第1章 碳达峰、碳中和背景

第一章

碳达峰、碳中和背景掌握碳达峰、碳中和的概念；了解国内外碳中和政策，理解碳中和的重要性；了解当前各领域碳排放发展现状、痛点、措施及提出的建议，掌握当前碳排放概况；明确本书和本课程的定位、受众及内容。思维导图学习目标世界气象组织研究发现，从20世纪80年代开始，连续每个10年都比前一个10年更热。气候变化和极端天气气候事件不断影响人类社会经济发展、健康、人口移徙、粮食安全及陆地和海洋生态系统等方面。随着全球持续变暖，当前的高温纪录再被打破“只是时间问题”。目前，全球每年向大气中排放约500亿t以上的温室气体（GreenhouseGas,GHG）,主要包括自然温室气体和人造温室气体两类。自然温室气体主要包含水蒸气（H2O）和二氧化碳（CO2），其他还有臭氧（O3）、甲烷（CH4）、一氧化二氮（俗称笑气，N2O）等;人造温室气体主要指氢氟碳化物（HFCS）、全氟化碳（PFCS）及六氟化硫（SF6）等。1.1.1气候灾难1.1产生背景图1-1温室气体中各类气体占比有关统计结果数据表明,全球温室气体排放总量从1990年的338亿增长至2019年（历史最高）的590亿，增长了75%。其中，二氧化碳是温室气体中排放量增长最快的气体，增长了52%，约占温室气体排放增量的75%（图1-1）.虽然大部分二氧化碳可以在自然界的碳循环中被逐渐吸取,但自从工业革命开始后，人类燃烧化石燃料产生二氧化碳的排放速率大于吸收速率，仍然导致大气层内二氧化碳的浓度（体积分数）由280ppm上升至411ppm，2016年—2020年二氧化碳浓度变化如图1-2所示。太阳辐射主要以可见光为主，这些可见光可以直接穿透地球的大气层到达地面，地面吸收太阳辐射后升温，然后向大气辐射红外线来释放热量从而调节温度。然而，温室气体都具有吸收红外线的特性，使得这些红外线不能穿透大气层，因此，热量就保留在地面附近的大气中，从而造成地球的温室效应，进而导致气候灾难。1.1.1气候灾难1.1产生背景图1-2年—图图年二氧化碳浓度变化要避免产生上述气候灾难，人类需及时控制并减少向大气中排放温室气体，最终实现碳中和。2015年12月法国巴黎第21届联合国气候变化大会上，全世界近200个缔约方共同签署了气候变化协定，简称《巴黎协定》，并于2016年11月正式开始实施。作为世界上最大的发展中国家和最大的煤炭消费国，我国尽快实现碳达峰，以及与其他国家共同努力到21世纪中叶左右实现碳中和对全球气候治理至关重要。国家和地方层面先后发布了一系列碳达峰、碳中和顶层设计文件及部分配套政策，为经济社会发展全面绿色转型提供政策指导，增强高质量发展驱动力。2020年9月22日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会上向全世界郑重宣布，中国将采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。这就是被全面纳入我国国家经济发展战略的“双碳”目标。1.1.2政策背景1.1产生背景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》发布，提出三重主要目标：1）到2025年，绿色低碳循环发展的经济体系初步形成，重点行业能源利用效率大幅提升。单位国内生产总值能耗比2020年下降13.5%，为实现碳达峰、碳中和奠定坚实基础。2）到2030年，经济社会发展全面绿色转型取得显著成效，重点耗能行业能源利用效率达到国际先进水平。单位国内生产总值能耗大幅下降，实现二氧化碳排放量达到峰值并实现稳中有降。3）到2060年，绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳安全高效的能源体系全面建立，能源利用效率达到国际先进水平，非化石能源消费比重达到80%以上，碳中和目标顺利实现，生态文明建设取得丰硕成果，开创人与自然和谐共生新境界。在中共中央的指示下，2022年各部委、各领域都在推动低碳发展，发布了一系列面向各领域的指导政策及意见。我国从国家战略规划、政策制度体系建设、社会共建行动、各个领域发展等方面，由上至下、由面至点对“双碳”目标的实现提供了完善的支持。1.1.2政策背景1.1产生背景英国的碳中和进程英国是工业革命的发源地，也是长期以来唯一一个拥有成熟工业经济的国家。