一、 前言
自第三次工业革命以来，人类活动产生过量碳排放并导致气候显著变化[1]。《联合国气候变化框架公约》（1992年）等协议要求世界各国共同承担温室气体减排责任[2]。超过60个国家和地区提出了2050年前实现碳中和的发展目标[3~5]。尤其是欧盟，2005年率先建立全球最大的碳排放交易体系，2022年决议改革碳排放交易体系并于2023年5月正式发布碳边境调节机制（CBAM）[6]：对进口商品征收碳税，使欧盟产品支付的碳价格与进口商品的碳价格趋同[7]。美国、日本、英国等受此驱动开始制定本国的碳边境调节机制，进一步增强了碳关税的国际性影响与可操作性，也使CBAM趋向于具有全球影响力、成为多边或区域属性的制度。目前，我国提出了碳达峰、碳中和（“双碳”）战略目标[8]，明确了建立健全“双碳”标准计量体系，加强标准国际衔接等要求[9]。多个省份也在推进“双碳”部署方面发布了地方性政策[2]。与此同时，我国拥有世界上规模最大的制造业，在能耗管理、碳排放控制方面面临较大压力[10]，也不可避免地受到CBAM等一系列国外机制的影响。
我国制造业进行低碳转型，是环境、资源、市场、国际责任等因素的综合反映，经济可持续发展的内在要求。在国家“双碳”战略目标、国际碳排放交易体系的推动下，我国制造业正在有序开展零碳化转型，涵盖从上游零部件生产到下游应用的全过程以及能源供应。相应地，我国制造业体系的低碳转型路径研究获得了产业界和学术界的较多关注，如基于新型工业化的内涵提出相应发展路径[11]，建立指标体系并评估制造业在数字化转型、绿色发展两方面的发展协调程度[12]，探讨制造业“双碳”发展的逻辑与路径以及相应的理论框架[13]，从各个层面研判碳中和目标下我国制造业的发展路径[1,10,14]。也要注意到，在已有制造业低碳转型的研究中，以碳元素为脉络、计及工程实践可行性的路径成果稀缺，对碳排放计量与交易等关键支撑因素的讨论并未展开；企业、政府、第三方机构等未就近零碳体系形成共识，低碳化转型的着力点仍待明确。因此，受CBAM驱动的制造业近零碳化发展课题较为新颖、背景重大，需要开展深入探讨。
近零碳制造是一种基于海量智能化设备与数据资源以实现低碳生产的可持续制造模式，在降低产品全生命周期耗能、碳排放及其他污染物方面具有突出潜力[15]。本文围绕我国近零碳制造体系建设课题，剖析CBAM对我国制造业的影响、近零碳制造体系的概念特征；从产品制造、电力供应两方面梳理近零碳制造体系的关键技术，探讨近零碳制造体系的计量基础、市场驱动力，进而提出我国碳排放权交易市场（碳市场）构建路径以保障制造业转型。从关键技术、计量基础、市场驱动力3个层次出发，构建近零碳制造体系的实践方案，以为深化制造业“双碳”发展和低碳转型建设研究提供参考。
二、 碳边境调节机制对我国制造业的影响
欧盟提出CBAM，旨在弥补进口产品原产国与欧盟之间存在的碳价差异，防止域内高碳企业先向域外转移再回移到内部，从而削弱欧盟本土行业的综合竞争力、碳减排政策成效[16]。CBAM涵盖钢铁、水泥、电力等高碳行业，分为3个实施阶段来不断扩大覆盖面（见表1）[16~18]。目前，欧盟尚未详细规定产品生产全流程中碳排放量的具体计算方式、直接排放范围边界等，需申报产品的碳排放量仅限于相关行业的生产加工过程（包括用电碳排放量、生产过程碳排放量），尚不涉及上 / 下游。直观上，CBAM主要影响我国的能源和资源密集型行业，如钢铁和铝行业[19~21]，此类行业产品的碳排放主要来自电力供应的传递，随着CBAM覆盖范围的逐步扩大将面临较为显著的碳税成本压力；为新能源制造业及其上 / 下游产业提供了更好的发展机遇。然而，其他制造业将面临趋紧的碳排放约束，需要加快推进制造业近零碳化转型，引导国内相关主体共建绿色制造生态。
