向征艰，王利宁，朱兴珊，姚子修，丁世强
（1.中国石油集团经济技术研究院；
2.中国石油集团油气市场模拟与价格预测重点实验室；
3.中国石油集团发展计划部）
1.1 国际能源治理体系呈现“碎片化”和“无序化”趋势
近年来，世界主要大国之间的博弈持续深化，贸易、科技、能源等领域的争夺日益加剧，乌克兰危机导致地缘政治格局深度调整，欧美国家对俄罗斯进行了全方位的制裁与围堵，一些国家涉俄问题态度全面分化，被迫在俄罗斯和西方国家之间二选一站队，冷战后的全球政治经济格局和秩序被打破，国际政治的主要矛盾由“南北”向“东西”转移，国际秩序进入加速分化与重组的新时期。特别是资源国与消费国对市场话语权和规则主导权的争夺加剧，国际能源治理体系呈现“碎片化”和“无序化”发展趋势，成为影响能源发展的主要因素。
1.2 全球能源发展格局大调整
实现碳达峰、碳中和目标是全球大势和时代命题，关乎全人类未来发展，全球已有137个国家及地区提出“零碳”排放目标或碳中和承诺，乌克兰危机打破了原有能源治理体系，推动全球能源体系深刻演变，使得世界能源格局进入深度调整期。
全球能源转型短期受挫，长期将加速推进。欧洲能源危机和能源供应紧张事件频发，均与可再生能源出力不足以及化石能源供应减少有关，促使各国反思其能源转型政策，统筹转型与安全。短期看重启煤炭暂缓弃核，煤炭消费重回历史高位水平，全球能源转型出现反复；
长期看，风能、太阳能、新型储能等新能源技术继续发展，成本不断下降，各国均加快制定新能源相关支持政策和发展规划，尤其是以灵活性为关键的韧性能源系统建设，促进企业和个人主动部署，新能源发展被注入强劲动力，将加速全球能源结构调整。
油气供需与贸易格局受到的冲击超出预期，能源市场进入动荡调整期。能源博弈从“产油国-消费国”二元格局向“东西方”二元格局转变。在供应端，乌克兰危机使俄罗斯在全球能源市场的影响力下降，美国和中东“能源权力”上升；
在需求端，能源贸易流向发生剧烈转变，能源合作关系由经济优先向政治优先转变。更兼欧美制裁俄罗斯与俄罗斯反制裁交织，加剧能源供需不确定性引发能源市场大幅震荡，美国等西方国家已对俄罗斯采取8轮制裁，从金融领域向能源领域不断加码，并试图对俄罗斯油气出口设置价格上限。俄罗斯针对欧美进行反制裁，宣布天然气以卢布结算，逐步削减对欧输气量等。受此影响，国际油、气价格均刷新2008年以来的新高，2022年8月26日欧洲TTF天然气期货价格一度涨至96.3美元/百万英热单位的历史高位，1年内飙升340%。
2022年2月以来，随着乌克兰危机全面爆发与持续，欧美国家对俄罗斯制裁不断加码，加剧了世界主要大国关系从合作转向对抗，全球政治格局呈现集团化、阵营化发展趋势，对能源安全、产业链供应链稳定造成严重冲击，全球能源供需错配引发全球范围能源危机，叠加全球绿色低碳转型大潮，全球能源供需、结构、贸易、治理等均面临重塑，将对中国能源转型带来深远影响。
在全球政治经济大变局下，中国坚持能源转型目标不动摇，不仅制定了完善的能源转型“1+N”政策体系，还在中国共产党的二十大报告中重申推动绿色发展，促进人与自然和谐共生，明确积极稳妥推进碳达峰碳中和，立足国内能源资源禀赋，坚持先立后破，有计划分步骤实施碳达峰行动，深入推进能源革命，加强煤炭清洁高效利用，加快规划建设新型能源体系。
本研究以中国实现碳达峰、碳中和目标为导向，基于全球能源格局变化，采用研究团队开发的“世界与中国能源展望”模型，通过设定3种不同的碳中和发展路径，系统模拟中国实现碳达峰、碳中和目标的能源转型路径[1]。
2.1 模型介绍
“世界与中国能源展望”模型以全球变化评估模型（GCAM，Global Change Assessment Model）为基础[2-7]，从中抽取出核心能源系统模块进行了细化和完善。模型中的一次能源涵盖了煤炭、石油和天然气等传统化石能源与水电、核电、风能、太阳能以及生物质能等可再生能源，详细刻画了一次能源品种从开采、加工转换到终端消费的全流程，并充分考虑已有和研发示范的各种能源技术的影响（见图1）。能源转换涉及炼油、煤制油气、制氢、发电和供热等多种技术，各转换技术的份额主要由成本、可变动性及市场偏好等因素共同决定，基于Logit方程获得。模型考虑了各种技术的存量特征，以发电装机为例，若某个在运行电站采用技术的可变成本超过市场价格时，该电站的机组或设备将被淘汰。模型将终端划分为工业、建筑与交通3个主要领域，各领域用能水平需求由人口规模、经济活动、能源价格以及技术成本等多方面因素决定。
