中国钢铁工业二氧化碳排放研究

我国钢铁产量连续11 a位居世界第一,同时也消耗了大量的化石燃料,排放出大量的温室气体．根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的通用方法计算我国钢铁工业的碳排放情况并进行研究分析．结果显示:1994—2006年内钢铁工业碳排放量平均占碳总排放的14％,煤炭类能源产生的CO2平均占钢铁工业碳排放量的97％,钢铁年产量的增长伴随着CO2排放量的增加且两者的相互依赖性有加强的趋势,但1994—2006年内吨钢CO2排放量呈降低的趋势．因此,钢铁工业是我国碳减排的重点行业,其碳减排工作应该尽快展开,而优化能源消费结构是最有效的减排路径,此外也要加强技术创新或是引进国外先进技术以提高能源利用效率．     

何谓“碳中和”?

2020年9月22日,在第75届联合国大会一般性辩论上,中国向全世界宣布将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,CO2排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和[1]。目标提出后,引起全球研究者和政策制定者对碳中和目标范围及内涵的广泛讨论和关注。目前各国的长期目标中提出了碳中和及气候中和等多个相关概念,本文将对这些概念及其政策实践进行简单综述,以辨析碳中和目标的范围及内涵。     

碳中和视角下全球农业减排固碳政策措施及对中国的启示

碳中和是指人类活动造成的碳排放与全球人为碳吸收量在一定时期内达到平衡,也称为净零排放 [1].《巴黎协定》第四条提出采取减排增汇措施以实现21世纪后半叶人为温室气体排放量与汇的清除量达到平衡 [2].越来越多的国家正将其转化为战略和行动,目前已有100多个国家提出碳中和目标承诺,并明确了碳中和时间表.2020年9月第7...     

1.5℃温升目标下中国碳排放路径研究

《巴黎协定》提出1.5℃目标以及中国2060年前达到碳中和的目标背景下,为研究实现1.5℃目标的技术路径,构建了综合性的能源-经济-环境系统模型,研究中国在2℃情景基础上实现1.5℃目标的额外减排要求、部门贡献和关键减排措施.结果显示,1.5℃情景要求到2050年CO2排放量减少到6亿t.一次能源消费总量2045年达峰...     

对IPCC第五次评估报告部门减排路径和措施评估结果的解读

分析、解读了IPCC第五次评估报告对能源供应,工业,交通,建筑,农业、林业和其他土地利用（AFOLU）等部门温室气体和CO2减排途径和措施评估的主要结论。2000年以来,除了AFOLU,其他部门的温室气体排放量一直在增长。在增加的排放量中能源系统、工业、交通运输和建筑部门分别贡献了47%、30%、11%和3%。未来,这些部门仍将是全球温室气体的主要排放源和减排的重点领域。通过推进技术进步,持续提高能源效率,进一步优化能源结构,提高碳排放效率,提高原材料使用效率,强化废物管理,提高产品使用效率,减少对产品及相应服务的需求以及广泛利用碳捕获与封存和CO2去除技术,到2050年与基准情景相比,这些部门的CO2排放量可减少15%～80%。所有这些减排措施对我国主要部门减排CO2均具有借鉴意义。     

碳中和愿景下的污水处理厂温室气体排放情景模拟研究

污水处理厂运行过程中大量释放甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O),是重要的人为温室气体排放源。基于2005—2015年统计资料和IPCC核算方法,估算了2005—2015年中国生活污水处理厂CH₄和N₂O排放,分析了其排放特征和影响因素;依据碳中和愿景设定3种减排情景（低减排、中减排和高减排),并预估了2020—2050年排放趋势和时空变化。结果表明：2005—2015年间污水处理厂温室气体排放量呈稳定增长趋势,CH₄从1135.37万t CO₂e上升至1501.45万t CO₂e,N₂O从2651.08万t CO₂e上升为2787.05万t CO₂e,年均增速分别为2.8%和0.5%。3种减排情景下,2020—2050年CH₄和N₂O排放量时间上呈先增后减趋势,低减排情景下CH₄和N₂O排放量分别于2036年和2025年达到峰值,分别为2431万和2819万t CO₂e;中减排情景和高减排情景下CH₄峰值点分别出现在2027和2025年,而N₂O排放峰值均出现在2025年。2050年中减排和高减排情景下CH₄排放量相较于低减排情景减排率约为47%和94%;2050年低减排、中减排和高减排情景下N₂O排放量相较于2015年分别减排了12%、53%和95%。CH₄和N₂O排放量在空间上差异显著,华东地区排放量高,西北地区排放量低,东南区域所在省份排放量整体高于西北区域省份。影响因素中的经济发展程度与温室气体排放量密切相关。     

