低碳技術發(fā)展產業(yè)鏈風險評估和展望

能源經濟預測與展望研究報告FORECASTING

AND

PROSPECTS

RESEARCH

REPORTCEEP-BIT-2024-002（總第74期）低碳技術發(fā)展產業(yè)鏈風險評估和展望2024

年

1

月

7

日北京理工大學能源與環(huán)境政策研究中心能源經濟預測與展望研究報告發(fā)布會主辦單位：北京理工大學能源與環(huán)境政策研究中心碳中和系統工程北京實驗室能源經濟與環(huán)境管理北京市重點實驗室協辦單位：北京理工大學管理與經濟學院碳中和系統與工程管理國際合作聯合實驗室北京經濟社會可持續(xù)發(fā)展研究基地中國“雙法”研究會能源經濟與管理研究分會中國能源研究會能源經濟專業(yè)委員會《煤炭經濟研究》編輯部中國煤炭學會碳減排工程管理專業(yè)委員會特別聲明本報告是由北京理工大學能源與環(huán)境政策研究中心研究團隊完成的系列研究報告之一。如果需要轉載，須事先征得中心同意并注明“轉載自北京理工大學能源與環(huán)境政策研究中心系列研究報告”字樣。低碳技術發(fā)展產業(yè)鏈風險評估和展望執(zhí)筆人：余碧瑩、魏一鳴、符家豪、戴盈、陳又源、羅馨怡、徐碩作者單位：北京理工大學能源與環(huán)境政策研究中心聯系人：余碧瑩研究資助：國家自然科學基金項目（72293600，72225010）北京理工大學能源與環(huán)境政策研究中心北京市海淀區(qū)中關村南大街

5號郵編：100081電話真-mail:yubiying_bj@網址：CenterforEnergyandEnvironmentalPolicyResearchBeijingInstituteof

Technology5ZhongguancunSouthStreet,HaidianDistrict,Beijing100081,ChinaTel:

86-10-68918551Fax:86-10-68918651E-mail:yubiying_bj@Website:

低碳技術發(fā)展產業(yè)鏈風險評估和展望一、全球低碳技術將迎來大規(guī)模發(fā)展，由此可能引發(fā)產業(yè)鏈風險《巴黎協定》就國際社會共同應對氣候變化的目標達成了共識，即將全球平均溫升控制在

2℃，并努力限制在

1.5℃以內。為實現這一目標，全球已有150余個國家做出“零碳”、“碳中和”承諾。世界低碳轉型全面加速，各行業(yè)各部門的低碳技術將迎來大規(guī)模發(fā)展。作為負責任的發(fā)展中大國，中國積極為全球氣候治理貢獻力量，提出碳達峰碳中和的重要戰(zhàn)略目標，致力于用全球歷史上最短的時間從碳達峰到碳中和。“雙碳”目標的實現需要能源供給端和需求端同時發(fā)力，既需供給端通過大規(guī)模發(fā)展低碳發(fā)電技術、氫能技術和儲能技術以逐步擺脫對化石能源的依賴，也需要需求端通過推動工業(yè)行業(yè)節(jié)能減排技術快速應用來實現高耗能行業(yè)低碳轉型。為充分發(fā)揮低碳技術對實現“雙碳”目標的關鍵支撐作用，中國制定了《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022—2030年）》等一系列政策方針，為低碳技術的發(fā)展與應用指明了方向。然而，低碳技術大規(guī)模普及，在替代傳統技術和產業(yè)生產活動的同時，將帶來新的產業(yè)價值和就業(yè)需求，由此可能引發(fā)產業(yè)鏈關鍵環(huán)節(jié)原材料、資金和勞動力等要素供需失衡以及部分行業(yè)環(huán)境影響攀升等潛在風險；此外，由于各部門之間的聯動效應，低碳技術的蓬勃發(fā)展還可能通過產業(yè)鏈的傳遞，對其它關聯行業(yè)產生間接促進或抑制作用。如不提前應對，勢必威脅產業(yè)鏈安全，制約國家節(jié)能減排目標的實現。在此背景下，亟需回答“雙碳”目標下，關鍵低碳技術大規(guī)模1發(fā)展會對產業(yè)鏈上相關行業(yè)的原材料、資金、勞動力需求和污染物排放等方面造成什么影響？將會引致哪些產業(yè)鏈風險？為了回答上述問題，北京理工大學能源與環(huán)境政策研究中心魏一鳴教授團隊（簡稱“中心團隊”）推出低碳技術發(fā)展產業(yè)鏈風險評估和展望報告。鑒于氫能和儲能技術是未來實現清潔用能的關鍵支柱，同時，電力、鋼鐵和水泥等行業(yè)屬于碳密集型部門，因此本報告基于國家實現“雙碳”目標的低碳技術需求，綜合考慮能源供給端和需求端，針對上述技術領域和部門，選取了未來可能會大規(guī)模普及的電解水制氫、電化學儲能、低碳發(fā)電技術（包括生物質發(fā)電、核電、水電、陸上風電、海上風電和光伏發(fā)電）、鋼鐵行業(yè)電弧爐煉鋼技術及水泥行業(yè)多通道燃煤技術共計10種代表性低碳技術作為研究對象，從“技術-組件-上中下游行業(yè)”視角，評估到