表1 CBAM的主要内容
（一） 择机扩建清洁能源制造产业
CBAM推高了各地的碳排放成本，将带动各地钢铁、化工等高碳行业扩大对新能源设备的需求。我国在可再生电力，绿氢，碳捕集、利用与封存（CCUS）等领域具有技术和市场规模的双重优势，在风电、光伏发电、动力电池等装备方向更是拥有产业链的主导地位。从长期视角看，CBAM有利于我国能源转型领域的投资和对外贸易，可推动相关细分制造业的发展，重点建设清洁能源制造产业，充分把握新市场形势下的国际合作机遇。
（二） 以近零碳技术推动高碳排放制造业的近零碳转型
CBAM于2023年启动试运行，到2034年转入全面运行，这一阶段与我国经济高质量发展转型时期基本重叠。我国需着力发展数字经济、新兴产业，突破生态碳汇、碳捕集等负碳技术并扩大应用规模。高碳排放行业积极使用绿电、加强近零碳产品研发、升级工艺装备，践行“优质减量”的发展道路。企业层面提高碳排放核算能力，掌握CBAM政策内容并熟悉证书购买等操作。
（三） 加强碳市场建设力度与制造业应用效能
制造业与碳计量方法、碳市场联系密切：制造业采用低碳技术以减少碳排放，应用碳计量方法以掌握和管理碳排放，参与碳市场交易以实现减排目标并获得收益激励。这种密切联系推动了制造业的可持续发展，有利于实现低碳经济，可以认为碳市场对制造业绿色转型起到关键性的驱动作用。
高质量建设全国碳市场，衔接国内外碳交易机制，完善碳排放计量与监测系统，为在制造业中的全面推广应用筑牢基础能力。从直接影响来看，国内碳排放权交易政策引导企业自发开展绿色转型；从间接影响来看，在CBAM背景下，企业可通过国家的碳排放权交易政策来获得一定额度的出口产品碳税豁免，进而降低企业的碳排放成本。
然而在我国，目前全国碳市场的覆盖范围不完整（尚未全面纳入高碳行业），加之国内碳价与欧盟差距较大，已承担国内碳成本的企业仍需购买CBAM证书以弥补差价；碳排放计量与监测系统仍不够成熟，短期内无法为碳市场运行提供可靠的数据支撑。因此，我国亟需完善碳排放交易体系，扩大碳市场覆盖面，充分激发碳市场活力；加强碳排放数据的监测、报送与核查能力，推动国内碳市场项目与海外项目互认，从而提高我国碳价的国际市场认可度。
三、 近零碳制造体系的概念特征
（一） 近零碳制造的内涵
近零碳制造体系以促进制造业绿色发展为目标，涵盖近零碳制造技术、碳排放计量系统、碳市场等主要内容。强调在产品制造全生命周期中（原材获取、能源使用、产品设计、生产与装配）实现近零碳化，侧重开展全生命周期中的碳排放减量及控制，以碳效率提升为直接目标，深度融合产业价值链、供应链、碳排放链[22]。
制造业碳排放源涉及原材料生产、运输等过程产生的碳排放，生产耗能关联的碳排放，制造生产链条中的全部碳排放；以数字化、智能化为驱动力，为近零碳生产提供新要素并改善技术效率，变革制造业企业的生产过程、组织方式、业务模式[12]。
（二） 近零碳制造体系的发展要素
当前，我国制造业步入了平稳发展阶段，但智能制造水平整体不高，转型升级需要一定周期[23]。制造业转型、近零碳制造业发展应是全方位的：把握“双碳”战略目标实施节奏，推动制造业积极实施绿色转型；通过碳排放权交易政策引导企业转型，以精确的碳排放计量与监测来推动制造业产业链的健康运行；研发和推广高效低成本的绿色创新技术，从外部环境、内部技术层面出发，为高耗能、高碳排放类制造企业提供良好的转型基础。