经济发展同时也是一柄双刃剑，快速发展的同时，英国未能及时注意到环境保护而饱受污染之痛。（1）能源领域英国能源转型的核心竞争力是海上风电。2020年英国政府发布了《绿色工业革命10点计划》，首先提到的就是大力发展海上风电。英国在可再生能源发电上的巨大布局是支撑绿氢规模化产能落地的能源基础。未来，英国希望氢能在工业、交通、家庭取暖及能量储备中发挥关键性作用。（2）建筑与住房领域英国对绿色建筑的探索起步较早，新建和翻修建筑的节能环保标准不断提高，造就了一些堪称典范的绿色建筑。1.1产生背景英国的碳中和进程（3）交通领域英国发布的《交通脱碳：更好、更绿色的英国》明确了2050年实现英国交通领域碳中和的愿景、行动和时间表，这也是全球首个专门针对交通领域的碳中和路线图。（4）金融领域英国作为欧美首个立法承诺2050年实现净零排放的国家，在绿色金融领域进行了积极有益的探索。从整体政策设计上看，英国强调社会资本与政府力量的有效结合，同时，透明公开的信息平台和广泛的国际合作是其发展的重要保障。1.1.3发展进程德国的碳中和进程在世界各国中，德国是积极进行能源转型的国家之一。作为煤炭资源丰富的国家，德国一度使用大量的燃煤发电，导致了产煤区严重的环境污染和国民健康受损。（1）能源领域年底德国联邦政府通过了《2050年能源效率战略》，设定了在所有经济领域提高能源效率的目标，制定到2030年减少一次能源使用的第一个目标。2020年通过的《煤炭逐步淘汰法案》明确了分阶段逐步淘汰燃煤电站并从总量上大幅减少二氧化碳排放量的目标。2020年9月通过的《可再生能源法修正案草案》明确了2030年可再生能源发电占总电力消耗的65%的目标。（2）工业领域德国联邦政府的政策主要是鼓励工业企业开发气候保护的创新技术，采用气候友好的生产技术降低能源和资源消耗。1.1产生背景德国的碳中和进程（3）建筑和住房领域德国于2020年11月1日生效的《建筑能源法》明确了用基于可再生能源有效运行的新供暖系统代替旧供暖系统的要求。此外，德国联邦政府非常注重能效改善和对可再生能源的投资，德国联邦政府还出台了一系列税收减免措施。（4）交通运输领域德国联邦政府设计了一系列的政策降低运输行业温室气体的排放，从鼓励电动汽车、自行车和铁路出行到发展替代燃料技术和应用碳定价的激励约束机制。（5）环保和气候变化领域（6）金融领域1.1.3发展进程美国的碳中和进程（1）能源领域美国拥有强大的能源产业，其中核能世界第一，太阳能和风能迅速发展，同时农业基础牢固，所以燃料乙醇和生物柴油产量巨大；除此之外，石油和天然气的产量排名世界第一。2005年之后美国使用煤炭发电明显降低并促成了其在2007年实现碳达峰。2020年煤炭仅占美国化石燃料消费量的量的13%，为美国控制碳排放总量做出了贡献。（2）交通领域作为“车轮上的国家”，美国交通碳排放曾经一度居高不下，所以美国积极推广新能源汽车，各州纷纷出台鼓励使用生物燃料、奖励“低碳燃料”的措施。（3）农业和林业领域美国农业部（USDA）宣布将资助多项生物能源项目，通过推广本土生物燃料以促进早日实现能源独立。1.1产生背景法国零碳建筑体系及发展在世界各国中，德国是积极进行能源转型的国家之一。作为煤炭资源丰富的国家，德国一度使用大量的燃煤发电，导致了产煤区严重的环境污染和国民健康受损。（1）法国建筑节能低碳相关法规及认证体系发展历程1)法国建筑节能低碳强制性标准发展2)法国零碳建筑相关认证体系（2）法国建筑碳排放指标（3）法国零碳建筑碳排放计算及认证法国RE对建筑碳排计算方法有明确规定，主流认证体系为E+C-标签。法国经过近半个世纪的发展，形成了相对完善的建筑节能低碳规范体系。从国家能源结构层面，法国大力发展清洁能源和核电，显著降低电力碳排放；从强制性规范来看，法国不仅更新了建筑节能规范，还完善了建材碳排放计算标准，用于建筑全生命周期碳排放计算；从推荐性认证来看，法国在不同时期制定对应的建筑节能等级要求，并设立相关标签以鼓励业主追求更高建筑节能水平。1.1.3发展进程碳达峰（PeakCarbonDioxideEmissions）就是指在某一个时点，二氧化碳的排放不再增长，达到峰值，之后逐步回落。碳达峰是二氧化碳排放量由增转降的历史拐点，标志着碳排放与经济发展实现脱钩。