层面为推动非化石能源的发展做了准备。因此，我国这些年的发展、探索、努力都为实现碳中和打下了坚实的基础，使我国具备完成“双碳”目标的能力。

“十三五”期间，我国在控制温室气体排放、推进重点领域节能减排、发展可再生能源及加快生态治理和国土绿化等方面取得积极成效。但是，经济发展不均衡不充分、高排放行业结构性失衡、制造业规模化和高质量发展不协调等问题依然突出。国家需要持续推进低碳化能源消费、产业结构调整、提升制造业生态效率等工作来减少碳排放量。努力实现碳排放减少的目标是我国经济实现结构性变革、高质量发展的重要前提和保证，也是我国今后近半个世纪长期坚持的战略任务，因此我国急需一项策略来解决碳排放问题。

1.3.2　“双碳”目标的深层内涵

我国的“双碳”目标包括两个内容，即“碳达峰”和“碳中和”。“双碳”目标的概念是在2020年首次被正式提出，但是在此之前，党和国家已经多次在各项会议中对我国二氧化碳等温室气体的排放问题进行了深入的探究，并且试图找到针对我国碳排放现状的最佳控制方案。经过党和国家不断研究和完善，“双碳”目标最终被提出，成为我国未来长期发展的一个战略目标。具体而言，“双碳”目标的内涵包括以下两个方面。

1. 碳达峰的内涵

“碳达峰”是习近平主席在第75届联合国大会一般性辩论上所说的“碳的排放量达到峰值”，即在“碳达峰”这个节点之后，我国所产生的碳排放应当只减不增，进而最终实现“碳中和”。碳达峰是二氧化碳排放量由增转降的历史拐点，标志着我国的碳排放与经济发展实现脱钩。

碳达峰目标的深层内涵需要从多个角度考量。首先是碳达峰中二氧化碳排放总量峰值的内涵。根据科学预测和分析，我国的二氧化碳排放峰值尚未到来，所以在未来一段时间内，我国的二氧化碳排放量还会不断增加，但是由于我国在同步采取措施控制二氧化碳的排放，尽可能控制和减少碳排放，所以到了某一个时间节点，我国的碳排放量就会达到峰值，峰值过后就会开始回落，然后进入碳排放逐渐减少，形成良性发展状态的过程。碳达峰峰值出现的原理是，一方面我国在不断排放二氧化碳，但是另一方面，我国也在不断积极地植树造林，采取环境保护措施控制二氧化碳排放，减少经济发展中的碳排放，在这个一增一减的过程中，最终会达到碳排放增量与减少量相等的情况，这就是碳排放的峰值。在峰值之后，碳排放会出现回落，即单纯的排放量并不一定会减少，但是由于植物的吸收和人工减排措施，我国实际进入到大气中造成环境污染和温室效应的碳排放量会逐渐减少。

其次是碳达峰的经济意义。从经济上看，碳达峰意味着碳排放和经济发展的逐步脱钩。我国的碳排放总量中有很大一部分来自经济活动，如果仅仅为了实现减排的目的而降低经济增速甚至放弃经济发展，那么只会给其他国家进一步增加碳排放提供机会，所以最优的解决方法就是实现经济生产和碳排放活动脱钩，即通过创新技术，减少经济发展对碳排放的依赖性。在实现经济发展和碳排放活动高度脱钩之后，既能够更加高效地控制碳排放总额，也能够避免减排造成的经济发展减速或者停滞，一举多得，而碳达峰目标的实现就是经济发展和碳排放活动脱钩的转折点。因为要实现碳达峰之后的回落，必然意味着技术水平和生产力能够支持对二氧化碳的排放控制，也就意味着经济发展已经不再需要高度依赖碳排放，所以碳达峰也具有重要的经济属性。

最后，碳达峰目标的实现时间和峰值数据。根据党和国家近年来制定的一系列战略方针和政策，碳达峰目标的实现仍旧需要相当长的时间，其中最重要的就是“十四五”这五年时间，通过在“十四五”期间发展高新技术，发展绿色经济，为碳达峰目标的实现提供最核心的支撑。碳达峰的峰值数据，则要根据近几年我国的碳排放总量和世界碳排放总量，以及《巴黎协定》做出的相关预测来科学合理地设计安排。因为即便是实现碳达峰目标，在短期内，我国的碳排放数量也不可能完全降为0，所以必须留有足够的碳排放空间。《巴黎协定》中预测未来全球的碳排放总额要控制在3800亿 t以内，分配到我国的数额就更少，再加上未来的碳排放情况，所以更需要提前实现碳达峰，以更低峰值实现碳达峰目标。实现碳达峰的时间越短，峰值越低，碳达峰带来的作用就越突出，我国的碳排放控制效果也就越显著。

2. 碳中和的内涵

碳中和是指国家、企业、产品、活动或个人在一定时间内通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳或温室气体排放量，即实现正负抵消，达到相对“零排放”的碳循环过程。碳中和是解决全球变暖问题的根本途径，也是实现碳排放控制的本质方法。温室效应的出现是地球本身对于二氧化碳的自净能力达到极限，导致温室气体堆积，如果一直不能实现碳中和，那么二氧化碳仍旧会不断堆积下去，最终达到碳排放阈值，形成不可逆转的环境问题。而碳中和就是解决这个问题的根本途径。在碳中和状态下，虽然还是会排放二氧化碳，但是排放出来的二氧化碳都会被植物等吸收净化掉，也就意味最终排放到大气中的二氧化碳实际为0，或者说排放的二氧化碳能够通过地球自净的方式处理掉，不会堆积起来，造成温室效应。通俗来讲，就是通过手段将排放量与吸收量等同，也就是使“一个国家的温室气体排放与大自然所吸收的温室气体相平衡”。

碳中和目标的首要内涵是人类生产活动中产生的二氧化碳排放问题。首先，碳中和并不意味着完全不排放二氧化碳，而是在碳达峰目标完成的基础上，让产生的碳排放总量有所回落，但是仍旧存在着大量的碳排放额。我国是人口大国，即便是人类基本的呼吸行为都会排放出大量的二氧化碳，所以完全不排放二氧化碳是不可能实现的。二氧化碳可以被树木等吸收净化，如果存在大量的植物，吸收二氧化碳的速度和数量能够达到碳排放甚至超过碳排放的水平，那么从整体的环境而言，碳排放就相当于达到了零排放，大气中的二氧化碳含量不会再因为碳排放问题而增加，更有机会因为植物吸收净化能力的提升而逐渐被净化。因此，碳中和可以实现对温室效应问题的完全解决。

