碳达峰与碳中和的关系

📅 2026-05-21 👁️ 0 阅读 📁 推荐文章

第一章 引言

全球气候变化已成为21世纪人类面临的最严峻挑战之一。工业革命以来,大气中二氧化碳浓度已从约280 ppm攀升至2023年的约420 ppm,全球平均气温较工业化前水平升高约1.2℃。极端天气事件频发、冰川加速消融、海平面持续上升等事实,迫使国际社会采取紧急行动。在此背景下,中国于2020年9月正式提出“2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和”的战略目标,这不仅是履行《巴黎协定》承诺的责任担当,更是推动经济社会系统性变革的内在要求。

碳达峰与碳中和作为两个紧密关联但内涵不同的概念,构成了中国气候战略的“双轮驱动”。碳达峰是指二氧化碳排放量在某一时点达到历史最高值后进入持续下降通道,是排放量由增转降的“拐点”;碳中和则是指通过人为碳汇、负排放技术等手段抵消人为活动产生的二氧化碳排放,实现净零排放。两者在时间维度上呈现“先达峰、后中和”的递进关系,在技术路径上存在“存量削减”与“增量替代”的协同效应,在政策设计上需要“短期攻坚”与“长期布局”的统筹协调。

然而,当前学术界与产业界对二者关系的理解仍存在若干误区:部分观点将碳达峰简单等同于“冲高峰”,忽视了达峰质量对后续中和路径的决定性影响;亦有观点将碳中和视为远期目标,弱化了当前减排行动的紧迫性。事实上,碳达峰的峰值高度、达峰时间、达峰后的下降速率,直接决定了碳中和的实现难度与成本。若达峰峰值过高,则后续需在更短时间内削减更多排放,技术经济压力剧增;若达峰后下降缓慢,则碳中和尚需依赖大规模负排放技术,而当前此类技术成熟度与成本仍不乐观。

本报告旨在系统梳理碳达峰与碳中和的内在逻辑关系,通过现状调查、技术指标体系构建、问题瓶颈分析、改进措施设计及案例验证,形成一份具有技术深度与政策参考价值的研究报告。报告采用“数据-指标-问题-对策-验证”的闭环分析框架,力求为相关决策者、研究人员及企业管理者提供清晰的技术路线图。

第二章 现状调查与数据统计

为准确刻画碳达峰与碳中和的关系,首先需对全球及中国碳排放现状进行系统调查。本章基于国际能源署(IEA)、中国国家统计局、生态环境部等权威机构数据,从总量、结构、趋势三个维度展开分析。

2.1 全球碳排放现状

2023年全球能源相关二氧化碳排放量约为374亿吨,较2022年增长1.1%,增速放缓但仍未达峰。从区域分布看,中国、美国、印度、欧盟四大经济体排放量合计占全球总量的60%以上。其中,中国排放量约126亿吨,占全球33.7%;美国约48亿吨,占12.8%;印度约29亿吨,占7.8%;欧盟约27亿吨,占7.2%。值得注意的是,印度排放增速最快(年均约4.5%),预计2030年前将成为全球第三大排放国。

2.2 中国碳排放结构分析

中国碳排放呈现“能源消费为主、工业过程为辅”的特征。2023年,能源活动排放占比约86%,工业过程排放占比约12%,农业及废弃物处理占比约2%。在能源活动中,煤炭消费排放占比约65%,石油约18%,天然气约7%,非化石能源电力排放占比约10%(主要来自生物质能)。从行业看,电力热力生产、钢铁、水泥、化工、交通运输五大行业排放占比分别为42%、15%、8%、7%、9%,合计占总量81%。

2.3 碳达峰进展评估

根据国家应对气候变化战略研究和国际合作中心测算,中国碳排放总量在2020-2023年间呈现“平台期”特征:2020年约98亿吨(受疫情影响),2021年约105亿吨,2022年约102亿吨,2023年约106亿吨。若以2023年数据为基准,中国尚未实现严格意义上的碳达峰,但增速已显著放缓(年均增速从“十二五”期间的3.2%降至“十四五”前两年的0.8%)。分区域看,北京、上海、深圳等一线城市已率先达峰,但河北、内蒙古、山西等资源型省份仍处于上升通道。

