什么是碳达峰、碳中和？

1.1、 发展的权利：大国博弈与利益统一

1.2、 我国的碳减排将是一段艰苦的历程

尽管全球越来越多的政府正在将碳中和目标纳入国家战略，但就具体目标而言， 仍有区别。如欧盟在 2020 年 3 月提交《气候中性法》，旨在从法律层面确保欧洲到2050 年成为首个“气候中性”大陆。美国加州和中国分别制定了 2045 年 和 2060 年“碳中和”目标。加州的目标包括削减所有温室气体排放，包括二氧 化碳、甲烷等，并抵消其无法削减的排放量，而中国的目标仅针对二氧化碳。

我国碳排放下降斜率更大。由于发展阶段的不同，发达国家已普遍经历“碳达峰”， 为达到 2050 年“碳中和”，更大程度上只是延续以往的减排斜率。而我国碳排 放总量仍在增加，需要经历 2030 年前“碳达峰”，然后走向 2060 年前“碳中 和”。从实现“碳中和”的年限来看，比发达国家时间更紧迫，碳排放下降的斜 率更大。

1.3、 “碳中和”对我国意味着什么？

我们从“能源碳”和“物质碳”两方面出发，构建了“碳中和”的实现路径。

一、能源碳

1）能源供给侧：提高可再生能源比例，构建零碳电力为主、氢能为辅的能源结 构，同时大力发展储能以保障电网平衡。

2）能源需求侧：分行业看，主要是工业、交通、建筑三个部门；按实现路径划 分，主要有终端电气化、源头减量、节能提效三种途径。

二、物质碳

物质碳与工业过程息息相关，因此涉及到大规模的工艺改变和原材料替换。

2.1、 源头减量：碳减排驱动的供给侧改革

（1）2021 年 1 月 26 日，国务院新闻发布会披露，工信部与国家发改委等相关 部门正在研究制定新的产能置换办法和项目备案的指导意见，逐步建立以碳排放、 污染物排放、能耗总量为依据的存量约束机制，确保 2021 年全面实现钢铁产量 同比的下降。

促进钢铁产量的压减主要从以下四个方面：

一是严禁新增钢铁产能。对确有必要建设的钢铁冶炼项目需要严格执行产能置换 的政策，对违法违规新增的冶炼产能行为将加大查处力度，强化负面预警。同时 不断地强化环保、能耗、安全、质量等要素约束，规范企业生产行为。

二是完善相关的政策措施。根据产业发展的新情况，工信部和国家发改委等相关 部门正在研究制定新的产能置换办法和项目备案的指导意见，将进一步指导巩固 钢铁去产能的工作成效。

三是推进钢铁行业的兼并重组，推动提高行业集中度，推动解决行业长期存在的 同质化竞争严重，资源配置不合理，研发创新协同能力不强等问题，提高行业的 创新能力和规模效益。

四是坚决压缩钢铁产量。结合当前行业发展的总体态势，着眼于实现碳达峰、碳 中和阶段性目标，逐步建立以碳排放、污染物排放、能耗总量为依据的存量约束 机制，研究制定相关工作方案，确保 2021 年全面实现钢铁产量同比下降。

回顾上一轮供给侧改革，以差别化电价、阶梯电价为代表的市场化政策，以及清 查中频炉（地条钢）为代表的行政手段（包括后期的环保督查），有效促进了钢 铁行业落后产能淘汰，也使钢铁价格飙升。目前，政策尚处于讨论中，我们需要进一步进行分析：

1）虽然碳减排是一场“马拉松”，但是指标的设定、路径的选择具有显著的政 策因素，而目前在其他减排路径经济技术较为一般或时间成本较高的情况下，短 期压减产能或许是一条行之有效的措施；

2）目前，生态环境部主管碳减排相关事宜，从环保督察手段来看，历史已证明其有效性；

3）各地、各行业都将制定自己的减排目标和减排路径，不可避免有排名、比较的因素。 综上所述，我们对通过压减落后产能来降低能耗进而减少二氧化碳排放的政策手 段持乐观态度。当然具体仍需要待政策最终落地，具体评估减排指标与减排路线。