其次，碳中和依赖于大量的植物和高度发达的生产技术水平。为了实现碳中和目标，我国采取了许多方法，其中最关键的就是植树造林和绿色生产技术升级。在自然界，自然排放的二氧化碳几乎都被植物所吸收，所以植树造林，创造大面积的绿色植物环境，就能够很大程度吸收掉排放出来的二氧化碳。而绿色生产技术升级则是一项实现碳中和更为重要的举措，可以从根本上减少人类生产活动中二氧化碳等气体的排放。尽管我国众多的人口呼吸都会产生大量的二氧化碳，但是我国二氧化碳排放的主要来源并不是人类的呼吸，而是由汽车排放尾气、工厂生产排放废气等行为产生的。这就意味着，要减少我国的二氧化碳排放，核心还是要落在生产上，只有通过提高绿色生产技术水平，才能够真正减少二氧化碳的排放，配合植树造林等增强吸收净化能力的行为，最终实现碳中和的目标。

最后，碳中和目标并不是一成不变的，也就是说碳中和目标的实现是长期行为，不可能短期实现碳中和目标之后就放弃技术升级和植树造林，反而需要更进一步发展。因为我国的人口数量仍旧在不断增加，而生产所排放的二氧化碳也会不断增加，但是植物的净化能力无法短时间提升，生产技术也无法短期内实现更新换代，所以只有不断坚持碳中和目标导向，不断地植树造林和进行绿色生产技术升级，才能够保障碳中和目标的长期实现，才能够从根本上解决我国的碳排放问题。

1.3.3　“双碳”目标的重大意义

1. “双碳”目标能够提升我国综合国力及在世界上的影响力

在“双碳”目标下，我国不仅要考虑如何减少传统粗放型发展方式，更重要的是如何推进“绿色”发展方式。正如科技部部长阴和俊在2021年召开的“碳中和科技创新路径选择”会议上所说，碳达峰碳中和将带来一场由科技革命引起的经济社会环境的重大变革，其意义不亚于三次工业革命。简言之，碳达峰碳中和是一场极其广泛深刻的绿色工业革命。目前，我国已经开始发展新型能源来替代传统化石能源，碳排放量大的相关企业也都依据此目标进行了升级改造。所以，该目标的提出能够倒逼我国能源转型、产业升级，加快国家经济由高速增长向高质量发展转变，并在完成该目标的过程中寻找到一条具有中国特色的绿色发展之路。同时，“双碳”目标的完成不仅只影响气候、能源等方面，而且将影响社会发展的方方面面，例如改善国家生态环境、提高人民幸福感等。

客观地讲，发达国家在第四次工业革命中先行一步，我国则是后来者居上，要继续完成第一次、第二次、第三次工业革命的主要任务，即到2035年基本实现新型工业化、信息化、城镇化、农业农村现代化，建成现代化经济体系；与此同时，要率先创新绿色工业化、绿色现代化。如果能够抢占绿色发展的先机，那么将会缩小与发达国家的差距甚至在相关领域实现赶超，在绿色发展等方面占据主导权。因此，该目标的提出虽是一种挑战，但更是我国在新时代发展中的机遇，能够提升综合国力及在世界上的影响力，对国家整体而言有着重要作用。

2. “双碳”目标能够推动产业技术升级和经济转型

技术研发与技术突破是实现净零排放的关键。只有充分融合各种新型技术，打造以低碳为核心的新型竞争力，才能实现长期的可持续高质量发展。这种科技发展的趋势，必然带动一二三产业和基础设施的绿色升级。为了提高我国在全球多技术领域内的竞争力与领导地位，我国相关行业，特别是在电力系统、工业行业原燃料替代、交通电气化等领域，必须主动发力，开展从基础研究到技术应用多层次的探索，解决关键技术“卡脖子”的问题，建立更有主导能力的技术标准，不仅能确保我国在世界各行业的发展中抢占先机，而且能从更深层级激发高质量发展的潜力。与此同时，“双碳”目标在推动行业发展的同时为社会提供了新职业、新岗位、新的就业机会。2020—2050年，将有70万亿元左右的基础设施投资因此被撬动，伴随各类新型业务在可持续发展方面为经济和工业发展创造新的机会，这意味着大量的从业人员和即将就业的人将由传统的高碳行业转向低碳行业谋求发展，仅在零碳电力、可再生能源、氢能等新兴领域，将创造超过3 000万个就业机会。这种与产业升级匹配的就业机会变迁将对劳动力的素质与技能提出更高的要求，有利于促进高质量的就业。

构建绿色低碳循环发展体系需要生产体系、流动体系、消费体系的协同转型。碳中和推动的能源技术革命将向交通、工业、建筑以及其他行业传导，推动全产业全面低碳化与现代化。碳中和将促进生产方式、消费方式和商业模式与碳排放活动脱钩，促进低碳可持续产业的发展和进步，有效降低资源消耗强度，减少垃圾污染物，减少各类温室气体排放。依托循环经济实现经济效益、社会效益、生态效益的平衡，构建实现经济发展与环境和谐有机融合的经济发展模式。

3. “双碳”目标助力全球碳排放管理和生态环保发展

由于我国发展与欧美国家的发展并不处在同一阶段。因此，我国与欧美国家的产业结构、能源消费结构不同。目前，我国的制造业占比较高，对化石能源的需求仍然较多，碳排放也比欧美国家要高。如果我国完成碳达峰进而实现碳中和，那么世界上碳排放量将有明显下降。我国作为一个积极维护多边主义的国家，将会帮助、支援其他一些发展中国家共同应对该问题。依靠“双碳”目标的实现，能够让发展中国家摆脱发达国家的碳排放制约，实现自身独立发展。

概括来讲，“双碳”目标的提出为我国生态文明建设、新型绿色发展指明了前进的道路与方向，更是国家实现“人与自然和谐发展”的前提和基础。并且，该目标的提出向世界展现了中国智慧、中国方案与中国担当，彰显出负责任的大国形象。

1.4 我国“双碳”目标带来的挑战和机遇

实现碳达峰碳中和，一方面，意味着我国以煤炭为主的能源结构需要发生重大转变，这将会对我国工业化和城市化进程带来减排压力和进度压力，同时我国也会面临破解技术和资金难题，任务重、时间紧、压力大的问题；另一方面，“双碳”目标将加快我国经济高质量发展步伐，重塑我国核心竞争力，并带来新的市场和新的利润。“双碳”目标对于我国来说既是挑战也是机遇，是加速我国向绿色发展转型，实现经济高质量发展的重大转折点。

1.4.1　我国“双碳”目标带来的挑战

1. 地方现有产业结构转型困难大

我国正处于新型工业化、信息化、城镇化、农业农村现代化深入发展的阶段，因此，目前我国的能源消费结构仍然是以煤炭、石油等碳基燃料为主。虽然近年来我国加大了清洁能源的发展力度，但短期内能源消费结构难以发生根本性改变。因而实现“双碳”目标还必须要对能源消费结构进行大规模的调整，这对传统高耗能产业的现代化改造提出了更高的要求。以煤炭为主要消费的行业和地区面临产业替换的冲击，钢铁、化工、水泥等行业正面临巨大挑战。