2030

年各項技術大規(guī)模普及對產業(yè)鏈相關行業(yè)原材料、資金、勞動力需求和污染物排放的綜合影響，識別潛在風險，提前引導相關投入要素再分配以適應產業(yè)鏈調整和技術發(fā)展，從而為產業(yè)鏈風險防范提供科學依據，確保我國“雙碳”目標順利實現。二、低碳技術發(fā)展引致的產業(yè)鏈風險評估為捕捉低碳技術大規(guī)模發(fā)展可能引發(fā)的產業(yè)鏈上原材料、資金和勞動力等要素供需失衡以及部分行業(yè)環(huán)境影響攀升風險，本報告首先采用自主研發(fā)的C3IAM/NET

模型優(yōu)化得到實現“雙碳”目標所需要的低碳技術普及率或裝機規(guī)模，進一步以此為發(fā)展目標，針對低碳發(fā)2電技術、電解水制氫技術和電化學儲能技術構建擴展型投入產出模型，針對電弧爐煉鋼技術和多通道燃煤技術構建計量經濟學模型，從產業(yè)鏈視角評估低碳技術在

2024~2030

年間規(guī)模化應用對上中下游行業(yè)原材料、資金、勞動力的新增需求以及污染物（SO

、NOx、PM2.5）2排放變化，并分析其引發(fā)的潛在風險，具體結論如下所述。（一）“雙碳”目標下關鍵低碳技術發(fā)展目標圖1展示了“雙碳”目標下上述10種關鍵低碳技術的發(fā)展趨勢。根據魏一鳴等（2022）提出的中國碳達峰碳中和時間表與路線圖，為實現國家碳達峰目標，2030年，電弧爐煉鋼技術和多通道燃煤技術的普及率需分別增至

13.7%和

50%。此外，生物質發(fā)電、核電、水電、陸上風電、海上風電、光伏發(fā)電、電解水制氫和電化學儲能技術2030年的裝機容量需分別達到57GW、125GW、428GW、706GW、62GW、1060GW、37.7GW

和161.3GW（魏一鳴等,

2022;

IEA,

2021;

IPCC,2021）。圖1

“雙碳”目標下關鍵低碳技術發(fā)展趨勢數據來源：魏一鳴等(2022)；IEA(2021)；IPCC(2021).3（二）關鍵原材料需求預測及供應風險評估由于低碳發(fā)電技術和電化學儲能技術是礦產原材料密集型技術，因此，對這兩類技術進行原材料需求預測。研究結果表明（圖2），