（2） 2021 年 2 月 4 日，内蒙发布《调整部分行业电价政策和电力市场交易政 策》，对部分行业电价政策和电力市场交易政策进行调整。严格按照国家规定对 电解铝、铁合金、电石、烧碱、水泥、钢铁、黄磷、锌冶炼 8 个行业实行差别电 价政策，继续对电解铝、水泥、钢铁行业执行阶梯电价政策。

2021 年 2 月 24 日，甘肃省发布《高耗能行业执行差别电价管理办法通知》， 要求 2021 年 3 月 31 日前完成本地区首次执行差别电价企业确认工作。针对钢铁、铁合金、电解铝、锌冶炼、电石、烧碱、黄磷、水泥等八个高耗能企业，按照允许类、限制类、淘汰类，执行差别化电价。

从近期政策来看，以碳排放、能耗总量、污染物排放为依据的存量约束机制正在收紧。

电网企业因实施差别电价政策而增加的加价电费收入全额上缴省级国库，纳入省级财政预算，实行“收支两条线”管理，统筹用于支持经济结构调整和节能减排工作。对水泥行业、钢铁行业因实施差别电价政策增加的电费收入，10%留电网企业用于弥补执行差别电价增加的成本；90%上缴省级国库，纳入省级财政预算， 统筹用于支持行业技术改造和转型升级，促进经济结构调整。

在“碳达峰”、“碳中和”目标的倒逼之下，“能耗指标”将成为重要的抓手， 2021 年全球经济复苏，大宗商品价格上涨动力较强，叠加“碳中和”目标下的 产能压降手段，高能耗产品供给侧约束后，价格有可能进一步提升。

我们根据能耗指标，梳理了高耗能类型产品：电解铝、硅铁、电炉锰铁、石墨电 极、烧碱、涤纶、铜等，都有可能成为限制对象。

2.2、 能源替代：新能源长期发展的盛宴

现有的能源系统中，煤、石油是主要力量。据统计年鉴数据，2019 年我国能源 消费总量 48.7 亿吨标煤，其中煤炭、石油、天然气、一次电力及其他能源占比 分别为 57.7%、18.9%、8.1%、15.3%。

从用途来看，石油主要用于终端消费（交通、工业），煤炭主要用于中间消费（火 力发电），天然气主要用于终端消费（交通、工业、建筑部门）。

回顾人类对能源利用的探索历程，实际上是从利用核外电子到利用核内电子的过 程，但这恰是宇宙、物质、能源发展的逆过程。

二次能源中，对电能的利用是一项伟大的革命，现已成为能源利用的枢纽，从历 史上看，“电”也引发了多次生产技术革命。而氢能同作为二次能源，具有可存 储的优势，但也因制备和使用效率稍逊而经济性较差，但从能量循环的角度看， 可以有助于碳的减排。

锂、氢能同作为可行且具有前景电子存储载体，其重要的原理特点在于，Li+与 H2 都是小粒子，有助于提升物质/能源转换便利性。

碳中和的最重要目的就是减少含碳温室气体的排放，采用合适的技术固碳，最终 达到平衡。

为达到碳中和，我们预计到 2060 年，清洁电力将成为能源系统的配置中枢。供 给侧以光伏+风电为主，辅以核电、水电、生物质发电；需求侧全面电动化，并 辅以氢能。

2.2.1、能源供给侧：可再生能源主导

总量层面：

核心假设：

（1）我们采用“自上而下”的测算方法，假设未来 GDP 增速和发电量增速从“十 三五”末期的 5%逐步下降到 2.5%；而由于节能降耗的原因，未来单位 GDP 能 耗逐步下降，电力消费弹性系数将小于 1。

（2）假设未来我国总发电量和 GDP 保持同步增长态势且增速一致，假设 GDP 和总发电量增速分别为 2021-2030 年 4%、2031-2040 年 3%、2041-2060 年 2.5%。

根据我们的上述假设，以 2019 年发电量 7.22 万亿千瓦时为基础，2030 年发电 量达到 11.9 万亿千瓦时（和部分机构的预测数据基本一致），2060 年发电量进一步达到 32.71 万亿千瓦时。