此外，实现产业低碳转型和降低碳排放，需要依靠科技创新和资金投入。目前，我国在新能源、节能环保等领域的技术创新能力相对不足，难以满足产业低碳转型和降低碳排放的需求。同时，产业低碳转型需要大量资金投入，包括新能源设备购置、节能技术研发等。资金投入不足也是导致地方产业结构转型困难的原因之一。

2. 绿色节能核心技术研发推广压力大

从历史发展规律来看，科技革命是全球碳中和行动的内在本质；从实现路径来看，科技创新是实现“双碳”目标的必然选择。由此可见，实现“双碳”目标需要一大批新的技术，包括低碳技术、零碳技术甚至负碳技术，核心技术的缺乏是我国必须面对的重要挑战。尽管我国在风电、太阳能光伏等领域已具备一定市场和竞争优势，但轴承、变流器等核心零部件的生产技术难关还未攻克。此外，在高性能电池材料、电池标准及生产、氢动力和生物燃料、绿色船舶领域等前瞻性技术方面也远远落后于发达国家。同时，在相关领域的人才储备目前也存在不足的现状。

据测算，为实现碳中和目标，我国未来30年能源系统需要新增投资约100万亿～138万亿元。我国发展绿色节能核心技术面临巨大资金缺口挑战。政府预算只能满足很小部分需求，虽然绿色金融和碳排放交易可以弥补资金缺口，但目前绿色金融存在试点范围小、融资成本偏高等问题。

3. 对地方经济、金融行业造成巨大冲击

在一些资源产业大省，能源经济是地方经济的重要组成部分，减少能源消费会给地方经济带来不利影响。对一些沿海经济发达地区来讲，能源消费结构当中煤炭发电的比例仍然比较高，大规模削减煤炭消费可能影响这些地区的经济发展。

高耗能领域的投资巨大，“双碳”目标下，这些行业领域的投资前景堪忧，随之而来的是对相关金融行业造成的巨大冲击。高耗能产业投资可能出现资产投资搁浅、资产投资泡沫，出现贷款、债券违约等金融风险。

4. “双碳”目标的实现任务重

相较于世界其他发达国家而言，我国实现“双碳”目标的工作十分艰巨。一方面，我国目前的人均国内生产总值在2019年刚超过1万美元大关，现在正处于能源消耗的关键转折点。从发达国家走过的历程来看，在人均GDP达到1万美元之前，人均能耗的增长非常强劲；从1万美元到4万美元，人均能耗还会缓慢增长；达到4万美元之后，人均能耗将处于逐渐下降阶段。当然，这也可能同发达国家将高能耗、高污染产业转移到发展中国家有关。另一方面，尽管从1900年算起的人均累计碳排放量我国只有157 t /人，美国是1 218 t/人，全球平均水平是209 t/人，但是，严控全球地表温度条件下，剩余的全球碳排放额度非常有限。而我国人均碳排放量增长空间巨大，如2023年我国的千人汽车拥有量已经增加到238辆，美国是837辆以上，相比美国而言，我国的化石能源使用潜力和碳排放压力非常大。“双碳”目标需要约束这些潜力空间，并进一步压缩现有能耗水平，直至实现碳排放与碳吸收相等，任务非常艰巨。

5. 我国能源结构现状导致的高碳锁定效应

作为工业革命以来人类发展的基石，化石燃料为我们的进步提供了重要的物质基础。然而，面对未来，我们面临着逐步摆脱对化石燃料的依赖，迈向低碳社会的重大挑战。尤其对于我国来说，以煤炭为主的能源结构形成了高碳锁定效应，这成为实现碳达峰目标的主要障碍。

同时，偏重的产业结构与偏煤的能源结构加大了构建绿色能源系统的难度。一方面，偏重的产业结构导致制造业具有能源密集型特点，能源消耗大，碳排放多，绿色发展对制造业形成了高压态势。我国重化工业能源消耗高，有4个高耗能行业——建材、有色（有色金属）、化工和钢铁，这4个行业的能源消费量占能耗总量的30%左右。由于我国实现现代化还需要有重化工业的支撑，这也加大了制造业绿色转型的难度。另一方面，偏煤的能源结构加大了“双碳”目标下制造业绿色转型的难度。2012—2021年，我国煤炭消费占一次能源消费比重由68.5%下降到56%，能源结构正在不断向清洁化调整。但是，煤炭仍是我国的主要消费能源，碳排放压力依然很大。能源结构偏重会增加制造业重构的难度。2021年，我国煤炭消费量超40亿 t，煤炭消费带来的碳排放量占化石能源消费碳排放总量的70%以上。加快调整煤炭利用方式和能源消费结构是制造业技术重构的重点和难点。

6. 对工业化、城市化进程“高增长，低排放”的要求

工业化和城市化持续推进将带来较大减排压力。当前我国工业部门能耗占全国总能耗的65%，且单位能耗与国际先进水平相比仍有差距。碳捕集和利用技术的发展对钢铁、水泥等难脱碳行业非常重要，但成本昂贵。截至2019年12月，中国城镇化率为60.6%，低于发达国家80%以上的水平，未来城镇化的加速必然带来大量基础设施建设需求和碳排放压力。

“双碳”目标要求低排放甚至碳排放被完全吸纳，而能源是经济进一步稳定增长的动力原料，要发展就需要消耗能源，难免有碳排放，看似矛盾的目标，给了我国工业化和城市化进程双重压力。因此，我国工业化、城市化进程亟待适应“低排放高增长”模式。GDP增长需要能源消耗和碳排放，如果单位GDP产生的碳排放不变，那么GDP越高，碳排放总量就越大。因此，传统地，有两种发展路径：“高碳排放高增长”和“低碳排放低增长”。率先完成工业化的发达国家，一般采取的是“高碳排放高增长”模式，并且多数通过调整能源结构和产业结构实现“碳达峰”；而我国还处于工业化后期，制造业面临着保持稳定增长和减碳固碳的双重压力。

1.4.2　我国“双碳”目标带来的机遇

1. 创造新的经济增长点，实现高质量发展

产业结构转型是市场经济发展的重要内容，也是实现高质量发展的必然要求。在“双碳”目标之下，适应绿色循环发展的企业将得到更多的市场资源和机遇。另外，我国和发达国家将能够同时站在同一起跑线上进行竞争，有利于提高我国经济的总体竞争力，通过“双碳”目标，提升产业实力和产业水平，实现高质量发展。

建立新的产业模式和产业发展结构有助于摆脱传统的经济增长模式，在绿色低碳的方向上实现经济增长。2020年，我国可再生能源领域的就业人数超过400万，占全球该领域就业总人数的近40%。“双碳”目标下，在低碳产业、零碳产业、负碳产业等领域有巨大的成长空间。随着汽车产业的发展，我国成为世界上最重要的汽车消费市场之一，新能源汽车产业已经成为未来投资的重要市场和新经济增长点。此外，包括光伏发电、太阳能发电以及风能和水电领域都是未来实现“双碳”目标的重要经济增长点。在能源生产领域，到2030年，风电、太阳能发电总装机容量将达12亿kW以上、抽水蓄能电站装机容量将达1.2亿kW左右。