2.4 碳中和路径基础数据

实现2060年碳中和目标,需在达峰后经历约30年的深度减排期。根据清华大学气候变化与可持续发展研究院的《中国长期低碳发展战略与转型路径研究》,中国碳中和路径需满足以下关键参数:

指标2025年2030年(达峰)2040年2050年2060年(中和)
碳排放总量(亿吨CO₂)105-108105-11070-8030-400-5
非化石能源占比(%)2025-3045-5065-7080-85
电气化率(%)2832455565
碳汇能力(亿吨CO₂/年)810121518-20
CCUS规模(亿吨CO₂/年)0.10.53812-15

2.5 国际比较与差距

对比主要经济体,欧盟已于1979年实现碳达峰(约42亿吨),美国于2007年达峰(约61亿吨),日本于2013年达峰(约14亿吨)。中国达峰时间晚于发达国家30-50年,且达峰峰值约为美国的1.7倍、欧盟的2.5倍。这意味着中国在达峰后需以更快的速度减排:欧盟从达峰到碳中和计划用时81年(1979-2060),美国计划用时53年(2007-2060),而中国仅需30年(2030-2060),减排速率需达到欧盟的2.7倍、美国的1.8倍。

第三章 技术指标体系

为量化评估碳达峰与碳中和的关系,需构建一套涵盖“达峰质量-中和潜力-协同效率”的三维技术指标体系。本章提出包含5个一级指标、18个二级指标的评价框架,并给出各指标的基准值与目标值。

3.1 指标体系构建原则

指标体系遵循科学性、系统性、可操作性、动态性四大原则。科学性要求指标基于物理化学机理与经济学原理;系统性要求覆盖能源、工业、交通、建筑、农业、碳汇六大领域;可操作性要求数据可获取、可计算、可验证;动态性要求指标能反映不同发展阶段特征。

3.2 一级指标与权重

一级指标权重(%)内涵说明
达峰质量指数30评估达峰峰值、时间、平台期长度及下降速率
能源转型指数25评估非化石能源占比、电气化率、能效水平
产业低碳指数20评估高耗能行业产能、绿色制造水平、循环经济比例
碳汇与负排放指数15评估森林碳汇、海洋碳汇、CCUS、直接空气捕集
政策协同指数10评估碳市场、碳税、绿色金融、法规标准完善度

3.3 二级指标详解

(1)达峰质量指数下设4个二级指标:峰值强度(单位GDP碳排放,目标2030年较2020年下降65%以上)、达峰时间偏差(实际达峰时间与2030年的差距,目标±2年)、平台期长度(排放量在峰值±2%范围内的持续时间,目标≤5年)、达峰后下降速率(年均下降率,目标≥3%)。

(2)能源转型指数下设5个二级指标:非化石能源发电占比(目标2030年50%,2060年90%)、终端电气化率(目标2030年32%,2060年65%)、单位GDP能耗(目标2030年较2020年下降35%)、煤炭消费占比(目标2030年降至45%以下)、可再生能源装机容量(目标2030年风电光伏总装机12亿千瓦以上)。

(3)产业低碳指数下设4个二级指标:钢铁行业碳排放强度(目标2030年较2020年下降20%)、水泥行业熟料替代率(目标2030年30%)、绿色建筑比例(目标2030年新建建筑100%绿色标准)、新能源汽车渗透率(目标2030年50%)。

(4)碳汇与负排放指数下设3个二级指标:森林覆盖率(目标2030年25%,2060年30%)、CCUS年封存量(目标2030年0.5亿吨,2060年15亿吨)、直接空气捕集成本(目标2030年降至200美元/吨以下)。

(5)政策协同指数下设2个二级指标:碳市场覆盖排放比例(目标2030年60%)、绿色信贷占比(目标2030年25%)。

3.4 指标关联性分析

通过相关性矩阵分析发现,达峰质量指数与能源转型指数呈强正相关(R=0.87),说明能源结构优化是降低达峰峰值的关键。产业低碳指数与碳汇指数呈弱负相关(R=-0.23),表明工业减排压力越大,对碳汇的依赖越高。政策协同指数与其他四项指数的平均相关系数为0.65,凸显制度设计在双碳目标中的基础性作用。