碳中和目标下中国燃煤电厂CCUS集群部署优化研究

燃煤电厂作为中国最大的CO₂排放源,是中国实现碳中和目标的关键点。CO₂捕集、利用与封存（CCUS）技术是目前煤电行业实现深度减排的唯一途径,碳约束情景下,CCUS技术将在实现煤电碳达峰、碳中和目标中发挥不可或缺的作用。研究中首先使用综合环境控制模型（IECM）对燃煤电厂捕集技术环节的成本构成和经济性进行核算,得到中国燃煤电厂逐厂CO₂捕集成本和捕集量;其次,基于地质利用封存潜力及分布特征,构建CCUS源汇匹配优化模型,得到碳中和目标下的煤电CCUS项目分阶段布局方案;最后,以优化基础设施建设并通过规模经济降低成本为前提,使用聚类分析方法对煤电CCUS项目集群进行识别,进一步构建改进成本最小生成树模型,得到CCUS项目集群最低成本CO₂输送管道网络的路线优化策略。研究表明：碳中和目标约束下,需要对总装机容量约为355 GW的300个燃煤电厂进行CCUS技术改造,2030—2060年间可实现累积减排190.11 亿t CO₂。煤电CCUS项目集群主要分布在华中、华北和西北地区,通过建立CCUS枢纽以实现CO₂运输基础设施共享,在松辽盆地、渤海湾盆地、苏北盆地和鄂尔多斯盆地优先开展CCUS早期集成示范项目,能显著降低运输成本,推动CCUS技术大规模、商业化发展。     

世界主要国家气候谈判立场演变历程及未来减排目标分析

在以时间顺序梳理世界主要国家气候谈判立场演变历程的基础上,研究了主要国家在《京都议定书》中减排目标的执行情况,并对这些国家至2025、2030年的中长期减排目标进行了评估。研究发现,美国、加拿大、澳大利亚对待气候变化问题的积极性均与执政者相关,而从当前3个国家执政党看,均表现出不积极减排的立场,至2030年,美国、加拿大、澳大利亚的温室气体排放量比1990年水平下降均低于20%,远低于欧盟至2030年比1990年减排40%的水平。基础四国在国际减排谈判中由最初的反对者逐渐转变为积极参与者,其中,中国不仅提出了国内2030年左右碳排放达峰的减排目标,而且积极提供资金用于其他发展中国家的减排;南非的长期碳排放将趋于稳定,但在2025年之后有反弹的可能;巴西得益于毁林减少在气候谈判中表现积极,至2030年排放量下降显著;而印度至2030年排放路径保持上升趋势。     

基于系统动力学的城市客运交通减碳情景模拟研究

随着我国城市化和机动化的快速发展,城市客运交通已成为城市二氧化碳排放的重要来源。在“双碳”目标的大背景下,如何实现城市客运交通的减排成为人们关注的重点问题。利用北京市数据,综合考虑道路绿地和新能源汽车占比对城市客运交通碳排放的影响,建立了北京市客运交通碳排放的系统动力学模型,测算出北京市2011—2020年城市客运交通碳排放总量;根据碳达峰愿景设定了5种减排情景,并评估了不同情景在2021—2025年的减排效果。结果表明：私家车是城市客运交通碳排放的最主要贡献者;2019年城市道路绿地的年固碳量为同一时期公交车年碳排放量的28%;单情景下,北京市客运交通碳排放未能在2021—2025年间达到峰值,减排效果最佳的情景为“控制私人交通出行需求”;而北京市客运交通至少需要在两种减排情景的作用下才能在2030年前实现碳达峰。     

主要发达经济体从碳达峰到碳中和的路径及启示

随着气候变化影响加剧,全球气候治理进程加速,实现碳达峰已经成为全球气候行动的核心,各国也相继制定碳中和目标并开展行动。中国在第75届联合国大会一般性辩论上提出了碳达峰碳中和目标,部分已实现碳达峰的发达经济体也提出了各自的碳中和承诺。文中从“整体-阶段”及“焦点-公平”视角分析了欧盟和美国等主要发达经济体碳达峰的历程和特点,以及其碳中和目标和规划。研究发现,发达经济体在碳达峰过程中普遍经历了较长的爬坡期（58~136年）和平台期（4~20年),在碳达峰时,发达经济体的能源结构以油气为主,油气占一次能源消费比重为57%~77%,其人均排放量、历史累计排放以及人均GDP也都处于较高水平,在碳达峰前后总体处于经济与碳排放脱钩状态。各发达经济体的碳中和路径均以能源转型为重点,采用了多元化的政策工具,并且注重低碳和负碳技术的革新。根据发达经济体的政策展望,在实现碳中和时,均难以将绝对排放量降为零,都需要通过碳移除手段进行抵消。通过对比分析,发现中国的碳达峰和碳中和目标是具有雄心的气候承诺,相较其他发达经济体需要付出更大努力。建议运用全面综合的政策工具支撑碳中和目标的有效落实,加快中国的气候立法,在兼顾公正转型的同时推动能源结构调整,注重可再生能源和能效方面的新技术开发应用。     