2. 带动绿色节能技术发展及相关就业

“双碳”目标的实现必须依靠全新的绿色节能技术，新技术又能推动新行业的发展，因此新技术的产生和应用将推动新行业的发展，同时也会带来大量的就业机会。

随着新技术的不断涌现，将会有大量的就业机会产生。一方面，新技术的应用需要大量的人才来进行研发、生产和维护，这将为高校毕业生提供广泛的就业机会；另一方面，新技术的推广和应用需要大量的市场营销、售后服务等方面的人才，这也将为毕业生提供就业机会。“双碳”政策的实施，不仅需要新技术的支持，也需要社会资金的投入。随着政府对“双碳”政策的支持和推动，将会有更多的社会资金投入到相关领域，这将进一步促进新技术的发展和应用。同时，新技术的不断涌现也将为投资者提供更多的投资机会和选择。

“双碳”政策的实施还将提高国家总体的技术水平和竞争力。新技术的应用将推动我国产业结构的升级和转型，使我国在全球绿色低碳经济领域中占据更有优势的地位。同时，新技术的推广和应用也将提高我国在全球环保治理领域的发言权和影响力。

总之，“双碳”政策的实施将带动绿色节能技术的发展及相关就业机会的增长。这将为高校毕业生提供更多的就业选择和发展机会，同时也将促进我国产业结构的升级和转型，提高国家总体的技术水平和竞争力。

3. 带来新的投资机遇，催生新的金融业态

碳中和不仅是一场环保的革命，更是一场经济社会的革命。它将对金融业产生深远的影响，并催生出新的金融业态。提升可再生能源比例，最大限度利用核能、氢能等清洁能源，推动工业领域节能减排等，这些都是中国产业转型的方向。在这一进程中，风电、氢能等产业及相关装备制造、大数据平台等将迎来重大发展。要发挥好国有企业特别是中央企业引领作用，鼓励企业根据自身情况制定碳达峰实施方案，带头压减落后产能、推广低碳零碳负碳技术。

随着“双碳”目标逐渐成为全球的共识，金融业开展绿色低碳业务的前景将更加广阔。2020年10月，我国政府出台了《关于促进应对气候变化投融资的指导意见》，明确提出了要扩大绿色金融区域试点工作。这一政策为金融业提供了新的发展机遇，也意味着金融业在推动绿色低碳发展方面将发挥更加重要的作用。绿色信贷、绿色债券、ESG投资基金等都是受政策扶持和市场青睐的金融产品。这些产品的推出，不仅满足了社会对环保、可持续发展的需求，也为投资者提供了新的投资机会。同时，这些金融产品也将促进更多的资金流向环保产业、新能源产业等领域，推动这些产业的发展和壮大。碳金融将为企业提供更多的融资渠道，同时也为投资者提供了更多的投资选择。

4. 实现我国产业链与能源链自主可控

我国地域辽阔，资源丰富，在我国提出“双碳”目标之前就具备实现产业链与能源链自主可控的自然资源条件。首先，我国尽管煤炭资源相当丰富，但油气资源不足，大量进口油气资源又面临地缘政治上的风险，而煤炭作为一种十分宝贵的资源，当作燃料用于发电、供热，确实是“大材小用”，况且煤炭燃烧时所排放的硫化物、硝化物和粉尘对大气环境有明显破坏作用。我国如果能够大规模利用可再生能源而逐渐摆脱对煤炭的依赖，将在资源节约和环境保护两方面收获实实在在的好处。其次，我国的风能、太阳能资源相当丰富，实践证明，太阳能电池板安装以后，对干旱区的生态恢复大有帮助。也就是说，在干旱区建太阳能发电站，将在清洁能源和生态恢复两方面获得效益。另外，我国在非碳能源领域的技术（包括太阳能发电技术、核能技术、储能技术、特高压输电技术等）相对先进，具备实现产业链与能源链自主可控的技术条件。

“双碳”目标为制造业产业链自主可控提供了前所未有的机遇。我国是能源进口大国，石油和天然气高度依赖进口，这导致我国能源对外依存度高、地缘政治风险高、能源价格波动风险高，严重制约着我国产业链与供应链的能源自主可控能力。因此，调整能源结构、实现“双碳”目标，有利于倒逼制造业能源革命，促进产业绿色发展，增强我国产业链与能源链等方面的自主可控能力。“双碳”目标有利于对制造业进行产业基础再造。能源技术是制造业进行产业基础再造的重要支撑，也是制造业高质量发展的动力基础。“双碳”目标对能源系统的技术创新和工艺改造提出了更高要求。从太阳能、风能、核能到生物能源，这些都需要新材料、新技术方面的突破，提高对太阳能、风能及生物能源的捕获、储存和输出能力，每个环节都离不开制造业技术、工艺和材料等方面的突破。因此，能源变革可以通过能源环节的技术倒逼推进制造业在新能源等方面的技术突破，促进制造业技术系统性绿色化转型，构建绿色产业基础，提升在新能源领域的制造业自主可控能力。

5. 我国工业化尚未完成就进行绿色化改造的后发优势

“双碳”背景下，我国制造业具有后发优势。由于发达国家在传统能源模式下推进工业化，能源结构和技术路径已经成型，工业发展沉没成本已经产生，因此容易锁定在既定模式中。而我国工业化尚未完成，此时进行绿色化改造具备后发优势。目前，我国在新能源方面基本与世界其他国家站在同一起跑线上，绿色化改造不仅可以打破传统工业的能源锁定和技术锁定，更可能开创出自主可控的新发展优势。“双碳”目标下，我国制造业转型具有技术革命和能源革命双重推动力。科技革命和能源革命的叠加可以有效缩短我国工业化时间，有利于融合生成新产业、新模式，原本的能源劣势可能转化为能源优势。例如，我国传统化石能源储量较少，对国际能源依赖度高，但是，我国在风电、光电和核电等清洁能源方面具备反超优势。

“双碳”背景下，我国制造业具有广阔的市场优势。“双碳”技术的创新固然重要，市场应用更是技术快速迭代的试验场。我国正处于工业化后期，开展绿色化改造具备后发优势，相关市场非常广阔，这给制造业绿色转型提供了良好的舞台。一方面，我国的超大规模市场可以容纳多种制造业绿色化转型探索路径，提高绿色转型的成功率；另一方面，我国广阔的市场可以使绿色制造在规模化生产的同时，实现多元化发展和充分竞争，加速技术迭代。

