碳达峰目标下，我国的节能潜力如何？

原标题：碳峰值目标下我国的节能潜力有多大？

本文优先发表于中国工程院学术期刊《中国工程科学》2021年第6期。来源：碳峰目标下我国节能潜力分析及对策[J].中国工程科学, 2021, 23(6): 81-91 ., 本文来自微信公众号：中国工程院（ID：CAE-Engineering），作者：黄海霞、程帆、苏一瑙（油气钻井工程专家、中国工程院院士）姚良忠、胡建祖，原标题：《碳达标目标下我国节能潜力分析与对策丨中国工程科学》，头像来自：视觉中国

节能对于提高能源效率、保障能源安全、提高经济发展质量具有重要意义。我国是世界能源消费和碳排放大国。实施节能战略是帮助实现碳达峰和碳中和目标的重要手段。当前，我国经济发展模式、内外部因素、要素调整、供需结构等因素已经或正在发生新的变化。要根据新阶段特点开展节能潜力评估研究，进一步明确节能增效在促进碳减排中的作用。

中国工程院苏以瑙院士科研团队在中国科学院学术期刊《中国工程科学》第六期发表《碳峰目标下我国节能潜力分析与对策》工程，2021年。文章分析国内外能源消费现状及特点，研判我国能源消费发展趋势，阐述节能措施对能源发展路径的关键作用，从而阐明我国的节能潜力。高耗能行业、交通运输、建筑行业节能潜力评估模型估算了我国现有政策情景和强化节能措施情景下的整体能源消耗和节能潜力。在节能情景下，我国能源消费总量将得到有效降低，有助于碳排放提前达峰。

研究建议，继续推进能源消费强度和总量双管齐下；推动高耗能低附加值产业转型升级；加强低碳节能技术宣传，加大对技术创新的支持力度。完善节能法律、法规和标准体系；城市更新和无废建设；加强节能教育，提高节能意识，充分发挥节能增效在碳减排中的关键作用。

一、简介

作为现代人类社会发展的基石，能源开发利用水平和规模自工业革命时代以来迅速提升，极大地促进了社会生产力的发展和人类文明的进步。目前，人类能源活动高度依赖化石能源，化石能源燃烧利用过程中产生的碳排放是全球变暖的主要原因。因此，为实现可持续发展，推进清洁能源转型，控制化石能源消费总量，是实现碳达峰和碳中和的重要手段。

目前，我国能源消耗和碳排放量均居世界前列。 2020年能源消费总量约为4.98×109 tce，占全球总量的27%；能源活动产生的CO2排放总量约为1.03×1010 t，占全球总量的32%。但我国一次能源强度约为世界平均水平的1.5倍，是欧盟、美国、日本等发达国家或地区的2-3倍。能源利用效率低表明能源效率提升潜力巨大。我国石油天然气依存度较高，消费需求总量较大，仍有较大增长空间。全面加强节能减排，对提高能源利用效率、保障能源安全、提高经济发展质量具有重要意义。这也是实现碳达峰、碳中和和经济可持续发展的关键措施之一。

能源消耗的预测方法主要有两种：时间序列预测和相关性预测。前者根据历史数据预测总能源需求，但难以分析每个组成部分。典型代表是微分积分移动平均自回归。模型（ARIMA）；后者的投入产出法通过建立各部门的能源关系，实现对各部门节能潜力的分析和部门间节能的协同效应，可为节能评估提供重要依据。节约潜力。

此外，也有研究基于能源转换和消耗过程建立能源模型，预测未来情景下的能源消耗总量和碳峰值，但不评估节能潜力；也有基于国情和现状的研究。从产业结构调整的角度评价我国的节能潜力。我国经济发展模式、内外因素、要素调整、供需结构等因素发生了新的变化或正在发生新的变化。要根据新阶段特点开展节能潜力评估研究，进一步明确节能增效在促进碳减排中的作用。

本文采用投入产出法建立能源消耗模型，评价我国高耗能行业、建筑、交通的节能潜力。一是通过对能源消费水平和发展的分析，阐述了节能措施对我国降低化石能源消费、转变发展方式的意义；其次，以我国能源桑基图为基础，分析了我国能源效率提升方向和节能重点领域；第三，选择工业、交通、建筑等领域和子行业类别，评估我国未来情景下的节能潜力，探讨节能措施在促进碳排放平稳达峰中的作用。最后，概述了未来全面实施节能战略的关键措施，并提出了有针对性的发展建议。