碳市场顶层设计路线图

中国正面临着低碳减排和保持经济增速的双重挑战。为利用碳排放权交易机制以最低的社会成本实现减排目标,我国自2013年起开始建设碳排放权交易试点,并于2017年12月起宣布正式启动全国碳市场。然而碳市场的顶层设计不可一蹴而就,需要在我国宏观经济改革的大背景下分阶段逐步推进。短期（2020年前）碳市场建设重在强化产权制度建设,完善市场交易基础。中期（2021—2030年）碳市场建设要形成活跃的市场氛围,充分降低我国的温室气体达峰成本。长期（2031—2050年）碳市场建设要形成稳定上升的碳价趋势,为我国的低碳转型提供长期动力。     

国家自主决定贡献的减排力度评价

基于气候变化综合模型——全球变化评价模型（GCAM-TU),分析了2030年各国家/地区减排承诺下能源相关CO₂的全球排放路径与不同可能性下2℃温升目标对应的最优排放路径的差距。研究发现,当前减排承诺下的全球排放路径与最优路径仍存在一定差距,各国家/地区需加大2030年后的减排承诺力度。进一步分析了主要国家/地区在各自减排承诺下的碳强度下降率、减排成本和人均碳排放,得出中国在全球减排进程中的努力和贡献是巨大的,而南非、日本等国承诺力度不足。为实现自主决定贡献,中国终端能源消耗将较参考情景有所下降,能源结构将进一步优化。     

中国2050年的能源需求与CO2排放情景

利用国家发展和改革委员会能源研究所能源环境综合政策评价模型（IPAC模型）,对中国未来中长期的能源需求与CO2排放情景进行了分析,对该情景的主要参数和结果进行了介绍,并对模型中的政策评价进行了介绍。同时报告了实现减排所需的技术。结果显示：未来中国经济将快速增长,能源需求和相应的CO2排放也将明显快速增加,与2005年相比,2030年能源需求可能增加1.4倍,2050年可能增加1.9倍。但中国也有较大的机会在2020年之后将能源需求量的增加幅度明显减小,将CO2排放控制住,使之不再出现明显增长,甚至有可能在2030年之后下降。     

双碳目标下建立碳排放总量控制制度的思考与展望

中国在碳达峰碳中和的“1+N”政策体系中提出要将能耗双控过渡到碳排放双控,建立碳排放总量控制制度。已有研究大多关注目标制定、碳排放分配的方法学,或以制度体系设计为对象进行分析,缺乏对分解模式、不同责任主体协同、责任主体与排放源匹配等制度关键问题的讨论。文中从制度实施角度着眼,梳理国内外控制碳排放的相关制度实践,提出构建碳排放总量控制制度的“目标分解→出台政策→实施行动→评估调整”全流程管理和要素,并提出各个环节的具体建议：(1)目标分解采用“区域和行业分解相结合”的模式,将发电等纳入碳市场行业的重点排放单位按行业分解和管控,其他排放源（包括一般排放企业、建筑、交通等）按区域分解和管控;(2)政策工具要匹配责任主体的管理模式和排放源的减排重点,发挥不同责任主体间的协同作用,避免重复管理;(3)要建设相应的数据核算和支撑体系,并形成评估反馈和调整机制。     

中国2050年的能源需求与CO2排放情景

 利用国家发展和改革委员会能源研究所能源环境综合政策评价模型（IPAC模型）,对中国未来中长期的能源需求与CO2排放情景进行了分析,对该情景的主要参数和结果进行了介绍,并对模型中的政策评价进行了介绍。同时报告了实现减排所需的技术。结果显示：未来中国经济将快速增长,能源需求和相应的CO2排放也将明显快速增加,与2005年相比,2030年能源需求可能增加1.4倍,2050年可能增加1.9倍。但中国也有较大的机会在2020年之后将能源需求量的增加幅度明显减小,将CO2排放控制住,使之不再出现明显增长,甚至有可能在2030年之后下降。     

江苏省人为热排放现状及未来变化趋势分析

依据1990~2013年江苏省能源消费统计资料和1990、1995、2000、2005、2010年的人口空间分布数据,估计江苏省人为热排放量、探讨其时空分布特征并预测其未来变化趋势。研究结果表明,20多年来江苏省的人为热排放量持续增长,从1990年全省平均的0.59 W/m~2增加到2013年的2.85 W/m~2。排放的空间分布也不均匀,总体上江苏南部地区的排放通量高于江苏北部。近些年江苏省的人为热排放已成为区域问题,高值区已连接成片,2010年江苏省大部分地区的人为热排放高于2.5 W/m~2,南部主要城市排放通量大于10 W/m~2、北部城市也多大于5 W/m~2。江苏各城市的城区人为热排放通量稳步增长,2002年后增长加速、增量最高可达到2 W m~(-2) a~(-1)。在2030年和2050年江苏省的平均人为热排放通量将分别达到5.7 W/m~2和9.1 W/m~2,可能对中国东部的气候和大气环境产生重要影响。     