6. 加强绿色低碳资源应用推广，提升综合国力

目前，太阳能光伏已在绝大多数国家实现了平价上网，未来在可再生能源发电中将占据主导地位，降低成本关键在于优化升级系统组件、新材料开发及漂浮式光伏和建筑光伏一体化。对于陆上和海上风电，仍存在大幅降低成本的空间，未来叶片直径扩大、单机容量增大、模块化设计将成为技术主流，海上风电将向更深海域扩展，以漂浮式风电技术为代表，发展潜力巨大。此外，分布式风光发电成为降低非技术成本的重要举措，邻里交易（peer-to-peer transaction）成为可能，行业的商业模式将发生变化。

氢能是实现全球能源结构向清洁化、低碳化转型的重要一环。它不仅是钢铁生产彻底摆脱化石能源的唯一可能替代路线，还可实现合成氨、甲醇等传统化工生产的绿色替代，在一定程度上消纳弃风、弃光、弃水现象，还能为货运、船运、航空等长途运输行业提供燃料。氢能产业链条长、技术密集，上游包括电解槽、储氢瓶、输氢管道、加氢站，下游包括燃料电池汽车、船舶、飞机及钢铁化工等工业合成炉、燃烧炉等设备，相关需求都将随着氢能的推广应用而形成可观的增长。

近年来，我国凭借低成本和规模化创新优势，建立起具有较强竞争力的风电、光伏产业链，已是全球可再生能源领域最大投资国、最大多晶硅生产国、最大锂电池材料和锂电池生产基地，也是全球最大的电动汽车市场。抓住新一轮低碳科技革命历史机遇，在资源再生利用、提升能效、电气化、清洁发电技术等领域取得突破性进展，将极大提升国家核心竞争力。

1.5 “双碳”目标下高耗能行业绿色发展的紧迫要求和瓶颈

伴随着中国城镇化进程的快速推进、经济的快速发展和消费水平的不断提高，高耗能行业成为影响碳减排目标实现的重要阻力。在“双碳”目标下，如何科学规划高耗能行业转型路径，推动高耗能行业走上更清洁、更节能、更低碳排放的发展模式具有重要的现实意义。

1.5.1　高耗能行业绿色发展的紧迫要求

高耗能行业也被称为能源消耗密集型产业，指的是生产过程中耗能较多，单位产出能耗较高的产业。国家统计局以行业总体耗能及单位增加值能耗为标准，把石油煤炭及其他燃料加工业、化学原料及化学制品制造业、非金属矿物制品业、黑色金属冶炼及压延加工业、有色金属冶炼及压延加工业、电力热力生产和供应业六大行业列为高耗能行业。

1. 高耗能行业多年来保持规模优势

高耗能行业是我国国民经济的重要组成部分，其产品性质和工艺特点决定了行业的高耗能属性。在我国长期经济建设和城镇化过程中，高耗能行业对稳定市场供给、促进经济增长发挥了重要支撑作用，是国民经济健康稳定运行的压舱石。当前，我国正处于新旧动能转换期，一些高耗能行业产品是国家战略性新兴产业的重要原材料，对国家原材料供应链安全稳定起保驾护航的作用。在一些能源富集地区、工业大省及老工业基地，高耗能行业是地方的支柱产业，对拉动地方经济增长和稳定就业起着不可替代的作用。根据国家统计局的数据，多年来我国高耗能行业的主要产品产量一直居全球首位，例如2021年粗钢产量达到10.35亿t，水泥产量达到23.78亿t，平板玻璃产量达到10.19亿重量箱。

2. 高耗能行业是工业领域能源消费和碳排放主体

根据国家统计局发布的数据，2020年全社会能源消费总量为49.83亿t标准煤，工业能源消费总量为33.26亿t标准煤，占全社会能源消费总量的66.7%。六大高耗能行业能源消费量总和为25.18亿t标准煤，占全社会能源消费总量的50.5%，占工业能源消费总量的75.7%。由于2020年受到了疫情的影响，为避免数据失真，再看2019年的数据。2019年全社会能源消费总量为48.75亿t标准煤，工业能源消费总量为32.25亿t标准煤，占全社会能源消费总量的66.2%。六大高耗能行业能源消费量总和为24.08亿t标准煤，占全社会能源消费总量的49.4%，占工业能源消费总量的74.7%。对比2019年和2020年数据，可以看出总体趋势基本相同，工业能耗占我国能源消费总量的66%左右，而高耗能行业能耗占我国能源消费总量的50%左右，占工业能源消费总量的75%左右。

二氧化碳排放和能源消费总量挂钩，呈较强的正相关关系。高耗能行业既是污染物排放大户，也是二氧化碳排放的主要来源。根据生态环境部《关于加强高耗能、高排放建设项目生态环境源头防控的指导意见》的编制说明，炼油、钢铁、水泥、有色金属冶炼、煤化工和火电行业贡献的二氧化硫、氮氧化物和颗粒物三种污染物排放量分别占全国工业行业污染物排放量的86.5%、44.5%、22.7%，这六个行业二氧化碳排放量占全国排放总量的一半以上。以上结果表明六大高耗能行业是我国能源消费和碳排放的主体，实现“双碳”目标需把重点放在高耗能行业上。

1.5.2　高耗能行业绿色发展的瓶颈

1. 产能过剩与高端产品供给不足同时并存

产能过剩是高耗能行业长期存在的主要问题，也是当前高耗能行业实现绿色转型面临的难题之一。近十多年来，我国出台了一系列政策文件解决产能过剩的问题，如《国务院关于加快推进产能过剩行业结构调整的通知》《国家发展改革委关于防止高耗能行业重新盲目扩张的通知》《国务院关于化解产能严重过剩矛盾的指导意见》等。在长期化解过剩产能的过程中，高耗能行业的落后产能已经基本出清，但过剩产能仍然存在。根据国家统计局的数据，2019—2022年前三季度，化学原料和化学制品制造业产能利用率在74.5%～78.1%波动，非金属矿物制品业产能利用率在66.9%～70.3%波动，黑色金属冶炼和压延加工业产能利用率在77.1%～80.0%波动，有色金属冶炼和压延加工业产能利用率在78.5%～79.8%波动。通常产能利用率小于1实际表现为投资带动的生产潜能未完全被利用，或被利用条件下生产的产品未完全被市场消耗掉。从表1-9所示的数据可以看出，不同行业的产能过剩情况表现有差别，非金属矿物制品业产能过剩更为严重。在高耗能行业产能过剩的同时，大部分高耗能行业以生产初级产品为主，高精尖产品（例如特种钢等）还需要依赖进口。