二、国内外能源消费现状及我国能源消费发展趋势

（一）国际能源消费现状

根据2020年全球能源消费统计，我国人均能源消费量和能源强度高于全球平均水平；英国、法国、德国、日本等发达国家的人均能源消耗量与我国接近，但能源强度仅为我国的1/3左右，体现了高能效水平；美国、澳大利亚等国家的能源强度虽然是我国的40%，但人均能源消耗量是我国的两倍多，能效水平在发达经济体中相对较低；印度 中国、越南等发展中国家人均能源消费量和消费强度低于全球平均水平。图1是2020年部分经济体能源消费气泡图。圆圈的面积代表相应国家的能源消费总量。

在逐步向发达国家过渡的过程中，发展中国家普遍会经历“人均能源消费水平先上升后缓慢下降，能源强度持续下降”的过程（图1发展路径1）；发展路径的凸度显着降低，从而降低了发展过程中的能源消耗需求（图1中的发展路径2）。国际发展经验表明，节能不仅能促进产业向知识和技术密集型转变，还能促进经济稳定增长。

我国目前正处于转型的关键时期，人均能源消费增速和能源强度下降速度均趋缓。通过实施节能增效，不仅可以有效降低能源消耗总量，减少对化石能源的依赖，助力碳达峰。加快经济发展方式向高质量发展转变。因此，节能战略的实施事关我国经济发展方式的转变，也将深刻影响我国未来的能源生产和消费方式。

（二）我国能源消费现状及特点

节能潜力评价和节能措施实施需要结合我国当前能源消费构成和特点进行。根据2019年能源消耗数据，采用电热当量法绘制我国能源消耗桑基图（见图2），直观清晰地描述各类能源转换消耗的路径和数量。

在我国一次能源消费中，化石能源约占85%，其中煤炭消费占一次能源消费总量的60%；在终端能源消费中，工业部门占比超过60%，总体呈现出“能源偏重”煤炭重工业“的特点。从能源流向看，化石能源消费中，煤炭主要用于发电和煤化工，石油炼制产品主要用于化工和交通运输，天然气主要用作工业燃料和城镇燃气。我国电力终端能耗约占25%，而全球平均水平为19%，经合组织国家平均水平为22%。

综上所述，我国节能潜力的主要落脚点是能源端的清洁转型和消费端的产业调整。需要结合我国未来经济发展目标和节能技术前景，研究判断能源消费的发展趋势。

（三）我国能源消费发展趋势

我国能源消费总量在2030年前呈缓慢上升趋势，2030年达到5.6×109吨标准煤，2035-2040年能源需求将进入高峰高原期，对应峰值约为5.8×109吨标准煤。在能源消费方面，我国化石能源消费比重将逐步下降，从2021年的85%下降到2030年的75%；电力在终端能源消费中的比重将继续快速上升，预计2030年相应比重将增加。比例将达到30%。

从各领域能源需求来看，到2030年，工业能源需求将达到高峰并开始逐步下降。随着居民生活水平的提高和第三产业比重的提高，建筑业的能源需求将继续保持上升趋势。工业能源需求将进入平稳期。综合来看，从中长期看，我国能源需求将呈现工业能源消耗逐步下降、交通运输业和建筑业比重逐步上升的趋势。能源消费的变化符合发展中国家进入发达国家的发展规律。

三、我国节能潜力分析

(1) 模型构建与研究方法

本文选取能源消耗占比较大的工业、交通、建筑三个领域作为节能重点部门，并划分各个领域的子类别，构建我国能源评价模型。 - 节约潜力（见图 3）。其中，工业领域按照产品和工艺划分，建筑领域按照建筑类型和能源供应方式划分，交通领域按照交通方式划分。

以工业部门为例，据2019年统计，钢铁、电力生产、有色金属、水泥、燃料加工、化工六大行业能源消耗量占总量的80%以上工业能耗，可纳入重点工业节能部门考虑。 .从产品技术上看，钢铁行业可以分为长流程和短流程两大类，因为其能耗受工艺影响较大；化工行业主要包括焦化、炼油、合成氨、电石、烧碱等高耗能化工原料产品类别。

确定统计字段和类别后，采用投入产出法计算能耗。通过反映能源相关活动的预测结果和单位活动的能源消耗量，计算出各领域各部门的能源消耗总量。对于能源相关活动的指标，工业部门以产品产量来描述，建筑部门以电力/供热/燃气等终端能源的能源需求来描述，交通部门以生产数量来描述。各种车辆和平均年行驶里程。在得到各活动总能耗的基础上，结合过程、工艺变化和节能技术的应用，对单位活动能耗进行修正，最终得到各领域的能耗。

