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王敏:不必因为“双碳”目标而限制能源需求

我国在2030年实现“碳达峰”的外部环境相对宽松,没必要运动式地应对“碳达峰”。实现2060年“碳中和”目标也是大概率事件。

图片来源:视觉中国

文丨王敏(北大国发院副教授(长聘)、助理院长、北大环境与能源经济研究中心副主任)

本文根据王敏10月24日在北大国发院举办的中国经济观察报告会第58期上的发言整理而成。文章仅代表作者观点。界面新闻获授权刊发。

2021年8月,IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)第六次气候变化评估报告第一工作组报告发布。有些内容很值得大家关注。比如,目前全球大气中的二氧化碳浓度达到200万年内的最高水平,地表温度也达到12万年内的最高水平。如果各国均采取中度积极的减碳措施从而在2050年实现全球“碳达峰”,那么本世纪末全球气温将上升2.1-3.5摄氏度。2019年全球二氧化碳排放总量为344亿吨,位居前六的经济体分别是中国(98亿吨)、美国(50亿吨)、欧盟(29亿吨)、印度(25亿吨)、俄罗斯(16亿吨)和日本(11亿吨)。中国2019年度的碳排放量约为二三四名碳排放量的总和。从累计数据看,1965-2020年中国二氧化碳排放2210亿吨,占同期全球累计总排放的17%,仅次于美国同期的2777亿吨。

上述事实正是习主席2020年提出“双碳”目标——2030年实现“碳达峰”,2060年实现“碳中和”——的重要背景。

这些数据对我们理解“双碳”目标和了解全球气候变化问题非常重要。今年是中国双碳目标的元年,全球经济复苏再一次带动能源需求大增,但不少地区通过暂停“两高”(高耗能、高排放)项目审批和拉闸限电的行政干预方式控制辖区内能源需求和碳排放增长。

为实现双碳目标,我们首先要对我国未来的经济增长和二氧化碳排放总量趋势做个判断。从全球情况来看,与碳排放密切相关的国家,其经济发展、城市化和产业结构变化等都有规律可言。

从理论上讲,经济总量、产业结构、技术水平和能源结构这四个因素决定了二氧化碳的排放总量。其中前三个因素是影响能源总需求的主要变量,其关系分别为:经济总量越高,碳排放总量越高;产业结构中工业GDP占比越高,碳排放总量越高;技术水平决定了单位产出能耗。最后一个因素,即能源结构决定了满足能源总量需求时的高碳(黑色)能源与低碳(绿色)能源的比例。

经济总量增长

北大国发院《中国2049》课题组曾基于增长收敛理论,对我国未来长期经济增长趋势做过预测研究。

  • 2021-2030年,我国潜在实际GDP年均增长率将为5%,GDP总量至2030年将达到170万亿,约为2020年的1.67倍。
  • 2021-2060年,我国潜在实际GDP年均增长率将为3.5%,GDP总量至2060年将达到420万亿,约为2020年的4.12倍。

过去10年间,由于环境整治的协同效应,我国每新增1万亿GDP带来的二氧化碳排放总量增长从2011年的约0.9亿吨左右,下降并稳定在近几年的0.22亿吨左右。这也意味着,如果给定其它三个因素不变,只考虑经济总量增长,那么二氧化碳排放总量将从2020年的99亿吨大概增长至2030年的114亿吨和2060年的169亿吨,分别增长15亿吨和70亿吨。

产业结构变迁

全球产业结构变迁有其自身发展规律。

从历史数据来看,当人均GDP达到1.5-2万PPP(购买力平价)国际美元时,工业GDP占比将达到40%左右的峰值。美国在上世纪50年代中期、欧盟国家在上世纪60年代中期均达到这一峰值,但在随后的50年里,这些发达国家的工业GDP占比就从40%左右降到15-20%或者25-30%两个区间。如日本、德国等工业强国的工业GDP占比降至25-30%,而美国、英国、法国等则降至15-20%。因为碳排放主要源于工业生产,所以分析产业结构的变迁规律对我们研究碳排放至关重要。

过去10年,我国的产业结构经历了剧烈调整,工业GDP占比呈断崖式下降。2011年,我国人均GDP为1万PPP国际美元,当时的工业GDP占比为46.5%;到了2020年,我国的人均GDP为1.6万PPP国际美元,工业GDP占比下降至37.8%,即我国的工业GDP占比在过去10年下降了9个百分点。从其它国家情况来看,美国和欧盟国家的工业GDP占比从峰值下降同等9个百分点幅度大约经过30年,而新晋高收入国家韩国从达到峰值的1991年至今仅下降了5个百分点。