模型模拟的原理是使得在满足各种约束条件下能源系统达到均衡状态，通过调整不同情景下的技术参数与能源环境政策等约束条件，引发技术效率、技术成本、资源成本、资源潜力、终端需求、碳税、环境政策等发生变化，打破能源系统均衡状态，进一步通过模型迭代直至能源供需回归新的均衡状态。情景差异主要通过设定不同的能源效率提升与技术成本下降参数来实现。
图1 “世界与中国能源展望”模型结构
2.2 情景设定
未来全球政治经济发展大变局持续演进，中国能源发展的外部环境面临着较大不确定性，据此设计了可持续转型、能源独立以及新能源加速3种情景，探索不同环境下中国能源转型发展趋势。
可持续转型情景：该情景下世界政治与经济格局冲突日趋温和，各国以实现碳减排承诺为政策指引，稳步推进已明确的政策实施，并积极调整政策以尽可能实现碳减排承诺。中国按照“四个革命，一个合作”战略指引，如期兑现2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的承诺目标，积极推进化石能源消费减量与清洁利用，加快规划建设多能融合的新型能源体系[8]，积极发展水电、核电，加快发展风能、太阳能、氢能等新能源，推进碳捕集利用与封存（CCUS）以及储能等技术持续进步，推动非化石能源成为主体能源，2060年非化石能源占比达到80%。
能源独立情景：与可持续转型情景相比，全球阵营化、集团化、逆全球化加剧，国际合作受限，全球能源格局加速重构，安全成为各国最优先事项，各国更加注重发展本地能源以保障能源产业链供应链稳定。全球经济、贸易等领域合作锐减，导致新能源增长放缓，能源资源获取难度增加，中国为保障能源安全，被迫增加煤炭利用规模，推动碳捕集利用与封存等减碳关键技术突破，进一步压减油气消费，持续提升能源自给水平，到2060年实现能源自给自足。
新能源加速情景：与可持续转型情景相比，国际社会以应对气候变化作为合作纽带，创新合作方式方法，以最优路径实现低碳发展目标，携手共建更加安全可持续的能源发展和安全共同体。在各国开展全面合作的情况下，先进能源技术更快突破并推广应用，中国大规模储能、氢能、风、光等新能源技术获得更快突破性发展，现代能源市场体系加快建设，新型能源体系更早建成。
2.3 基础假设
中国人口分布将深刻调整。随着人口寿命提升与生育率降低，中国人口老龄化、少子化发展加速，预计2025年左右中国人口总量达峰，峰值为14.2亿人，此后缓慢降至2060年的13.1亿，届时65岁以上人口占比为30%，较2020年提升19个百分点，0～14岁人口占比为14%，较2020年下降3个百分点。在推动形成以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局下，以县域为主体的新型城镇化持续推进，2030年中国城镇化率突破70%，城镇人口规模接近10亿，2060年中国城镇化率进一步提升至78%。
中国经济仍有巨大增长潜力，将保持稳健增长。中国共产党第二十次全国代表大会提出要坚持以推动高质量发展为主题，把实施扩大内需战略同深化供给侧结构性改革有机结合起来，着力提高全要素生产率，着力提升产业链供应链韧性和安全水平，推动经济实现质的有效提升和量的合理增长。中国国内生产总值（GDP）规模稳步扩大，预计2035年GDP规模比2020年翻一番，2060年较2035年再翻一番，2060年中国GDP规模将突破60万亿美元。预计2035年、2045年和2055年，中国人均GDP分别突破2万美元、3万美元和4万美元（2020年不变价）（见图2）。
中国产业结构将继续优化调整。中国经济产业数字化、智能化转型升级以及生产性服务业的快速发展，将带动第三产业所占比重持续提升，2030年第三产业占比将突破60%，2060年接近70%；
中国深入实施“制造强国”战略，要求“保持制造业比重基本稳定”，第二产业发展路径与日本、德国等制造强国趋近，2035年后占比保持在30%左右水平。2060年中国三次产业结构比例为3∶29∶68。
技术进步带动能源效率提升与用能成本显著下降。在展望期内，中国大力推进能源科技自立自强，各类能源技术持续突破，推动能源发展质量的提升。一方面，能源生产和利用效率显著提升，车辆燃料效率年均提高1.5%～2%，2040年后保持相对稳定；