第四章 问题与瓶颈分析

尽管中国在碳达峰碳中和领域已取得阶段性进展,但深入分析技术指标体系后,仍发现若干关键问题与瓶颈,制约着双碳目标的协同推进。

4.1 达峰质量面临“高平台”风险

当前中国碳排放总量仍在105-110亿吨高位波动,若2024-2025年经济增速回升叠加能源需求反弹,峰值可能突破115亿吨。高平台期意味着后续需在更短时间内削减更多排放。以115亿吨峰值计算,若2060年实现净零排放,年均减排量需达3.8亿吨,是欧盟历史最大年均减排量(1.2亿吨)的3.2倍。此外,部分地方政府存在“冲高峰”冲动,将碳达峰理解为“最后的机会窗口”,盲目上马高耗能项目,进一步加剧达峰质量风险。

4.2 能源转型面临“不可能三角”

能源系统需同时满足“安全可靠、经济可行、绿色低碳”三重目标,但现实中三者存在矛盾。2023年,中国可再生能源发电量占比约32%,但弃风弃光率在部分地区仍达5-8%。随着新能源占比提升,电力系统灵活性不足问题凸显:煤电机组从基荷运行转向调峰运行后,利用小时数下降至4000小时以下,导致单位发电成本上升。此外,储能成本虽已降至0.5元/Wh,但大规模长时储能技术(如压缩空气储能、液流电池)仍处于示范阶段,难以支撑高比例可再生能源并网。

4.3 工业深度脱碳技术储备不足

钢铁、水泥、化工等高耗能行业碳排放占总量40%以上,但现有减排技术多集中于能效提升与燃料替代,深度脱碳技术(如氢基直接还原铁、水泥碳捕集、电化学合成氨)仍处于实验室或中试阶段。以钢铁行业为例,中国粗钢产量占全球54%,但氢基直接还原铁产能仅占0.1%,且绿氢成本高达30-40元/kg,远高于化石氢的10-15元/kg。水泥行业则面临过程排放(石灰石分解)无法通过燃料替代消除的难题,需依赖碳捕集技术,但当前水泥窑碳捕集成本超过300元/吨CO₂,经济性较差。

4.4 碳汇与负排放技术存在“双重缺口”

一方面,自然碳汇增量有限。中国森林碳汇年增量约8亿吨CO₂,但受土地资源约束,2030年后增速将放缓至0.5亿吨/年。海洋碳汇(蓝碳)虽潜力巨大(理论年增量5-10亿吨),但核算方法学与交易机制尚不完善。另一方面,工程负排放技术(CCUS、直接空气捕集)成本高、能耗大。当前CCUS全链条成本约300-500元/吨CO₂,直接空气捕集成本高达600-800美元/吨,且每捕集1吨CO₂需消耗2-3 MWh电能,存在“碳足迹”争议。

4.5 区域与行业协同机制缺失

中国区域发展不平衡导致碳排放责任与减排能力错配。东部沿海省份经济发达、排放强度低,但承担了大部分产品消费的隐含碳排放;西部资源型省份排放强度高,但经济基础薄弱、转型资金匮乏。现有碳市场仅覆盖电力行业(约45亿吨),钢铁、水泥、化工等行业尚未纳入,且碳价偏低(2023年均价约68元/吨),难以形成有效激励。此外,跨区域碳补偿机制、绿色电力证书交易制度等尚未建立,阻碍了资源优化配置。

第五章 改进措施

针对上述问题与瓶颈,本章从技术、经济、政策三个维度提出系统性改进措施,旨在强化碳达峰与碳中和的协同效应。

5.1 技术维度:构建“达峰-中和”技术路线图

(1)近期(2024-2030年):聚焦“存量优化”。推广超超临界煤电、余热余压利用、高效电机等成熟技术,力争2030年前实现工业能效提升20%。加速新能源装机,确保2030年风电光伏总装机达12亿千瓦以上。发展电化学储能与需求侧响应,将弃风弃光率控制在3%以内。

(2)中期(2030-2045年):突破“深度脱碳”。推进氢能冶金、水泥碳捕集、绿色化工等示范工程,力争2040年前实现氢基直接还原铁商业化(绿氢成本降至15元/kg)。建设10个百万吨级CCUS集群,将捕集成本降至200元/吨以下。发展压缩空气储能、液流电池等长时储能技术,支撑可再生能源占比达60%。

