中部地区崛起的能源需求及碳达峰路径研究

程云鹤 ,  董洪光 ,  耿纪超 ,  何继善

中国工程科学 ›› 2021, Vol. 23 ›› Issue (1) : 68 -78.

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中国工程科学 ›› 2021, Vol. 23 ›› Issue (1) : 68 -78. DOI: 10.15302/J-SSCAE-2021.01.014
推进能源生产和消费革命（2035）

中部地区崛起的能源需求及碳达峰路径研究

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Energy Demand and Carbon Emission Peak Paths for the Rise of Central China

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摘要

能源革命是经济、社会、环境协调可持续发展的内在要求，其实施需要与地区发展战略相结合，统筹规划、协同发展。本文运用 Kaya 恒等式，将中部地区崛起的能源消费需求分解为生产性、生活性两部分，考虑中部地区的国内生产总值（ GDP）增长、产业结构、城镇化、能源效率、人均收入、生活能源等驱动因素，构建中部地区崛起的能源需求情景，据此分析能源革命背景下的低碳发展路径。结果表明：随着城镇化、工业化发展路径的延续，中部地区 5 个省份的能源需求量将持续上升，2035 年能源需求总量约为 8.4×108~1.01×109 tce；构建多元能源供应体系将助力实现能源清洁低碳安全高效、支持 2030 年前实现碳排放拐点等目标。针对性提出发展建议：大力发展节能技术、清洁能源技术、可再生能源技术；优化产业结构，构建多能互补体系；加大能源体制改革，实现区域能源共济。

Abstract

Energy revolution is essential for the coordinated and sustainable development of economy, society, and the environment, and it should coordinate with regional development strategies. Using the Kaya identity, this study categorizes the energy consumption demand brought by the rise of Central China into production and living demand. Energy demand scenarios for the rise of Central China are constructed considering factors such as gross domestic product, industrial structure, urbanization, energy efficiency, per capita income, and residential energy. Accordingly, the low-carbon development paths under energy revolution are analyzed. Urbanization and industrialization will promote the total energy demand in the five provinces in Central China up to 8.4×108–1.01×109 tce in 2035. Moreover, the establishment of a diversified energy supply system can help achieve low-carbon emission, energy security, and efficient utilization of energy; a carbon emission peak is expected to reach before 2030. China should vigorously develop technologies regarding energy conservation and clean and renewable energies. A multi-energy complementary system should be established in China by optimizing the industrial structure, and the existing energy system should be reformed to realize energy cooperation among regions.

关键词

能源革命 / 中部崛起 / Kaya 恒等式 / 情景分析 / 碳达峰

Key words

能源革命 / 中部崛起 / Kaya 恒等式 / 情景分析 / 碳达峰 / energy revolution / rise of Central China / Kaya identity / scenario analysis / carbon emission peak

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程云鹤,董洪光,耿纪超,何继善. 中部地区崛起的能源需求及碳达峰路径研究[J]. 中国工程科学, 2021, 23(1): 68-78 DOI:10.15302/J-SSCAE-2021.01.014

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一、前言

使用煤炭、石油等化石能源，在为经济社会发展提供基本动力的同时，也产生了硫化物、氮化物、可吸入颗粒物等污染物和 CO2，带来了环境污染和全球气候变化，因此推动能源转型一直是国际社会的热点和前沿问题 [1,2]。我国自 2006 年起成为世界上最大的能源消费和 CO2 排放国，2019 年煤炭消费量占世界的 51.7%、CO2 排放占世界的 28.8%，以煤为主的能源结构面临着国内要求改善环境、国际上减少 CO2 排放的压力。此外，我国的石油、天然气对外依存度较高，能源安全面临潜在威胁。因此，推动我国能源转型、进行能源结构优化，是能源、经济、环境可持续协调发展亟需解决的问题。