表1-9　2019—2022年前三季度部分高耗能行业的产能利用率

资料来源：国家统计局。

2. 节能空间和潜力不断缩小

高耗能行业的节能减排主要是通过技术节能、管理节能和结构节能3个途径实现。“十一五”“十二五” “十三五”期间，我国规模以上工业单位增加值能耗分别下降26%、28%和16%，2021年进一步下降5.6%，其中技术节能作出了重大贡献。截至目前，成本低、见效快的节能技术和工程已被广泛推广和普遍应用实施，剩下的技术投资大、应用少，从技术和管理层面节能挖潜的难度进一步加大。结构节能是一项长期的工作，难度很大，见效慢，在没有颠覆性的技术创新出现之前，未来工业节能潜力将不断收窄。

3. 行业整体能效水平偏低

2015年，工业和信息化部、国家发展改革委、质检总局三部门制定了《高耗能行业能效“领跑者”制度实施细则》，选择乙烯、合成氨、水泥、平板玻璃、电解铝等行业先行先试，并在后来逐步扩展范围，形成了覆盖钢铁、石化和化工、建材、有色金属、轻工等高耗能行业的能效“领跑者”制度。伴随能效“领跑者”制度的实施，高耗能行业能效水平比之前有明显提高。但是2022年国家发展改革委等四部委发布了《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南（2022年版）》，显示了高耗能行业能效水平现状仍不容乐观。如表1-10所示，截至2020年年底，17个高耗能行业重点领域低于能效基准水平的产能比例在0%～55%，其中大于或等于30%的行业涉及8个，高耗能行业能效水平偏低的现状有待改进。以钢铁和水泥行业为例，钢铁行业中的高炉工序能效优于标杆水平的产能约占4%，能效低于基准水平的产能约占30%；转炉工序能效优于标杆水平的产能约占6%，能效低于基准水平的产能约占30%。水泥行业能效优于标杆水平的产能约占5%，能效低于基准水平的产能约占24%。

表1-10　高耗能行业重点领域能效水平现状

资料来源：根据《高耗能行业重点领域节能降碳改造升级实施指南（2022年版）》17个附件整理。

1.6 支撑“双碳”目标的绿色低碳技术体系

1.6.1　化石能源清洁高效利用技术

在“双碳”目标下，我国化石能源利用面临新的挑战。现阶段，我国使用最多的是煤炭、石油、天然气、可再生能源与核能。我国的碳排放主要来源于化石能源的利用。《中华人民共和国气候变化第二次两年更新报告》显示，能源活动是我国温室气体的主要排放源，约占全部二氧化碳排放的86.8%。在能源生产和消费活动中，化石能源又占据极其重要的地位。尽管化石能源占比已经大幅度下降，但到2020年仍然占56.8%。

我国能源资源禀赋和不相适应的能源结构、错综复杂的国际环境、快速高质量发展的经济社会及应对气候变化需求等因素均要求必须坚定不移推进能源革命；在“双碳”目标要求下，二氧化碳减排任务更加明确，化石能源仍作为主体能源，需要总量控制、有序替代；实现化石能源高效、清洁、低碳利用，是推动能源革命和转型，构建清洁低碳、安全高效能源体系的重中之重。

目前，我国为开发更清洁、更高效的化石能源技术进行了广泛的研究，对于钢铁、水泥、化工等二氧化碳排放大户，实现工艺流程再造是碳减排的关键及核心技术。对于将基于化石能源的碳分子转化为新的化学品和材料，实现高价值、高效率、清洁的化石能源转换技术，我国也进行了核心技术的研发和部署，如科技部在国家重点研发计划框架内，在煤炭清洁高效利用和新型节能技术、可再生能源与氢能技术、储能与智能电网技术等方面部署了一系列研究。

目前，我国化石能源利用技术包括燃煤发电技术（如清洁燃煤发电技术、高效燃煤发电技术），工业过程燃烧技术（以燃煤工业锅炉、工业窑炉为主），煤炭转化技术（煤制清洁燃料和大宗及特殊化学品两大类技术与产品），石油、天然气利用技术等。在“双碳”目标下，化石能源高效清洁利用思路聚焦于推动煤炭高效燃烧和转化、石油天然气高效利用及煤化工“三废”处理技术研究和应用，强化化石资源的燃料与原料属性的耦合，如燃煤热电联产技术、燃煤耦合生物质发电技术等。

1.6.2　可再生能源技术

可再生能源作为绿色低碳能源，是实现经济社会发展绿色转型及能源结构绿色化的重要载体。可再生能源正逐渐取代传统能源，成为追求可持续发展的关键，日益受到许多国家的重视。继“双碳”目标宣布以来，我国积极应对全球气候变化，加速推进“双碳”目标行动，系统部署可再生能源技术的研发与商业推广，不断完善可再生能源发展的政策体系，加大产业体系布局，加快产业技术创新。

目前，可再生能源技术发展迅速，相关可再生能源包括太阳能、风能、水能、生物质能等，相关技术包括太阳能技术、风能技术、水能技术、生物质能技术等。

（1）太阳能技术是指利用太阳能电池板将太阳辐射转换为电能的技术，具有低噪声、无污染等优点。太阳能技术的发展受制于光照强度、天气等因素，但其可再生性和绿色环保的特点使其具有广阔的应用前景。

（2）风能技术是指利用风能转换为电能的技术，具有资源丰富、无污染、发电成本低等优点，但发电效率受制于风速和天气等因素。

（3）水能技术是指利用水流或水位差等能量转换为电能的技术，具有资源丰富、发电成本低、稳定可靠等优点，但其需要具备水源和水力资源，同时可能会影响生态环境。

（4）生物质能技术是指利用生物质能源（如植物、废物、农业废弃物等）进行热能、电能转换的技术，具有可再生性、环保性、资源丰富等优点，但其生产过程中可能会产生二氧化碳等气体排放。

除了上述几种主要的可再生能源技术，还有一些其他的新型技术也在不断涌现。例如，潮汐能技术利用海洋潮汐能进行发电，光热发电技术利用太阳光热发电，地热能技术则利用地壳内部的热能发电。这些新型技术具有巨大的潜力和发展空间，有望成为可再生能源技术的重要补充。

总的来说，可再生能源技术是未来能源发展的重要方向，将成为替代化石燃料的主要选择之一。通过技术创新、政策支持和市场推动，可再生能源技术的发展速度不断加快，未来将有更多的可再生能源技术应用于实际生产生活中，为人类创造更多的经济效益和社会价值。同时，可再生能源技术的发展也会对环境保护和气候变化产生积极影响。

1.6.3　碳捕集、利用与封存技术

我国是目前全球主要的二氧化碳排放国之一。随着经济发展和工业化进程的加速，我国的二氧化碳排放量逐年增长。根据IEA的数据，我国的二氧化碳排放量在过去几十年中显著增加。2019年，我国的二氧化碳排放量为10.17亿t，约占全球碳排放总量的28%。为了减少单位经济产出的碳排放强度，我国政府采取了一系列措施并取得了一定成效。从2005年至2019年，我国单位GDP的二氧化碳排放强度下降了48.4%。这主要得益于能源结构调整、能效提升、节能减排政策的实施以及推动清洁能源的发展和利用，其中，碳捕集、利用与封存技术的发展是重要一环。