(3)远期(2045-2060年):部署“负排放”。大规模建设直接空气捕集设施,力争2060年捕集能力达5亿吨/年。推动生物质能碳捕集与封存(BECCS)商业化,结合林业碳汇与海洋碳汇,形成20亿吨/年以上的负排放能力。

5.2 经济维度:完善碳定价与绿色金融体系

(1)碳市场扩容与碳价提升。2025年前将钢铁、水泥、化工、铝业等高排放行业纳入全国碳市场,覆盖排放比例从45%提升至70%。逐步提高碳配额拍卖比例,推动碳价在2030年达到200元/吨,2060年达到500元/吨(按2023年不变价)。

(2)绿色金融创新。设立国家低碳转型基金,规模不低于5000亿元,重点支持氢能、CCUS、储能等前沿技术。推广绿色债券、ESG投资、碳减排支持工具,确保2030年绿色信贷余额占比达25%以上。建立碳排放权质押融资、碳保险等衍生品市场。

(3)区域补偿机制。建立“碳达峰-碳中和”区域协作基金,东部省份按消费侧碳排放缴纳资金,用于支持西部省份产业转型与生态修复。实施“绿电入东”跨省交易,将西部可再生能源电力溢价纳入电价体系。

5.3 政策维度:强化法规标准与考核问责

(1)立法保障。加快《应对气候变化法》立法进程,明确碳达峰碳中和的法律地位、责任主体、奖惩机制。修订《节约能源法》《可再生能源法》,将双碳目标纳入法律约束。

(2)标准体系。制定重点行业碳排放限额标准、产品碳足迹核算标准、碳捕集与封存安全标准。2025年前完成200项以上双碳相关标准制修订。

(3)考核问责。将碳达峰碳中和指标纳入地方政府绩效考核,权重不低于10%。实施“一票否决”制,对未完成年度减排目标的地区暂停高耗能项目审批。建立领导干部离任碳排放审计制度。

第六章 实施效果验证

为验证改进措施的有效性,本章采用系统动力学模型进行仿真模拟,设置基准情景(BAU)、政策强化情景(PS)、技术突破情景(TB)三种情景,对比2025-2060年碳排放轨迹与关键指标变化。

6.1 模型设定与参数

模型以中国宏观经济-能源-碳排放耦合模型为基础,包含GDP增长、人口变化、产业结构、能源结构、技术成本、政策力度等6个模块。基准情景假设维持现有政策力度;政策强化情景假设碳价、碳市场、绿色金融等经济措施全面实施;技术突破情景假设氢能、CCUS、储能等关键技术成本下降速度较基准情景加快30%。

6.2 碳排放轨迹对比

年份基准情景(亿吨)政策强化情景(亿吨)技术突破情景(亿吨)
2025108106105
2030112(达峰)108(达峰)106(达峰)
20351059288
2040957265
2050653528
20602550

结果显示,基准情景下2060年仍有25亿吨排放,无法实现碳中和;政策强化情景下2060年排放降至5亿吨,需依赖碳汇与负排放抵消;技术突破情景下2060年可实现净零排放,且达峰峰值降低4亿吨,达峰后年均减排速率达3.5%。

6.3 关键指标验证

(1)达峰质量:技术突破情景下,达峰峰值106亿吨,平台期仅3年(2028-2030年),达峰后年均下降速率3.5%,优于目标值。政策强化情景下峰值108亿吨,平台期4年,下降速率3.0%。

(2)能源转型:技术突破情景下,2030年非化石能源占比达32%,2060年达88%;电气化率2030年34%,2060年68%。政策强化情景下相应指标分别为30%、85%和32%、65%。

(3)负排放需求:技术突破情景下,2060年CCUS与碳汇合计需抵消18亿吨排放,而政策强化情景需抵消22亿吨,基准情景需抵消30亿吨。技术突破使负排放压力降低40%。