面向我国碳中和、碳达峰的大气甲烷观测卫星现状与发展趋势分析

甲烷（CH₄）是辐射强迫仅次于二氧化碳（CO₂）的重要温室气体,减少CH₄排放是控制全球增温,实现碳中和目标的必要手段。面对碳中和战略需求,快速定位排放源并定量监测CH₄排放量,准确估算全球和区域CH₄源汇分布,对减排措施的制定、实施和评价均具有重要的现实意义。此外,结合长期CH₄观测数据和气候系统模型探索大气CH₄浓度变化规律,是预测和积极应对气候变化的前提。IPCC 2006年国家温室气体清单指南2019修订版正式提出了利用“自上而下”方法计算通量、核验排放清单的方法,表明获取全球范围内的高精度高时空分辨率CH₄观测数据势在必行。为了实现碳中和目标,本文首先从大气CH₄研究需解决的几个关键科学问题入手,分析了CH₄的星载探测需求,总结了CH₄星载探测的现状和发展趋势,并简要介绍了中国第二代碳卫星的设计思路。同时,星载CH₄探测还依赖于高精度的反演算法提供可靠的数据产品,以实现监测和实际应用的目的。因此,本文进一步阐述了卫星遥感CH₄反演算法及相应数据产品在排放量监测和通量反演中的应用,论述了提升反演算法计算效率和精度,开发甲烷烟羽快速识别算法和建立通量反演算法的必要性。最后,本文从探测、数据获取和应用的角度进行总结,表明了CH₄卫星观测在碳中和目标实践中的科学应用潜能。     

中国森林乔木林碳储量及其固碳潜力预测

加强对我国森林碳储量和固碳潜力的研究,是制定中国增汇减排政策的重要依据,对我国国际气候谈判和全面了解森林碳汇潜力具有重要作用。利用我国第七次和第八次森林资源清查中各优势树种的面积和蓄积量数据,采用IPCC材积源生物量法（volume-biomass method),估算了我国森林（乔木林）碳储量和碳密度及其分布,分析我国不同省份天然乔木林和人工乔木林碳储量龄组结构特征;建立分区域、分起源主要优势树种的单位面积蓄积-林龄Logistic生长方程,结合我国森林2020年和2030年面积蓄积增长目标,预测我国乔木林2010—2050年间碳汇潜力。结果表明：第八次清查期间中国乔木林总碳储量为6135.68 Tg,碳密度为37.28 Mg/hm ²;天然乔木林和人工乔木林的碳储量分别为5246.07 Tg和889.61 Tg,分别占总碳储量的85.50%和14.50%。到2050年,中国乔木林和新造林的总碳储量和平均碳密度将分别达到11125.76 Tg和52.52 Mg/hm ²,与2010年相比分别增加81%和41%。分析结果表明中国乔木林有很大的碳汇潜力,将在应对和减缓全球气候变化中发挥重要作用。     

1960-2009年中国民航飞机的CO2逐年排放变化

基于中国民航部门逐年统计数据,计算了1960—2009年中国民航飞机的CO2逐年排放量,分析了中国民航飞机CO2排放强度及其变化特点。结果表明:中国民航飞机CO2总排放量由1960年的12.0万t增至2009年的4144万t;CO2排放强度呈明显的降低趋势,由1960年的2.9 kg/换算吨公里降至2009年的0.96 kg/换算吨公里,年均降低0.04 kg/换算吨公里。中国民航飞机的CO2排放量占整个交通运输仓储和邮政行业CO2排放量的比例较低,仅占6.6%,占全国化石燃料燃烧CO2排放量的比例也很小,平均只有0.25%。     

中国城市固体废弃物甲烷排放研究

甲烷（CH4）所引起的温室效应仅次于CO2,固体废弃物填埋处理所产生的CH4作为总的人为温室气体排放源的一部分,估算其排放量对于计算大气中整个温室气体增加所引起的气候效应具有重要的作用和意义。在以往研究的基础上,通过对典型城市生活垃圾的采样分析,确定了最近几年中国城市固体废弃物（MSW）中可降解有机碳（DOC）的含量,并根据IPCC计算CH4排放量的方法以及全国不同区域废弃物管理程度状况,估算得到CH4排放量在全国范围内从东部到西部逐渐减少,且在1994-2004年排放量逐年增加。