研究背景
中国从年的碳达峰到年碳中和需要经历广泛而深远的变革，用30年的时间从碳达峰走向碳中和的进程充满了不确定性。能源使用是碳排放的主要来源，要实现碳中和，能源系统需要深刻变革。然而，低碳技术发展、碳达峰时间、中国累计碳配额的不确定性对技术选择和脱碳路径产生广泛影响，并在转型的可行性和经济性上产生明显差异。在高度的不确定性下决策对政策制定者提出了严峻挑战，迫切需要一个全面考虑这些不确定性的综合评估来指导未来转型。
这项研究将蒙特卡洛分析与自底向上中国能源系统模型China-TIMES相结合，构建了全栈式的能源系统不确定性分析框架，用以分析大量不确定性下中国的二氧化碳减排路径、能源系统转型、低碳技术发展、转型成本和协同效应。
研究方法
China-TIMES模型
China-TheIntegratedMARKAL-EFOMSystem(China-TIMES)是在China-MARKAL模型的基础上开发的一个动态线性规划能源系统优化模型。模型的模拟期为年到年，每5年为一个步长。该模型涵盖了能源开采、转换、输配和终端使用所有能源过程，引入了超过项现有和先进的能源供需技术，考虑了工业、建筑(分为商业、城市住宅和农村住宅)、交通和农业等能源需求部门。
China-TIMES-MCA模型
China-TIMES-MCA模型(图1)在China-TIMES模型的基础上耦合蒙特卡洛分析方法，以支撑进行大规模的不确定性分析。研究使用拉丁超立方抽样(LHS)方法代替经典蒙特卡洛模拟中使用的随机抽样方法，解决了随机采样时可能出现的聚集问题，保证了小概率事件的准确表示。
为了刻画碳中和目标下能源系统的深度减排，模型在电力负荷与储能、氢能和生物质能利用、碳捕集与封存（CCS）等方面进行了精细建模。本研究中选定了14个影响未来转型的关键不确定性参数，涵盖了能源生产（风电、光伏、核电、储能、配备CCS的火电等）、能源消费（工业部门CCS技术、生物质能、氢能、能源服务需求弹性等）和能源与气候政策（中国累计碳配额），以期全面评估碳中和目标下的能源转型。根据不同参数的性质，研究建立了均匀分布、对数正态分布、正态分布，并保证每个分布的中位数为1。同一个情景中，各算例的输入参数不同，用以生成概率分布；对于不同的情景，相同序号算例的输入参数完全相同(如PEAK20情景的第1个算例,PEAK25情景的第1个算例)，则可以有效比较不同达峰时间带来的差异。
图1.China-TIMES-MCA结构
此图显示了China-TIMES-MCA模型的基础架构。青色部分是不确定算例生成器和能源系统优化器。蓝色部分显示了从统计数据和文献中获得的中间算例的参数。棕色部分说明了研究的情景设计。紫色部分是考虑价格弹性的终端能源需求模块。红色部分是具有各异的概率分布的十四个输入参数。绿色部分是模型结果。
研究结论
本研究表明，中国的碳中和目标并非不可能，而是需要各部门尽快开始行动。研究发现，实现能源系统碳中和迫切需要技术突破、生产和消费模式转变以及政策的落实。-年期间，每年平均需部署超过1.6亿千瓦的可再生能源电力。氢能和配备CCS的生物质能发电（BECCS）等零碳和负碳技术在年后将大规模部署。到年，终端部门电气化率将达到45-62%，其中，私人汽车、空间采暖和钢铁生产方面电气化进展迅速。结合投资和福利损失的结果，研究发现，较早达峰有助于实现更彻底的能源转型，尽早获得协同效益，并减轻后期转型负担，从而为经济社会发展和气候变化治理带来双赢。基于研究结果，作者建议尽早采取有力行动落实强化后的气候政策、建立明确和透明的碳排放总量控制机制、进一步促进低碳技术创新以及增进跨部门合作以减少不确定性对于未来转型的不利影响。
01
能源系统脱碳
图2显示了重要低碳技术发展趋势和具有重要影响的不确定因素，除了炙手可热的风能和太阳能，核能和CCS技术也被认为是未来实现零碳能源系统不可或缺的技术。
图2.重要低碳技术发展的不确定性分析
a光伏装机容量(单位:TW);
b光伏发电最关键的三个不确定参数;
c风电装机容量(单位:TW);
d风电最关键的三个不确定参数;
e储能技术年使用量(单位:PWh);
f储能技术最关键的三个不确定参数;
gBECCS装机容量(单位:GW);
hBECCS最关键的三个不确定参数;
i配备CCS的火电装机容量(单位:GW);
j配备CCS的火电最关键的三个不确定参数；
k核电装机容量(单位:GW)；
l核电最关键的三个不确定参数；
散点图描述了每种技术的发展与不确定输入参数之间的关系，用线性函数进行拟合。PEAK20、PEAK25、PEAK30的中间算例分别用方块、加号、乘号表示。
虽然能源供应部门的能源转型刻不容缓，但需求部门的转型也不容忽视。生产方式强烈影响工业部门的能源服务需求，消费模式（或消费者行为）严重影响建筑和交通部门的能源服务需求。图3显示出在应对气候变化的过程中生产方式的转变以及消费模式的改变带来的影响
图3.气候变化缓解对生产者和消费者行为的影响图。
a-c分别显示了由于相对于NDC情景的价格弹性，工业、建筑和运输部门的能源服务需求下降率。d-f分别表示工业、建筑和交通部门的能源服务需求与不确定价格弹性之间的关系。PEAK20、PEAK25、PEAK30的中间情况分别用平方、加号、乘号表示。g展示了-年相对于NDC情景各减排情景福利损失折现总额(单位:万亿美元)。图g中的黑点表示各情景中间算例的福利损失。
02
能源转型的成本收益分析
研究表明，中国的累积碳配额和碳达峰时间对转型成本收益有显著的影响。较早达峰有助于减轻后续转型压力，如果中国在年实现碳达峰，-年期间的投资将较年达峰情景提高43%，但长期而言可以避免五倍于新增投资的福利损失（图4）。
图4.能源供应部门的年投资额（单位：十亿美元）。箱形图表示投资总额的不确定性范围。
原文信息
题目：AssessingtheenergytransitioninChinatowardscarbonneutralitywithaprobabilisticframework
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