煤炭发电效率年均增长0.28%～0.3%；
高耗能产品能效年均提升1.2%～1.3%。另一方面，主要发电技术成本持续下降。2060年，陆上风电、海上风电、光伏发电、光热发电成本较2021年分别下降38%、45%、56%和39%。需要说明的是，随着碳排放配额价格上涨，天然气发电较煤电竞争力会有所提升（见图3）。
图2 2015-2060年中国GDP与人均GDP（2020年不变价）
图3 不同发电技术的度电成本变化趋势
3.1 中国能源系统发展趋势
中国一次能源需求达峰后长期维持高位。能源消费所处阶段与经济社会所处阶段保持一致，近20年中国能源消费增速从2000-2005年的年均12.2%降至2015-2020年的2.8%，未来，随着中国经济由高速增长期转入高质量发展期，产业结构转型与城镇化节奏放缓，支撑经济发展的能源需求减少。不同情景下，一次能源需求增速均将放缓，并于2035年前后进入峰值平台期，峰值水平为42.8亿～43.8亿吨标准油（约61.1亿～62.6亿吨标准煤），而后基本稳定，到2060年维持在40亿～43亿吨标准油区间（约57.1亿～61.4亿吨标准煤）（见图4）。
一次能源消费结构持续优化，非化石能源成为用能主体。不同情景下，中国大力推进非化石能源规模化开发利用，非化石能源需求快速增长，推动非化石能源为主的能源结构加速形成，一次能源结构将由“一煤独大”转向“多元并存、多能互补”，2060年非化石能源在一次能源中所占比重达到75%～84%（见图5）。
终端用能需求量在2030年前后达到峰值，清洁低碳发展趋势显著。不同情景下的中国终端用能需求量总体接近，随着工业主要高耗能产品相继达峰，带动中国终端用能于2030年前后达峰，峰值水平均接近30亿吨标准油（约43亿吨标准煤），之后缓慢下降，2060年降至20亿吨标准油（约28.6亿吨标准煤）左右（见图6）。终端用能清洁低碳发展趋势显著，突出表现为终端清洁电力替代加速，电力成为终端用能主体，终端电气化率从2021年的26%增至2060年的59%～62%。
图4 不同情景下中国一次能源需求
图5 不同情景下中国一次能源消费结构
3.2 分品种能源发展演变趋势
3.2.1 化石能源需求2040年前渐次达峰，达峰后需求快速下降
煤炭定位将不断转变，利用规模均将稳步下降。煤炭需求量随着其在能源系统中的地位转变而下滑，煤炭从2030年前的供应主体，转向2030-2040年的支撑融合作用、2050-2060年的应急兜底保障功能。不同情景下，2030年后中国煤炭需求量快速下降，2060年降至3.3亿～10.4亿吨区间（见图7）。
中长期石油需求面临较大规模替代，2060年降至2亿吨水平。3种情景下，石油需求将快速达峰并下降。从中短期看，石油需求量受出口贸易和化工需求强劲影响仍将保持增长，2030年前达到7.5亿～7.8亿吨峰值；
从长期看，交通运输结构优化以及“电代油”“气代油”加速带动石油需求持续下降，石油回归原料属性，化工用油成为石油消费的主力，2060年石油需求为1.8亿～2.4亿吨（见图8）。
天然气需求增长潜力较大，将在新能源体系中发挥关键作用。天然气是碳达峰阶段推动经济社会清洁低碳发展的主体能源，也是碳中和阶段支撑可再生能源跃升发展的最佳伙伴。3种情景下，天然气作为非化石能源接替化石能源的过渡能源，在碳达峰后需求仍有增长，2035-2040年达到峰值，峰值水平处于5700亿～6500亿立方米，2060年降至3200亿～3700亿立方米（见图9）。
图6 不同情景下中国终端用能需求量
图7 不同情景下中国煤炭需求
图8 不同情景下中国的石油需求
图9 不同情景下中国天然气需求
3.2.2 电力供需规模与结构将发生深刻变革
终端用电量增速持续放缓，终端用电结构加速向生活端转移。不同情景下，中国全社会用电量规模稳步提升。随着经济数字化、智能化转型加速以及电能替代技术与装备的不断增长，用电量快速增长，2060年用电量达到14.7万亿～15.4万亿千瓦时（见图10），2020-2060年年均增速为1.8%～1.9%。终端用电结构加速优化，逐步从工业生产向建筑和交通等领域转移，2060年工业、建筑、交通用电量占比约分别为52%、35%和12%，较2020年分别下降15个百分点、提升6个百分点和8个百分点。