结合我国2020年能源消耗情况和未来能源消耗预测，设计了加强节能措施的节能情景和实施现有政策的基本情景，对两种情景的能源消耗进行了预测，并评价了差异两者之间。我国的节能潜力（见图4）。

节能情景下，到2030年，电热当量法计算的总能耗比基本情景可降低约8×108 tce；按煤当量法计算，可减少约8.5×108 tce，相当于2019年能源消耗总量的17.2%； 2021-2030年累计节能4.626×109 tce，约为2017年能源消费总量。在节能情景下，我国能源消费呈现缓慢上升趋势，2030年前后将进入平稳期；而在基本情景下，预计2030年我国能源消费仍将保持较快增长，尚未进入平稳期。

（2）各领域节能潜力分析

一、工业领域节能潜力分析

关于我国工业部门的节能潜力（见图5），预计到2030年，在节能情景下，电力生产部门通过增加新增装机容量可实现1.6倍左右的节能量。能源，提高燃气发电在火电中的比重。 108吨标准煤，钢铁行业通过减产、优化长短流程结构、提高工艺能效，可实现节能约2.2×108吨标准煤，而水泥行业、有色金属冶炼行业等高耗能化工、燃料加工业可实现约108吨标准煤的节能。 1.0×108 吨煤、3.6×107 吨煤、3.25×107 吨煤、5.6×107 吨煤。

综上所述，我国高耗能工业领域2030年可实现节能约6×108tce，相当于2019年该领域能源消耗总量的24.5%； 2021-2030年累计节能约3.37×109 tce，贡献节能潜力。主要来自钢铁和电力部门。基本情景下，工业部门总能耗持续上升，采取节能措施后总能耗可逐步降低。

2、交通领域节能潜力分析

交通领域的节能潜力分析模型主要涉及客运和货运两大类。其中，公路交通能源消耗比重较高，是重点节能领域。预计到2030年，我国公路客运在节能情景下的节能潜力约为4.35×107 tce，主要来自新能源汽车对燃油汽车的替代；通过提高能效水平，公路货运节能潜力约为3.7×107 tce，水路和铁路货运能源消耗将增加到7.8×106 tce，航空运输可节约约1×107 tce通过提高发动机的能量效率。

综上所述，我国交通运输部门2030年可实现节能约8.6×107吨标准煤，相当于2019年交通运输部门能源消耗总量的13.5%； 2021-2030年累计节能约5.1×108 tce，主要来自公路客货运输能效提升。在基本情景下，交通部门的能源消耗总量持续上升，但在采取节能措施后，交通能源消耗迅速进入平稳期（见图6）。

3、建筑节能潜力分析

建筑领域的节能潜力分析模型主要涉及住宅建筑和各类建筑的用电量、供暖、燃气、信息通信基础设施的用电等。预计到2030年，在节能情景下，我国建筑用电节能潜力约为2.71×107 tce，其中居民用电节能潜力为8×106 tce，商业、办公、文化等公共建筑用电节能潜力约为1.8×107 tce；信息通信基础设施的节能潜力约为1×107 tce。此外，在节能情景下，集中供热使用化石能源的比例为30%，供热节能潜力约为3.1×107 tce；通过电力替代减少居民厨房用气需求的节能潜力为2×107 tce。

综上所述，我国建筑业2030年可实现节能约8.05×107吨标准煤，相当于2019年建筑能耗总量的14.7%； 2021-2030年累计节能约5.3×108 tce，将显着降低碳排放量增速，主要是清洁取暖和节电贡献。两种情景下建筑行业能耗均呈现持续上升趋势，但节能情景下能耗增幅明显低于基本情景（见图7）。

（3）实施节能措施的减碳效果分析

在建立节能分析模型的基础上，通过各种活动的碳排放因子估算两种情景下的碳排放量，进而评价节能措施实施下的碳减排效果。本文只计算能源和工业活动的碳排放量，没有考虑碳汇和碳去除技术的作用。

在基本情景下，虽然碳排放总量呈现逐渐放缓的趋势，但仍无法在2030年前达到峰值；在节能情景下，碳排放将很快进入平稳期，2026年前后开始稳步下降。预计到2030年，节能措施实施后，碳排放减少约1.95×109 tCO2，2021-2030年累计减少碳排放约1.05×1010 tCO2，相当于到2020年我国能源活动碳排放总量（见图8）。