為實現碳達峰目標，2024~2030年，低碳發(fā)電技術和電化學儲能技術的大規(guī)模發(fā)展對鋁、鐵、硅、銅、鋅的累計需求量位居前五。鋰、鈷、錳、鎳、銅需求量的復合增速較快，分別達到32%、31.7%、11.5%、9.64%、和9.1%。其中，鈷、鎳、銅和錳的對外依存度分別高達97%、92%、83%和82%，四種礦產資源的需求增速快且對外依存度高，面臨短缺的風險相對更大。圖2

低碳發(fā)電技術和電化學儲能技術發(fā)展的關鍵礦產資源需求數據來源：對外依存度數據來自Gulleyetal.(2018);

海通國際研報.（三）資金、勞動力和環(huán)境層面產業(yè)鏈風險評估圖

3

展示了

2024~2030

年低碳技術發(fā)展對產業(yè)鏈資金和勞動力需求的綜合影響。在我國碳達峰目標驅動下，低碳發(fā)電技術、電解水制氫技術、電化學儲能技術、電弧爐煉鋼技術和多通道燃煤技術2024~2030

年累計使產業(yè)鏈上相關行業(yè)整體資金需求增加18.34

萬億元，約占中國2022年GDP的15.2%；使產業(yè)鏈上相關行業(yè)整體勞動4力需求增加657.73

萬人，超過2022

年全國城鎮(zhèn)新增就業(yè)總量的一半。具體來說，資金需求層面，低碳發(fā)電技術對產業(yè)鏈關聯行業(yè)資金需求影響最大，該技術發(fā)展驅動關聯行業(yè)資金需求新增16.43

萬億的同時，對傳統煤電的替代將使投資需求減少2.91

萬億元。勞動力需求層面，電化學儲能技術的促進作用最大，達248.08萬人?？梢姡吞技夹g對產業(yè)鏈上相關行業(yè)的勞動力和資本等要素投入影響十分顯著，需警惕由此引發(fā)的資金和勞動力供給不足等產業(yè)鏈風險以及傳統技術相關行業(yè)勞動力和投資過剩問題。圖32024~2030年低碳技術發(fā)展對產業(yè)鏈資金和勞動力需求總影響從技術產業(yè)鏈視角來看，為發(fā)展低碳發(fā)電技術，產業(yè)鏈上各行業(yè)需增加資金和勞動力投入并擴大生產規(guī)模，2024~2030年間，產業(yè)鏈5資金需求增加16.43萬億元，勞動力需求新增210.34萬人，空氣污染物增加25.31萬噸。產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)受到技術規(guī)模擴大的影響有明顯差異。以對產業(yè)鏈資金需求（+6.13萬億元）、勞動力需求（+78.23萬人）和空氣污染物（+10.56萬噸）影響最大的光伏發(fā)電技術為例展開分析1。在光伏發(fā)電技術產業(yè)鏈（圖4）中，主要受影響的是上游的光伏組件制造環(huán)節(jié)。其中，由于光伏發(fā)電技術對太陽能電池片、背板、接線盒、逆變器等光伏組件和元器件的需求大幅增加，導致電氣機械和器材制造行業(yè)的資金（+3.16萬億元）和勞動力需求（+20萬人）增長最多。此外，光伏組件上游的光伏玻璃制造相關行業(yè)（非金屬礦物制品）環(huán)境影響最為明顯，空氣污染物排放預計增加7.19萬噸。圖4

光伏發(fā)電技術產業(yè)鏈風險圖（例）圖5是電解水制氫技術產業(yè)鏈風險圖。2024~2030年，電解水制氫技術的大規(guī)模發(fā)展聯動關聯行業(yè)新增資金需求

7024

億元，新增勞1由于篇幅有限，本報告僅展示光伏發(fā)電技術和電解水制氫技術產業(yè)鏈風險圖，如對其他技術詳情感興趣，請聯系作者。6動力需求

69

萬人，導致空氣污染物排放增加

6.8

萬噸。由于該技術運行需要消耗大量電力，中游的電力、熱力的生產和供應業(yè)資金需求增幅最大，達到

1239

億元，占

2020

年該部門產值的

1.77%。同時，該部門污染物排放量增長最為顯著，達到4.3萬噸。此外，由于電解槽隔膜成本高，導致上游的化學產品行業(yè)資金需求增長也較大，達到1205億元。由于電解水制氫技術替代化石燃料制氫、焦炭煉鋼、燃油汽車等傳統技術，下游部門需減少投入，聯動關聯行業(yè)所有部門在2024~2030