国家高度重视能源转型问题，作出了推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系等战略部署 [3,4]。学术界开展了较多研究，试图将能源发展战略规划与新时代中国特色社会主义建设实践相结合：探讨能源革命背景下的煤炭产业、可再生能源产业、煤层气产业的前沿技术、发展路径、风险因素等[5~7]；研究提出要将能源转型与国情结合，走一条具有特色的能源转型道路 [8]；研究指出能源生产和消费革命的核心是能源供给侧、能源消费改革与创新，对促进低碳清洁转型起到重要作用；还有研究认为，通过促进能源生产和消费改革，加快能源价格机制和能源体制改革，完善能源制度 [9]。也要注意到，我国幅员辽阔，地区间的能源禀赋和发展水平差异较大，能源革命必然要因地制宜并与区域发展战略相结合 [10]，而目前有关将能源革命与具体区域发展战略相结合的文献尚不多见。尤其对于中部地区，其工业化、城镇化水平与沿海地区发展差异较大，地区崛起意味着更多、更高质量的能源需求。应对国家宏观要求 [11]，将能源革命战略与中部地区崛起战略相结合，从能源革命推动中部地区高质量发展的角度开展研究，具有现实意义。

能源革命助推中部地区相关省份（河南省、安徽省、湖北省、湖南省、江西省，以下称“中部五省”）崛起，不仅是经济水平的单一提升，更应是经济、社会、生态环境的全方位提升。①在经济维度上，能源革命指保障中部地区经济发展的能源安全、满足经济发展的高品质能源需求；在生产投入上积极利用科技进步来合理配置能源，推动产业转型升级、能源效率提升；在产出上积极推动能源质量变革、动力变革，提升产出的能源品质及相应经济效益。②在社会维度上，能源革命应使中部地区居民共享高质量生活，推动由发展不平衡不充分向和谐社会发展；区域差距、城乡差距、收入差距是经济发展中的客观现实，能源消费水平作为生活质量高低的一个重要参考指标，不仅要缩小与东部沿海地区的差距，更要弥合城乡差距、居民收入差距。③在生态维度上，长期以来中部地区资源开采和应用造成了生态破坏和环境污染，生态效率与节能减排技术水平均低于东部地区 [12]；中部地区崛起战略可能加剧中部地区城市的环境污染问题 [13]，能源革命需要扭转和消除这种生态退化状况。中部地区的高质量崛起，需要以高品质能源为支撑；能源革命应助推中部地区经济、社会、环境多个维度协调发展、高质量崛起（见图 1）。因此，本文尝试将能源革命战略与中部地区崛起战略相对接，对中部地区在工业化、城镇化、现代化进程中的能源需求与 CO2 排放峰值路径等开展初步探讨，以期为中部地区能源发展提供理论参考。

图 2 经济高增长情景的能源需求量

在基准经济增长背景下，至 2035 年，中部五省的能源需求量约为 9.01×108 ~9.74×108 tce。在产业结构升级和能源效率提升的情况下（SE24 路径），中部地区的能源需求量约为 9.01×108 tce；如果能源革命无法推动产业结构升级、提升能源效率，则能源需求量约为 9.74×108 tce；其他情况介于二者之间。能源革命中如果调整产业结构、提升能源效率同步（SE22 路径），则能源需求约为 9.11×108 tce；仅推动产业结构升级而不提升能源效率（SE23 路径），则能源需求量约为 9.60×108 tce；在城镇化加速的背景下，产业结构和能源效率保持不变（SE25 路径），能源的需求量约为 9.58×108 tce。

在经济低增长背景下，至 2035 年，能源需求分为 4 种情况：基准情景（SE31 路径），能源需求量约为 9.11×108 tce；基准情景且能源革命提升能源效率（SE32 路径），能源需求量约为 8.57×108 tce； SE32 路径附加能源革命加速产业结构优化升级（SE33 路径），能源需求量约为 8.99×108 tce；SE33 路径附加能源革命既促进产业结构优化又提升能源效率，能源需求量约为 8.45×108 tce。

由此可见，能源革命在推动中部地区崛起的过程中，推进产业结构优化、提升能源效率起着至关重要的作用：一方面可以节约能源消费量，即能源消费革命；另一方面可为中部地区崛起提供了路径选择。

（二）中部地区崛起 CO2 排放量拐点出现路径

能源革命的核心任务之一是推进能源转型，即通过优化能源结构，朝着清洁低碳方向发展。根据不同的崛起路径假设，加上能源革命、基准能源供给情景假设，共有 432 个不同崛起路径的 CO2 排放情景组合。总结这些情景，将经济基准增长、经济高增长、低增长与能源革命、能源基准发展情景相组合，可以得到能源碳达峰的拐点年份情况。