因此，加强节能措施可以有效降低未来能源消费需求，显着降低碳排放总量，从而成为推动我国实现碳达峰和碳中和目标的重要手段。

四、我国节能增效重点措施

（一）促进产业结构升级和产能更新

在高耗能行业领域，逐步降低产业规模比重，扩大企业规模，促进产业集中度和企业规模的提高，达到降低能效的目标。对高耗能产业高度依赖的地区，要建设产业集群，与耗能服务业融合，逐步提高能效水平，摆脱对发展路径的依赖。在国家层面，促进区域经济协调发展，避免高耗能项目重复建设造成的资源浪费和产能过剩；加快淘汰高耗能行业落后产能，合理加强高耗能低附加值产品管理。出口规模控制将逐步促进产业结构升级和产能更新。

（二）加快能源结构清洁低碳转型

在能源生产领域，加快能源生产结构转型。积极发展水、风、光等可再生能源和核电等清洁能源，重点建设海上风电、内陆核电站和分布式能源。在火电机组方面，逐步有计划地关停亚临界及以下燃煤机组，推进燃煤机组供热改造，禁止燃煤供热，提高火电项目能耗要求，天然气发电在新型火力发电中的应用。比例，提高化石能源发电能效水平。

在能源消费领域，加快电能替代和清洁能源转型。通过新能源汽车和氢燃料汽车在交通领域的推广，以及屋顶分布式光伏发电、终端能源再电气化、清洁供暖等技术在建筑领域的应用，清洁能源的高效利用成为现实。实现。完善碳排放市场和电力市场机制，充分调动市场主体节能减排积极性。通过电力需求侧管理、综合能源系统，应用电、热、氢、储能等技术，支持更高比例的新能源接入。

(3) 革命性的绿色低碳能源技术取得突破

在绿色低碳能源发展领域，重点突破以钙钛矿薄膜、漂浮式海上风电、第四代核反应堆等绿色能源为代表的新一代光伏材料和光伏电池技术的商业化应用。和低碳能源生产技术。研究光合燃料合成、行波反应堆、可控核聚变反应堆等颠覆性技术。

在能源绿色低碳利用领域，着力推动可再生能源制氢、大规模储能、柔性直流输电、综合智能能源系统等技术示范应用。加强全固态锂电池、钠离子电池、质子交换膜电解制氢水、宽禁带半导体功率芯片等关键技术的研发和产业转化。

（四）推广普及节能技术和工艺

在工业领域，特别是高耗能行业，大力推广节能技术和工艺。通过原料制备和工艺替代，如天然气合成氨、短流程炼钢、再生铝冶炼等技术，降低高耗能产品的单位生产能耗；锅炉、电机、暖通空调系统节能，加强工业低品位余热回收利用，提高生产企业能效水平，持续推进绿色制造。

在建筑领域，被动节能建筑、空气源热泵、建筑能耗管理系统等节能设备的应用，降低建筑运行能耗，促进建筑规模化发展。低碳建筑。积极推进集中供冷和冷热联供，提高数据中心、通信基站等新型基础设施能效，建设绿色数据中心。

在交通领域，通过完善共享出行、纯电动乘用车、公共交通系统，采取“还水”、“还铁”、多式联运等措施，提高能源效率水平。交通系统；鼓励使用重型卡车和船舶使用液化天然气等清洁燃料。

（五）减少对高耗能产品的需求

科学规划城乡建设进程，合理抑制城市房地产开发强度，采取老旧建筑节能改造、功能设施完善等措施，提高建筑使用寿命。通过政府规划引导，可以遏制农村宅基地过度建设造成的大规模闲置现象，有效减少对房地产及相关高耗能产品的需求。

提高废弃物资源化利用水平，发展循环经济，减少对高耗能产品的需求。提高废钢和再生铝回收利用水平，扩大废金属资源进口规模；发展畜禽粪便化肥等技术，减少化肥用量；减少通过废纸制造和再生塑料等技术制备的原材料数量。能源消耗，支持生态环境保护。

（六）倡导绿色低碳理念和节能生活方式

倡导节能生活方式，通过网络平台和媒体向全社会大力倡导节能意识。提倡多走楼梯少乘电梯、无纸化办公、双面纸办公打印、人走时断电、夏季空调不低于26℃、绿色低碳出行等节能生活方式，培养居民特别是青年群体的节能意识。