年間資金需求減少

2619

億元，勞動力需求減少

28

萬人，減少空氣污染物排放1.5萬噸。為支撐合成氨、合成甲醇、原油精煉等化工行業(yè)綠色轉型，電解水制氫替代大量化石燃料制氫，化學產品行業(yè)受抑制影響最大，占所減少資金需求的

43%。綜合來看，在2024~2030

年間，電解水制氫技術發(fā)展需要各部門資金凈增

4405

億元，勞動力凈增41萬人，空氣污染物排放凈增5萬噸。圖5

電解水制氫技術產業(yè)鏈風險圖（例）7為保障電化學儲能技術實現圖1中的大規(guī)模發(fā)展，在2024~2030年間，全行業(yè)資金投入需增加7412.49億元，勞動力需求增加248.08萬人，并引致一定程度的環(huán)境影響，空氣污染物排放量增加

4.48

萬噸。平均每新增

1GW

裝機將導致資金需求新增

48.81

億元，勞動力需求新增1.63

萬人，空氣污染物排放量增加294.77

噸。隨著電化學儲能技術大規(guī)模發(fā)展，其上游的主要組件電池電芯、電池管理系統、儲能逆變器和能量管理系統的生產需求大大增加，導致電氣機械和器材制造行業(yè)的資金和勞動力需求變化量最大，資金投入增加

2850.89億元，勞動力需求增加83.5萬人，同時，該行業(yè)引致的環(huán)境影響也最為明顯，排放量增加1.35萬噸。對于鋼鐵行業(yè)而言，為發(fā)展電弧爐煉鋼技術，在2024~2030年間，產業(yè)鏈共需新增資金投入3099

億元，新增勞動力196

萬人。新增資金需求其中，非金屬礦物制品業(yè)由于上游石墨電極的生產需要對資金需求占比最大，約為31.5%；新增勞動力需求中，專用設備業(yè)由于上游電爐設備生產需要占比最高，約為51%。由于電弧爐煉鋼技術會替代傳統高爐-轉爐煉鋼技術，因此高爐-轉爐技術產業(yè)鏈的上游行業(yè)需減少投入，產業(yè)鏈所有部門在2024~2030年間共需減少資金投入633億元、勞動力

42

萬人。煤炭采選業(yè)由于焦炭使用的大幅減少，其資金需求減少的占比最高，約為總減少量的41.1%；金屬冶煉和壓延加工品行業(yè)由于生產效率提高以及長流程煉鋼工藝對有色金屬需求減少使得其勞動力剩余最多，占比達到勞動力總替代量的88%。綜合來看，在2024~2030年間，電弧爐煉鋼技術的發(fā)展需要各部門資金投入8凈增2466億元，勞動力凈增154萬人。對于水泥行業(yè)而言，多通道燃煤技術的快速普及將導致2024~2030

年間產業(yè)鏈上相關行業(yè)資金需求增加4570.56

億元，上、下游分別占比92.86%、7.14%；勞動力需求增加3.1

萬人。其中，上游金屬冶煉和壓延加工業(yè)的資金需求和勞動力需求凈增量最大，分別達1053.1億元和5.3萬人，這是由于多通道燃煤技術的發(fā)展驅動了對燃燒器、煤風風機等組件的需求增長，進而對金屬需求及其冶煉和加工活動產生影響。圖62024~2030年低碳技術發(fā)展對各細分行業(yè)資金需求影響圖