近零碳制造体系的发展要素主要分为关键技术、计量基础、市场驱动力3个层面。首先，以近零碳关键技术为核心，从制造业生产低碳化、能源或电力供应脱碳两方面进行节能降碳。其次，以碳排放精细化计量与监测为基础，通过产品制造、电力系统两方面实现“源网荷”碳排放量的可测量与可核实。在制造业参与碳市场的背景下，准确开展碳计量是确保企业在碳市场中合法性和可信度的前提。最后，以碳市场协同发展为驱动力，扩大我国碳市场覆盖范围、完善与国际碳市场衔接机制，支持制造业以近零碳排放为目标进行转型升级。
四、 近零碳制造体系的关键技术
（一） 产品制造近零碳技术
近零碳制造技术分布于产品制造的全过程。重点面向产品制造，以数字化、智能化为主攻方向，从产品规划、设备运行、碳排放资源利用、碳排放监测、碳税管理五方面开展现状剖析，以全面覆盖制造流程的近零碳场景。
1. 产品近零碳规划技术
2. 设备近零碳运行技术
在制造业运行的近零碳化方面，选择可显著降低制造过程碳排放的设备运行方式是关键，相关研究主要包括：基于数字化、智能化生产调度的系统层面优化，基于工艺参数的设备层面优化[22]。针对具有低碳排放约束的柔性作业车间调度问题，建立了最小完工时间、机器总工作量、机器碳排放的数学模型[30,31]。综合优化工件的机器配置、工艺路线等，形成了可降低制造过程碳排放的多目标工艺规划与调度集成优化模型[32]。关注制造车间的碳效率，建立两阶段动态调度模型，形成制造车间层面碳效率的动态评估与优化能力[33,34]。此外，通过物联网进行设备互联互通，针对系统与设备的总耗能、碳排放量均最小的优化目标，运用全局优化算法并基于当前负荷条件获得相应运行参数，实现主动式节能减排效果。
3. 碳排放数字化监测技术
4. 碳排放资源化利用技术
5. 智能化碳税管理技术
制造企业的碳税管理需覆盖碳核查、碳交易、碳履约、碳监测等内容，核心在于以降碳计划驱动企业高效绿色运行[42]。我国大部分制造企业在运营管理中没有开展碳排放核查及监测，企业内部存在较大的碳成本调节空间。构建企业碳税管理系统，开发碳数据驱动、碳指标管理、碳绩效评价等应用功能，是闭环制造企业近零碳化工作的关键内容。基于数字和智能技术构建碳税管理平台，配置数据处理、分析预测、智能决策等手段，支持税务数据录入规范化、税务稽查流程实时化、碳税征管流程智能化，以此驱动制造企业碳税管理的规范化运行。
（二） 电力供应近零碳技术
1. 源侧转型
推动新能源的开发建设，包括风电、光伏发电、氢能、生物质能发电、核能等类型。以风电、光伏发电为代表的可再生能源供电发展较为成熟，其发电模式与应用场景也处于持续革新状态。氢能有望与电力并重，成为世界能源科技新的重点竞争方向。扩大化工领域中的用氢规模，发展绿氢化工技术，以绿氢替代化石燃料制氢来生产氨、醇等化学品，促进新能源消纳并降低化工行业碳排放强度。
2. 网侧计量
鉴于大量强随机性和不确定性的新能源接入后的影响，重点关注高比例新能源并网支撑技术、新型电能传输技术、新型电网保护与安全防御技术[45]。碳排放追踪是实现电力系统中精准碳排放计量的核心环节，有助于引导碳计量终端研发，合理分摊“源网荷”各环节的碳排放责任，因而发展碳排放追踪技术是推进脱碳的重要支撑。
3. 荷侧互动
4. 储侧灵活
发展“源网荷”各侧的新型储能应用，支持建设独立储能电站、新能源项目租赁容量等方式，深化市场引导并统一实施规划管理。完善储能参与电力现货市场的规则，增加储能可参与的电力市场服务种类，以市场化形式提升储能收益。
5. 旧设备脱碳