发电侧风能、太阳能等新能源加速发展，以非化石能源为主的新型电力系统逐步形成。不同情景下，随着政策支持强化与风、光发电技术进步，风能、太阳能等新能源装机规模快速扩张（见图11），2060年风、光发电装机累计达到54亿～70亿千瓦。受此影响，非化石能源发电规模快速扩大，逐步成为发电主要来源，2060年增至15万亿～17.8万亿千瓦时，非化石能源发电量占比达到83%～92%。与此同时，中国大力推进清洁能源规模化、化石能源清洁化发展，非化石能源发电占比提升以及碳捕集利用与封存装置的普及，推动发电领域碳排放于2025年前后达峰，于2055年前后率先实现“净零”碳排放。
碳达峰、碳中和目标下，随着中国能源清洁低碳转型加速，主体能源逐步由化石能源向非化石能源转变，中国能源安全保障形势也发生变化。2040年前，中国原油年产量有望稳定保持在2亿吨左右，天然气年产量增至3500亿立方米以上。化石能源仍是中国主体能源，油气需求量总体维持高位，油气进口规模分别维持在3亿～5亿吨和2000亿～3000亿立方米高位，油气资源供应高度依赖进口仍是能源安全的主要短板。2040年后，随着中国新能源产业的快速发展和电气化率上升，风能、太阳能等新能源持续快速发展，以非化石能源为主体的现代能源体系逐步形成，支撑新能源发展的关键矿物资源的进口也将持续增加，关键矿物供应安全的重要性上升，能源安全重心由油气向电力系统转移。
图10 不同情景下中国分领域用电量
图11 不同情景下中国分燃料发电量
4.1 持续提升能源供给质量，实现质的有效提升和量的合理增长
中国经济社会高质量的发展，离不开高质量的能源支撑。在不同情景下，中国能源需求仍有约7亿吨标准油的增量，要在保障用能增量的基础上，持续推动能源结构优化。因此，需立足国内资源禀赋，加快构建“智慧协同、多能互补、多网融合、多流一体、产消双向灵活响应”的新型能源系统，实现更高水平的能源供需动态平衡。
4.2 坚持先立后破，把握好能源转型节奏
中国在碳达峰和碳中和阶段能源转型重点各异。在碳达峰阶段，能源转型以增量清洁能源为主，呈现煤炭平稳、油气放缓、清洁能源（天然气和非化石能源）加快的显著特征，清洁能源是能源增量的主要贡献者，需推动煤炭清洁高效利用，同时促进清洁能源快速发展；
在碳中和阶段，能源转型以存量清洁替代为主，主要表现为风能、太阳能等非水可再生能源对化石能源的替代，推动化石能源利用规模下降。鉴于中国“一煤独大”的能源结构，需要在能源转型的过程中，统筹好能源清洁低碳发展与能源安全的关系，防范因煤炭过快退出导致的能源供需失衡风险。
4.3 加强低碳、零碳、负碳技术创新
由于化石能源直接利用难以被完全替代，需围绕“减碳、用碳、替碳、埋碳”加大原始创新力度，集中攻坚一批关键技术并取得突破，推动先进可再生能源、新型电力系统、大规模储能、氢能、安全高效核能、绿色高效化石能源开发利用、能源数字化智能化等技术体系取得明显进步。碳捕集利用与封存技术作为实现碳中和的兜底技术，氢能技术作为可再生能源储存和难脱碳领域的重要技术，对中国实现碳中和至关重要，需提前布局技术的创新研发与推广应用。
4.4 加快规划建设新型能源体系
党的二十大报告提出要加快规划建设新型能源体系。新型能源体系是多能互补、集中式和分布式并重、更符合国情的能源体系，以化石能源清洁利用和高比例非化石能源为主要特征，是新型电力系统和现代能源体系的继承和发扬，是大变局下推动碳达峰、碳中和目标实现和保障能源安全的必然选择。建议不断推进能源市场化改革，健全能源政策和监管体系，不断完善能源科技体系，推动能源技术创新发展，持续推动产、运、储、供、销、用等全产业链优化，逐步构建起符合中国国情、具有中国特色的能源体系。
4.5 着力实现开放条件下的能源安全
受能源与资源禀赋影响，中国能源安全保障离不开深入的国际合作，因此要立足国内国外两种资源、两个市场，持续打造开放条件下的能源安全保障体系。从短期看，要以油气资源供应为重点，保持多元化的油气进口来源，并保持进口通道和资源的充足弹性；
从长期看，需提升矿产资源安全保障能力，坚持国内和国外并重原则，稳固“一带一路”矿业投资基础，积极拓展南美，巩固扩大周边，不断夯实矿产安全供应基础，在全球矿产资源布局中占得先机。
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