碳捕集、利用与封存是一种用于减少温室气体排放的关键技术。该技术通过捕集和分离工业过程中产生的二氧化碳，并将其永久地封存或利用，以减少对大气的释放。

（1）捕集（capture）：是将工业过程中产生的二氧化碳从烟气中进行捕集。常用的捕集技术包括化学吸收、物理吸附、膜分离、气体液化等。捕集后的二氧化碳可以进一步处理，以提高纯度和稳定性。

（2）利用（utilization）：捕集到的二氧化碳可以被利用于其他工业过程中，以减少对化石燃料的需求和碳排放。常见的利用方式包括碳酸化合物的制造、合成燃料的生产、地下采矿活动的增强等。利用二氧化碳可以实现资源的循环利用，减少对自然资源的开采和消耗。

（3）封存（storage）：将捕集的二氧化碳永久地封存在地下储层中，以防止其进入大气并减少对气候变化的影响。常用的封存方法包括地质封存和海洋封存。地质封存是将二氧化碳输送至地下岩石或盖层中，例如油气田、煤矿空洞等；海洋封存是将二氧化碳注入海洋深处，通过溶解或反应为水中的盐类来封存。

1.6.4　低碳与零碳工业流程再造技术

低碳与零碳工业流程再造技术是为了减少碳排放和降低环境影响而开发的一系列技术和方法，是以原料燃料替代、短流程制造和低碳技术集成耦合优化为核心，引领高碳工业流程的零碳和低碳再造的技术。它涉及能源、制造、建筑和交通各个领域，在钢铁、有色金属、水泥等行业应用广泛。

钢铁行业是能源消耗和碳排放较高的行业之一，因此在钢铁生产过程中采用低碳技术可以大幅度降低碳排放，并提高工业生产效率。钢铁行业常用的低碳技术包括能源效率提升、碳捕集和封存、原材料替代、电弧炉冶炼、氢气还原、低温焙烧等技术。

有色金属行业的低碳技术主要包括提高能源利用效率、利用可再生能源、原材料替代、循环经济、水力冶金、活性电解、高温氧化还原和电解铝制造等技术。这些技术的应用可以有效地降低有色金属行业的碳排放，实现可持续发展。

水泥行业的原燃料替代技术主要包括废物利用、生物质能源、工业副产品利用、城市垃圾焚烧发电、余热回收利用等技术，水泥行业也在探索和开发新的替代燃料技术，如氢能源、太阳能、热能等，以进一步减少碳排放。

目前，低碳与零碳工业流程再造技术正在不断发展。许多国家和组织制定了减排目标，并投资研发和推广低碳技术。同时，一些企业也在积极探索和应用低碳技术，以提高竞争力和满足消费者对环保产品的需求。总体而言，低碳与零碳工业流程再造技术的发展现状是积极的，但仍面临一些挑战，包括技术成本、市场推广和政策支持等方面。随着技术进步和全球对气候变化的关注不断增加，低碳与零碳工业流程再造技术有望在未来得到更广泛的应用和推广。

1.6.5　储能技术

储能技术是指将能量储存在一个系统中，以便在需要时进行释放和利用的技术，具体分类如图1-1所示。储能技术在电力系统、交通运输、工业生产和住宅等领域具有广泛的应用，在提高能源利用效率、平衡能源供需、应对能源波动等方面发挥着重要作用。目前，储能技术已成为新型电力系统中不可或缺的一环，是新能源消纳以及电网安全的必要保障，在发电侧、电网侧、用电侧都会得到广泛的应用。在市场需求爆发以及政策鼓励的双重推动下，成熟的抽水蓄能、热储能呈现爆发性增长，其他新型储能技术也进入了发展快车道。

图1-1　储能技术分类

1.抽水储能

抽水储能（pumped storage hydropower，PSH）是一种利用水的重力势能进行能量储存和释放的技术。抽水储能系统的组成如图1-2所示。它通常应用于电力系统中，用于平衡电网负荷、调节电力供应和需求之间的差异。抽水储能电站的运行模式是电能和水的势能间的相互转换。

图1-2　抽水储能系统的组成

抽水储能系统由上游水库和下游水库两个水库组成，它们之间通过高压水管或隧道连接，储能容量主要取决于上下游水库的高度差及水库容量。

当电力需求较低时，超出负荷的电力将水从下游水库抽升到上游水库进行储存，等待电力需求增加时，在涡轮机的作用下，储存在上游水库中的水会流回下游水库，在此过程中水的动能将转换为电能，从而供电网使用以满足高负荷需求。

抽水储能在能源调峰、备用电源、能源的储存与调度等领域的应用十分广泛，然而抽水储能在不同场景中的适用性和经济性可能有所差异，需要综合考虑地理条件、电力市场环境、成本效益等因素来评估其应用潜力和可行性。

总的来说，抽水储能具有显著优势，如高效能转换，大部分输入电能可以通过涡轮机和发电机转换为输出电能，能量利用率高。水可以在相对较小的体积内储存大量能量，因此抽水储能系统可以具备数百兆瓦至数千兆瓦的储能容量，能够满足大规模能源储存的需求。另外，抽水储能系统可以在几分钟内从停机状态转变为全功率输出，对电力系统调度和频率响应具有较高的灵活性，可以快速响应电力需求波动，平衡电网负荷，并提供稳定的电力供应。然而，抽水储能也存在一些劣势，主要表现在需要具备适当的地理条件，包括两个高低水位相差较大的水库、水泵和涡轮机等设施，这需要大量土地和水资源，会对生态环境和土地利用造成一定影响，同时也使抽水储能的适用性受限。

2.热储能

热储能的原理是将电能转换为热能储存，在需要时再将热能转换为电能。热储能系统主要涉及热储存介质与储热系统。其中，热储存介质通常是能够高效储存热能的物质，如熔盐、水蒸气、石墨等，这些介质具有较高的比热容和热导率，能够在储存过程中有效地吸收和释放热能；储热系统包括热能储存设施和热能转换设备，热能储存设施通常包括热储存罐、热储存块等，用于容纳储存介质，热能转换设备通常采用的方式包括电阻加热、太阳能集热、余热利用等。

热储能的工作原理如下。

（1）储能过程：在电力供应过剩或价格低时，将电能或其他形式的能量转换为热储存介质的热能并储存起来。

（2）释放储能过程：当需要额外电力时，储存的热能通过热能转换设备转换为热水蒸气或其他形式的热能，并驱动发电机产生电力。

相较于其他能源储存技术，热储能系统的优势在于可以实现较高的能量密度，即单位体积或质量内可以储存较多的能量。这使得热储能系统可以在相对较小的空间内储存大量的能量，提供持续且可靠的电力输出。另外，热储能技术可以与太阳能、风能、余热等多种能源形式结合使用，使得热储能系统可以适应不同的能源供应情况，并提供稳定的电力输出。重要的是，热储存介质（如熔盐）的热损失率较低，因此相比于其他能源存储技术，热储能技术可以实现长期储存能力。