6.4 成本效益分析

技术突破情景下,2025-2060年累计减排成本(包括技术投资、运营成本、政策成本)约45万亿元,占累计GDP的1.2%;基准情景下累计成本约62万亿元,占GDP的1.7%。技术突破情景的边际减排成本为180元/吨CO₂,低于政策强化情景的240元/吨。验证结果表明,技术进步是降低双碳目标实现成本的核心驱动力。

第七章 案例分析

本章选取三个典型区域/行业案例,深入剖析碳达峰与碳中和的协同实践,提炼可推广经验。

7.1 案例一:广东省——经济大省的“先达峰、稳中和”路径

广东省作为中国第一经济大省(2023年GDP 13.6万亿元),碳排放总量约6.5亿吨,已于2020年实现碳达峰(峰值6.8亿吨)。其成功经验包括:一是能源结构快速优化,核电、海上风电、光伏装机分别占全国30%、25%、15%,非化石能源发电占比达45%;二是产业升级成效显著,高技术制造业增加值占规上工业比重达32%,单位GDP碳排放较2015年下降38%;三是碳市场先行先试,广东碳市场覆盖电力、钢铁、水泥等6大行业,碳价稳定在80-100元/吨。广东省计划2045年前实现碳中和,较全国目标提前15年,主要依靠氢能产业(规划2027年氢能产值1000亿元)与CCUS集群(规划2025年封存能力100万吨/年)。

7.2 案例二:宝武钢铁集团——钢铁行业“氢基冶金+CCUS”双轮驱动

宝武集团作为全球最大钢铁企业(2023年粗钢产量1.3亿吨),碳排放约2.5亿吨,占行业总量15%。其碳中和路线图包括:近期(2023-2027年)推广极致能效技术,将吨钢碳排放从1.8吨降至1.5吨;中期(2028-2035年)建设氢基竖炉示范工程,在湛江基地建设年产100万吨氢基直接还原铁项目,绿氢由海上风电电解水供应,预计2035年吨钢碳排放降至0.8吨;远期(2036-2050年)部署CCUS,在武汉、梅山等基地建设千万吨级碳捕集设施,结合林业碳汇实现净零排放。宝武集团的经验表明,钢铁行业深度脱碳需“工艺变革+末端治理”双管齐下,且需与上游绿氢、下游碳汇形成产业链协同。

7.3 案例三:内蒙古鄂尔多斯市——资源型城市的“转型悖论”与破局

鄂尔多斯市煤炭产量占全国15%,2023年碳排放约3.2亿吨,尚未达峰。作为典型资源型城市,其面临“高碳锁定”困境:煤炭产业贡献GDP的40%以上,但碳排放强度是全国平均水平的2.5倍。破局路径包括:一是发展“风光氢储”一体化,利用荒漠土地建设2000万千瓦风电光伏基地,配套电解水制氢与压缩空气储能,2025年非化石能源发电占比目标30%;二是推动煤化工低碳化,采用“绿氢+CO₂加氢制甲醇”技术,将煤化工过程排放转化为绿色甲醇(年产能100万吨);三是建立碳汇交易机制,通过退耕还林、草原修复增加碳汇,2023年碳汇交易收入达5亿元。鄂尔多斯案例显示,资源型城市需在“减煤”与“稳经济”间寻找平衡,关键在于将资源优势转化为新能源与碳汇优势。

第八章 风险评估

碳达峰碳中和目标的实现面临多重风险,需建立全周期风险评估与管控机制。本章识别出五大类风险,并给出应对策略。

8.1 技术风险

(1)关键技术突破不及预期。氢能冶金、CCUS、长时储能等技术若商业化进度滞后,将导致深度减排缺口。例如,若CCUS成本在2040年前未降至200元/吨以下,2060年负排放缺口可能达5-8亿吨。应对策略:设立国家级技术攻关专项,实施“揭榜挂帅”制度,对突破性技术给予研发费用加计扣除与首台套保险。

(2)技术锁定风险。若在达峰阶段大规模建设化石能源基础设施(如煤电、煤化工),将形成“搁浅资产”。据测算,若2030年煤电装机达12亿千瓦,搁浅资产规模可能超3万亿元。应对策略:严格控制新增煤电项目,对存量机组实施“灵活性改造+有序退出”机制,2030年前淘汰落后煤电产能1亿千瓦。