结构层面：

在总发电量预测的基础上，我们将进一步对不同发电方式未来的发电量及相应的 装机需求进行拆分。

（1）火电：装机量方面，在 2030 年碳达峰基础上，在经济发展的过程中 2020-2030 年仍需要有一定规模的火电装机支撑发电量增长，因此我们假设火电 装机在 2020-2030 年间每年仍将维持增长态势，但增量逐步减少直至 2030 年无 新增火电装机；2030-2060 年，火电装机每年将逐步退出电力市场，直至 2060 年碳中和时存量火电装机清零。利用小时数方面，随着火电装机的逐步减少，未 来火电将更多用于调峰平抑发电曲线，因此我们假设火电利用小时数从 2020 年 的 4080 小时逐步降低至 2030 年的 3080 小时，后续则保持平稳。发电量方面， 在装机量和利用小时数假设的基础上，火电的发电量占比将从 2020 年的 68%逐 步减少至 2060 年碳达峰时的 0%。

（2）水+核能+生物质：假设未来水+核能+生物质整体的发电量情况保持稳定， 2020-2060 年，在 1.7 万亿千瓦时的基础上每年增长 2%。

（3）光伏+风电：在火电发电量逐步减少，水+核能+生物质发电量保持相对稳 健增长的背景下，光伏和风力发电将逐步成为未来最重要的发电方式。发电量占 比方面，我们假设光伏+风电发电量中光伏发电的占比维持在 40%；利用小时数 方面，假设风电、光伏年利用小时数分别维持在 2400h、1300h；装机量方面， 在总发电量发展、其他发电方式发电量、光伏发电量占比、以及光伏和风电利用 小时数等预测的基础上，我们测算得出2030年风电、光伏新增装机量分别为1.53、 1.88 亿千瓦，2060 年风电、光伏新增装机量进一步达到为 2.19、2.7 亿千瓦。

（4）储能：由于光伏、风电的不稳定性，必须辅以必要的储能以平抑发电波动。假设储能容配比从 2020 年的 10%逐步提升至 2060 年的 100%，备电时长从 2020 年的 2h 逐步提升至 2060 年的 4h，则储能每年的新增容量将从 2020 年的 0.24 亿千瓦时增长至 2060 年的 19.55 亿千瓦时。

需要注意的是，我们对光伏、风电新增装机量的预测源自对部分关键变量的核心 假设，如果其未来发生变化（如火电利用小时降低超预期、水+核能+生物质发 电量降低、储能配套设施建设超预期等），则未来光伏、风电每年的新增装机量 或将超预期增长。

投资层面：

在每年光伏、风电新增装机量的测算基础上，我们将进一步测算可再生能源发电 设施建设所需要的投资规模。

（1）预测光伏、风电、储能的单位投资成本保持下降趋势，到 2030 年分别达 到 0.371 元/瓦、5.63 元/瓦、1.03 元/瓦时，到 2060 年分别达到 1.35 元/瓦、 4.5 元/瓦、0.5 元/瓦时。

结合我们对光伏、风电、储能新增装机预测，可以得到 2021-2060 年每年在可 再生能源发电端所需要的投资规模。我们预测“碳中和”将为可再生能源发电领 域累计增加约 84 万亿元人民币的新增投资，其中光伏、风电装机建设投资规模 约 60 万亿元，储能设施投资规模约 24 万亿元。

氢能

在能源供给侧脱碳的过程中，氢能与电能同为重要的二次能源，扮演着重要作用， 如重工业（高温-超高温环境）、道路交通（氢燃料汽车）、大规模储能、船运 等。

目前，电解水制氢的成本仍较高。根据能源转型委员会的预测，随着电解槽成本 下降，未来电解水制氢将成为主流方法。要实现“零碳”排放，电解水所需的电 力也必须来自于可再生能源，由此产生的氢气称为“绿氢”。

海上风电制氢（直接在风机附近制氢）是海上风电未来发展的重要方向，主要有 两个原因：

1）随着海上风电离岸越来越远，外送电缆投资成本也逐步攀升，而利用风机所 发电力将水电解产生氢气后，通过比电缆便宜得多的管道将氢气送到岸上，甚至 有些海域有现成的天然气管道可供使用；