1.6.6　节能技术

节能技术是通过改进能源利用效率，减少能源消耗以达到节约能源的目的。自工业革命以来，随着全球经济及人口的增长，以二氧化碳为主的大量温室气体的排放量迅速增长，2021年全球二氧化碳排放量已增长为约34亿t。在我国碳排放量行业排名中，电力与热力生产、工业制造业、交通运输业、建筑业等的能源消耗占比较大，因此，通过节能减排技术来有效改善碳排放情况势在必行。

1.建筑节能技术

对于建筑行业碳排放问题，主要从降低建筑建造能耗方面及降低建筑的运行能耗方面考虑。其中，建筑建造的能耗主要来自建筑材料的开采、建材生产、运输到现场施工所产生的能源消耗。尽量避免大拆大建，采用当地的建筑材料、充分利用绿色建材可以降低建筑建造能耗。另外，降低城镇供暖用能可以从提高建筑自身的设计出发，尽量避开冬季主导风向；在满足建筑各个朝向的照度条件下，尽量减少建筑各个朝向的窗地比，增加外墙的保温性能，降低外墙的传热系数。

（1）建筑保温隔热技术

建筑围护结构的绝热性对现代建筑能耗的影响较大。建筑保温隔热技术是指通过采用各种手段和材料，减少建筑物与室外环境之间的热量交换，提高建筑的保温性能，从而减少能源消耗。建筑保温隔热技术包括建筑保温技术和建筑隔热技术。

常见的建筑保温技术有外墙外保温、内墙内保温等，是指在建筑外墙表面和内部墙壁上加装保温层，来达到保温隔热的效果。外墙外保温可以有效减少冷热桥效应，并具有施工简单、保温效果好的特点；内墙内保温适用于已经完成的建筑改造和新建建筑的内部保温，然而施工较为复杂，会减少室内使用面积。此外，还有屋顶保温，即在建筑屋顶层面进行保温处理。屋顶保温常用的保温材料有挤塑板、聚苯板、聚氨酯泡沫板等，施工时需要考虑屋顶保温层的防水和排水设计，高空施工作业安全风险大等实际情况。

常见的建筑隔热技术包括密封隔热、空腔隔热等。密封隔热通过加强建筑结构的密封性能，减少室内外空气的交换，从而降低热量传输。常见的密封隔热措施包括门窗密封、管道密封、墙体缝隙填充等，但是可能影响室内通风和空气质量，需要合理设计通风系统。在建筑结构中设置空腔，通过填充隔热材料，如岩棉、玻璃棉等，也能达到减少热量传输的目的，但在施工过程中需要考虑结构设计和施工难度，成本较高。

此外，地板保温、使用高性能窗户、变相材料利用等方法也可以达到建筑保温隔热目的。不同的建筑保温隔热技术各有优劣势，选择合适的技术需要综合考虑建筑结构特点、气候条件、预算限制以及施工可行性，并进行合理的技术组合和方案设计。

（2）热回收技术

热回收技术是一种利用废热能量并将其转换为可再利用热能的技术。它基于能量守恒的原理，通过从废热源中提取热能并将其传递到其他系统或过程中，实现能源的高效回收利用。

热回收技术的原理主要包括热传导、热对流和热辐射。在一个热回收系统中，废热能量通常以热媒（如水、空气或蒸汽）的形式通过换热器进行传递。换热器中的传热介质与废热源接触并吸收废热能量，然后将其传递给需要热能的系统。

热回收技术在建筑中被广泛应用，主要通过回收废热或废水中的热能，用于供热、供暖等用途，以减少能源消耗并提高能源利用效率。常见的热回收技术包括空气能热泵、排风热回收、地源热泵、废水热回收等。例如，排风热回收是一项通过换热器等设备将热能回收并转移到新鲜空气中的技术，其原理是通过换热器将排出的热风与新进的新鲜空气进行换热，使得新鲜空气在加热的同时能够减少能源消耗，提高供暖效率。排风热回收系统包括排气通道、换热器、风道等主要组成部分。

2.交通节能技术

目前，交通节能已成为全球范围内的重要议题。各国政府纷纷推出鼓励节能交通的政策和法规，例如，限制尾气排放标准、提供购车补贴和减税优惠等措施，以及建立充电桩和氢气加气站等基础设施来支持新能源汽车的发展。另外，公共轨道交通的节能减排工作也十分重要。公共轨道交通大运量的特点使得其总耗电量相当大，仍有节能潜力。而城市中的共享出行服务（如共享单车）的兴起，使人们在短途出行时更倾向于选择非机动车或公共交通工具，减少了个人汽车的使用。常见的交通节能技术包括：利用智能交通管理系统实现交通流的高效运行，减少堵车和怠速情况，降低能源消耗；利用燃料效率提升技术，如发动机技术改进、燃油喷射系统优化、涡轮增压技术应用等，提高车辆燃料利用率；改进车辆空气动力学，通过改进车辆外形设计减小风阻，减少车辆在高速行驶时的能源损失。

（1）线路优化与运营组织

线路节能设计主要考虑尽可能优化曲线半径，以减少车辆行驶过程中因曲线阻力大而增加的电耗。另外，优化线路节能坡，设置合理的进出站坡度，使列车进站时上坡，将动能转换为势能；列车出站时下坡，再将势能转换为动能，这样有利于减少牵引能耗。此外，还有线路纵坡设计，综合考虑泵站位置等设备布置，以达到优化、合理、经济、节约能源的目的。

（2）供电系统节能技术

牵引供电系统是指用于电气化铁路的供电系统，它提供了列车牵引所需的电能。合理设置中压供电网络接线形式，既可减少系统电缆的长度，也可以减少开关设备数量，降低设备损耗和线路损耗，达到节能的效果。另外，对动力照明系统进行节能设计，选择高效、节能的光源、灯具，并选用先进节能的电气设备，电扶梯及大型风机、水泵等采用变频控制，都可节约设备用电。从运营管理上，当车站高峰过后，关闭部分公共照明设备，变频电梯低速运行，也可节约设备用电。

为推动未来交通运输行业绿色低碳发展，鼓励引导交通运输企业应用先进适用的节能低碳新技术，交通运输部组织编制了《交通运输行业重点节能低碳技术推广目录（2021年度）》，其中包括公路隧道照明节能关键技术、公路服务区热泵应用技术、高速公路建设项目全周期全要素数字化管理技术等。总的来说，未来交通节能技术将继续向着智能化、绿色化和可持续化的方向发展。这将有助于减少能源消耗和环境污染，提高交通运输效率和质量，为人们创造更加可持续和宜居的出行环境。