中国电力系统碳中和路径的省际异质性：时空演化与减排策略分析

本综述基于全球变化分析模型（GCAM），系统模拟了中国31个省份在三种碳中和情景（NDC、CN2055、GM1.5）下2025–2060年电力系统的碳排放路径、能源结构转型及成本演化。研究揭示了非化石能源占比将升至82%、风光发电贡献超56%的清洁化趋势，识别出东部沿海高排放热点区及中西部“后发优势”现象，并借助环境库兹涅茨曲线（EKC）解析碳排放与经济发展的非线性关系。成果为省域差异化减排政策制定提供科学依据，对全球碳中和目标实现具有重要参考价值。

　　

引言

全球气候变化挑战促使各国协同推进温室气体减排。中国作为全球最大的碳排放国和能源消费国，承诺2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。能源活动是中国二氧化碳排放的主要来源，其中电力行业占比超过40%，因此电力系统低碳转型成为实现“双碳”目标的关键领域。现有研究多聚焦国家尺度减排路径模拟，缺乏对省域电力系统重构时空分异及碳排放异质性的系统探讨。本研究通过构建三种碳中和情景，结合时空动态评估与非线性格局分析，旨在揭示中国省级电力系统结构转型特征、碳排放演化规律及其与经济发展的动态关系。

方法

研究构建了基于全球变化分析模型（GCAM）的综合性框架，涵盖情景模拟、空间动态评估与非线性格局分析。模型将中国31个省份划分为六大区域电网（东北、西北、华北、华东、华中和南方电网），基于IPCC共享社会经济路径（SSPs）设定了三种碳中和情景：国家自主贡献（NDC）情景、加速脱碳（CN2055）情景和全球1.5°C温控（GM1.5）情景。采用断裂点识别、Getis-Ord G_i*热点分析和环境库兹涅茨曲线（EKC）模型，解析碳排放与人均GDP的非线性关系及空间聚集特征。

结果

中国省级碳排放的时空格局

全国碳排放趋势显示，NDC情景下碳排放于2030年达峰后逐步下降；CN2055情景达峰时间提前且脱碳加速；GM1.5情景则在2050年趋近净零排放。空间分布上，高碳排放集中于东部沿海工业省份（如山东、江苏），低碳排放集中于内陆尤其是西部地区，且省际差异随时间推移逐渐缩小。东部地区因经济与技术优势较早进入排放下降通道，而中西部地区依托“后发优势”以较低经济阈值实现减排。

中国电网的时空演化特征

全国发电量从2025年的10,876.94 TWh增长至2060年的14,748.39 TWh（NDC情景），年均增长率1.02%。西北和南方电网占比显著上升，华东、华中电网占比下降，呈现“西增东缓、北强南稳”格局。省份层面，广东、内蒙古等能源需求大省或资源富集省发电量增长显著，而北京、上海等直辖市依赖外来输电，发电量增长缓慢甚至下降。

中国发电结构变化分析

非化石能源发电占比从45%升至82%，煤电占比降至16%，风电与光伏发电合计贡献超56%。太阳能发电占比从8%增至25%，风电从11%增至21%，水电稳定在10%左右，核电维持在6%。中国电力系统正从以煤电为核心转向“风光引领、多源协调”的清洁能源体系。

发电碳排放的空间热点效应

碳排放热点区集中于东部沿海及资源型省份（如山东、内蒙古），冷点区分布于青海等可再生能源富集省。热点数量从2025年的10个增至2040年的14个，后降至2060年的11个，置信水平随时间推移降低，反映清洁能源替代与碳捕集技术应用的效果。

发电碳排放与经济发展的非线性动态特征

碳排放与人均GDP呈倒U型曲线关系（EKC），转折点出现在人均GDP 15万元、碳排放51亿吨时（约2030年）。东部地区较早通过技术升级实现碳排放与GDP脱钩，而中西部地区仍面临高碳路径依赖与低碳转型缓慢的双重挑战。区域差异要求差异化策略：东部侧重先进脱碳技术，中部强化跨区绿电交易，西部突破可再生能源消纳瓶颈。

未来路径的电力供应成本

2025–2060年累计供电成本在NDC、CN2055和GM1.5情景下分别为57.82、58.27和56.67万亿元，单位发电成本从0.51 CNY·kWh^?1（2025年）逐步下降。煤电成本下降61.28%–64.69%，风光发电成本上升151.50%–357.11%。适度电力需求增长可显著降低未来总成本，但深度脱碳需承担额外技术成本。

讨论

省域碳排放格局受经济发展、政策强度及技术扩散多重因素影响。非化石能源占比提升与能源强度下降（从460 gCO₂·kWh^?1降至107.59 gCO₂·kWh^?1）是抑制排放增长的关键。需通过省际合作促进技术溢出与资源协同，推动能源结构清洁化转型。政策制定需统筹减排目标与区域发展需求，兼顾成本效益与能源安全。

结论

本研究揭示了省域电力系统碳中和路径的时空异质性，明确了结构性转型、经济阈值与空间协调的关联性。东部地区依托经济优势率先达峰，中西部地区凭借资源禀赋与后发优势实现低成本减排。未来需制定差异化政策，加强区域协同与技术创新，以支撑全国碳中和目标实现。研究成果为全球类似经济体提供可借鉴的转型范式。