编辑推荐：
本文通过全球气候模型研究中国能源系统脱碳问题。发现中国每延迟 10 年淘汰煤电，全球峰值升温约增 0.02°C ，但快速电气化不会大幅增排，结合能效措施可避免约 0.035°C 升温，为能源转型政策制定提供关键依据。
引言
能源系统脱碳依赖绿色发电和能源需求转型，主要通过直接和间接电气化实现。直接电气化如电动汽车和热泵直接使用绿色电力；间接电气化则是将电力转化为氢等分子，用于高温工业、长途运输等直接电气化难以应用的场景。
在中国，近年来汽油价格上涨和产业政策推动了电动汽车的快速普及，2024 年 9 月混合动力和插电式电动汽车的年销售份额升至 50% 以上，6 月新能源重型卡车销量创历史新高。这不仅有助于应对气候变化，还能减少道路交通空气污染、推动产业升级、降低石油进口依赖。
然而，中国煤电淘汰面临诸多挑战。一方面，国内电力需求快速增长，2023 年增长 6.7%，2024 年第一季度增长 9.8% ，能源供应充足性受关注；另一方面，电力行业现行监管和电网运营体制存在制度惯性，煤电灵活经济调度难以实现，电价受严格管制，煤价波动导致煤电厂亏损，影响电力供应。不过，可再生能源成本下降，如中国沿海省份光伏（PV）平准化度电成本（LCOE）约为 0.03$/kWh，仅为煤火电的一半左右，使得部分能源密集型产业向西部转移。
在此背景下，研究快速电气化是否会增加中国排放，以及不同电气化和煤炭淘汰速度对气候的影响至关重要。现有文献多聚焦特定技术，缺乏从能源系统整体视角的研究。本研究利用全球综合评估模型（IAM）REMIND（REgional Model of INvestments and Development）填补这一空白，该模型在政府间气候变化专门委员会（IPCC）评估中表现出色，能模拟高比例太阳能和风能，为研究提供有力支持。
研究方法
本研究使用 REMIND v.3.3.0.dev132 模型评估中国的减排路径。该模型是一个基于过程的 IAM，能链接全球能源 - 经济 - 气候相互作用。它通过嵌套的常替代弹性（CES）生产函数，结合共享社会经济路径（SSPs），对 12 个地区进行宏观经济预测。
REMIND 模型包含多个模块，能源系统模块与运输、工业、建筑三个能源需求模块通过最终能源（FE）需求和价格相互耦合，气候缓解情景下设定排放预算，内生的 CO2价格通过提高排放密集型燃料价格传递到需求部门，同时各需求部门的缓解政策也受补贴、税收和产业政策等影响。
运输模块（EDGE-T）与核心能源系统模型双向软链接，采用逻辑回归函数模拟运输技术扩散，技术扩散率受部门政策和能源价格共同影响。工业模块基于内部嵌套的 CES 树构建，对钢铁生产采用基于过程的模型，改进了对转型动态的描述。建筑模块通过模拟预测能源需求，考虑了 GDP、气候因素、技术效率改进等对能源需求的影响。电力部门模块利用基于区域特定负荷曲线和可再生能源潜力的小时模型结果进行参数化，电解器被假设为灵活运行，仅在可再生能源发电充裕时生产。
研究设置了多种情景，包括参考情景和缓解情景。参考情景无额外排放约束，经济范围内的电气化率仅从 30% 增至 40% ；缓解情景则在全球碳预算和区域净零目标约束下，设置了不同的煤炭淘汰路径和电气化率，以研究它们之间的相互作用和对排放的影响。
研究结果
在不同的电气化和煤炭路径情景下，研究分析了各部门的气候影响。结果显示，在缓解情景中，长期电气化率受电力部门排放强度影响较小，在气候约束和产业政策支持下，直接电气化率在 2055 年前可达约 60%。
然而，电力部门自身对气候有显著影响且存在转型不确定性。即使在乐观情景下，2023 - 2060 年中国电力部门累计排放量仍占全球 1.5°C 碳预算的一定比例。延迟煤电淘汰会增加经济范围内的累计 CO2排放，每延迟 10 年，全球峰值温度约升高 0.02°C 。与之相比，高电气化情景下即使煤电淘汰较慢，也能大幅减少累计排放，这得益于需求部门的电气化和能源效率提升，相当于使电力部门转型加快约 15 年。
不同部门的电气化率对价格信号和监管政策的响应存在差异。经济范围内的直接电气化在系统层面较为稳健，但不同部门的响应有所不同。运输部门对价格敏感性较低，工业和建筑部门对电力部门转型速度的反应相对较强。REMIND 中国情景的部门直接电气化率高于 IPCC AR6 中的其他 IAM 情景。
通过比较电气化技术和现有终端使用能源技术的排放强度发现，部分电气化技术（如电弧炉、热泵、电池电动汽车）效率较高，已实现与现有化石燃料应用相当或更低的排放。尽管早期电气化在某些地区可能导致排放增加，但从长期看，随着技术扩散和存量替换，电气化仍应尽早推进。在各子部门的总体层面，没有证据表明转向电气化技术会导致短期排放突然增加。
讨论
本研究表明，为实现最低温度上升，全球和国家排放路径应尽可能呈凸形，强调近期快速减排。在中国，早期电气化扩散不会导致显著的额外瞬态排放，这主要是因为工业用电需求相对稳定且电气化技术效率高，以及建筑和运输部门技术采用率较慢。
基于研究结果，提出以下政策建议：一是关注电力部门脱碳，理解含大量可再生能源系统的价格结构，防止长期合同对市场的扭曲，利用大数据和人工智能提高电网效率；二是支持早期终端使用电气化，根据应用效率和当地电网排放强度制定政策，可将能源密集型工厂迁至可再生能源丰富地区；三是实施政策对冲电力部门转型缓慢的风险，部署碳捕获与利用 / 存储（CCU/S）或二氧化碳去除（CDR）技术，加强相关研究和数据收集。
本研究也存在一定局限性，如模型在捕捉法规复杂性及其与其他部门的相互作用方面存在不足，缺乏空间异质性分析等。未来研究可将更高分辨率的电力部门模型纳入 REMIND，以改进区域分析。中国在煤电淘汰和大规模电气化方面的经验，为其他有类似情况的国家提供了宝贵参考。