同样以经济高增长为例，如果中部地区能源按照基准情景发展（见图 3），在 4 种不同崛起路径下的中部地区 CO2 排放量均在 2022 年达到峰值， 2022 年之后开始缓慢下降。对比基准情景和能源革命情景（SE11、SE13 路径），CO2 排放量峰值年份均为 2020 年，但能源革命情景下（见图 4）的总排放量更少。对于 SE12、SE14 路径，基准情景下的峰值年份为 2022 年，能源革命情景下的峰值年份为 2021 年；同样，能源革命情景下的总排放量更少。

图 4 经济高增长 + 能源革命路径的 CO2 排放

在经济基准增长背景下，如果中部地区能源按照基准情景发展，在 5 种不同崛起路径下，中部地区的 CO2 排放峰值均出现在 2021 年，此后随着能源结构的转型呈现出逐年递减趋势。关于 CO2 排放量，能源革命情景较基准能源结构条件低 1.434×107 ~1.474×107 tce。

在经济低增长背景下，如果中部地区能源按照基准情景发展，在 4 种不同崛起路径下，中部地区 CO2 排放峰值均出现在 2021 年，此后随着能源结构的转型呈现出逐年递减趋势。同样，能源革命将明显降低 CO2 排放量，有利于全球气候变化治理，也有利于区域环境改善。

由此可见，能源革命战略与中部地区崛起战略相结合，有助于促进中部地区高质量发展。能源革命以转变能源结构、提升能源效率的方式，推进中部地区产业结构转型升级，为地区新型城镇化发展、居民生活水平提高发挥积极作用。

五、对策建议

在综合考虑经济增长、产业发展、城镇化、现有节能政策等条件下，中部地区的能源需求将随着工业化、城镇化的推进而持续上升，2035 年之前不会出现拐点，但能源效率提升、产业结构优化有助于降低能源需求量；以构建多元互补能源体系为目标的能源革命情景，有助于中部地区碳达峰时间尽快到达，促进中部地区经济、社会、环境的协调发展。应对中部地区崛起的时代背景，对地区能源革命提出如下发展建议。

（一）重点发展节能清洁技术，提升能源效率和清洁低碳能源供给

中部地区能源消费主要以煤炭为主，煤炭在一次能源中的主导地位短期内难以改变。由于火电是我国煤炭转化的主要方式，开展火电技术创新是相关清洁化技术发展的重要方面。煤炭的清洁利用是未来能源革命的重点，节能提效是我国能源战略之首 [19]；一方面加大中部地区火电机组升级换代、小规模机组淘汰的力度，对区域内各产业的能源投入产出效率进行调控，持续提升能源的利用效率；另一方面规划和实施水电、风电、光伏、生物质能等可再生能源的发展。

（二）加大产业结构调整力度，向绿色低碳生态化转型

能源革命推动中部地区崛起，不仅是能源产业结构本身的问题，更是区域内整个产业结构发展高度化、生态化的问题。在生态优先、绿色发展的新理念下，中部地区应改变传统的依赖资源的粗放发展方式，聚焦产业转型升级，因地制宜推动产业结构调整，朝着低碳生态化方向发展。建议将生态文明建设纳入产业转型升级过程，发展新型工业化以调整优化产业结构；改变工业文明“资源–产品–废物排放”产业模式，逐步转向生态文明、人与自然和谐共生的发展方式；采用先进技术改造提升传统产业，实施传统工艺改造升级，运用信息技术、新能源技术来推动产业生态化发展。

（三）推动能源体制变革，构建多能竞争市场体制

新能源发展壮大离不开市场突破，我国当前的“煤电联营”“煤电一体化”运行体制事实上形成了煤电对电网的独占，而风能、光伏等新能源在价格上已基本具备与传统火电竞争的条件。建议发挥新能源分散性特点，结合“美丽乡村”“安全社区”等工程建设，采用先农村后城市、由生活到生产的发展路径，设计竞争市场，更好发挥市场在资源配置中的决定性作用。鉴于风能、太阳能分布的区域性差异，建议中部地区各省份构建协商机制、打破行政分割，在新能源使用方面充分加强区域协作；推动能源体制变革，破除体制约束并打破区域间隔，倡导可再生能源的优先发展、优先利用，更好落实生态优先发展理念。

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基金资助

中国工程院咨询项目“推进能源生产和消费革命（ 2035）——能源革命推动经济社会发展和生态环境保护战略研究”(2018-ZD-11)；中国工程科技发展战略安徽研究院咨询项目 (2018-02)()

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