显然,在过去10年间,除了居民需求、要素价格、生产比较优势等因素变化对产业结构变化的影响,去产能、环境管制等政府强制性行政干预也起了较大作用。10年间工业GDP比重下降9个百分点这一数据,警示我们中国经济可能出现过早去工业化的倾向。因此未来要谨防继续通过强制性行政干预来实现“双碳”目标。

目前我国的人均GDP水平较低,按名义汇率计算仅为1万美元。按照我的同事王勋的测算,到2060年我国的人均GDP大概也只能达到美国60%的水平。因此,我们在未来应对“双碳”目标时,还是要以较低的成本实现经济发展跟低碳目标的有机结合。

2030年,我国的工业GDP占比大概会下降5个百分点至33%左右,与当前韩国的水平差不多。这一下降幅度已经接近上限,否则会导致过早去工业化情况发生。根据过去几年的数据,我的大概测算是,工业GDP占比每下降1个百分点能带动二氧化碳排放下降约0.5亿吨,因此到2030年工业GDP占比下降能带动的二氧化碳排放下降约为2.5亿吨。

再看工业细分行业的碳排放情况。2020年,我国碳排放最多的三大行业是火电、钢铁和水泥业,分别占到全国碳排放量的44%、18%和14%。我国的钢铁和水泥产量十分惊人,占全球总量的57%左右,且主要是满足我们国内的需求。其中,钢铁产量的64.7%用在了建筑业,水泥产量则全部用在了建筑业。因此我国大量的碳排放是源自建筑需求。

建筑需求,显然是超高速城市化所致。我国人口体量巨大,自改革开放以来城市化率达到人类历史上前所未有的增长速度。上世纪90年代初,我国的城市化率为26%,而2020年的第七次人口普查数据显示已达到63.8%。我国的城市化率在过去20年增长最快,平均每10年增长14个百分点。基于我国庞大的人口基数,14个百分点涉及到近2亿人口的城市化进程,其对应的建筑需求也自然激增。数据显示,全国房屋施工面积从2000年的6.6亿平方米增加至2020年的93亿平方米,20年间增加了近15倍,且这还是每年流量而非存量数据。因此,我们过去经历的碳排放高速增长,与工业化、超高速城市化发展等关系密切。

然而,城市化发展有其自身规律。从全球城市化发展规律来看,成功实现工业化的经济体都历过快速城市化的发展阶段,但是城市化率一旦到达70%~75%的区间就会进入缓慢增长阶段,直至稳定在80%左右的水平。给定我国当前的城市化率为63.8%,预测到2030年进入70-75%峰值后,城市化率增速将面临拐点并下降。这将导致我国届时对钢铁和水泥的整体需求将显著下降。

鉴于此,我们对2030年实现“碳达峰”应该充满信心。

技术升级与替代

我国基于煤炭投入的生产技术已居国际先进水平。

过去15年,我们每个“五年计划”都对节能减排提出了具体目标。到2020年底,全国实现超低排放的燃煤机组已达9.5亿千瓦,占煤电总装机容量的88%。我国重点统计的钢铁企业吨钢综合能耗也从2006年的640千克标煤下降到2020年的545千克标煤,不但低于吨钢678千克标煤的世界平均水平,而且与日本等发达国家接近。在目前以使用煤炭能源炼钢的技术下,大幅度下降能耗的空间已十分有限。我国水泥行业基本采用的新型干法生产技术,也达到全球领先水平,减排同样面临空间有限。

这意味着,要继续扩大能耗下降的空间,只有通过能源投入品的清洁替代。目前,我国能源投入品的替代技术都有长足发展。煤电可由天然气、核电、水电、风电和光伏替代,高炉转炉冶炼钢可由电炉炼钢、氢能炼钢进行一定程度替代,水泥生产过程中的燃料可由工业垃圾、生物燃料和电力替代。能源替代本质上是能源结构转型问题。但需要注意的是,受制于替代能源的成本和供给约束,煤炭燃料的清洁替代空间是有上限的。作为储量丰富、供给可靠、低成本的能源投入品,煤炭不可能、也没有必要被完全替代。