改造传统发电设备，发展能源脱碳技术。合理布局新能源高效火电，开展煤电灵活性改造、抽汽蓄热改造、煤电超低排放改造、节能改造、供热改造。发展发电环节的CCUS技术，推动生物能源技术研发，稳步扩大生物质加装碳捕集与封存、生物碳去除温室气体的应用规模[48]。
五、 近零碳制造体系的计量基础
（一） 产品制造碳排放计量与监测
产品碳排放核算是开展降碳优化、实施近零碳技术创新的基础[13]，较多采用的有生命周期法、投入产出法、混合生命周期法、排放因子法等。为了规范低碳认证，国际标准化组织（ISO）等机构发布了多项碳排放核算与产品碳足迹评价标准（见表2）[22]。在实际生产中，得益于信息技术的发展，数字化、智能化使碳排放的动态监测成为可能，相应监测数据可直接或间接地支持产品生产全过程中的碳排放分析。建模产品生产、设备运行等环节与碳排放量之间的关系，基于模型进行碳排放计算与结果校正，从而实现碳排放的动态及可视化监控[50]。在监管层面，可基于行业主管部门认定的标准计量设施和监测设备，测量废水或废气排放的参数[49]，以为增强碳市场的交易公平性提供数据基础。
表2 碳排放核算与产品碳足迹评价的主要标准
（二） 电力系统碳计量与监测
1. 电力系统碳排放计量方法及场景
表3 主要的电力系统碳排放计量方法
电力系统中的碳排放计量场景主要有三方面。① 在源侧，国内多数发电企业在例行管理中没有进行碳排放计量，难以遵循权责发生制原则进行碳排放成本的有效划分，也没有形成完善的信息披露制度，加大了实施碳排放监管的难度。② 在网侧，主要通过电网所在区域的电力碳排放因子进行碳排放计量，但因子更新频率低、核算范围不精确；随着新能源的进一步发展、区域使用新能源发电比例的分化，统一且固定的碳排放因子不再满足电力系统碳排放的精准计量需求。③ 在荷侧，各地区的经济发展、企业规模差异性较大，导致碳排放的核算标准难以确定，也未与国际标准接轨；用户的能动性较大，其活动水平数据难以获得。因此，随着电力系统智能化、数字化以及碳排放计量的发展，围绕发、输、配、用电侧的全环节碳足迹将进一步透明化和精准化，有助于引导电力系统上、下游协同降碳。
2. 电力系统全环节碳计量理论
通过源侧直接测量、网侧碳流追踪、荷侧间接测量，再根据各个时段的发电与系统潮流信息进行碳排放流计算，得到逐个时段动态变化的电力系统全环节碳信息，如节点碳排放因子、线路碳流信息、发电碳排放信息等。
3. 电力系统碳流计量系统
制造业企业基于碳计量方法获取准确的碳数据，为制定碳减排行动提供科学依据，这一需求也推动了碳计量方法的发展和完善。结合产品制造、电力系统的碳排放计量系统，可测量并核实制造业碳流从源、网到荷侧的排放足迹，从而理清大部分碳排放的分摊责任，反馈与计量方法精确度相关的校验信息。
六、 近零碳制造体系的市场驱动力
碳排放权交易指在法定碳排放额度内，市场主体通过交易获得利益或碳排放权力[57]。通过参与碳交易市场，制造业企业可以更快实现碳减排目标，更好改善环境表现，合理获得收益激励。碳市场为碳计量方法提供了发展牵引和应用场景，有助于制造业企业增强对自身碳排放情况的认知和管理能力。高质量建设碳市场，是利用市场机制控制温室气体排放、推动产业结构优化升级、提高新能源用电占比、实现“双碳”战略目标的重要政策工具，可满足各类型企业参与碳市场的需求；通过参与国家的碳排放权交易政策豁免一定的（出口产品到欧盟的）碳税，合理降低碳排放成本。以碳市场为驱动力支持制造业绿色转型，需要完善碳排放交易体系，补充建设区域碳市场，完善区域与全国、国内与国际碳市场的衔接机制。
（一） 国内外碳市场运作分析
1. 国外典型碳市场运作分析