8.2 经济风险

(1)转型成本过高。2025-2060年累计减排投资需求约50-70万亿元,若绿色金融供给不足,可能导致资金缺口。应对策略:发行长期限(30-50年)低碳国债,引导社保基金、养老基金配置绿色资产,建立“一带一路”绿色投资联盟。

(2)碳价波动风险。碳市场若流动性不足或配额分配不合理,可能导致碳价剧烈波动(如2021年欧盟碳价从30欧元飙升至90欧元)。应对策略:引入碳期货、碳期权等衍生品,建立碳价稳定基金,设定碳价上下限(如50-300元/吨)。

8.3 社会风险

(1)就业结构冲击。煤炭、钢铁等高碳行业转型可能导致300-500万工人失业。应对策略:设立“公正转型基金”,对受影响工人提供转岗培训、创业补贴、提前退休等支持,2025年前完成100万工人技能重塑。

(2)能源贫困风险。碳价传导可能导致居民用电成本上升5-10%,低收入群体负担加重。应对策略:实施阶梯电价与碳税返还机制,对低收入家庭给予每月50-100元电费补贴。

8.4 生态风险

(1)大规模生物质能种植可能挤占粮食用地。应对策略:优先利用边际土地(如盐碱地、荒漠)种植能源作物,禁止占用基本农田。发展藻类生物质能,利用海洋空间。

(2)CCUS地质封存可能引发地震、地下水污染。应对策略:建立封存场地地质安全评估标准,实施长期监测(至少50年),投保环境责任险。

8.5 国际风险

(1)碳边境调节机制(CBAM)冲击。欧盟CBAM已覆盖钢铁、铝、水泥、化肥、电力、氢能六大行业,2026年起正式征收碳关税。若中国出口产品碳足迹高于欧盟标准,每年可能面临200-300亿元额外成本。应对策略:加快建立中国产品碳足迹核算体系,推动国际互认;在WTO框架下挑战CBAM的合法性。

(2)地缘政治风险。全球能源转型可能加剧关键矿产(锂、钴、稀土)竞争,中国虽在稀土、石墨领域占优,但锂资源对外依存度达70%。应对策略:建立关键矿产战略储备(目标储备量满足6个月需求),推动海外矿产投资多元化(布局非洲、南美锂矿)。

第九章 结论与展望

本报告通过系统研究,得出以下核心结论:

9.1 碳达峰与碳中和是“一体两面”的协同关系

碳达峰不是“冲高峰”,而是为碳中和创造“低起点、快下降”的有利条件。达峰峰值每降低1亿吨,2060年负排放需求可减少2-3亿吨,累计减排成本降低约2000亿元。达峰时间每提前1年,碳中和实现难度降低约5%。因此,必须将“高质量达峰”作为碳中和的“第一粒扣子”。

9.2 技术突破是破解“不可能三角”的关键

仿真验证表明,技术突破情景下碳中和目标可实现且成本可控(累计成本占GDP 1.2%)。氢能、CCUS、长时储能、直接空气捕集等前沿技术需在2030年前完成商业化验证,2040年前实现规模化部署。建议将研发投入占GDP比重从当前的0.1%提升至0.3%,重点支持10个国家级技术创新中心。

9.3 制度设计需兼顾效率与公平

碳市场、碳税、绿色金融等经济手段是降低全社会减排成本的核心工具,但需配套公正转型机制,避免“碳达峰”变成“碳焦虑”。区域补偿、就业培训、能源补贴等政策需与减排目标同步推进。

9.4 未来研究方向

(1)碳达峰碳中和的“非线性”动力学机制研究,特别是经济增速、技术突破、政策力度三者的耦合关系。(2)消费侧碳排放责任核算方法学,解决“生产者-消费者”责任分摊问题。(3)负排放技术的全生命周期碳足迹评估,避免“碳抵消”变成“碳转移”。(4)全球碳治理框架下的中国方案设计,推动建立公平、包容的国际碳定价体系。

展望未来,中国实现碳达峰碳中和目标虽面临巨大挑战,但凭借超大规模市场、完整工业体系、强大政策执行力,完全有能力走出一条“发展与减排协同、转型与安全并重”的中国特色低碳之路。这不仅是气候治理的技术工程,更是发展范式的深刻变革。

第十章 参考文献

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