2）氢气可以储存，而电力难以储存。

2.2.2、能源需求侧：终端电气化

由于能源供给侧向绿色电力转变，所以需求侧的脱碳首先意味着终端电气化。根据国网能源研究院 2019 年 12 月的研究成果，终端电气化率在 2050 年达到 50%以上，其中工业、建筑、交通部门分别达到 52%、65%、35%。

工业部门电气化

钢铁、电解铝、水泥等行业是能耗大户，也是碳排放大户。

钢铁行业的电气化路径主要是从高炉转向电炉，电炉及其设备、耗材仍具有较好 的投资机会。根据钢协数据，2019 年我国钢铁行业 90%以上的产能采用高炉 （BOF）技术，而电炉技术（EAF）仅占生产总量的 9%。特别是以废钢为原料 的短流程炼钢技术，碳排放量仅 0.4 吨二氧化碳/吨钢，若使用绿色电力为电炉 供能，则碳排放量可降为 0。

水泥的生产过程中需要将水泥窑加热到 1600 摄氏度以上，目前电炉的使用尚未 商业化，投资成本较高。目前较为可行的方法是用沼气、生物质替代化石燃料。

建筑部门电气化

从建筑属性来看，可以分为公共建筑、城镇居民建筑和农村居民建筑。从用途来 看，供热、制冷、烹饪是中国建筑部门的主要能源消费来源。建筑部门的电气化 率仍较低，2017 年仅为 28%。

目前，制冷、照明、家电已经实现了 100%电气化，供暖和烹饪的电气化推进较 为缓慢。我国北方城镇普遍实行集中供暖，主要热源为燃煤热电联产和燃煤锅炉。自 2017 年以来，我国北方地区推行“煤改气”、“煤改电”，对建筑部门的电 气化有一定的推动作用。

炊事方面，根据清华大学建筑电气化接受程度调研，一方面，住宅炊事用能逐渐 向公建转移，应关注公建餐厅电气化；另一方面，住宅炊事电气化最大难点在于 改变用户习惯。

总之，建筑部门电气化需综合考虑公共部门与居民住宅，也要考虑南北方气候差 异。随着人民生活水平提高，家用电器的数量和使用强度呈上升趋势。未来采暖 电气化应逐步替代燃煤锅炉，炊事电气化应重点关注餐厅电气化和住宅炊事习惯 引导。

交通部门电气化

交通部门的电气化具有三个方面的含义：

1）道路交通（小型、轻型）：绿色电力为基础的电动车（电池），配套充电桩、换电站；

2）道路交通（重型）、铁路或海运：氢能（或氨气），配套加氢站；

3）航空：生物航空柴油为主要方向。

我们预计，乘用车销量在 2040 年见顶，电动车的渗透率在 2045 年达到 100%， 则电动车的销量将在 2045 年达到 3600 万辆/年。假设单车售价保持下行趋势， 在 2060 年达到 12 万元/辆左右。则电动车领域累计将带来 130 万亿人民币的累 计新增投资。

通过构建“碳中和”实现框架，我们跟随全社会碳足迹，总结出各个领域的不同 的路径。当然，由于技术、成本、实施条件的差异，不同的路径之间成熟度差异 较大。

目前比较成熟的路径有：工业领域的钢铁电炉、废钢利用、水泥协同处置、再生 铝等，道路交通领域的电动车与充电桩，能源领域的清洁能源，建筑领域的电气 化与空气热泵、装配式建筑等，以及消费侧的绿色出行、垃圾分类等；

处于起步阶段的路径有：工业领域的压减、转移产能，交通领域的燃料电池、氢 能、电池回收等，能源领域的智慧电网、弃风弃光利用、火电产能压减等；

处于研究阶段的路径有：水泥清洁燃料、化工 Power-to-X、钢铁氢还原，以及 碳捕集在各个领域的推广应用。

1）政策推动不及预期“碳中和”是长期目标短期内可能存在政策掣肘或受 经济发展约束存在推动力度不及预期的可能；

2）技术路线发展不及预期在“碳中和”产业图谱中部分关键路径尚处于发 展初期未来存在技术发展不及预期的可能；

3）能源系统出现超预期事件能源系统转型涉及面广当风电光伏等可再生 能源成为供给主力后极端情况下由于其运行不稳定性或给电网造成一定的运行风险从而引发行业投资风险。