表4 全球代表性的碳排放交易体系
2. 国内试点碳市场运作分析
当前，全国统一碳市场的覆盖行业只有电力行业，交易品种仅有碳排放配额（碳配额），而区域性碳市场更显狭小，保障各级碳市场合理衔接和运行的全国性机制缺失，难以开展全国性的统一交易。碳配额以免费分配方式为主，尽管有利于更多主体自愿参与碳市场交易，降低参与主体在绿色转型阶段的碳减排压力，但缺少市场层面的刺激作用，使企业的碳减排成效难以显现。
从二级碳市场的运营角度看，目前国内碳价普遍不高，相应碳配额的价格远低于欧盟价格[62]。在实施CBAM的背景下，国内外显著的碳价差异不利于（主要进行出口贸易的）国内企业应对多边碳税的成本风险。我国的碳配额分配较为宽松，供大于求的情况导致市场上的流动性整体不足；市场参与主体主要为少量高耗能、高碳排放类企业，可交易品种少、可交易区域小，直接限制了国内碳市场的活力。
我国仍未形成通用性高、操作性强的碳排放计量与核查体系，统计和核算碳排放的技术能力有待提升。制造业企业不重视碳排放计量工作，在线监控设备和系统开发应用滞后，主管部门难以执行精细化的碳排放稽查，第三方核查机构的能力水平良莠不齐。碳市场的主体参数、碳排放实际数据等信息不够透明，不利于市场主体投资决策。
（二） 未来我国碳市场构建路径
1. 市场主体覆盖范围
表5 碳排放市场交易体系所覆盖行业
2. 碳排放总量设定
在确定碳市场的行业覆盖范围、企业门槛后，责任部门依据行业实际情况或历史碳排放数据进行碳配额总量设定。碳配额总量设定可采用历史总量法、基准法：根据前者设定碳配额总量，可以降低行业或企业的入市门槛，促进更广泛主体参与市场交易；根据后者设定碳配额总量，可以激励工业部门转型升级和结构调整，支持供给侧结构性改革[64]。在我国的试点碳市场中，以历史总量法为设定依据的北京、上海碳市场，取得了良好的碳减排效果。
不同地区在不同碳配额分配方式下的减排效果具有差异性[65]，我国碳市场的碳配额设定需要关注两方面。一是采取“总量控制、自上而下”的策略。从欧盟碳市场的经验看，第一、第二阶段因总量设定过于宽松而导致碳排放权过剩。碳交易体系主管部门兼顾国家碳减排目标、行业或企业的承受能力，合理确定碳排放权总量再进行各行业分配，能够充分协调交易主体之间的碳排放权分配结构。历史总量法应逐步被基准法取代。二是根据城市层级体系设置地域建设差异。鉴于我国独特的城市等级制度带来的经济社会发展和同业结构差异，各地区的区域碳排放程度明显不同。适当考虑不同城市层级的差异，更好发挥区域碳排放强度的调节作用。
3. 碳配额分配
在确定碳配额总量后，主管部门需对纳入体系内的控排企业进行碳排放权分配。区域碳排放市场的碳配额可以进行两级分配：根据“双碳”战略目标，兼顾各省份在碳排放、经济环境方面的差异性以及省际合作与分配效率，将整体碳配额分解至各省份并进行动态调整；省级主管部门将本省碳配额分配给域内部门和企业。在碳配额供给上，采取免费分配、拍卖分配、混合分配3种方式。拍卖分配会显著增加控排企业的运营成本，但配置效率更高，有利于提高碳交易体系的市场化运行质量[64]；宜采取总量控制模式，逐步减少免费配额发放比例，稳健提高拍卖配额分配比例。
4. 市场交易机制
一是碳市场机制建设。一些国际碳市场形成了由期货、现货、期权等构成的多层次市场结构，碳金融衍生品占据着交易主导地位，广泛激励了市场主体参与市场交易并提高了市场流动性。相比之下，我国碳市场仍有较大发展空间，应循序渐进以完善市场层次结构。可试点实施碳金融产品（含多种衍生品）交易，以政府主导的交易所、金融机构为主，鼓励私营金融机构参与，联合盘活市场；引入市场监管机制，促进碳市场健康稳定发展。