应用数字化和信息化技术，引入社会心理学，结合居民绿色消费统计、能源消费强度、个人碳足迹等指标，通过邻居间的对比，激发和引导用户自发的节能行为。利用互联网技术精准捕捉工业生产和居民生活能耗实时信息，通过大数据技术识别潜在节能环节，实现需求侧、供应链、生产过程、生产环节的精准节能运营服务。根据用户的能源消费行为，设计相关激励机制，引导公众深度参与节能减排过程。

五、对策与建议

（一）继续推进能源消费强度和总量双控

进一步完善和完善能耗双控体系。各地要在国家层面统筹规划的基础上，根据自身经济发展水平、节能潜力等因素，制定本地区能源消费总量目标，提出合理的时间表、路线图和施工图。建议将化石能源消费总量和强度纳入各地区政府工作考核，落实能源预算管理制度，通过激励与约束相结合，形成有效约束机制。问责机制。

推动各地落实节能减排工作，优化产业结构和能源结构，控制高耗能产业规模，考核企业能效。适当扩大基层能源统计队伍规模，运用节能监测、能源计量统计等手段，掌握能效情况，严控超标单位。注意管控的及时性和准确性，避免出现“运动型”减碳和“突击型”减碳现象。

建立能源使用权交易市场，充分发挥市场在优化能源要素配置中的作用，逐步完善能源使用权有偿使用和交易制度。

（二）推动高耗能低附加值产业转型升级

逐步压缩高能耗、低附加值产业规模。通过减少过剩产能，实施优劣替代，或者降低化石能源的能源消耗，扩大能源利用空间。严格控制高耗能、高污染新建项目，要求新建项目能效水平达到国际或国内行业标杆水平，确保行业能效稳步提升。

开展中长期规划，逐步引导高耗能、低附加值产业转型升级。逐步将相关产业融入轨道交通、船舶船舶、新能源汽车及装备等高端制造业产业链，整合优势资源，合理提高产业集中度，培育一批有影响力的产业集群和创新高地。

（三）加强低碳节能技术宣传，加大对技术创新的支持力度

大力推广节能技术。通过定期更新国家重点节能低碳技术推广目录，在地区和城市推广节能导则，在各行业、企业、协会组织节能技术推广交流会，加强宣传宣传先进能效示范案例，实现经济、环境、社会效益多赢。

加大对节能技术创新研发和应用的支持力度。重点支持建设一批可复制的节能示范项目，加大对中小企业利用先进节能技术改造的融资支持；加大对节能技术研发项目的资金支持，促进节能技术的开发和应用。

（四）完善节能法律法规和标准体系

实施和修订《节约能源法》，以地方政府根据自身发展水平和实际情况颁布的节能法规和管理办法，建立完整的节能法律法规体系。加强执法监督，强化事中事后监管，严格执法问责，切实保障相关法律法规的有效实施。

完善节能标准体系，突出标准的引领和约束作用。继续发布实施相关能效标准，实现各行业、高耗能产品全覆盖。将能效“领跑者”指标纳入标准指标体系，适时制定/修订标准，逐步扩大能效标识的产品覆盖面。协调相关国际和地区标准互认，服务国内高效优质产品融入全球市场，扩大中国能效影响力。

（五）推进城市更新和无废建设

防止大规模拆建造成的能源资源浪费，有序推进城乡建设更新换代进程。坚持“留、改、拆”并举，合理限制城市更新单元拆迁面积，实施小规模、渐进式的有机更新和微改造，提高建筑节能水平。逐步提高新建建筑节能标准，加强执行。

统筹推进废旧物资回收网点和生活垃圾分类网点“两网融合”，着力推进高耗能产品规模化、标准化、清洁化回收利用。结合各地区居民能源消费、产业结构和居住特点，通过国家顶层设计和区域间协调，加快推进城市公园无废进程。

（六）加强节能教育，全面提高节能意识

在社会层面，树立“发展必须经济，经济发展才能实现”的发展理念，把节约和节能作为经济发展的内生动力、新的经济增长方式、新的经济发展方式社会文明的方向。弘扬崇尚节约、反对浪费的优良文化传统，在全社会推动勤俭节约的实践。

在个人层面，树立“节能光荣，浪费可耻”的价值观，弘扬个人节能行为在推动经济社会可持续发展模式中的重要作用。通过节能宣传周、提案等方式，增强个人节能意识和践行责任感。

注：本文内容略有调整，如有需要可查看原文。论文反映研究成果进展，不代表《中国工程科学》杂志观点。本文来自微信公众号：中国工程院学报（ID：CAE-Engineering），作者：黄海霞、程帆、苏一瑙（油气钻井工程专家，中国工程院院士） , 姚良忠, 胡建祖