6

進一步展示了

2024~2030

年低碳技術發(fā)展對產業(yè)鏈上各細分行業(yè)資金需求的影響。綜合

10

項低碳技術的累計影響來看，電氣9機械和器材制造業(yè)的資金需求增長最多，達6.04萬億元，主要是為了支撐光伏發(fā)電、陸上風電以及核電等技術發(fā)展。此外，通用設備制造業(yè)以

2.18

萬億元的新增資金需求量位居第二，金屬冶煉和壓延加工業(yè)次之。因此，隨著上述關鍵低碳技術的規(guī)?；瘧?，電氣機械和器材制造業(yè)、通用設備制造業(yè)、金屬冶煉和壓延加工業(yè)等將面臨較為嚴峻的資金供給不足風險，需嚴防資金鏈斷裂。圖72024~2030年低碳技術發(fā)展對各細分行業(yè)勞動力需求影響圖

7

為

2024~2030

年低碳技術發(fā)展對產業(yè)鏈上各細分行業(yè)勞動力需求的影響。其中，10項低碳技術對電氣機械和器材制造業(yè)勞動力需求的綜合新增效應最大，達128.8萬人，主要是由電化學儲能、光10伏發(fā)電和陸上風電技術發(fā)展所引致。此外，專用設備制造業(yè)和通用設備制造業(yè)分別以

105.75

萬和

99.21

萬的新增勞動力需求位居第二和三。因此，電氣機械和器材制造業(yè)、專用設備制造業(yè)、通用設備制造業(yè)等可能面臨的勞動力供給不足風險更大，而煤炭采選業(yè)將出現大量剩余勞動力。圖

8

展示了

2024~2030

年低碳技術發(fā)展對產業(yè)鏈上各細分行業(yè)污染物排放造成的影響?？梢?，金屬礦采選業(yè)的污染物排放增加最多，達14.83萬噸，主要是由于陸上風電、光伏發(fā)電和核電等技術大規(guī)模發(fā)展所致，非金屬礦物制品業(yè)（+8.08萬噸）、金屬冶煉和壓延加工業(yè)（+6.02萬噸）次之，三者面臨的環(huán)境影響攀升風險較為嚴重。圖82024~2030年低碳技術發(fā)展對各細分行業(yè)污染物產出的影響11三、政策建議（一）謹防低碳技術發(fā)展面臨的潛在關鍵礦產資源短缺風險，預先做好礦產戰(zhàn)略部署。應增強鈷、鎳、銅和錳等關鍵礦產勘測開采，提高國內供應自主可控能力；推廣生產、加工、利用、回收一體化模式，提升緊缺礦產資源的國內回收利用率；同時，積極拓寬海外供應渠道，保障我國關鍵礦產資源多元化穩(wěn)定供應。（二）關注低碳技術大規(guī)模發(fā)展引致的資金鏈斷裂風險，提前做好產業(yè)規(guī)劃布局。應重點關注如電氣機械和器材制造業(yè)、通用設備制造業(yè)分別因光伏發(fā)電技術、風力發(fā)電技術等大規(guī)模發(fā)展而面臨的資金供給不足風險，在投融資方面為光伏發(fā)電技術上游太陽能電池片、背板、接線盒、逆變器等光伏組件研發(fā)企業(yè)以及風力發(fā)電技術上游軸承、輪轂、塔架等風機組件的生產企業(yè)提供充分可持續(xù)的政策支持，創(chuàng)造良好的市場環(huán)境，引導其高質量發(fā)展，防止產業(yè)鏈關鍵環(huán)節(jié)斷供，引發(fā)級聯風險，確保關鍵低碳技術穩(wěn)妥有序部署。（三）提防低碳技術大規(guī)模發(fā)展引致的勞動力供需失衡風險，做好穩(wěn)就業(yè)工作。需重點關注如電化學儲能技術和電弧爐煉鋼技術發(fā)展驅動的電氣機械和器材制造業(yè)、專用設備制造業(yè)勞動力需求增長趨勢，以及電弧爐煉鋼技術由于替代傳統長流程煉鋼，減少其上游原材料焦炭的需求，從而導致煤炭采選業(yè)面臨的勞動力過剩風險。應有序引導煤炭采選業(yè)等行業(yè)的過剩勞動力向電氣機械和器材制造業(yè)等行業(yè)轉移，加強電化學儲能技術上游電池電芯、電池管理系統、儲能逆變器和能量管理系統研發(fā)人才和電爐熔煉室專用設備人才培養(yǎng)，提前調整12高等教育、職業(yè)教育等相關專業(yè)布設，促使市場就業(yè)需求與勞動力相匹配，培養(yǎng)關鍵低碳技術發(fā)展進程所需的后備人才。（四）關注低碳技術大規(guī)模普及造成部分行業(yè)環(huán)境影響攀升的風險，推進二氧化碳和污染物協同減排。應重點防范陸上風電、光伏發(fā)電和核電等低碳技術發(fā)展引發(fā)的金屬礦采選業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)等面臨的環(huán)境影響惡化風險，提前部署污染防治技術，實現清潔化生產。13主要參考文獻[1]