二是区域碳市场衔接。理论上，国内的区域碳市场可紧密联系，有利于降低国家碳排放总量和对应的经济损失[66]。而目前国内试点交易体系通过全国统一碳市场进行链接，导致区域碳市场的流动性相当有限。发挥全国统一市场对区域市场调节机制的引导作用，增加区域市场的直接交易行为；进一步将我国碳交易体系与国际碳交易体系连通，创造增量收益并改善全球获益。
5. 核查及监管机制
碳市场的法律框架制定，应尽可能符合我国碳市场发展实际及目标、建设地的经济社会状况。在碳排放核查机制建设方面，依据“三可原则”，基于数字电网碳流监测系统、企业碳排放动态监测系统开展碳排放监测，通过第三方机构监测实现可复核。在碳排放监管制度建设方面，短期内可基于现有监管机制及力量来提高政府对碳排放权交易的监督管理能力；中长期则实施企业碳排放信息公开规定，完善碳市场信息披露机制，健全碳交易的社会监督管理体系。
七、 结语
本文针对我国制造业的绿色近零碳化转型需求，提出了近零碳制造体系的建设路径，支持应对“双碳”战略目标和CBAM的客观约束。从CBAM对我国制造业的影响出发，剖析了近零碳制造体系的概念特征与发展路线，涵盖关键技术、计量基础、市场驱动力维度，可视为我国制造业近零碳化转型路径设计的直接依托。当前研究侧重考虑将碳市场作为驱动制造业转型的重要因素，相关逻辑可沿用至驱动制造业以外行业绿色转型的基础因素以及影响程度分析；当前保障制造业转型的碳市场构建路径较为理论化，进一步结合工程实践形成可支持全国示范区发展的对策建议，是后续的探讨重点。
在理论剖析的基础上，我国制造业近零碳化转型实践可重点关注：跟踪国际零碳技术发展前沿，把握数字化、智能化赋能制造业的重大趋势，加速零碳技术的制造业布局和专有设备研发；继续推动以新能源为主体的新型电力系统建设，加快煤电灵活性改造、可再生能源替代，从能源供应侧推动制造业用能的近零碳化；加快零碳工厂等制造业示范应用，建设近零碳制造体系试点项目，形成“双碳”战略目标下制造业高质量发展范例；发挥政府引导作用，协同政策、技术、市场以推动碳技术创新与革命，加快能源与碳市场体系建设，以市场机制更好激励降碳减排。
利益冲突声明
本文作者在此声明彼此之间不存在任何利益冲突或财务冲突。
Received date:August 30, 2023; Revised date:November 3, 2023
Corresponding author:Zhang Yongjun is a professor from the School of Electric Power Engineering, South China University of Technology.His major research fields include planning, operation and control of smart grid and energy Internet. E-mail: zhangjun@scut.edu.cn
Funding project:Chinese Academy of Engineering project “Strategic Suggestions for the High-quality Development of Ningxia New Energy Comprehensive Demonstration Zone by Eastern Industrial Technology”(2022NXZD3)