能源结构调整

从2020年我国的能源结构来看,煤炭、石油、天然气、核电、水电、风电和光伏占一次能源消费总量的56.6%、19.6%、8.2%、2.2%、8.1%、2.8%和1.6%,占总发电量的63.2%、0.1%、3.2%、4.7%、17%、6%和3.3%。总体而言,相比于全球主要经济体,在一次能源消费中,煤炭占比过高,天然气和核电占比过低。相对低碳的非化石能源约占一次能源总消费的15.7%,这一比例仍有提升空间。

不同能源之间存在可替代性和竞争性。给定能源总需求,不同能源的相对价格决定一国能源结构。而能源价格则由一个国家的资源禀赋和国际供需决定。我国的资源现状是“缺油少气”、煤炭储量极大丰富的,因此煤炭一家独大的能源结构也是自然规律和经济规律发展的结果。“双碳”主要是要减少对煤炭的使用。从美国和欧盟国家经验来看,能源结构转型在短期内还需依赖天然气和核电发展。目前,我国的核电技术已经非常成熟,但是关于核电技术一直存在大量非市场或者非安全因素的讨论,发展缓慢。

目前,煤电、天然气、核电、水电的成本相对固定,尤其是核电的成本随着安全要求的提升而难以下降。但新能源具有非常强的规模经济优势,即新能源装机规模越大,成本越低。2010-2020年,全球光伏电站、陆上风电、海上风电和光热发电平准化电力成本分别下降85%、56%、48%和68%,且未来十年还将继续下降。今年国家已经取消了对光伏电站和陆上风电的补贴。预计未来10年,风电和光伏发电的成本将极有可能低于每度电2毛钱,在发电端也将具备竞争优势。根据市场规律,一旦哪类能源的价格低,这类能源就能在能源结构中占据重要地位。

习主席在去年提出“双碳”目标时,也提出了2030年非化石能源要占比25%的目标,即在当前基础上增加9.3个百分点。但要实现这一目标有不少挑战。2010-2020年,我国非化石能源占比共上升约7个百分点,其中核电、水电和风光电分别贡献了1.56、1.67和4个百分点。要实现增加9.3个百分点的目标,意味着风电和光电要再发挥更大作用。然而,过去10年,我国的风光电发展是从零开始,现在的装机容量已经达到很高水平。要在未来10年提高9.3个百分点的非化石能源占比面临一定挑战。

2030、2060碳排放展望

基于以上分析,对中国2030年的二氧化碳排放情况,我们的预测如下:

  • 第一,经济总量的增长将增加15亿吨二氧化碳排放;
  • 第二,工业GDP占比下降将减少2.5亿吨二氧化碳排放;
  • 第三,非化石能源占比提高到20%或25%后将减少4.8亿吨或10.4亿吨的二氧化碳排放;
  • 第四,我国2030年的二氧化碳排放总量将为107亿吨或101亿吨。

再考虑到2016年以来,我国新生人口从1790万断崖式下降到2020年的1200万。2021年新生人口大概率低于1000万。这就意味着自2021或之后若干年内,我国人口总量将进入长期负增长阶段。至2030年前后,随着我国人口总量下降以及城市化率增速下降并趋于零,钢铁和水泥行业产出和二氧化碳排放将显著下降,能源总需求也将进入缓慢增长阶段。

事实上,随着城市化率增速的发展变化,欧盟和美国等发达经济体的能源总消费都经历了从快速增长到缓慢增长、最后负增长的发展趋势。欧盟和美国一次能源总消费在1966~1979年间经历年均4.14%和2.94%的高速增长后,随后分别进入年均0.52%和0.83%的缓慢增长阶段,直至在2006年和2007年到达峰值。

中国的能源需求增速在2001-2011年达到9.4%,这期间主要是加入WTO红利带来的经济高速增长所致;之后在2012-2020年间下降至2.9%。考虑到城市化增速与人口总量的下降,我国在2030后的能源需求增速不会高于1%。因此,我国在2030年实现“碳达峰”的外部环境相对宽松,没必要运动式地应对“碳达峰”。

在2030年后,在能源总需求低速甚至负增长的趋势下,依靠风电、光伏、氢能和储能成本持续下降所形成的对化石能源的高比例替代、2050年前后碳捕获、利用与封存技术的大规模应用以及农林碳汇这三方面的作用,实现2060年“碳中和”目标也是大概率事件。

综上所述,我们认为,不宜也没有必要将通过行政干预方式控制能源总需求作为实现“双碳”目标的手段。事实上,在充分尊重经济发展和碳排放发展规律的前提下,利用市场和价格机制来解决能耗和二氧化碳排放过快增长的问题,是实现“双碳”目标的更优策略。

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