达峰目标包括达峰年份和峰值（图1-11）2021年10月，国务院印发《2030年前碳达峰行动方案》，聚焦2030年前碳达峰目标，对推进碳达峰工作做出总体部署。该方案提出以下主要目标：“十四五”期间，产业结构和能源结构调整优化取得明显进展，重点行业能源利用效率大幅提升，煤炭消费增长得到严格控制，新型电力系统加快构建，绿色低碳技术研发和推广应用取得新进展，绿色生产生活方式得到普遍推行，有利于绿色低碳循环发展的政策体系进一步完善。到2025年,非化石能源消费比重达到20%左右，单位国内生产总值能源消耗比2020年下降18%，单位国内生产总值二氧化碳排放比2020年下降18%，为实现碳达峰奠定坚实基础。“十五五”期间，产业结构调整取得重大进展，清洁低碳安全高效的能源体系初步建立，重点领域低碳发展模式基本形成，重点耗能行业能源利用效率达到国际先进水平，非化石能源消费比重进一步提高，煤炭消费逐步减少，绿色低碳技术取得关键突破，绿色生活方式成为公众自觉选择，绿色低碳循环发展政策体系基本健全。到2030年，非化石能源消费比重达到25%左右，单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降65%以上，顺利实现2030年前碳达峰目标。1.2.1碳达峰的概念1.2基本概念图1-11碳达峰示意图碳中和是指人为碳排放量（化石燃料利用和土地利用）被人为作用（木材蓄积量、土壤有机碳、工程封存等）和自然过程（海洋吸收、侵蚀沉积过程的碳埋藏、碱性土壤的固碳等）所吸收，即净零排放（图1-12）。2019年，全球碳排放量为401亿tCO2，其中，86%源自化石燃料利用，14%由土地利用变化产生。这些排放量最终被陆地碳汇吸收31%，被海洋碳汇吸收23%，剩余的46%降滞留于大气中。碳中和旨在通过一系列措施，针对原本将会滞留在大气中的二氧化碳进行减排或吸收处理。实现碳中和的目标绝非坦途，当前仍面临诸多的挑战。经济发展需求与节能减排约束之间的矛盾，本质上是一场速度与质量的博弈；能源转型技术也面临众多亟待突破的瓶颈。此外，碳中和目标推进过程中，社会观念的转变等社会性难题，也是需要去克服解决的。1.2.1碳中和的概念1.2基本概念图1-12碳中和示意图发达国家在国外碳综合政策和行动进展上表现突出，但在南北合作上有待加强。在碳中和政策上，84%的发达国家具备完整政策体系，包括碳中和目标、具体路线图、碳中和目标监管体系、碳综合技术和气候投融资战略或目标技术和投融资支持政策。在碳中和行动上，发达国家在低碳技术创新和气候投融资方面较为领先，引领全球碳综合进程。与其国内行动相比，发达国家与发展中国家的国际合作进展较为滞后，考虑发达国家对发展中国家的气候资金支持和技术合作，绝大多数发达国家未能完全履行其国际义务，71%的发达国家设置各类国际贸易壁垒阻碍了南北合作，部分发达国家重视气候变化国际合作，其中，挪威和法国提供的国际气候资金规模超出其公平出资份额，韩国、日本、加拿大、新西兰等国家开展了国际技术转让合作。受发展阶段、应对气候变化能力等限制，大多数发展中国家碳中和政策与行动进展较慢，仅的发展中国家在指标体系包含的六类政策上均有部署，大部分发展中国家碳综合政策体系并不完整。但部分发展中国家在政策与行动的细分领域进展位居全球前列，如中国、巴西、智利、南非四个发展中国家的行动得分排名全球前30名。此外，乌干达、塞纳加尔、哥斯达黎加等国出台了较为详细的碳中和目标及具体路线图；罗马尼亚、巴西、克罗地亚等国在气候投融资支持政策上处于领先地位；秘鲁、印度等国在碳中和技术部署上进展明显。1.3.1国际政策1.3碳中和政策图1-13碳中和政策行动平均得分排名前的国家及得分为完成“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”的“双碳”目标，着力解决资源环境约束突出问题，实现中华民族永续发展，国家和地方层面先后发布了一系列碳达峰、碳中和顶层设计文件及部分配套政策（图1-14），为经济社会发展全面绿色转型提供政策指导，增强高质量发展驱动力。