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2009

年經學校批準成立的研究機構，掛靠在管理與經濟學院。能源與環(huán)境政策中心大部分研究人員來自魏一鳴教授2006年在中科院創(chuàng)建的能源與環(huán)境政策研究中心。北京理工大學能源與環(huán)境政策研究中心（CEEP-BIT）面向國家能源與應對氣候變化領域的重大戰(zhàn)略需求，針對能源經濟與氣候政策中的關鍵科學問題開展系統研究，旨在增進對能源、氣候與經濟社會發(fā)展關系的科學認識，并為政府制定能源氣候戰(zhàn)略、規(guī)劃和政策提供科學依據、為能源企業(yè)發(fā)展提供決策支持、為社會培養(yǎng)高水平專門人才。中心近年部分出版物魏一鳴.

碳減排系統工程：理論方法與實踐.

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科學出版社,2023.魏一鳴,

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氣候變化綜合評估模型與應用.

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科學出版社,2023.廖華,

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我國能源安全若干問題研究.

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科學出版社,2023.劉蘭翠,

劉麗靜.

碳減排管理概論.

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中國人民大學出版社,2023.唐葆君,

王璐璐.

碳金融學.

北京:

中國人民大學出版社,2023.余碧瑩.

碳減排技術經濟管理.

北京:

中國人民大學出版社,2023.唐葆君.

項目管理——能源項目為例.

北京:

科學出版社,2022.余碧瑩,

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時間利用行為與低碳管理.

北京:

科學出版社,2022.沈萌,

魏一鳴.

智慧能源.

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氣候工程管理：碳捕集與封存技術管理.

北京:

科學出版社,2020.中心近年“能源經濟預測與展望”報告總期次1報告題目總期次42434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778798081報告題目“十二五”中國能源和碳排放預測與展望2011

年國際原油價格分析與走勢預測2012年國際原油價格分析與趨勢預測我國中長期節(jié)能潛力展望2019年光伏及風電產業(yè)前景預測與展望經濟承壓背景下中國能源經濟發(fā)展與展望2020年光伏及風電產業(yè)前景預測與展望砥礪前行中的新能源汽車產業(yè)2345我國省際能源效率指數分析與展望2013年國際原油價格分析與趨勢預測2013年我國電力需求分析與趨勢預測國家能源安全指數分析與展望2020年國際原油價格分析與趨勢預測二氧化碳捕集利用與封存項目進展與布局展望2020年碳市場預測與展望678我國“十四五”能源需求預測與展望基于行業(yè)視角的能源經濟指數研究全球氣候保護評估報告9中國能源需求預測展望10111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940412014年國際原油價格分析與趨勢預測我國區(qū)域能源貧困指數全球氣候治理策略及中國碳中和路徑展望新能源汽車產業(yè)

2020

年度回顧與未來展望碳中和背景下煤炭制氫的低碳發(fā)展2021

年國際原油價格分析與趨勢預測中國省際能源效率指數（2010-2