2021年9月中共中央、国务院发布了《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》，其中提到实现碳达峰、碳中和目标，要坚持“全国统筹、节约优先、双轮驱动、内外畅通、防范风险”原则，同时明确了国家未来发展的主要目标；到2025年，绿色低碳循环发展的经济体系初步形成，重点行业能源利用效率大幅提升；到2030年，经济社会发展全面绿色转型取得显著成效，重点耗能行业能源利用效率达到国际先进水平；到2026年，绿色低碳循环发展的经济体系和清洁低碳安全高效的能源体系全面建立，能源利用效率达到国际先进水平，非化石能源消费比重达到80%以上，碳中和目标顺利实现，生态文明建设取得丰硕成果，开创人与自然和谐共生新境界。1.3.2国内政策1.3碳中和政策图1-14中国碳达峰碳中和“”政策体系框架图建筑作为人们工作和生活的主要空间载体，建材的生产运输、建筑的建造及建筑的运行均产生大量的能源资源消耗，是我国能源消耗的三大来源之一。近年来，我国城市建设快速发展，大规模新建建筑的建设及巨大存量既有建筑的运行，产生了大量的二氧化碳排放。如今，全球各国最低性能标准和建筑能源法规的范围和严格程度都在扩大，在建筑中使用更高效和可再生能源技术的速度也在加快。然而，建筑行业需要更快速的变革才能实现2050年净零排放情景。面向建筑领域碳中和目标，未来十年是建筑业降碳行动落地的关键窗口期。值得注意的是，当考虑直接排放、间接排放以及建材生产过程排放时，建筑与建造部门的碳足迹十分显著。2021年，全球能源相关和过程相关CO2排放中，建筑与建造部门合计占37%全了，超过全球总排放的1/3球，如图1-17全所示。（1）建筑行业的调整方向1)政策制定；2）国际合作；3）企业战略调整；4）产品标准加强（2）建筑脱碳的有效策略1）依托数字化开展精准能耗测量；2）让利益相关方看到结果；3）预测不确定性并快速反应；4）改造既有建筑；5）拥抱可持续发展意味着主动制定预算；6）寻求专业人士协助1.4.1建筑领域1.4各领域碳排放概况图1-172021年全球建筑和施工运营及过程二氧化碳排放量占比据估算，交通运输领域作为最大温室气体与空气污染物排放源之一，其碳排放量占全球温室气体排放量的115%，并保持持续增长。在我国，能源供应、工业、建筑和交通运输是四大重点碳排放行业，其中，交通运输领域的碳排放量大约占我国碳排放总量的10%。近年来，随着社会经济的快速发展和私人汽车的进一步普及，我国交通运输领域的碳排放快速增长。交通运输领域不同运输方式的碳排放总量差异明显，其中公路运输碳排放量最大，碳减排的压力也最大。从排放总量来看，公路运输碳排放总量绝对领先。总体来看，相较于其他交通运输方式，公路运输面临着更大的减排压力。为了在2035年基本实现碳排放达峰后稳中有降、生态环境根本好转、美丽中国建设的目标可以从以下几个方面改善交通领域遇到的难题（图1-18）。（1）政策制定；（2）运输工具装备低碳转型；（3）构建绿色高效交通运输体系；（4）加快绿色交通基础设施建设1.4.2交通运输领域1.4各领域碳排放概况图1-18我国近期、中期和远期气候目标路线图我国电力行业碳排放占我国二氧化碳总排放量的40%以上，准确摸清电力消费端碳排放，积极推动电力消费端碳减排，是落实“双碳”目标的关键举措。煤炭在我国是主要的能源来源，尤其是在发电领域。由图1-19可知，国内电力行业仍然依赖于煤炭这种高碳能源。燃烧煤炭会释放大量的二氧化碳、氮氧化物和颗粒物等有害气体，导致碳排放量增加。目前，一些老旧的火力发电厂技术落后，燃烧效率低下，排放控制能力弱，导致碳排放量相对较高。此外，一些燃煤发电厂存在超标排放的问题，对环境造成了严重污染。不仅如此，电力行业的快速增长的同时大量新建设的火力发电项目仍采用传统的燃煤技术，其排放量很难控制，对碳排放产生了较大影响。除了碳排放量较高之外，电力行业的碳排放也存在一些痛点，其中之一是环境污染问题。二氧化碳等排放物的释放对大气质量和人类健康产生了负面影响；此外，高碳排放也会加剧全球气候变化，导致极端天气事件的增多及海平面上升等问题，给社会、经济和生态环境带来不可逆转的损失。1.4.3电力领域1.4各领域碳排放概况图1-192020年我国各省发电装机结构为了解决这些问题，国内电力行业面临着刻不容缓的碳减排任务，措施如下。（1）政府推动政府和相关部门正在采取种种措施，加快推进清洁能源的发展和应用，推动能源结构的转型升级，提高燃煤发电厂的燃烧效率和排放控制技术水平，推动能源的节约与环保发展。通过加强